龔承柱 賈維東 吳德勝 潘 凱

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 2. 中國(guó)石油規(guī)劃總院

0 引言

天然氣因其清潔、高效、低污染的優(yōu)勢(shì)，成為支持能源轉(zhuǎn)型和緩解氣候變化的理想過(guò)渡能源[1]，在國(guó)家清潔能源替代計(jì)劃和嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策下得到了快速發(fā)展。特別是在“十三五”期間，因其碳排放低于煤炭和石油，使用成本低于可再生能源，順理成章地成為能源轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)依靠，迎來(lái)了黃金發(fā)展期。

天然氣雖然相對(duì)清潔，但其大規(guī)模生產(chǎn)和消費(fèi)帶來(lái)的碳排放問(wèn)題仍不容忽視[2]。隨著碳中和目標(biāo)的確立，未來(lái)減排力度將發(fā)生深刻變化，促使遠(yuǎn)期能源供需結(jié)構(gòu)深度脫碳，絕大部分化石能源消費(fèi)都將轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕茉矗瑸樘烊粴猱a(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了諸多不確定性[3]。從短期來(lái)看，由于油氣體制機(jī)制改革關(guān)鍵性政策落地[4]，天然氣資源供應(yīng)寬松且價(jià)格處于相對(duì)低位，加之國(guó)家實(shí)施清潔低碳發(fā)展戰(zhàn)略和嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策，天然氣作為清潔能源的短期需求剛性還將增長(zhǎng)，從而推動(dòng)天然氣短期需求持續(xù)增長(zhǎng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著風(fēng)能、光伏等可再生能源以及氫能等新能源技術(shù)的進(jìn)步，使用成本的降低，將會(huì)明顯擠壓天然氣的需求空間，對(duì)天然氣產(chǎn)業(yè)構(gòu)成挑戰(zhàn)[5-6]。值得關(guān)注的是，由于風(fēng)能、光伏等可再生能源在供給穩(wěn)定性方面存在先天不足，從能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和韌性來(lái)看，天然氣在能源轉(zhuǎn)型中的橋梁作用和在電力中的支撐作用長(zhǎng)期內(nèi)不會(huì)快速改變，意味著天然氣在需求達(dá)峰后仍可能發(fā)揮重要作用，特別是天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)，由于具備低排放、快調(diào)峰特征[7-8]，將在電力系統(tǒng)減排和系統(tǒng)調(diào)度韌性中發(fā)揮特殊作用，具有良好的發(fā)展前景[9]。

目前關(guān)于天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究，大多集中在氣電系統(tǒng)技術(shù)和天然氣產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)方面[10]，針對(duì)天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的量化分析較少。為此，筆者基于平準(zhǔn)化電力成本（LCOE），考慮天然氣供應(yīng)和電力需求多期經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的最大化收益問(wèn)題，構(gòu)建氣電產(chǎn)業(yè)收益動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，對(duì)比分析維持現(xiàn)狀（即基準(zhǔn)情景）和碳中和兩類情景下氣電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，尤其是對(duì)碳中和目標(biāo)下氣電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景進(jìn)行多情景量化分析。

1 氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景分析

隨著碳中和情況下環(huán)保政策的持續(xù)推進(jìn)以及天然氣行業(yè)的改革完善，全球天然氣市場(chǎng)從長(zhǎng)期來(lái)看供大于求，而我國(guó)具有加快氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的條件[11]。目前針對(duì)碳中和下天然氣行業(yè)的量化分析較少，且主要針對(duì)天然氣的消費(fèi)與需求預(yù)測(cè)[12-13]。其中，較多的研究用基于灰色模型及改良模型進(jìn)行數(shù)據(jù)上的預(yù)測(cè)[14-15]。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以更多地考慮到市場(chǎng)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的現(xiàn)實(shí)情況，納入更多實(shí)際條件來(lái)預(yù)測(cè)天然氣的消費(fèi)情況。李君臣等[16]利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，將天然氣消費(fèi)量拆分為第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、居民天然氣消費(fèi)量，通過(guò)預(yù)測(cè)各產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的投資發(fā)展以及人口增長(zhǎng)因素導(dǎo)致的這三個(gè)部分的各自增長(zhǎng)值，加總得到天然氣消費(fèi)增長(zhǎng)。進(jìn)一步，Xiao等[17]通過(guò)人口與產(chǎn)業(yè)來(lái)預(yù)測(cè)電力消費(fèi)量，通過(guò)天然氣市場(chǎng)的國(guó)內(nèi)外成本價(jià)格關(guān)系及投資關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)天然氣生產(chǎn)、進(jìn)出口與消費(fèi)總量，并引入政策因素，利用電力市場(chǎng)、天然氣市場(chǎng)、政策因素三者的交互關(guān)系構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，從而預(yù)測(cè)天然氣市場(chǎng)消費(fèi)。

