下一場(chǎng)能源之戰(zhàn)
——廉價(jià)天然氣與可再生能源

Mitch Leslie

Senior Technology Writer

自2011年以來(lái)，美國(guó)共有121家發(fā)電廠停止燃燒煤，改用天然氣[1]。利用天然氣發(fā)電，每兆瓦時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳（CO2）比燃煤產(chǎn)生的二氧化碳約減少50% [2,3]。如果目前的計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)，到21世紀(jì)30年代中期，將有超過(guò)170座新的燃?xì)獍l(fā)電廠加入這一行列[4]。這些行動(dòng)可能會(huì)減少溫室氣體的排放，但采取這些行動(dòng)的主要原因是廉價(jià)天然氣的供應(yīng)，而不是人們對(duì)氣候變化的擔(dān)憂(yōu)。

在水力壓裂和其他鉆井技術(shù)的推動(dòng)下，充足的天然氣供應(yīng)改變了美國(guó)的電力生產(chǎn)方式。在2010—2019年，天然氣發(fā)電成本下降了40%以上[5]。在過(guò)去20年中，美國(guó)燃煤發(fā)電廠發(fā)電的比例從52%下降到23%，而燃?xì)獍l(fā)電廠發(fā)電的比例則從16%上升到38% [6,7]。美國(guó)能源信息署（US Energy Information Agency）預(yù)計(jì)，截至2050年，天然氣在能源結(jié)構(gòu)中所占的比例將與現(xiàn)在持平——略低于40% [8]。

天然氣是一種比煤炭更清潔的能源，但其使用量的激增對(duì)氣候的影響尚不清楚。2020年的一項(xiàng)研究估計(jì)，在2000—2018年，美國(guó)新建的燃?xì)獍l(fā)電廠使發(fā)電過(guò)程中二氧化碳的排放量減少24% [9]。研究人員預(yù)計(jì)，在未來(lái)幾十年里，二氧化碳排放量會(huì)減少到現(xiàn)在的一半，因?yàn)楣檬聵I(yè)公司經(jīng)常用燃?xì)獍l(fā)電廠取代即將停止使用的燃煤發(fā)電廠。盡管新建的燃?xì)獍l(fā)電廠的二氧化碳排放量能夠維持在較低水平，但是平均來(lái)看，燃煤發(fā)電廠在未來(lái)50年內(nèi)將繼續(xù)釋放二氧化碳[3,9]。一些專(zhuān)家認(rèn)為，考慮到可再生能源發(fā)電成本的急劇下降[10,11]，特別是如果這種趨勢(shì)持續(xù)，燃?xì)獍l(fā)電廠的增加將在未來(lái)50年內(nèi)給消費(fèi)者帶來(lái)更加沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成損害 [12]。

可再生能源成本的下降正在引發(fā)另一場(chǎng)能源戰(zhàn)。天然氣贏得了與煤炭的競(jìng)爭(zhēng)，但接下來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)將是廉價(jià)的天然氣與太陽(yáng)能和風(fēng)能等資源的競(jìng)爭(zhēng)。天然氣的支持者經(jīng)常吹捧天然氣是連接化石燃料和新型可再生能源技術(shù)之間的橋梁。但也有人擔(dān)心，這種燃料的價(jià)格水平可能會(huì)阻礙其向清潔能源的轉(zhuǎn)化，并減緩美國(guó)在實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)方面的進(jìn)展[13-15]。例如，即使沒(méi)有新的燃?xì)獍l(fā)電廠，現(xiàn)有發(fā)電廠也必須在2050年前減少2/3的產(chǎn)能，以實(shí)現(xiàn)美國(guó)在2016年《巴黎協(xié)定》中的目標(biāo)[9]。盡管特朗普（Trump）政府退出了該協(xié)定，但美國(guó)新當(dāng)選的總統(tǒng)約瑟夫·拜登（Joseph Biden）已承諾重新加入該協(xié)定。2020年的一份報(bào)告稱(chēng)，如果當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)不變，即天然氣在發(fā)電方面繼續(xù)發(fā)揮重要作用，美國(guó)二氧化碳排放量的下降在接下來(lái)的15年里將低于10%，這遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)的要求，即截止到2030年，美國(guó)二氧化碳的排放量需減少50% [16]。美國(guó)加利福尼亞州勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Amol Phadke（也是該報(bào)告的聯(lián)合作者）表示，為了實(shí)現(xiàn)到2035年，將90%的可再生能源轉(zhuǎn)化為電力，以減少88%的二氧化碳排放的目標(biāo)，必須大幅減少天然氣的使用。他聲稱(chēng)：“在沒(méi)有可再生能源的情況下，天然氣只能起到有限的作用。天然氣將供應(yīng)約10%的電力，直到2035年后會(huì)被逐步淘汰。”

堅(jiān)持用天然氣發(fā)電的理由，通常是以成本和間歇性為依據(jù)，即它具有在任何時(shí)間、任何天氣下都能供電的能力[14]。天然氣已經(jīng)為可再生能源設(shè)定了一個(gè)較低的價(jià)格門(mén)檻。得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（University of Texas at Austin）的經(jīng)濟(jì)學(xué)家、公共政策學(xué)教授Sheila Olmstead談道：“沒(méi)有人認(rèn)為廉價(jià)天然氣會(huì)很快消失?！钡~約斯通里奇跟蹤清潔能源股票的投資分析師Tom Konrad表示：“在過(guò)去10年里，可再生能源發(fā)電成本的下降速度遠(yuǎn)快于任何人的預(yù)期?！?/p>

