Análisis integral de los costos de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural

I. Composición básica de los costos de generación de energía

El costo de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural toma como indicador contable principal el costo nivelado de la electricidad (LCOE) durante todo el ciclo de vida, abarcando tres sectores principales: costo del combustible, costo de la inversión en construcción y costo de operación y mantenimiento. La proporción de estos tres sectores muestra una distribución diferencial evidente, donde el costo del combustible predomina y determina directamente el nivel general de costos.

(I) Costo del combustible: núcleo de la proporción del costo, impacto más significativo de las fluctuaciones

El costo del combustible representa la mayor proporción del costo de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural. Los datos de cálculo de la industria muestran que su proporción generalmente alcanza entre el 60% y el 80%, y puede superar el 80% en algunos entornos de mercado extremos, lo que lo convierte en la variable más crítica que afecta la fluctuación de los costos de generación de energía. La contabilización del costo del combustible depende principalmente del precio del gas natural (incluyendo el precio de compra y la tarifa de transmisión y distribución) y la eficiencia de generación de energía de la unidad. La fórmula principal de cálculo es: Costo del combustible (yuanes/kWh) = Precio unitario del gas natural (yuanes/metro cúbico) ÷ Eficiencia de generación de energía de la unidad (kWh/metro cúbico).

En combinación con el nivel actual de la industria dominante, el precio promedio del gas natural doméstico para la planta es de aproximadamente 2,8 yuanes/metro cúbico. La eficiencia de generación de energía de las unidades típicas de turbina de gas de ciclo combinado (CCGT) es de aproximadamente 5,5-6,0 kWh/metro cúbico, lo que corresponde al costo unitario del combustible para la generación de energía de aproximadamente 0,47-0,51 yuanes; si se adoptan unidades de motor de combustión interna distribuidas, la eficiencia de generación de energía es de aproximadamente 3,8-4,2 kWh/metro cúbico, y el costo unitario del combustible para la generación de energía aumenta a 0,67-0,74 yuanes. Cabe destacar que alrededor del 40% del gas natural doméstico depende de las importaciones. Las fluctuaciones en los precios internacionales spot del GNL y los cambios en los patrones de producción, suministro, almacenamiento y comercialización de fuentes de gas domésticas se transmitirán directamente al final del costo del combustible. Por ejemplo, durante el fuerte aumento de los precios spot del JKM asiático en 2022, el costo unitario del combustible para la generación de energía de las empresas eléctricas a gas nacionales superó los 0,6 yuanes, superando ampliamente el rango de equilibrio.

(II) Costo de inversión en construcción: proporción estable de inversión fija, disminución impulsada por la localización

El costo de la inversión en construcción es una inversión fija única que incluye principalmente la compra de equipos, la ingeniería civil, la instalación y puesta en marcha, la adquisición de terrenos y los costos de financiamiento. Su proporción en el costo total de generación de energía durante el ciclo de vida es de aproximadamente el 15% al ​​25%, y los principales factores que influyen son el nivel técnico de los equipos y la tasa de localización.

Desde la perspectiva de la compra de equipos, la tecnología central de las turbinas de gas de servicio pesado ha sido monopolizada durante mucho tiempo por gigantes internacionales, y los precios de los equipos importados y los componentes clave siguen siendo altos. El costo de inversión estática por unidad de kilovatio de un solo proyecto de generación de energía de ciclo combinado de un millón de kilovatios es de aproximadamente 4500-5500 yuanes, de los cuales la turbina de gas y la caldera de calor residual de apoyo representan alrededor del 45% de la inversión total en equipos. En los últimos años, las empresas nacionales han acelerado los avances tecnológicos. Empresas como Weichai Power y Shanghai Electric han implementado gradualmente la localización de unidades generadoras de gas natural de servicio mediano y ligero y componentes centrales, reduciendo el costo de compra de equipos similares en un 15%-20% en comparación con los productos importados, lo que reduce efectivamente el costo total de inversión en construcción. Además, la capacidad de la unidad y los escenarios de instalación también afectan los costos de construcción. Las unidades pequeñas distribuidas tienen ciclos de instalación cortos (solo 2-3 meses), baja inversión en ingeniería civil y menores costos de inversión por unidad de kilovatio que las grandes centrales eléctricas centralizadas; Aunque las grandes unidades de ciclo combinado tienen una inversión inicial elevada, tienen ventajas significativas en la eficiencia de generación de energía y pueden amortizar los costos de inversión unitaria a través de la generación de energía a gran escala.

