بازار گرم نیروگاه‏‏‌های سیکل ترکیبی تا 2029

نیروگاه سیکل ترکیبی (Combined cycle power plant) نیروگاهی است که شامل شماری توربین گازی و توربین بخار می‌شود. در این نوع نیروگاه، با استفاده از دیگ بخار بازیابی، از حرارت موجود در گازهای خروجی توربین‌‌‌های گازی، برای تولید بخار آب موردنیاز در توربین‌‌‌های بخار استفاده می‌شود. زمانی که برای تولید الکتریسیته در خشکی از این روش استفاده می‌شود، رایج‌‌‌ترین نوع آن، نیروگاه توربین گازی سیکل ترکیبی (CCGT) نامیده می‌شود. مبتنی بر همین اصل از این فناوری برای نیروی محرکه دریایی نیز استفاده می‌شود، جایی که به آن نیروگاه ترکیبی گاز و بخار (COGAS) می‌‌‌گویند. ترکیب دو یا چند سیکل ترمودینامیکی بازده کلی را بهبود می‌‌‌بخشد که هزینه سوخت را کاهش می‌دهد.

اگر توربین گاز به صورت سیکل ترکیبی نباشد، گازهای خروجی آن، که می‌توانند تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد دما داشته باشند، به طور مستقیم وارد هوای محیط شده و انرژی باقی‌‌‌مانده در آنها هدر می‌رود؛ این در حالی است که در نیروگاه سیکل ترکیبی، از این انرژی استفاده می‌شود و دیگ بخار توربین بدون نیاز به سوخت، بخار آب تولید می‌کند؛ بنابراین، با استفاده از این روش، انرژی هدر‌رفته در دودکش توربین گازی بازیافت شده و بازدهی سیکل افزایش می‌‌‌یابد.

به طور کلی نیروگاه‌‌‌های سیکل ترکیبی راه‌‌‌حل بسیار کارآمد، انعطاف‌‌‌پذیر، قابل اعتماد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط‌زیست برای تولید برق است. نیروگاه سیکل ترکیبی در واقع ترکیبی از توربین بخار و توربین گازی است به نحوی که ژنراتور توربین گازی، انرژی الکتریکی تولید می‌کند و در عین حال انرژی حرارتی تلف‌شده از توربین گازی (توسط محصولات احتراق)، برای تولید بخار موردنیاز توربین بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد و به این طریق انرژی الکتریکی اضافی تولید می‌شود. با ترکیب کردن این دو سیکل بهره‌‌‌وری از نیروگاه افزایش پیدا می‌کند.

چشم‌انداز بازار

پیش‌بینی می‌شود اندازه بازار نیروگاه سیکل ترکیبی توربین گاز (GTCC) تا سال ۲۰۳۰ به ۱۴۰.۶ میلیارد دلار برسد، این در حالی است که بازار آن در سال ۲۰۲۲ بیش از ۹۴.۸ میلیارد دلار بود و یک رشد ۴.۵ درصدی را نشان می‌دهد. این در حالی است که تاثیر کووید-۱۹ و جنگ روسیه و اوکراین هنگام تخمین اندازه بازار در نظر گرفته شده است. توربین‌‌‌های گازی سیکل ترکیبی با تولید تقریبا ۵۰‌درصد انرژی بیشتر از همان سوخت مصرف‌‌‌شده، کار و کارآیی نیروگاه‌‌‌های چرخه معمولی و ساده را به چالش می‌‌‌کشند.

همچنین کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که بازار نیروگاه سیکل ترکیبی بین سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۳۲ به‌‌‌دلیل بازده چرخه بالا، خروجی زیاد، مقرون‌‌‌به‌‌‌صرفه بودن، سطوح انتشار کم و سایر ویژگی‌‌‌های جذاب، رشد قابل‌‌‌توجهی داشته باشد. همچنین افزایش تقاضا برای انرژی در سراسر جهان ناشی از افزایش سریع فعالیت‌‌‌های صنعتی، افزایش جمعیت و توسعه اقتصادی در اقتصادهای نوظهور باعث رشد بیشتر این صنعت خواهد شد. آشفتگی اقتصادی ناشی از جنگ در اوکراین خواستار تحول سریع در بخش انرژی جهانی شده است. این تحول شامل‌ گذار کشورهای مختلف از منابع سوخت‌‌‌های بسیار آلاینده، که اغلب توسط تنها چند تولیدکننده بزرگ ارائه می‌شود، به منابع انرژی کم‌کربن مانند انرژی هسته‌‌‌ای و انرژی‌‌‌های تجدیدپذیر تغییر می‌کند.

