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丰富天然气建造的低碳能源之桥断裂了？: 热度 10 lionbin 2014-10-27 16:24; 天然气与煤炭、石油并列为世界能源的三大支柱。它们为世界提供了超过80%的能源供应，并产生了超过90%的全球二氧化碳排放。天然气一直被认为是一种清洁能源，使用天然气能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，延缓温室效应，从根本上改善环境质量。上世纪 70 年代初，天然气生产在美国达到顶峰，之后开始衰退。由于燃气发电厂生产单位电能排放的二氧化碳约为燃煤发电厂的一半，还是不断促使人们寻求新方法来增加天然气供应。上世纪90年代，独立天然气生产商开发了水力压裂技术，将高压水注入到深地层，让允许气体释放出来带到表面，这一方法被誉为削减温室气体排放的重要手段。这种技术的进步极大地扭转了之前开采量的衰退，开启了天然气资源等非常规油气储藏，比如致密砂岩、煤层甲烷、页岩气等，因此资源估计数大幅增加。当天然气价格在2005年急速上升之后，页岩天然气开采达到了一个黄金热潮。从世界范围来看，随着低碳经济时代到来，天然气的主角使命已越来越清晰。据统计，世界已探明的石油储量，按现在的消耗速度只能再支撑40~70年，而已探明的天然气储量，预计可以开采利用200年以上，因此世界天然气资源相对丰富。预计2020年后，天然气将超过原油和煤炭，成为世界一次能源消费结构中的“首席能源”，进入一个全新的发展时期。将煤炭和石油逐步替代为天然气可让能源部门减少碳的困扰，它称得上是向低碳、无碳能源（decarbonization）过渡，并最终进入廉价可靠的可再生能源技术时代的桥梁！人们曾为之欣喜若狂。然而，在这个问题上，McJeon等在上周（2014年10月23日）的Nature上所发表一篇“Limited impact on decadal-scale climate change from increased use of natural gas”（增加利用天然气对年代际尺度的气候变化影响有限），却发现这个桥梁断裂了：综合评估模型表明，如果没有新的气候政策，丰富的天然气供应对改善温室气体排放和气候变化的影响不大。文章揭示了两种效应：1）丰富的天然气让能源变得更加便宜，从而鼓励了更高的能源消耗、减少了增加能源效率的投资；2）天然气不仅与煤竞争市场份额，还与极其低碳的（very-low-carbon）能源如可再生能源和核能竞争市场。也就是说，如果新的气候政策缺失，不仅天然气供应的增加对CO 2 减排的影响微不足道，更为糟糕的是，这种策略实际上还会延缓全球能源系统开发无碳能源的努力。这似乎为人类未来低碳能源的发展蒙上一层阴云。其实，以前的研究也曾质疑过，相对于煤炭，天然气所产生的气候效益要看因天然气（主要是甲烷和温室气体）在开采、处理和运输环节泄漏到大气中的潜力。最近，研究人员已经开始考虑丰富的天然气在能源市场大背景下对CO 2 排放的影响。该研究是第一个在全球尺度上进行并发表同行评议的文章。它使用五个独立的能源经济模型来模拟天然气供应对全球能源系统，以及二氧化碳，甲烷、氧化亚氮和气溶胶（如二氧化硫和黑碳）释放的影响。他们的研究比较了传统的天然气供应与“丰富”的天然气供应（天然气价格减半）的情形，评价了在两种情形下的排放对气候系统的净影响。在所有的五个模型中，传统天然气供应与丰富天然气供应两种情形对CO 2 排放及其对气候的影响（气候强迫）几乎没有什么差异。最多，丰富的天然气供应减少了2010和2050间二氧化碳累计排放量的2%，并减少同期气候强迫的0.3%。几个模型中，丰富天然气供应下排放和强迫（Forcing）实际上是增加的，况且确切的数字揭示，从全局来看一点也不重要：无论我们的目标是避免二氧化碳排放或加速过渡到零排放的能源系统，全球天然气的繁荣不能成为能源和气候政策的替代品。 