具體到氣電產(chǎn)業(yè)則較少有量化模型分析。筆者認(rèn)為對(duì)于氣電產(chǎn)業(yè)而言，本質(zhì)為一個(gè)單一主體的利潤(rùn)收益問(wèn)題，即最小成本或最大收益問(wèn)題，這適用于單一主體優(yōu)化模型。單一主體優(yōu)化模型被廣泛使用，例如在電力市場(chǎng)中用于確定電力基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的最優(yōu)策略選擇[18-19]，針對(duì)可再生能源配額制下的發(fā)電廠商多區(qū)域發(fā)電約束的發(fā)電、配送及交易策略的最優(yōu)策略優(yōu)化[20-21]，針對(duì)氣電公司對(duì)于天然氣供應(yīng)組合的最優(yōu)選擇策略[22]。在低碳發(fā)展新形勢(shì)下，有學(xué)者提出考慮天然氣系統(tǒng)與電力系統(tǒng)耦合情況來(lái)研究低碳需求下的最優(yōu)能源調(diào)度策略優(yōu)化問(wèn)題[23]，構(gòu)建投入產(chǎn)出線性規(guī)劃模型，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)以減少二氧化碳的排放[24]。優(yōu)化問(wèn)題可以用于行業(yè)利潤(rùn)最大化分析，例如對(duì)于供應(yīng)鏈中庫(kù)存的管理進(jìn)行利潤(rùn)函數(shù)的搭建，構(gòu)建其約束函數(shù)后再進(jìn)行優(yōu)化分析[25]，再如考慮核心企業(yè)單方?jīng)Q策的供應(yīng)鏈情形中，對(duì)于不同決策和供應(yīng)選擇下的利潤(rùn)優(yōu)化模型[26]。

氣電企業(yè)耦合于天然氣市場(chǎng)與電力市場(chǎng)，其一方面受到天然氣市場(chǎng)中天然氣價(jià)格及資源量的影響，另一方面在電力市場(chǎng)中獲取收益并受到其他能源發(fā)展的影響，兩方市場(chǎng)的客觀約束構(gòu)成了氣電企業(yè)的約束條件，價(jià)格因素則構(gòu)成了氣電企業(yè)的利潤(rùn)函數(shù)。故筆者針對(duì)多期經(jīng)濟(jì)環(huán)境下氣電行業(yè)的最大化收益問(wèn)題，構(gòu)建非線性動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型來(lái)分析氣電市場(chǎng)的發(fā)展前景。

2 氣電產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型

2.1 模型假設(shè)

1）假設(shè)整個(gè)氣電產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中存在同類型天然氣發(fā)電企業(yè)，或者將所有的天然氣企業(yè)視為一個(gè)整體。

2）氣電企業(yè)成本由天然氣市場(chǎng)決定，即由國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格與進(jìn)口天然氣價(jià)格共同決定。

3）政府給予的補(bǔ)貼隨著可再生能源的發(fā)展分階段增加至不變。

4）氣電企業(yè)利潤(rùn)來(lái)源于兩個(gè)方面：①與電力市場(chǎng)發(fā)電總量相關(guān)的上網(wǎng)電價(jià)；②由于可再生能源發(fā)電調(diào)峰需要所獲得的政府補(bǔ)貼。

