Analisi completa dei costi di produzione di energia delle unità di generazione di gas naturale

I. Composizione fondamentale dei costi di produzione di energia

Il costo di produzione di energia elettrica delle unità di generazione a gas naturale utilizza come indicatore contabile principale il costo livellato dell'elettricità (LCOE) per l'intero ciclo di vita, che comprende tre settori chiave: costo del combustibile, costo degli investimenti in costruzione e costo di esercizio e manutenzione. La proporzione dei tre mostra un'evidente distribuzione differenziale, tra cui il costo del combustibile prevale e determina direttamente il livello di costo complessivo.

(I) Costo del carburante: nucleo della quota di costo, impatto più significativo delle fluttuazioni

Il costo del combustibile rappresenta la quota maggiore del costo di produzione di energia elettrica delle unità di generazione a gas naturale. I dati di calcolo del settore mostrano che la sua quota raggiunge generalmente il 60%-80% e può superare l'80% in alcuni contesti di mercato estremi, rendendolo la variabile più critica che incide sulla fluttuazione dei costi di produzione di energia elettrica. La contabilizzazione del costo del combustibile dipende principalmente dal prezzo del gas naturale (incluso il prezzo di acquisto e la tariffa di trasmissione e distribuzione) e dall'efficienza di generazione di energia elettrica unitaria. La formula di calcolo principale è: Costo del combustibile (yuan/kWh) = Prezzo unitario del gas naturale (yuan/metro cubo) ÷ Efficienza di generazione di energia unitaria (kWh/metro cubo).

Considerando l'attuale livello del settore, il prezzo medio del gas naturale nazionale per l'impianto è di circa 2,8 yuan/metro cubo. L'efficienza di generazione di energia delle tipiche unità con turbina a gas a ciclo combinato (CCGT) è di circa 5,5-6,0 kWh/metro cubo, corrispondente a un costo unitario del combustibile per la generazione di energia di circa 0,47-0,51 yuan; se si adottano unità con motore a combustione interna distribuito, l'efficienza di generazione di energia è di circa 3,8-4,2 kWh/metro cubo, e il costo unitario del combustibile per la generazione di energia sale a 0,67-0,74 yuan. È importante notare che circa il 40% del gas naturale nazionale dipende dalle importazioni. Le fluttuazioni dei prezzi spot internazionali del GNL e le variazioni nei modelli di produzione, fornitura, stoccaggio e commercializzazione del gas nazionale si tradurranno direttamente nel costo del combustibile. Ad esempio, durante il forte aumento dei prezzi spot del JKM asiatico nel 2022, il costo unitario del combustibile per la produzione di energia delle imprese elettriche nazionali alimentate a gas ha superato gli 0,6 yuan, superando di gran lunga il punto di pareggio.

(II) Costo degli investimenti in costruzioni: percentuale stabile di investimenti fissi, calo favorito dalla localizzazione

Il costo dell'investimento edilizio è un investimento fisso una tantum, che comprende principalmente l'acquisto delle attrezzature, i costi di ingegneria civile, installazione e messa in servizio, l'acquisizione del terreno e i costi di finanziamento. La sua incidenza sul costo complessivo dell'intero ciclo di vita dell'impianto di generazione di energia è di circa il 15%-25% e i principali fattori che lo influenzano sono il livello tecnico delle attrezzature e il tasso di localizzazione.

Dal punto di vista dell'acquisto di attrezzature, la tecnologia di base delle turbine a gas per impieghi gravosi è stata a lungo monopolizzata dai colossi internazionali e i prezzi delle attrezzature e dei componenti chiave importati rimangono elevati. Il costo di investimento statico unitario per kilowatt di un singolo progetto di generazione di energia a ciclo combinato da un milione di kilowatt è di circa 4.500-5.500 yuan, di cui la turbina a gas e la caldaia di recupero del calore di supporto rappresentano circa il 45% dell'investimento totale in attrezzature. Negli ultimi anni, le imprese nazionali hanno accelerato le innovazioni tecnologiche. Aziende come Weichai Power e Shanghai Electric hanno gradualmente realizzato la localizzazione di unità di generazione di gas naturale di media e leggera potenza e dei componenti principali, riducendo il costo di acquisto di attrezzature simili del 15-20% rispetto ai prodotti importati, abbassando di fatto il costo complessivo dell'investimento in costruzione. Inoltre, anche la capacità dell'unità e gli scenari di installazione incidono sui costi di costruzione. Le piccole unità distribuite hanno cicli di installazione brevi (solo 2-3 mesi), bassi investimenti in ingegneria civile e costi di investimento unitari per kilowatt inferiori rispetto alle grandi centrali elettriche centralizzate; Sebbene le grandi unità a ciclo combinato richiedano un investimento iniziale elevato, presentano notevoli vantaggi in termini di efficienza nella produzione di energia e possono ammortizzare i costi di investimento unitari attraverso la produzione di energia su larga scala.