McJeon及其同事们根据研究结果调整了以前的图形，试图了解丰富天然气供应在何种程度上延迟了低碳转型，以及向太阳能和风能等可再生能源的转化。下图显示的是他们用模型计算的2010年至2050之间的天然气总量占可再生能源发电的比例。在化石燃料与低碳能源的竞赛中，图中的线（所有五种模型的中位数）显示出哪种能源正在抬头。在丰富天然气情形下，这个比例从未降低：在40年时间内燃气发电将可再生能源拖的越来越远。但在传统天然气情形下，这个比例从比开始2020开始减少，可再生能源随后赶上。图天然气和可再生能源发电的相对增长。用于发电的天然气和可再生能源的比例对可提供的天然气有多廉价是敏感的。红色和蓝色的线分别表示McJeon等所用的五个能源经济模型在丰富天然供应和常规天然气供应下计算的中值，阴影部分表示各模型跨越的整个范围。在少量天然供应的情况下（即在常规条件下），作为电力来源的可再生能源在40年的模拟期中的10年比天然气增加更快。但在天然气丰富的条件下，天然气的使用在整个模拟期一直比可再生能源的增长速度要快，并且可能超过它。这项研究，是假设不会再有任何旨在减少温室气体排放或支持低碳能源的新政出现。未来的工作必须仔细评估各种减少温室气体排放和全球能源系统无碳转化政策的有效性。同样，这一结果对低碳能源技术成本在时间上的变化是敏感的，这种敏感性的系统分析对能源资金和政策提供了信息。最后，可能需要进一步研究来评估何种天然气的利用程度在战略上可补充和支持各种可提供灵活后备能源快速增长的可再生能源技术。这样的应用对无碳化和累积二氧化碳排放有非常不同的含义。不是简单地建造一系列巨大的燃气电厂来锁定下一代的“承诺”排放，如果我们很快得到了技术和政策支持，天然气连同可再生能源可能帮助我们削减排放量，二者并不是对立的。McJeon等的综合分析明确了单位能源排放并非评估未来能源的好方法。从独立的考察来看，由于能源市场的复杂反馈，能源排放量之间的差异可能是不相干的。具体而言，McJeon等的研究是最强大的证据，扩大天然气供应并不会帮助我们避免气候变化，以及缺乏有效气候政策下对可再生能源过渡期的管理。附：Limited impact on decadal-scale climate change from increased use of natural gas的摘要过去十年，北美最重要的能源发展是通过水力压裂技术来开采曾经认为不经济的页岩气资源。如果这些先进的气体生产工艺在全球展开，能源市场将可以看到大量非常规天然气资源经济竞争的涌入。这些丰富的天然气对气候的影响已展开激烈的辩论。一些研究人员已经发现用丰富的天然气替代煤可减少二氧化碳的排放。有报道称，与页岩气生产相关的非CO 2 类温室气体的排放，使得其生命周期排放量高于煤。丰富天然气对气候变化全面影响的评估需要对全球能源–经济–气候系统的集成方法，但有关文献报道一直局限在探讨其地理范围或温室气体的覆盖范围。我们这里展示的非常规天然气全球供应市场驱动的增加，并没有明显地减少温室气体排放或气候强迫的迹象。我们的研究结果是基于五个国家最先进的综合评估模型，对能源–经济–气候系统在丰富天然气情形的独立强迫进行了模拟，预计在2050年大量额外的天然气消费量将增加+170%。但是，这对二氧化碳排放所产生的影响是非常小的（从-2%到+11%），大多数模型显示出因丰富天然气使用量的增加，会导致气候强迫出现少量增加（从-0.3%到+7%）。我们的结果表明，尽管全球丰富的天然气市场渗透可能大大改变未来的能源系统，但它不一定是减缓气候变化政策的有效替代。参考文献： 1）A crack in the natural-gas bridge. Nature 514, 436–437 (23 October 2014) doi:10.1038/nature13927 2）Limited impact on decadal-scale climate change from increased use of natural gas. Nature 514, 482–485 (23 October 2014) doi:10.1038/nature13837; 个人分类: 一起读顶刊|6912 次阅读|28 个评论