برای دستیابی به این نتیجه، توربین‌‌‌های گاز سیکل ترکیبی از یک بخار و یک توربین گاز به صورت هماهنگ استفاده می‌کنند. علاوه بر این، گرمای اتلاف تولید‌شده از توربین گاز به سمت توربین بخار در نزدیکی هدایت می‌شود که نیروی اضافی ایجاد می‌کند. از تولیدکنندگان کلیدی جهانی نیروگاه‌‌‌های سیکل ترکیبی توربین گازی در سال ۲۰۲۲ می‌توان به صنایع سنگین کاوازاکی، کاترپیلار، گروه دوسان، صنایع سنگین میتسوبیشی، زیمنس، جنرال الکتریک، اکسلون، توشیبا و آنسالدو انرژیا اشاره کرد که پنج بازیکن برتر جهانی سهم قابل‌توجهی را در این بازار از نظر درآمد دارند.

نیروگاه‌‌‌های سیکل ترکیبی مختلفی در جهان در دسترس هستند تا توان خروجی بیشتری را به طور کارآمد ارائه دهند و توان بیشتری نسبت به نیروگاه‌‌‌های سیکل ساده تولید کنند. روندهای کلیدی که سهم بازار نیروگاه سیکل ترکیبی را تقویت می‌کنند شامل اجرای هنجارها و مقررات زیست‌محیطی سختگیرانه برای محدود کردن انتشار گازهای گلخانه‌ای از بخش انرژی حرارتی مبتنی بر زغال‌سنگ و پیشرفت‌‌‌های سریع فناوری است. نیروگاه‌‌‌های نسل بعدی از فناوری یادگیری ماشینی برای اطمینان از مدل‌سازی دقیق عملکردهای عملیاتی اصلی خود استفاده می‌کنند، حرکتی که به تغییر چشم‌‌‌انداز صنعت کمک می‌کند.

از نظر ظرفیت، به دلیل طراحی فشرده و مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا، این صنعت کاملا آماده است تا نرخ رشد قابل‌توجهی را تا سال ۲۰۳۲ به تصویر بکشد. توربین‌‌‌های گازی نصب‌شده در این نیروگاه‌‌‌ها به ظرفیت بیش از ۲۵۰ مگاوات تا ۳۵۰ مگاوات برآورد می‌شود و در سال‌های آینده شاهد افزایش ۴۰درصدی راندمان خواهیم بود.

از طرف دیگر بازار نیروگاه سیکل ترکیبی اروپا تا سال ۲۰۳۲ به دلیل صنعتی شدن سریع که اقتصاد انرژی منطقه را به پیش می‌‌‌برد، سهم تجاری قابل‌توجهی را در اختیار خواهد داشت. کشورهای اروپایی احتمالا به عنوان یک بازار گاز طبیعی به سرعت در حال گسترش ظاهر می‌‌‌شوند و پیش‌بینی می‌شود که تقاضا در این منطقه در دهه‌‌‌های آینده به میزان قابل‌توجهی افزایش یابد. همچنین انتظار می‌رود این اتفاق به نوبه خود زمینه سودآوری را برای کسب‌و‌کارهای نیروگاه سیکل ترکیبی فراهم کند تا در طول دوره پیش‌بینی به طور تصاعدی رشد کنند.

از بازیگران کلیدی فعال در بازار جهانی نیروگاه سیکل ترکیبی می‌توان به وارتسیلا شرکت صنعتی فنلاندی، شرکت اماراتی Araner، شرکت کانادایی ATCO، گروه بکتل، شرکت توربین‌‌‌های خورشیدی کاترپیلار، زیمنس، میتسوبیشی هیتاچی، صنایع سنگین کاوازاکی، جنرال الکتریک، و آنسالدو انرژیا اشاره کرد. این شرکت‌ها استراتژی‌‌‌های متنوعی مانند M&A و گسترش کسب و کار را برای حفظ موقعیت خود در صنعت جهانی به کار می‌‌‌برند. به عنوان مثال، در نوامبر ۲۰۲۲، نرم‌‌‌افزار صنایع دیجیتال زیمنس اعلام کرد که قراردادی را برای خرید شرکت Avery Design Systems، یکی از تامین‌‌‌کنندگان پیشرو مستقل امضا کرده است.

حدود نیمی‌‌‌ از ظرفیت CCGT امروزی بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۶ ساخته شده است. این افزایش ناگهانی در تعداد نیروگاه‌‌‌های CCGT در پاسخ به کمبود برق بود که در اواخر دهه ۱۹۹۰ و همزمان با ورود توربین‌‌‌های گاز طبیعی کلاس F جدید و کارآمد به بازار رخ داد. در حال حاضر، بسیاری از این نیروگاه‌‌‌های CCGT حدود ۲۰ سال عمر دارند، که می‌تواند با افزایش سن واحدها، عوامل ظرفیت کمتری را به همراه داشته باشد.