(III) Costi di gestione e manutenzione: investimento continuo a lungo termine, ampio margine di ottimizzazione tecnologica

I costi di esercizio e manutenzione rappresentano un investimento continuo per l'intero ciclo di vita e includono principalmente l'ispezione e la manutenzione delle apparecchiature, la sostituzione dei componenti, il costo della manodopera, il consumo di olio lubrificante, i trattamenti di protezione ambientale, ecc. La loro quota nel costo di generazione di energia per l'intero ciclo di vita è di circa il 5%-10%. Dal punto di vista della prassi industriale, la spesa principale dei costi di esercizio e manutenzione è la sostituzione dei componenti chiave e dei servizi di manutenzione, tra cui il costo medio di manutenzione di una singola grande turbina a gas può raggiungere i 300 milioni di yuan, mentre il costo di sostituzione dei componenti principali è relativamente elevato.

Unità con diversi livelli tecnici presentano differenze significative nei costi di esercizio e manutenzione: sebbene le unità di generazione ad alte prestazioni richiedano un investimento iniziale più elevato, il loro consumo di olio lubrificante è solo 1/10 di quello delle unità ordinarie, con cicli di cambio olio più lunghi e una minore probabilità di arresto per guasto, il che può ridurre efficacemente i costi di manodopera e le perdite dovute all'arresto; al contrario, le unità tecnologicamente arretrate presentano guasti frequenti, che non solo aumentano il costo di sostituzione dei componenti, ma incidono anche sui ricavi della produzione di energia elettrica dovuti all'arresto, aumentando indirettamente il costo complessivo. Negli ultimi anni, con l'aggiornamento delle tecnologie di gestione e manutenzione localizzata e l'applicazione di sistemi di diagnosi intelligenti, i costi di esercizio e manutenzione delle unità di generazione di gas naturale nazionali sono gradualmente diminuiti. Il miglioramento del tasso di manutenzione indipendente dei componenti principali ha ridotto i costi di sostituzione di oltre il 20% e l'intervallo di manutenzione è stato esteso a 32.000 ore, riducendo ulteriormente lo spazio per le spese di esercizio e manutenzione.

II. Variabili chiave che influenzano i costi di produzione di energia

Oltre ai componenti principali sopra menzionati, i costi di produzione di energia delle unità di generazione di gas naturale sono influenzati anche da molteplici variabili, quali il meccanismo del prezzo del gas, l'orientamento politico, lo sviluppo del mercato del carbonio, la disposizione regionale e le ore di utilizzo delle unità, tra cui l'impatto del meccanismo del prezzo del gas e dello sviluppo del mercato del carbonio è il più di vasta portata.