(III) Costo de Operación y Mantenimiento: Inversión Continua a Largo Plazo, Gran Espacio para la Optimización Tecnológica

El costo de operación y mantenimiento es una inversión continua a lo largo de todo su ciclo de vida, que incluye principalmente la inspección y el mantenimiento de equipos, la sustitución de piezas, la mano de obra, el consumo de aceite lubricante y los tratamientos de protección ambiental. Su proporción en el costo total de generación de energía durante todo su ciclo de vida es de aproximadamente el 5% al ​​10%. Desde la perspectiva de la industria, el principal gasto en operación y mantenimiento consiste en la sustitución de componentes clave y los servicios de mantenimiento. El costo medio de mantenimiento de una sola turbina de gas de gran tamaño puede alcanzar los 300 millones de yuanes, y el costo de sustitución de los componentes principales es relativamente alto.

Las unidades con diferentes niveles técnicos presentan diferencias significativas en los costos de operación y mantenimiento: si bien las unidades generadoras de alto rendimiento requieren una mayor inversión inicial, su consumo de aceite lubricante es solo una décima parte del de las unidades convencionales, con ciclos de cambio de aceite más largos y una menor probabilidad de parada por falla, lo que reduce eficazmente los costos de mano de obra y las pérdidas por parada. Por el contrario, las unidades tecnológicamente más atrasadas presentan fallas frecuentes, lo que no solo incrementa el costo de reemplazo de piezas, sino que también afecta los ingresos de generación de energía debido a la parada, lo que indirectamente eleva el costo integral. En los últimos años, con la modernización de la tecnología de operación y mantenimiento local y la aplicación de sistemas de diagnóstico inteligente, los costos de operación y mantenimiento de las unidades generadoras de gas natural domésticas han disminuido gradualmente. La mejora de la tasa de mantenimiento independiente de los componentes principales ha reducido el costo de reemplazo en más de un 20% y el intervalo de mantenimiento se ha extendido a 32,000 horas, reduciendo aún más el espacio para los gastos de operación y mantenimiento.

II. Variables clave que afectan los costos de generación de energía

Además de los componentes centrales mencionados anteriormente, los costos de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural también se ven afectados por múltiples variables, como el mecanismo de precios del gas, la orientación de las políticas, el desarrollo del mercado de carbono, la distribución regional y las horas de utilización de la unidad, entre las cuales el impacto del mecanismo de precios del gas y el desarrollo del mercado de carbono es el de mayor alcance.

(I) Mecanismo de precios del gas y garantía de la fuente de gas

La estabilidad de los precios del gas natural y los modelos de adquisición determinan directamente la tendencia de los costos del combustible y, por consiguiente, afectan los costos generales de generación de energía. Actualmente, el precio nacional del gas natural ha establecido un mecanismo de vinculación entre el precio de referencia y el precio flotante. El precio de referencia está vinculado a los precios internacionales del petróleo crudo y del GNL, y el precio flotante se ajusta según la oferta y la demanda del mercado. Las fluctuaciones de precios se transmiten directamente al costo de generación de energía. La capacidad de garantía de la fuente de gas también afecta los costos. En regiones con centros de carga como el delta del río Yangtsé y el delta del río Perla, las estaciones receptoras de GNL son densas, el nivel de interconexión de la red de gasoductos es alto, el costo de transmisión y distribución es bajo, el suministro de gas es estable y el costo del combustible es relativamente controlable. Mientras tanto, en la región noroeste, limitada por la distribución de gas y las instalaciones de transmisión, el costo de transmisión y distribución de gas natural es relativamente alto, lo que eleva el costo de generación de energía de las unidades generadoras de la región. Además, las empresas pueden asegurar los precios de la fuente de gas mediante la firma de acuerdos de suministro de gas a largo plazo, evitando así los riesgos de costos causados ​​por las fluctuaciones en los precios internacionales del gas.

(II) Orientación de políticas y mecanismo de mercado

Los mecanismos de política afectan principalmente los costos integrales y los niveles de ingresos de las unidades generadoras de gas natural a través de la transmisión de costos y la compensación de ingresos. En los últimos años, China ha promovido gradualmente la reforma del precio de la electricidad en dos partes para la generación de energía a gas natural, que se implementó por primera vez en provincias como Shanghái, Jiangsu y Guangdong. La recuperación de los costos fijos está garantizada a través del precio de la capacidad, y el precio de la energía está vinculado al precio del gas para transmitir los costos del combustible. Entre ellos, Guangdong ha aumentado el precio de la capacidad de 100 yuanes/kW/año a 264 yuanes/kW/año, lo que puede cubrir el 70%-80% de los costos fijos del proyecto, aliviando efectivamente el problema de la transmisión de costos. Al mismo tiempo, la política de compensación para las unidades de arranque y parada rápidos en el mercado de servicios auxiliares ha mejorado aún más la estructura de ingresos de los proyectos de energía a gas. El precio de compensación de regulación pico en algunas regiones ha alcanzado los 0,8 yuanes/kWh, que es significativamente más alto que los ingresos de la generación de energía convencional.