5）天然氣企業(yè)發(fā)電量受天然氣市場(chǎng)的資源約束以及電力市場(chǎng)的比例約束。

2.2 模型建立

對(duì)于氣電產(chǎn)業(yè)，天然氣市場(chǎng)中天然氣的價(jià)格等因素決定了產(chǎn)業(yè)發(fā)電成本，電力市場(chǎng)中上網(wǎng)電價(jià)和政府給予的補(bǔ)貼則決定了產(chǎn)業(yè)的收益，產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步及管理效率提升也會(huì)增強(qiáng)企業(yè)的獲利能力，最終產(chǎn)業(yè)整體效益由以上三者共同決定。這里將天然氣發(fā)展產(chǎn)業(yè)多期利潤(rùn)（U）在折現(xiàn)率（r）條件下進(jìn)行折現(xiàn)：

其中

式中Ut表示當(dāng)期氣電產(chǎn)業(yè)的收益情況，億元，Ut即氣電產(chǎn)業(yè)當(dāng)期績(jī)效函數(shù)，收入來(lái)源于上網(wǎng)電價(jià)與上網(wǎng)補(bǔ)貼，成本表現(xiàn)為發(fā)電成本；Pft表示當(dāng)期平均標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)，元；St表示當(dāng)期政府給予的補(bǔ)貼，元；Cft表示當(dāng)期氣電的發(fā)電成本，元；Qet表示當(dāng)期天然氣發(fā)電量，108kW·h。

Pft與電力市場(chǎng)總需求相關(guān)，可以根據(jù)歷史上網(wǎng)電價(jià)與電力總需求（Qelc）擬合得出，其關(guān)系式為：

式中a表示擬合曲線的斜率；b表示截距項(xiàng)。

設(shè)氣電產(chǎn)業(yè)當(dāng)期購(gòu)買天然氣發(fā)電的成本為Cgt，購(gòu)氣成本來(lái)源為兩個(gè)方面：國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格Pg,d和國(guó)外進(jìn)口天然氣價(jià)格Pg,f，α表示天然氣發(fā)電中來(lái)源為國(guó)內(nèi)天然氣的比例。氣電產(chǎn)業(yè)天然氣發(fā)電成本Cft與購(gòu)氣成本Cgt從平準(zhǔn)化發(fā)電成本（LCOE）角度看[27]，二者存在一個(gè)比例關(guān)系β，關(guān)系式如下：

在模型中，Qet代表當(dāng)期氣電企業(yè)的發(fā)電量，氣電企業(yè)生產(chǎn)消耗天然氣量設(shè)為Qgt，二者在發(fā)電上網(wǎng)過(guò)程中數(shù)量存在轉(zhuǎn)換系數(shù)關(guān)系h?？紤]技術(shù)進(jìn)步率δ（百分?jǐn)?shù)）情況下的函數(shù)關(guān)系式為：

式中T表示時(shí)間，a；T0表示基準(zhǔn)期，a。

氣電產(chǎn)業(yè)主體對(duì)于下一期發(fā)電量的愿望來(lái)源于以往發(fā)電所獲得的利潤(rùn)情況：

以2020年為基準(zhǔn)（t=1），5年為一個(gè)時(shí)間周期，最終構(gòu)建氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型如下：

式中t=1,2,…,9，表示從2020—2060年，一共9個(gè)周期，Qgas,t表示當(dāng)期天然氣供給總量，108m3；Qelc,t表示當(dāng)期電力需求總量，108kW·h。γ、η分別表示天然氣市場(chǎng)中用于發(fā)電的最大比例限制及電力市場(chǎng)中天然氣發(fā)電最小比例限制。通過(guò)求解該模型，可以得到不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的天然氣最優(yōu)發(fā)電量，從而進(jìn)一步判斷天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。

3 碳中和目標(biāo)下氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景優(yōu)化

3.1 參數(shù)設(shè)定

氣電產(chǎn)業(yè)的收益來(lái)源于電力市場(chǎng)中的上網(wǎng)電價(jià)收入及補(bǔ)貼收入。有學(xué)者就經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）國(guó)家對(duì)于石油和天然氣生產(chǎn)商的補(bǔ)貼進(jìn)行了研究[28]。在我國(guó)，氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要受限于成本過(guò)高，氣電廠綜合發(fā)電成本介于0.59～0.72元/(kW·h)，遠(yuǎn)高于煤電[0.3～0.5元/( kW·h)]，政府補(bǔ)貼主要作用于彌補(bǔ)這種成本差[29]。本文假定基準(zhǔn)情況下補(bǔ)貼分階段增長(zhǎng)至2040年為0.2元，碳中和情況下政府投入補(bǔ)貼增加至2040年為0.3元?；?007—2017年上網(wǎng)電價(jià)與總發(fā)電量關(guān)系，通過(guò)擬合得出發(fā)電量與上網(wǎng)電價(jià)的關(guān)系式為：