نرخ حرارت کمتر، نسبت مقدار سوخت موردنیاز برای تولید یک واحد برق، نتیجه افزایش راندمان نیروگاه‌‌‌های جدیدتر CCGT است. نیروگاه‌‌‌های CCGT که بین سال‌های ۲۰۱۰ و ۲۰۲۲ ساخته شده‌‌‌اند، کمترین نرخ متوسط گرما را در بین تمام نیروگاه‌‌‌های CCGT دارند، با ۶۹۶۰ بی‌‌‌تی‎یو در هر کیلووات ساعت (Btu/kWh) در سال ۲۰۲۲، که ۷‌درصد کمتر از واحدهای ساخته‌شده بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۹ است.

به عنوان مثال میانگین نرخ بهره‌‌‌برداری (یا ضریب ظرفیت) برای کل ناوگان نیروگاه‌‌‌های برقی توربین گاز طبیعی سیکل ترکیبی ایالات متحده (CCGT) با بهبود راندمان عملیاتی واحدهای جدید CCGT افزایش یافته است. به طوری که ضریب ظرفیت CCGT از ۴۰‌درصد در سال ۲۰۰۸ به ۵۷‌درصد در سال ۲۰۲۲ افزایش یافت. افزایش راندمان، رقابت‌پذیری واحدهای CCGT جدیدتر را در برابر سایر منابع سوخت و واحدهای قدیمی‌‌‌تر CCGT بهبود بخشید.

دو عامل بر استفاده از یک واحد CCGT تاثیر می‌‌‌گذارد که شامل راندمان ژنراتور و هزینه تحویل گاز طبیعی هستند. فناوری پیشرفته‌‌‌تر توربین گاز طبیعی کلاس H و J در اواسط دهه ۲۰۱۰ وارد بازار شد و کارآیی نیروگاه‌‌‌های گاز طبیعی جدیدتر را افزایش داد. قیمت‌های پایین‌‌‌تر گاز طبیعی معمولا فاکتورهای ظرفیت نیروگاه‌‌‌های گاز طبیعی را افزایش می‌دهد، زیرا برق تولیدی ارزان‌‌‌تر از سایر منابع، مانند نیروگاه‌‌‌های با سوخت زغال‌‌‌سنگ است. در سال‌های ۲۰۱۲ و ۲۰۱۵، با کاهش قیمت سالانه گاز طبیعی هنری‌‌‌ هاب، عوامل میانگین ظرفیت سالانه واحدهای CCGT بیش از هفت‌درصد افزایش یافت.

اپراتورهای شبکه عموما ژنراتورها را به صورت متوالی از کمترین هزینه به بالاترین هزینه ارسال می‌کنند. از آنجا که واحدهای CCGT که بین سال‌های ۲۰۱۰ و ۲۰۲۲ ساخته شده‌‌‌اند، معمولا کمترین هزینه‌‌‌های عملیاتی را دارند، در مقایسه با نیروگاه‌‌‌های قدیمی‌‌‌تر CCGT، به دفعات بیشتری ارسال می‌‌‌شوند. در سال ۲۰۲۲، ضریب ظرفیت واحدهای CCGT که بین سال‌های ۲۰۱۰ و ۲۰۲۲ شروع به کار کردند، به طور متوسط ۶۴‌درصد بود، در مقایسه با ۵۵‌درصد برای واحدهایی که بین سال‌های ۲۰۰۰ و ۲۰۰۹ شروع به کار کردند و ۳۵‌درصد برای واحدهایی که بین سال‌های ۱۹۹۰ تا ۱۹۹۹ شروع به فعالیت کردند.

به طور کلی آسیا و اقیانوسیه تقریبا ۳۶‌درصد از سهم کل درآمد بازار نیروگاه‌‌‌های سیکل ترکیبی را در سال ۲۰۲۲ در اختیار داشته است. از نظر ظرفیت، نیروگاه‌‌‌های بیش از ۲۰۰ مگاوات سهم درآمد قابل‌توجهی معادل ۶۶‌درصد در سال ۲۰۲۲ را از این صنعت به خود اختصاص دادند. از نظر فناوری نیز بخش توربین‌‌‌های سیکل ترکیبی با ۷۴‌درصد بیشترین سهم درآمد را در سال ۲۰۲۲ داشتند. از نظر مصرف نهایی، شرکت‌های نیرو و برق درآمدی بیش از ۸۲ درصدی را در سال ۲۰۲۲ از این بخش کسب کردند. همچنین توربین‌‌‌های گازی هوا مشتق با یک نرخ رشد مرکب سالانه ۹درصدی از سال ۲۰۲۳ تا ۲۰۳۲ در حال رشد است.