(III) Desarrollo del mercado de carbono y ventajas de bajas emisiones de carbono

Con la mejora continua del mercado nacional de comercio de derechos de emisión de carbono, los costos del carbono se han internalizado gradualmente, convirtiéndose en un factor importante que afecta la economía relativa de las unidades generadoras de gas natural. La intensidad de las emisiones de dióxido de carbono por unidad de las unidades generadoras de gas natural es aproximadamente el 50 % de la de las centrales térmicas de carbón (unos 380 gramos de CO₂/kWh frente a los 820 gramos de CO₂/kWh de las centrales térmicas de carbón). En un contexto de aumento de los precios del carbono, sus ventajas en términos de bajas emisiones de carbono siguen siendo notables. El precio actual del carbono a nivel nacional es de unos 50 yuanes/tonelada de CO₂, y se espera que aumente a 150-200 yuanes/tonelada para 2030. Tomando como ejemplo una sola unidad de 600.000 kilovatios con una emisión anual de unos 3 millones de toneladas de CO₂, la energía a carbón necesitará soportar entre 450 y 600 millones de yuanes adicionales de costos de carbono por año en ese momento, mientras que la energía a gas es solo el 40% de la energía a carbón, y la brecha de costos entre la energía a gas y la energía a carbón se reducirá aún más. Además, los proyectos de energía a gas pueden obtener ingresos adicionales mediante la venta de cuotas de carbono excedentes en el futuro, lo que se espera que reduzca el costo nivelado del ciclo de vida completo de la electricidad en un 3%-5%.

(IV) Horas de utilización de la unidad

Las horas de utilización de la unidad afectan directamente la amortización de los costos fijos. A mayor número de horas de utilización, menor el costo unitario de generación de energía. Las horas de utilización de las unidades generadoras de gas natural están estrechamente relacionadas con los escenarios de aplicación: las centrales eléctricas centralizadas, como fuentes de energía de regulación de pico, generalmente tienen una utilización de 2500 a 3500 horas; las centrales eléctricas distribuidas, cercanas a la demanda de carga terminal de parques industriales y centros de datos, pueden alcanzar 3500 a 4500 horas de utilización, lo que permite reducir el costo unitario de generación de energía entre 0,03 y 0,05 yuanes/kWh. Si las horas de utilización son inferiores a 2000 horas, los costos fijos no se pueden amortizar eficazmente, lo que conlleva un aumento significativo en el costo integral de generación de energía e incluso pérdidas.

III. Estado actual de los costos de la industria

Combinando con los datos actuales de la industria, bajo el escenario de referencia de precio de gas natural de 2,8 yuanes/metro cúbico, horas de utilización de 3000 horas y precio del carbono de 50 yuanes/tonelada de CO₂, el costo nivelado del ciclo de vida completo de la electricidad de proyectos típicos de turbinas de gas de ciclo combinado (CCGT) es de aproximadamente 0,52-0,60 yuanes/kWh, ligeramente más alto que el de la energía a carbón (aproximadamente 0,45-0,50 yuanes/kWh), pero significativamente más bajo que el costo integral de la energía renovable con almacenamiento de energía (aproximadamente 0,65-0,80 yuanes/kWh).

Desde la perspectiva de las diferencias regionales, gracias al suministro estable de gas, el mejor apoyo político y la aceptación de un alto precio del carbono, el coste nivelado de la electricidad durante todo el ciclo de vida de las centrales eléctricas de gas en regiones con centros de carga como el delta del río Yangtsé y el delta del río Perla se puede controlar en 0,45-0,52 yuanes/kWh, lo que ofrece una base económica para competir con la energía a carbón. Entre ellas, como piloto de comercio de carbono, el precio medio del carbono de Guangdong en 2024 alcanzó los 95 yuanes/tonelada. Combinado con el mecanismo de compensación por capacidad, la ventaja en costes es más evidente. En la región noroeste, limitada por la garantía de la fuente de gas y los costes de transmisión y distribución, el coste unitario de generación de energía suele ser superior a 0,60 yuanes/kWh, y la economía del proyecto es débil.

Desde la perspectiva de la industria en su conjunto, el costo de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural muestra una tendencia de optimización: bajo a corto plazo y en mejora a largo plazo: a corto plazo, debido a los altos precios del gas y las bajas horas de uso en algunas regiones, el margen de rentabilidad es limitado; a mediano y largo plazo, con la diversificación de las fuentes de gas, la localización de equipos, el aumento de los precios del carbono y la mejora de los mecanismos de política, el costo disminuirá gradualmente. Se espera que para 2030, la tasa interna de retorno (TIR) ​​de los proyectos de energía eficiente a gas con capacidades de gestión de activos de carbono se mantenga estable en un rango del 6% al 8%.