基于LCOE研究[27]，天然氣發(fā)電成本Cft與購(gòu)氣成本Cgt的關(guān)系式為：

考慮技術(shù)進(jìn)步的情況下[17]，天然氣發(fā)電效率隨著時(shí)間不斷提升：

假定基準(zhǔn)情景下上限γ區(qū)間為[0.2，0.3]，隨著時(shí)間增加；2012—2018年，我國(guó)天然氣發(fā)電占比仍較低，全國(guó)電力總裝機(jī)和總發(fā)電量中所占的比重仍然較小，分別僅占4.4%和3.1%[30]，據(jù)此本文對(duì)于基準(zhǔn)情景和碳中和情景下設(shè)定了兩種情景下的最小發(fā)電比例?；鶞?zhǔn)情景下發(fā)電最小比例δ區(qū)間為[0.030，0.035]，經(jīng)歷先增加后減少過(guò)程，即可再生能源發(fā)展較快且其他調(diào)峰手段發(fā)展未成熟時(shí)氣電調(diào)峰增加。碳中和情境下上限γ區(qū)間仍為[0.2，0.3]，上限的確定由天然氣市場(chǎng)資源總量及天然氣消費(fèi)行業(yè)間分配決定；發(fā)電最小比例區(qū)間為[0.030，0.045]，經(jīng)歷了先增加以滿足可再生能源尤其是光伏發(fā)電快速發(fā)展的調(diào)峰需要，約2050年后，其他調(diào)峰手段發(fā)展較為成熟，發(fā)電最小比例保持在0.045不變。2020—2060年天然氣資源總消費(fèi)量及全國(guó)總發(fā)電量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于《2050年世界與中國(guó)能源展望》[31]，對(duì)比多模型比較框架下中國(guó)天然氣消費(fèi)量預(yù)測(cè)[32]，數(shù)據(jù)具有一定的可靠性。

3.2 基準(zhǔn)情景和碳中和情景結(jié)果分析

研究發(fā)現(xiàn)，在基準(zhǔn)情景下，氣電產(chǎn)業(yè)在2020—2025年發(fā)展向好，2025—2035年間用氣量呈下滑趨勢(shì)，2035年以后根據(jù)預(yù)測(cè)按照假定最小比例發(fā)電，如圖1-a所示。2020—2025年，政府的環(huán)保政策力度較大，即補(bǔ)貼力度相對(duì)較大，加上上網(wǎng)電價(jià)收益激勵(lì)了氣電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展；由于天然氣資源有限的約束，導(dǎo)致氣電產(chǎn)業(yè)在2025年用氣量達(dá)到最大值后并不能再繼續(xù)擴(kuò)大；2025—2035年，在非碳中和情景下，政府對(duì)于調(diào)峰和脫煤的需求補(bǔ)貼增加相對(duì)不大，氣電產(chǎn)業(yè)的單位利潤(rùn)持續(xù)下滑導(dǎo)致氣電產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)欲望持續(xù)下降；2035年以后，氣電產(chǎn)業(yè)在收益增加值不大的情況下成本不斷提高，導(dǎo)致出現(xiàn)虧損，但由于電力調(diào)峰存在一個(gè)最低限度，氣電產(chǎn)業(yè)主體按照最小用氣量進(jìn)行發(fā)電。