最新數(shù)據(jù)表明，可再生能源在價(jià)格上優(yōu)于天然氣（圖1）?？偛课挥诎倌酱笕簫u的金融咨詢(xún)公司Lazard贊助的一項(xiàng)年度分析報(bào)告，估算了不同能源的均衡成本——電力公司為收回建筑成本和其生命周期內(nèi)的運(yùn)營(yíng)成本而需要收取的費(fèi)用[17]。2020年的數(shù)據(jù)顯示，公用事業(yè)規(guī)模的晶體硅太陽(yáng)能電池板以最常見(jiàn)的光伏技術(shù)為依據(jù)，即每兆瓦時(shí)的均衡成本在31～42美元之間，而薄膜太陽(yáng)能電池板（一種更新和更高效的替代品）每兆瓦時(shí)的均衡成本為29～38美元[18]。與此同時(shí)，只有在電網(wǎng)缺電時(shí)才會(huì)啟動(dòng)天然氣調(diào)峰發(fā)電廠，成本為151～198 美元。穩(wěn)定運(yùn)行的天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的成本估計(jì)為44～73美元。

圖1. 使用可再生能源發(fā)電的成本已經(jīng)低于使用天然氣發(fā)電的成本，如美國(guó)加利福尼亞州圣路易斯奧比斯波縣巨大的黃玉光伏電站收集的太陽(yáng)能。該設(shè)施占地25.6 km2，通過(guò)運(yùn)用900萬(wàn)片薄膜碲化鎘電池板可以發(fā)電550 MW。資料來(lái)源：Sarah Swenty/USFWS（CC BY 2.0）。

Konrad說(shuō)，可再生能源也在間歇性發(fā)電方面取得了一些進(jìn)展。他說(shuō)，近年來(lái)，鋰離子電池的儲(chǔ)存成本已經(jīng)大大降低，因?yàn)樗梢詮浹a(bǔ)幾個(gè)小時(shí)內(nèi)電力產(chǎn)量的下降。在短期儲(chǔ)存方面，天然氣調(diào)峰發(fā)電廠的成本效益開(kāi)始低于大型電池，但對(duì)于幾天、幾周或幾個(gè)月的中期儲(chǔ)存來(lái)說(shuō)，天然氣仍然具有優(yōu)勢(shì)。

此外，在超過(guò)20年的時(shí)間里，天然氣中占比最大的成分（甲烷）所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是二氧化碳的80倍。因此，改用天然氣的影響取決于在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中存在多少排放或泄漏的天然氣[19]，而事實(shí)證明，這個(gè)數(shù)字很難確定[20]。最近預(yù)估的數(shù)據(jù)表明，泄漏和排放可能會(huì)減少甚至消除從煤炭向天然氣轉(zhuǎn)變這一行為所帶來(lái)的氣候變化上的益處[9,21]。

Phadke和Olmstead指出，如果要用天然氣價(jià)格反映其排放的溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響，那么天然氣的價(jià)格將會(huì)更高。Phadke說(shuō)：“因?yàn)樘烊粴獠粫?huì)為其產(chǎn)生的氣候成本買(mǎi)單，這不是一種公平競(jìng)爭(zhēng)?！比欢?，太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)和處理也對(duì)環(huán)境造成了巨大的負(fù)面影響，這些影響也并沒(méi)有被計(jì)入太陽(yáng)能發(fā)電的成本中[22]。

在美國(guó)，如何為碳定價(jià)或是否將碳所造成的環(huán)境破壞考慮到價(jià)格中仍然是一個(gè)爭(zhēng)論不休的問(wèn)題[23]。其中一種方法已經(jīng)被幾個(gè)州、市和縣提起訴訟，要求大型石油公司為氣候變化的成本買(mǎi)單，這一舉措最終會(huì)使化石燃料變得更加昂貴[24]。Olmstead指出，另一種方法是要求發(fā)電廠采用碳捕捉技術(shù)，目前一些設(shè)施正在測(cè)試中，這也會(huì)增加天然氣發(fā)電的成本[25]。然而，所有的碳定價(jià)策略都是不確定的。

一些分析人士指出，因取消備受矚目的項(xiàng)目，可再生能源發(fā)電量的增長(zhǎng)再創(chuàng)新高，由此他們聲稱(chēng)，天然氣已經(jīng)失去了投資者和決策者的青睞，并將其稱(chēng)為富裕國(guó)家的“新煤炭”（new coal）[26]。然而，關(guān)于使用哪種能源更經(jīng)濟(jì)的計(jì)算是復(fù)雜的。Olmstead提醒到，增加使用可再生能源的最大障礙可能是燃料成本以外的因素。關(guān)于建造何種類(lèi)型的發(fā)電廠的決定需要考慮投資成本和增加輸電線路的費(fèi)用等因素[27]。Konrad說(shuō)，監(jiān)管決策也發(fā)揮了作用，目前政策傾向于在美國(guó)建設(shè)天然氣發(fā)電廠。最關(guān)鍵的是新建一座天然氣發(fā)電廠是否有意義，Olmstead認(rèn)為：“是否有意義取決于它取代的是什么，如果我們想用它來(lái)代替煤，那么新建一座天然氣發(fā)電廠是有意義的。但是，如果要在燃?xì)獍l(fā)電廠和可再生能源發(fā)電設(shè)施之間做選擇，則應(yīng)取決于如何處理排放問(wèn)題?！?/p>