(I) Meccanismo del prezzo del gas e garanzia della fonte del gas

La stabilità dei prezzi del gas naturale e dei modelli di approvvigionamento determinano direttamente l'andamento dei costi del combustibile e, di conseguenza, incidono sui costi complessivi di produzione di energia elettrica. Attualmente, il prezzo nazionale del gas naturale ha formato un meccanismo di collegamento "prezzo di riferimento + prezzo fluttuante". Il prezzo di riferimento è legato ai prezzi internazionali del petrolio greggio e del GNL e il prezzo fluttuante viene adeguato in base alla domanda e all'offerta del mercato. Le fluttuazioni dei prezzi si trasmettono direttamente ai costi di produzione di energia elettrica. Anche la capacità garantita della fonte di gas influisce sui costi. Nelle regioni con centri di carico come il delta del fiume Yangtze e il delta del fiume delle Perle, le stazioni di ricezione del GNL sono dense, il livello di interconnessione della rete di gasdotti è elevato, i costi di trasmissione e distribuzione sono bassi, l'approvvigionamento della fonte di gas è stabile e il costo del combustibile è relativamente controllabile; mentre nella regione nord-occidentale, limitata dalla distribuzione della fonte di gas e dalle strutture di trasmissione e distribuzione, i costi di trasmissione e distribuzione del gas naturale sono relativamente elevati, facendo aumentare i costi di produzione di energia elettrica delle unità di generazione nella regione. Inoltre, le aziende possono bloccare i prezzi della fonte di gas firmando accordi di fornitura di gas a lungo termine, evitando efficacemente i rischi di costo causati dalle fluttuazioni dei prezzi internazionali del gas.

(II) Orientamento politico e meccanismo di mercato

I meccanismi politici incidono principalmente sui costi complessivi e sui livelli di fatturato delle unità di generazione di gas naturale attraverso il trasferimento dei costi e la compensazione dei ricavi. Negli ultimi anni, la Cina ha gradualmente promosso la riforma del prezzo dell'elettricità in due parti per la generazione di energia elettrica a gas naturale, che è stata implementata per la prima volta in province come Shanghai, Jiangsu e Guangdong. Il recupero dei costi fissi è garantito dal prezzo della capacità, e il prezzo dell'energia è legato al prezzo del gas per i costi del combustibile di trasmissione. Tra queste, il Guangdong ha aumentato il prezzo della capacità da 100 yuan/kW/anno a 264 yuan/kW/anno, che può coprire il 70%-80% dei costi fissi del progetto, alleviando efficacemente il problema del trasferimento dei costi. Allo stesso tempo, la politica di compensazione per le unità ad avvio e arresto rapido nel mercato dei servizi ausiliari ha ulteriormente migliorato la struttura dei ricavi dei progetti di energia elettrica a gas. Il prezzo di compensazione di picco in alcune regioni ha raggiunto 0,8 yuan/kWh, un valore significativamente superiore ai ricavi della generazione di energia convenzionale.

(III) Sviluppo del mercato del carbonio e vantaggi delle basse emissioni di carbonio

Con il continuo miglioramento del mercato nazionale per lo scambio di diritti di emissione di carbonio, i costi del carbonio sono stati gradualmente internalizzati, diventando un fattore importante che influenza l'economia relativa delle unità di generazione di gas naturale. L'intensità di emissione unitaria di anidride carbonica delle unità di generazione di gas naturale è circa il 50% di quella delle centrali a carbone (circa 380 grammi di CO₂/kWh contro circa 820 grammi di CO₂/kWh per le centrali a carbone). A fronte dell'aumento dei prezzi del carbonio, i vantaggi in termini di basse emissioni di carbonio continuano a essere evidenti. L'attuale prezzo interno del carbonio è di circa 50 yuan/tonnellata di CO₂ e si prevede che salirà a 150-200 yuan/tonnellata entro il 2030. Prendendo come esempio una singola unità da 600.000 kilowatt con un'emissione annua di circa 3 milioni di tonnellate di CO₂, l'energia a carbone dovrà sostenere ulteriori 450-600 milioni di yuan di costi di carbonio all'anno in quel momento, mentre l'energia a gas rappresenta solo il 40% di quella a carbone, e il divario di costo tra l'energia a gas e quella a carbone si ridurrà ulteriormente. Inoltre, i progetti di energia a gas potranno generare entrate aggiuntive vendendo quote di carbonio in eccesso in futuro, il che dovrebbe ridurre il costo livellato dell'intero ciclo di vita dell'elettricità del 3-5%.