在碳中和情景下，氣電產(chǎn)業(yè)在2020—2025年表現(xiàn)為按照政策要求的最低發(fā)電量進(jìn)行生產(chǎn)，2025—2030年快速發(fā)展達(dá)到資源約束下最大用氣量，2030—2055年按照天然氣資源約束下最大用氣量進(jìn)行生產(chǎn)，2055—2060年用氣量下降，到2060年以后氣電產(chǎn)業(yè)開(kāi)始按照最小用氣量進(jìn)行生產(chǎn)，如圖1-b所示。這是因?yàn)樵谄鸪跷迥?，氣電產(chǎn)業(yè)盡管有一定利潤(rùn)，但限于可再生能源發(fā)展的調(diào)峰需求補(bǔ)貼并不大，表現(xiàn)為氣電產(chǎn)業(yè)有增加生產(chǎn)的欲望但增加值仍低于假定最小發(fā)電值，所以在起初五年氣電產(chǎn)業(yè)以最小用氣量生產(chǎn)；2025—2030年，隨著可再生能源的快速發(fā)展及脫煤的需求，政府給予的氣電補(bǔ)貼增加，導(dǎo)致氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅速；2030—2055年，前期政府增加補(bǔ)貼激勵(lì)了氣電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，但氣電發(fā)展受限制于天然氣市場(chǎng)資源總量情況；2055年以后，由于外部可再生能源發(fā)展較為成熟和其他調(diào)峰手段成本日漸降低，同時(shí)氣電產(chǎn)業(yè)內(nèi)部天然氣成本的增加導(dǎo)致氣電競(jìng)爭(zhēng)力日漸下降。

由圖2可以看到，在基準(zhǔn)情景下氣電市場(chǎng)在2020—2035年具有正利潤(rùn)，此時(shí)其用氣量大于最小用氣量。2035年以后，當(dāng)天然氣價(jià)格維持平穩(wěn)或降低時(shí)，氣電市場(chǎng)仍有利潤(rùn)；假設(shè)天然氣市場(chǎng)價(jià)格上升時(shí)，氣電企業(yè)生產(chǎn)單位利潤(rùn)為負(fù)，氣電企業(yè)選擇按照最低的用氣量生產(chǎn)。在碳中和情境下，由于補(bǔ)貼上限的增加，天然氣企業(yè)在中長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都具有正利潤(rùn)，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于維持最大生產(chǎn)量生產(chǎn)的平臺(tái)期。2055年以后，隨著調(diào)峰技術(shù)的進(jìn)步及可再生能源的更為普及，氣電企業(yè)利潤(rùn)逐漸轉(zhuǎn)負(fù)。

不同情景對(duì)氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)電量與用氣量占比的影響見(jiàn)圖3。基準(zhǔn)情景下，氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)電量在2025年后持下降趨勢(shì)，并在后期按最小發(fā)電量進(jìn)行發(fā)電；碳中和情景下前期氣電企業(yè)發(fā)電量緩慢增加，2030年以后發(fā)電量大幅度上升，在后期開(kāi)始有所下降。

3.3 碳中和情景下敏感性分析

在碳中和情景下，又根據(jù)不同的電力市場(chǎng)補(bǔ)貼額度、天然氣市場(chǎng)購(gòu)氣成本、氣電產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新分為多種情景，通過(guò)對(duì)于不同因素變化的敏感性分析，深入探討了在電力市場(chǎng)和天然氣市場(chǎng)及氣電企業(yè)不同發(fā)展情景中氣電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，具體情景設(shè)定見(jiàn)表1。

表1 兩種情景下參數(shù)設(shè)定表

在碳中和情境下，筆者模擬了天然氣市場(chǎng)價(jià)格、電力市場(chǎng)發(fā)電補(bǔ)貼變動(dòng)對(duì)于氣電企業(yè)生產(chǎn)的影響，如圖4-a所示。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)補(bǔ)貼與發(fā)電成本改變時(shí)，補(bǔ)貼的增加及成本的降低均會(huì)導(dǎo)致氣電產(chǎn)業(yè)增大發(fā)電量和用氣量。以補(bǔ)貼額增加為1.2倍與0.9倍生產(chǎn)成本的情況為例，在碳中和情景下，2055年氣電產(chǎn)業(yè)主體由于利潤(rùn)下降甚至虧損，會(huì)選擇減少用氣量，當(dāng)補(bǔ)貼增加或成本減少后氣電企業(yè)則會(huì)選擇持續(xù)按照最大用氣量生產(chǎn)；當(dāng)發(fā)電成本增加或補(bǔ)貼降低力度不大時(shí)，以碳中和Sub=0.8和C=1.1情景為例，氣電企業(yè)的收益整體上有所下降，2035—2045年會(huì)按照最大約束量進(jìn)行生產(chǎn)，2045年以后由于利潤(rùn)出現(xiàn)下降至虧損而選擇最小用氣量生產(chǎn)。