پیش‌بینی می‌شود که صنعت توربین‌‌‌های گازی در آمریکای شمالی تا سال ۲۰۳۲ از ۱۰ گیگاوات نصب سالانه فراتر رود. دسترسی آسان به مواد خام و ادغام مداوم توربین‌‌‌های با تکنولوژی پیشرفته از عوامل اصلی اشباع این فناوری هستند. افزایش تمرکز بر روی فناوری قدرت CCGT به علاوه قابلیت کاربرد رو به بالای سیستم‌های گازسوز به واسطه روش‌های حفاری و استخراج، تقاضای محصول را بیشتر ارتقا می‌دهد. پیش‌بینی می‌شود خاورمیانه و آفریقا به عنوان یکی دیگر از بازارهای مهم از نظر افزایش ظرفیت و سفارش ظاهر شوند. تقاضای انباشته را می‌توان به دلیل افزایش تمایل به نیروگاه‌‌‌های سیکل ترکیبی گازسوز در بخش نفت و گاز بومی ‌‌‌دانست.

سیاستگذاران اتحادیه اروپا، توربین‌‌‌های گازی را بیشتر از یک فناوری اتصال برای دستیابی به اهداف ۲۰۳۲ تا زمانی که فناوری‌‌‌های دیگر توسعه یابند، در نظر گرفته‌‌‌اند. انتظار می‌رود که تقاضا برای توربین‌‌‌های گازی در طول این دوره افزایش یابد. اگرچه انتشار متان و سایر گازهای مضر می‌تواند در آینده نزدیک این رشد را به چالش بکشد. آسیا پاسیفیک هنوز یک بازار نوپا در زمینه نیروگاه‌‌‌های سیکل ترکیبی است، با این حال پیش‌بینی می‌شود که توسعه زیرساخت‌‌‌های نیرومندی که از سوی دولت‌‌‌ها آغاز شده است، رونق چشمگیری به بازار ببخشد.

هند همچنین تمرکز خود را بر استفاده از منابع پاک‌تر افزایش می‌دهد. علاوه بر این، پیش‌بینی می‌شود که اتکای چین به زغال‌‌‌سنگ در سال‌های آینده کاهش یابد، در کنار ترکیب انرژی این کشور که عمدتا منابع انرژی پاک را ترجیح می‌دهد. بر اساس پیش‌بینی‌‌‌ها افزایش نگرانی‌ها در مورد انتشار گازهای گلخانه‌‌‌ای مطابق با مقررات شدید دولتی برای اجرای توربین‌‌‌های گازسوز روی واحدهای تولید برق معمولی، رشد بازار توربین‌‌‌های گازی را افزایش دهد. رشد تقاضای انرژی در کشورهای در حال ظهور و همچنین پذیرش دائمی ‌‌‌انرژی‌‌‌های تجدیدپذیر نسبت به سوخت‌‌‌های سنتی یکپارچگی محصول را بیش از پیش تقویت خواهد کرد.

افزایش فناوری منجر به افزایش تولید گاز شیل شده است و انتظار می‌رود که برنامه‌‌‌های بسیاری از کشورها برای حذف تدریجی تولید برق مبتنی بر زغال‌‌‌سنگ و جایگزینی آنها با نیروگاه گازی، رشد بازار این بخش را در سال‌های آینده رونق بخشد. با وجود این‌، استقرار رو به رشد انرژی‌‌‌های تجدیدپذیر به دلیل شایستگی برتر تولید برق مبتنی بر انرژی‌‌‌های تجدیدپذیر ممکن است رشد بازار توربین‌‌‌های گازی را در سال‌های آینده مختل کند.

کارشناسان صنعت برق انتظار دارند که در سال‌های آینده، تقاضای برق نزدیک به یک‌سوم تقاضای فعلی افزایش یابد. مناطق اصلی تولیدکننده گاز از جمله ایالات متحده، خاورمیانه و روسیه در حال مشاهده مهم‌ترین اصلاحات در زمینه تولید برق خود هستند تا به سرعت تولید برق مبتنی بر گاز را دنبال کنند. تاسیسات قابل‌توجهی نیز در آمریکای لاتین، آسیای جنوب شرقی و آفریقا مشاهده شده است. در نتیجه این پیشرفت‌‌‌ها، تقاضا برای توربین گاز ممکن است در این مناطق در طول دوره پیش‌بینی افزایش یابد.