(IV) Ore di utilizzo dell'unità

Le ore di utilizzo dell'unità influiscono direttamente sull'effetto di ammortamento dei costi fissi. Maggiore è il numero di ore di utilizzo, minore è il costo unitario di generazione di energia. Le ore di utilizzo delle unità di generazione di gas naturale sono strettamente correlate agli scenari applicativi: le centrali elettriche centralizzate, come fonti di energia di picco regolate, hanno generalmente ore di utilizzo di 2500-3500 ore; le centrali elettriche distribuite, che si trovano in prossimità del carico terminale di parchi industriali e data center, possono raggiungere ore di utilizzo di 3500-4500 ore, con una riduzione del costo unitario di generazione di energia di 0,03-0,05 yuan/kWh. Se le ore di utilizzo sono inferiori a 2000 ore, i costi fissi non possono essere ammortizzati efficacemente, il che comporterà un aumento significativo del costo complessivo di generazione di energia e persino perdite.

III. Stato attuale dei costi del settore

In base ai dati attuali del settore, nello scenario di riferimento del prezzo del gas naturale di 2,8 yuan/metro cubo, ore di utilizzo di 3000 ore e prezzo del carbonio di 50 yuan/tonnellata di CO₂, il costo livellato dell'intero ciclo di vita dell'elettricità dei tipici progetti di turbine a gas a ciclo combinato (CCGT) è di circa 0,52-0,60 yuan/kWh, leggermente superiore a quello dell'energia a carbone (circa 0,45-0,50 yuan/kWh), ma significativamente inferiore al costo complessivo dell'energia rinnovabile con accumulo di energia (circa 0,65-0,80 yuan/kWh).

Dal punto di vista delle differenze regionali, beneficiando di una fornitura stabile di gas, di un migliore supporto politico e dell'accettazione di un prezzo elevato del carbonio, il costo livellato dell'intero ciclo di vita dell'elettricità delle centrali elettriche a gas in regioni con centri di carico come il delta del fiume Yangtze e il delta del fiume delle Perle può essere controllato a 0,45-0,52 yuan/kWh, il che costituisce una base economica per la concorrenza con l'energia a carbone; tra queste, come progetto pilota di scambio di carbonio, il prezzo medio del carbonio nel Guangdong nel 2024 ha raggiunto i 95 yuan/tonnellata; combinato con il meccanismo di compensazione della capacità, il vantaggio in termini di costi è più evidente. Nella regione nord-occidentale, limitata dalla garanzia della fonte di gas e dai costi di trasmissione e distribuzione, il costo unitario di generazione di energia è generalmente superiore a 0,60 yuan/kWh e l'economia del progetto è debole.

Dal punto di vista del settore nel suo complesso, il costo di produzione di energia elettrica delle unità di generazione a gas naturale mostra un trend di ottimizzazione "basso nel breve termine e in miglioramento nel lungo termine": nel breve termine, a causa degli elevati prezzi del gas e delle scarse ore di utilizzo in alcune regioni, il margine di profitto è limitato; nel medio e lungo termine, con la diversificazione delle fonti di gas, la localizzazione delle apparecchiature, l'aumento dei prezzi del carbonio e il miglioramento dei meccanismi politici, il costo diminuirà gradualmente. Si prevede che entro il 2030 il tasso interno di rendimento (TIR) ​​dei progetti di energia elettrica a gas efficienti con capacità di gestione delle risorse di carbonio si manterrà stabilmente compreso tra il 6% e l'8%.

IV. Direzioni fondamentali per l'ottimizzazione dei costi

In combinazione con la composizione dei costi e i fattori influenti, l'ottimizzazione dei costi di produzione di energia delle unità di generazione di gas naturale deve concentrarsi sui quattro pilastri: "controllo del combustibile, riduzione degli investimenti, ottimizzazione del funzionamento e della manutenzione e fruizione delle politiche", e realizzare la continua riduzione dei costi complessivi attraverso l'innovazione tecnologica, l'integrazione delle risorse e il collegamento delle politiche.

In primo luogo, stabilizzare l'approvvigionamento di gas e controllare i costi del carburante. Rafforzare la cooperazione con i principali fornitori nazionali di gas naturale, firmare accordi di fornitura di gas a lungo termine per bloccare i prezzi del gas; promuovere la diversificazione delle fonti di gas, fare affidamento sull'aumento della produzione nazionale di gas di scisto e sul miglioramento degli accordi a lungo termine per l'importazione di GNL per ridurre la dipendenza dai prezzi spot internazionali del gas; allo stesso tempo, ottimizzare il sistema di combustione unitario, migliorare l'efficienza della generazione di energia e ridurre il consumo di carburante per unità di produzione di energia.