進(jìn)一步研究了當(dāng)補(bǔ)貼與發(fā)電成本同時(shí)發(fā)生改變時(shí)的情景，見(jiàn)圖4-b。補(bǔ)貼的上升（下降）與成本的下降（上升）對(duì)于氣電企業(yè)的單位利潤(rùn)具有同向的影響。重點(diǎn)研究了當(dāng)補(bǔ)貼和發(fā)電成本對(duì)于利潤(rùn)造成不同影響時(shí)，二者的變動(dòng)幅度對(duì)于利潤(rùn)的影響大小。在1.1倍發(fā)電成本、1.2倍補(bǔ)貼額度情境下可以發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)貼上升比例大于發(fā)電成本上升的比例時(shí)，相較于碳中和情景，氣電企業(yè)2050年后會(huì)減少生產(chǎn)；在0.9倍發(fā)電成本、0.8倍補(bǔ)貼額度情境下可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)補(bǔ)貼下降比例大于發(fā)電成本上升比例時(shí)，相較于基準(zhǔn)情景，氣電企業(yè)在2055—2060年仍然保持最大用氣量生產(chǎn)。

技術(shù)進(jìn)步對(duì)于氣電企業(yè)未來(lái)的發(fā)展也有一定的影響。假設(shè)基準(zhǔn)情況下技術(shù)進(jìn)步效率為1%，設(shè)定5%的技術(shù)進(jìn)步情景，其影響如圖4-c所示。對(duì)比基準(zhǔn)情景和碳中和5%技術(shù)進(jìn)步情景可以發(fā)現(xiàn)，氣電企業(yè)的用氣上限沒(méi)有發(fā)生改變，而隨著技術(shù)進(jìn)步氣電企業(yè)的用氣下限發(fā)生了下移，這是因?yàn)橥劝l(fā)電量比例約束的情況下技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致用氣量下降。氣電企業(yè)的選擇趨勢(shì)并未發(fā)生大的改變，但在最小生產(chǎn)的情況下使用天然氣量減少，最大生產(chǎn)的情況下同等用氣產(chǎn)生電力增加，技術(shù)進(jìn)步可以使氣電企業(yè)利潤(rùn)增加。

利潤(rùn)決定了氣電企業(yè)的收益及生產(chǎn)。從圖5可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電成本下降、補(bǔ)貼增加，技術(shù)進(jìn)步都會(huì)導(dǎo)致氣電企業(yè)的利潤(rùn)增加，同比例變動(dòng)情況下發(fā)電成本對(duì)氣電利潤(rùn)的影響大于政府補(bǔ)貼。不同情景中，氣電企業(yè)都在2035—2045年間利潤(rùn)達(dá)到最大值。在碳中和1.2倍補(bǔ)貼情況下，氣電企業(yè)的利潤(rùn)大于碳中和基準(zhǔn)情景下氣電企業(yè)利潤(rùn)且始終產(chǎn)生收益，政府補(bǔ)貼對(duì)于碳中和下氣電企業(yè)的發(fā)展十分重要。較低比例的生產(chǎn)成本下降會(huì)使氣電企業(yè)的收益增加較大，同比例天然氣成本的減少產(chǎn)生的收益大于補(bǔ)貼的增加。在其他因素不變時(shí)，企業(yè)自身的技術(shù)進(jìn)步及效率創(chuàng)新也會(huì)帶來(lái)單位氣利潤(rùn)（單位氣利潤(rùn)=利潤(rùn)總額/用氣量）的增加，這是因?yàn)橥刻烊粴獾陌l(fā)電量增加帶來(lái)了發(fā)電收入和補(bǔ)貼的增加。