IV. Direcciones fundamentales para la optimización de costos

Combinando la composición de costos y los factores influyentes, la optimización de los costos de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural debe centrarse en los cuatro núcleos de "controlar el combustible, reducir la inversión, optimizar la operación y el mantenimiento y disfrutar de las políticas", y lograr la reducción continua de los costos integrales a través de la innovación tecnológica, la integración de recursos y la conexión de políticas.

En primer lugar, estabilizar el suministro de gas y controlar los costos del combustible. Fortalecer la cooperación con los principales proveedores nacionales de gas natural, firmar acuerdos de suministro de gas a largo plazo para fijar los precios de las fuentes de gas; promover la diversificación de las fuentes de gas, aprovechar el aumento de la producción nacional de gas de esquisto y la mejora de los acuerdos a largo plazo de importación de GNL para reducir la dependencia de los precios internacionales del gas al contado; al mismo tiempo, optimizar el sistema de combustión de las unidades, mejorar la eficiencia de la generación de energía y reducir el consumo de combustible por unidad de generación de energía.

En segundo lugar, promover la localización de equipos y reducir la inversión en construcción. Incrementar continuamente la inversión en investigación y desarrollo de tecnologías clave, superar el obstáculo que supone la localización de componentes clave de turbinas de gas de alta potencia y reducir aún más los costos de adquisición de equipos; optimizar los procesos de diseño e instalación de proyectos, acortar el ciclo de construcción y amortizar los costos de financiamiento y la inversión en ingeniería civil; seleccionar razonablemente la capacidad unitaria según los escenarios de aplicación para lograr un equilibrio entre inversión y eficiencia.

En tercer lugar, modernizar el modelo de operación y mantenimiento y reducir los costos de operación y mantenimiento. Desarrollar una plataforma de diagnóstico inteligente, usar big data y tecnología 5G para obtener alertas tempranas precisas sobre el estado de los equipos, y promover la transformación del modelo de operación y mantenimiento de "mantenimiento pasivo" a "alerta temprana activa"; promover la localización de la tecnología de operación y mantenimiento, formar un equipo profesional de operación y mantenimiento, mejorar la capacidad de mantenimiento independiente de los componentes principales y reducir los costos de mantenimiento y reemplazo de piezas; seleccionar unidades de alto rendimiento para reducir la probabilidad de fallas y el consumo de consumibles.

En cuarto lugar, conectar con precisión las políticas y generar ingresos adicionales. Responder activamente a políticas como la compensación por precio de electricidad en dos partes y la regulación de horas punta, y promover la transmisión de costos y el apoyo a la compensación de ingresos; diseñar proactivamente el sistema de gestión de activos de carbono, aprovechar al máximo el mecanismo del mercado de carbono para generar ingresos adicionales mediante la venta de cuotas de carbono excedentes y la participación en instrumentos financieros de carbono, y optimizar aún más la estructura de costos; promover la combinación complementaria de energías múltiples (gas, fotovoltaica e hidrógeno), mejorar las horas de utilización de las unidades y amortizar los costos fijos.

V. Conclusión

El costo de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural se centra en el costo del combustible, respaldado por la inversión en construcción y los costos de operación y mantenimiento, y se ve afectado conjuntamente por múltiples factores como el precio del gas, las políticas, el mercado de carbono y la distribución regional. Su economía depende no solo de su propio nivel técnico y capacidad de gestión, sino también de la profunda vinculación del patrón del mercado energético con la orientación política. Actualmente, si bien el costo de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural es ligeramente superior al de las centrales de carbón, con el avance del objetivo de "carbono dual", el aumento de los precios del carbono y el avance en la localización de equipos, sus ventajas en términos de bajas emisiones de carbono y sus ventajas económicas se irán haciendo cada vez más evidentes.

En el futuro, con la mejora continua del sistema de producción, suministro, almacenamiento y comercialización de gas natural, y la profundización de la reforma del mercado eléctrico y del mercado del carbono, el costo de generación de energía de las unidades generadoras de gas natural se optimizará gradualmente, convirtiéndose en un elemento clave para la integración de las energías renovables de alto rendimiento y la seguridad energética. Para las empresas del sector, es necesario comprender con precisión los factores que afectan los costos, centrarse en las principales líneas de optimización y reducir continuamente el costo integral de generación de energía mediante la innovación tecnológica, la integración de recursos y la integración de políticas, mejorar la competitividad de las unidades generadoras de gas natural en el mercado y contribuir a la construcción del nuevo sistema eléctrico y la transformación de la estructura energética.