In secondo luogo, promuovere la localizzazione delle apparecchiature e ridurre gli investimenti in costruzione. Aumentare costantemente gli investimenti nella ricerca e sviluppo di tecnologie di base, superare il collo di bottiglia della localizzazione dei componenti chiave delle turbine a gas per impieghi gravosi e ridurre ulteriormente i costi di acquisto delle apparecchiature; ottimizzare i processi di progettazione e installazione, abbreviare il ciclo di costruzione e ammortizzare i costi di finanziamento e gli investimenti in ingegneria civile; selezionare ragionevolmente la capacità unitaria in base agli scenari applicativi per raggiungere un equilibrio tra investimenti ed efficienza.

In terzo luogo, aggiornare il modello di gestione e manutenzione e ridurne i costi. Costruire una piattaforma di diagnosi intelligente, affidarsi ai big data e alla tecnologia 5G per realizzare un sistema di allerta precoce e accurato sullo stato di salute delle apparecchiature e promuovere la trasformazione del modello di gestione e manutenzione da "manutenzione passiva" a "allerta precoce attiva"; promuovere la localizzazione delle tecnologie di gestione e manutenzione, istituire un team di gestione e manutenzione professionale, migliorare la capacità di manutenzione indipendente dei componenti principali e ridurre i costi di manutenzione e sostituzione dei componenti; selezionare unità ad alte prestazioni per ridurre la probabilità di guasti e il consumo di materiali di consumo.

In quarto luogo, connettersi in modo accurato alle politiche e generare entrate aggiuntive. Rispondere attivamente a politiche come il prezzo dell'elettricità in due parti e la compensazione per la regolamentazione dei picchi, e impegnarsi per il supporto alla trasmissione dei costi e alla compensazione delle entrate; definire in modo proattivo il sistema di gestione delle risorse di carbonio, sfruttare appieno il meccanismo del mercato del carbonio per ottenere entrate aggiuntive attraverso la vendita delle quote di carbonio in eccesso e la partecipazione a strumenti finanziari sul carbonio, e ottimizzare ulteriormente la struttura dei costi; promuovere il layout multi-energia complementare "gas-fotovoltaico-idrogeno", migliorare le ore di utilizzo delle unità e ammortizzare i costi fissi.

V. Conclusion

Il costo di produzione di energia elettrica delle centrali a gas naturale è incentrato sul costo del combustibile, sostenuto dagli investimenti di costruzione e dai costi di esercizio e manutenzione, ed è influenzato congiuntamente da molteplici fattori come il prezzo del gas, le politiche, il mercato del carbonio e la configurazione regionale. La sua economia dipende non solo dal livello tecnico e dalla capacità gestionale, ma anche dal profondo legame con il modello del mercato energetico e l'orientamento politico. Attualmente, sebbene il costo di produzione di energia elettrica delle centrali a gas naturale sia leggermente superiore a quello delle centrali a carbone, con l'avanzamento dell'obiettivo del "doppio carbonio", l'aumento dei prezzi del carbonio e l'avvento della localizzazione delle apparecchiature, i suoi vantaggi in termini di basse emissioni di carbonio e vantaggi economici diventeranno gradualmente più evidenti.

In futuro, con il continuo miglioramento del sistema di produzione, fornitura, stoccaggio e commercializzazione del gas naturale e l'approfondimento della riforma del mercato elettrico e del mercato del carbonio, i costi di produzione di energia elettrica delle unità di generazione di gas naturale saranno gradualmente ottimizzati, diventando un importante supporto per la connessione di un'elevata percentuale di energie rinnovabili e la sicurezza energetica. Per le imprese del settore, è necessario comprendere attentamente i fattori che incidono sui costi, concentrarsi sulle principali direzioni di ottimizzazione e ridurre costantemente i costi complessivi di produzione di energia elettrica attraverso l'innovazione tecnologica, l'integrazione delle risorse e il collegamento con le politiche, migliorare la competitività sul mercato delle unità di generazione di gas naturale e contribuire alla costruzione di un nuovo sistema elettrico e alla trasformazione della struttura energetica.