綜合以上，對(duì)于氣電企業(yè)而言，天然氣價(jià)格和使用成本對(duì)其影響最大。在碳中和目標(biāo)下，天然氣作為一種過(guò)渡能源，在天然氣成本價(jià)格過(guò)高時(shí)，政府應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提升補(bǔ)貼來(lái)促進(jìn)氣電市場(chǎng)發(fā)展。在中期，可再生能源占比不斷上升、調(diào)峰技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，補(bǔ)貼值應(yīng)合理調(diào)整，使市場(chǎng)合理調(diào)控氣電市場(chǎng)規(guī)模。長(zhǎng)期來(lái)看，天然氣發(fā)電作為由煤炭轉(zhuǎn)向可再生能源發(fā)電的橋梁，最終會(huì)逐步退出電力市場(chǎng)。整個(gè)過(guò)程中，技術(shù)進(jìn)步可以提高同等用氣量下的發(fā)電量，氣電企業(yè)應(yīng)在適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)考慮下增加技術(shù)投入。

4 結(jié)論

1）在基準(zhǔn)情景下，氣電產(chǎn)業(yè)在短期內(nèi)向好，長(zhǎng)期持續(xù)虧損、營(yíng)業(yè)情況較差。政府補(bǔ)貼是氣電產(chǎn)業(yè)的主要利潤(rùn)來(lái)源，補(bǔ)貼總額在短暫上升后趨平。氣電企業(yè)在這種情況下會(huì)選擇先增加生產(chǎn)至最大約束，2025年以后產(chǎn)量下降至最小約束并保持不變。在碳中和情景下，氣電企業(yè)發(fā)電前中期持續(xù)向好，2035—2045年間利潤(rùn)最大后利潤(rùn)遞減至虧損。在這種情況下，2025年以后氣電企業(yè)趨于最大量生產(chǎn)，并保持最大量生產(chǎn)至2050—2055年，2055年以后下降至最小量生產(chǎn)。在電力市場(chǎng)中，氣電企業(yè)發(fā)電量一直增長(zhǎng)至2055年，后出現(xiàn)下降；在天然氣市場(chǎng)中，氣電企業(yè)發(fā)電用氣占比下短暫下降后持續(xù)增長(zhǎng)至2050年，然后下降。

2）為完成碳中和目標(biāo)，政府需要給予適宜的補(bǔ)貼值。政府的補(bǔ)貼是氣電企業(yè)發(fā)電的主要利潤(rùn)來(lái)源，是氣電企業(yè)在電力市場(chǎng)的主要競(jìng)爭(zhēng)力，如果政府的補(bǔ)貼過(guò)低，氣電企業(yè)會(huì)選擇最小電量生產(chǎn)，不利于氣電企業(yè)的正常發(fā)展。政府保持補(bǔ)貼最大值不變后，由于可再生能源的發(fā)展規(guī)模較大，催生其他調(diào)峰手段成本降低，加之氣電的成本變高，氣電的競(jìng)爭(zhēng)力逐漸降低。在向可再生能源發(fā)展的過(guò)程中，由于氣電具有調(diào)峰、脫煤的天然屬性優(yōu)勢(shì)，將發(fā)揮較大的作用。

3）市場(chǎng)因素中，天然氣價(jià)格對(duì)于氣電企業(yè)來(lái)說(shuō)尤為關(guān)鍵，較低的天然氣價(jià)格有利于氣電企業(yè)發(fā)展，而相對(duì)較高的天然氣價(jià)格可能導(dǎo)致氣電企業(yè)最終選擇最低生產(chǎn)。若想保證氣電企業(yè)的合理發(fā)展，政府應(yīng)當(dāng)關(guān)注天然氣市場(chǎng)中價(jià)格的變化，當(dāng)天然氣價(jià)格變高時(shí)，適當(dāng)增加補(bǔ)貼來(lái)彌補(bǔ)氣電企業(yè)的基本收入。

4）長(zhǎng)期來(lái)看，2055年以后可再生能源已成為主要發(fā)電能源、可再生能源調(diào)峰手段已逐漸成熟的情況下，政府應(yīng)當(dāng)降低或取消天然氣發(fā)電企業(yè)發(fā)電最小約束，使氣電企業(yè)合理發(fā)展及發(fā)電與調(diào)峰更加市場(chǎng)化。同時(shí)在碳中和進(jìn)程中，天然氣發(fā)電技術(shù)手段的科技研發(fā)及創(chuàng)新可以提高同等用氣量下的發(fā)電量，有利于資源的節(jié)約利用，同時(shí)也有利于減排。