廉价天然气与可再生能源：下一场能源之战

工程7（2021）133新闻亮点下一场能源之战：廉价天然气与可再生能源米奇·莱斯利高级技术作家自2011年以来，美国共有121家发电厂停止燃烧煤炭，转而燃烧天然气[1]，每兆瓦时发电产生的二氧化碳（CO2）比燃烧煤炭减少约50%[2，3]。如果目前的计划得以实现，到21世纪30年代中期，将有170多座新的燃气发电厂加入其中[4]。这些行动可能会减少温室气体排放，但它们的触发因素与其说是对气候的担忧，不如说是廉价天然气的供应。在水力压裂和其他钻井技术的推动下，丰富的天然气供应改变了美国的电力生产，2010年至2019年天然气发电成本下降了40%以上[5]。部分原因是，在过去的20年里，美国从燃煤电厂获得的电力比例从52%下降到23%，而天然气的份额从16%上升到38%[6，7]。美国能源信息署现在预测，到2050年，天然气将在能源组合中占相同的比例-略低于40%[8]。天然气比煤炭更清洁，但天然气使用量激增对气候的影响仍不清楚。2020年的一项研究估计，2000年至2018年期间，美国新的燃气发电厂导致发电的 二 氧 化 碳排放量下降了24%[9]。然而，研究人员预测，未来几十年的减排量将只有一半，因为公用事业通常会用燃气发电厂取代接近退休的旧燃煤发电厂，这些发电厂将继续释放二氧化碳-尽管水平较低-平均50年[3，9]。鉴于可再生能源发电成本的快速下降[10，11]，特别是如果这种下降继续下去，一些专家认为，增加燃气发电厂将在这50年内给消费者带来更高的价格负担，同时仍然会损害环境[12]。可再生能源成本的下降正在引发另一场能源战。天然气赢得了与煤炭的斗争，但下一场斗争将是廉价的天然气与太阳能和风能等能源的斗争。天然气倡导者经常将其吹捧为化石燃料和新的可再生技术之间的桥梁但其他人担心，燃料例如，即使没有新的燃气发电厂上线，现有设施也必须在2050年前将其产能削减三分之二，以达到美国同意的目标2016年《巴黎协定》[9]尽管特朗普政府退出了该协议，但美国当选总统约瑟夫·拜登承诺重新加入该协议。如果目前的能源结构保持不变，天然气继续在发电中发挥主要作用，2020年的一份报告得出结论，美国二氧化碳排放量将在未来15年下降不到10%，远低于联合国政府间气候变化专门委员会要求的到2030年减少50%的目标[16]。为了实现到2035年将美国发电转换为90%可再生能源的目标，这将减少88%的二氧化碳他说：“当可再生能源不可用时，天然气在提供备用方面发挥的作用有限。”天然气供应约10%的电力，直到2035年后逐步淘汰。坚持使用天然气发电的经济论点通常引用成本和不稳定性，或者无论何时或天气都能提供电力的能力[14]。得克萨斯大学奥斯汀分校的经济学家、公共政策教授希拉？奥姆斯特德（Sheila Olmstead）说，天然气已经设定了一个低价格门槛，可再生能源将不得不钻这个门槛，而且“没有人认为廉价天然气会很快消失”。但在过去的十年里，‘‘Thecost of renewable electricity decreased much faster than any- oneanticipated,” said Tom Konrad, a Stone Ridge, New York-basedinvestment analyst who tracks clean energy最新数据表明，可再生能源在价格上击败了天然气（图1）。由位于百慕大的金融咨询公司Lazard赞助的一项受人尊敬的年度分析估计了不同能源的杠杆化成本，即电力公司需要收取的建设和终身运营成本。2020年的数据计算了公用事业规模晶体硅太阳能电池板（最常见的光伏技术）每兆瓦时的平准化成本，在31至42美元之间，薄膜太阳能电池板是一种更新，更有效的替代品，在29与此同时，所谓的峰值燃气发电厂的成本只有在电网能源短缺时才能启动，从151美元到198美元不等。对稳定运行的燃气联合循环发电厂的估计为44至73美元。康拉德说，可再生能源在不稳定性方面也取得了一些进展。锂离子电池存储，可以弥补下降的电力生产在几个小时内已经成为很多https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.12.0082095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engM. 莱斯利工程7（2021）133134Fig. 1.使用可再生能源发电的成本，例如位于美国加利福尼亚州圣路易斯奥比斯波县的巨大Topaz太阳能农场所捕获的太阳能，已经低于使用天然气的成本。该设施占地25.6平方公里，使用900万个薄膜碲化镉电池板产生550兆瓦的能量。图片来源：Sarah Swenty/USFWS（CC BY 2.0）。近年来，他说。对于短期存储，“此外，天然气中最大的成分甲烷作为温室气体的效力在20年的时间内是二氧化碳的80倍。因此，改用天然气的影响取决于在其生产、运输和使用过程中有多少甲烷被故意排放或逃逸[19]，这一数字已被证明难以确定[20]。最近的估计表明，泄漏和排气可能会减少甚至消除从煤炭到天然气的转换的潜在气候变化好处[9，21]。Phadke和Olmstead指出，如果天然气价格反映了其相关温室气体排放对环境的影响，那么天然气价格将会更高。Phadke说：“因为天然气不支付其巨大的成本，这不是一个公平的竞争。”然而，与太阳能电池板生产和处置相关的重大负面环境影响也没有计入太阳能发电的成本[22]。在美国，如何或是否为碳定价以应对环境破坏仍然是一个争论的问题[23]。在一种最终会使化石燃料更加昂贵的方法中，几个州，城市和县已经提起诉讼，要求主要石油公司支付气候变化的成本[24]。Olmstead说，另一种选择可能是要求发电厂采用碳捕获技术，一些设施正在测试，这也会增加天然气发电的成本。然而，所有的碳定价策略都有一个不确定的未来。一些分析师指出，一些备受瞩目的项目被取消，可再生能源发电量创纪录地增加，声称天然气已经失去了投资者和决策者的青睐，称其为然而，关于使用哪种能源的经济计算是奥姆斯特德警告说，增加使用可再生能源的最大障碍可能是燃料成本以外的因素。关于建造何种类型的工厂的决定包括资本成本和增加输电线路以分配所产生的电力的费用等因素[27]。康拉德说，监管决定也发挥了作用，目前倾向于在美国建设天然气工厂奥姆斯特德说：“底线是，建造一座新的天然气厂是否有意义‘‘Do we want to use it instead of是的。”但是，如果要在天然气燃料工厂和可再生设施之间做出选择引用[1] 今天的能源[互联网]。华盛顿特区：美国能源信息管理局; 2020年8月5日[引用2020年11月16日]。网址：www.eia.gov/todayinenergy/detail.php? 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