《中国能源之变》赠阅启事: 热度 2 meixianghao 2011-3-23 11:07; 《中国能源之变》是由《科学时报·低碳能源》编辑部出版的一本关于中国能源转型变革的小册子，收录了自2010年2月8日创刊一年来，《科学时报》记者、专栏作家与读者对中国能源的报道和评论精选。这本专刊涉及到当前能源领域热议的一些关键词：气候变化、低碳能源、煤炭高效清洁利用、节能减排、快堆技术、乏燃料处理技术、储能技术等等，旨在记录中国能源低碳、绿色变革的历史进程，推动人们对这一重要问题进行更广泛深入的理解。现向广大读者免费赠阅，有意者请与编辑部联系（carbon-news@stimes.cn），注明姓名、地址、邮编、联系电话，以便寄送。数量有限，赠完为止。低碳能源编辑部; 2720 次阅读|2 个评论

水能资源助力低碳能源之路: kejidaobao 2011-1-30 11:03; 陆佑楣，原籍江苏省太仓市，中国工程院院士，水利水电工程专家。曾任国家水利水电部副部长、能源部副部长、国务院三峡工程建设委员会副主任委员，中国长江三峡工程开发总公司总经理，中国大坝委员会主席，现任清华大学、河海大学教授，中国大坝协会荣誉理事长。能源是推动人类文明发展的动力，能源的开发水平和利用水平标志着一个国家和民族进步和文明的程度。中国能源资源紧缺。当前，全球一次性商品能源每年的消费总量大概是155.4×108吨标准煤，中国人均能耗仅占世界人均能耗的69%，是美国人均能耗的1/5，是经合组织国家人均能耗的1/3左右。为了建设节能型富裕小康社会，我们还要付出极大的努力，提高能源的产量和利用效率。我国能源资源品种和储量决定了能源的多元化结构：煤炭、石油、天然气、水能、核能、风能、太阳能都有。在常规化石能源当中，煤炭占第一位，是当前的主力能源。中国有约1万亿吨原煤的储量，但可开采的大约有1908亿吨，2010年全国原煤产量将达33亿吨；石油是我国贫乏的资源，资源保有量是212亿吨，可开采的只有约24亿吨，现在年产量约2亿吨，年消耗约4亿吨，有一半依靠进口。天然气比较富裕，资源保有量是22万亿立方米，经过持续勘探调查，每年探明储量仍在不断增长，是我国能源前景的一个亮点。经过长期勘探和调查，水能在中国资源中是比较丰富的，理论蕴藏量是6亿9千万千瓦，由于复杂的地质条件和其他制约因素，有一部分水能资源量无法开发利用；技术上可开发的约为5亿4千万千瓦，经济上可开发的有4亿千瓦。截至2009年，我国已经开发了1亿9千万千瓦，折合成标准煤约2.75亿吨标准煤，每年减少碳排放7.33亿吨。我国的水能资源尚有2亿~3亿千瓦有待开发利用。中国的水能资源分布很不均匀，东部的水能资源基本已开发完毕，剩余的主要集中在四川、云南、西藏等省区。而这些西部地区人口稀少，要开发利用这些水能资源需要远距离输送电能到负荷区。中国水能资源开发程度要远低于发达国家。20世纪50~70年代甚至80年代，是西方国家修建水电站的高峰时期。比如法国在欧洲罗纳河和塞纳河上建水电站，罗纳河的水资源利用基本上做到了滴水不漏。法国的水能资源已经达到90%的利用率，瑞士是87%，德国70%，奥地利69%，日本67%，美国66%，而中国还不到30%。挪威全国的电力95%以上都是靠水电。中国要走低碳能源之路，要在节约能源的前提下，充分利用自然界的可再生能源，尽量减少不可再生的化学能源的使用，尽可能减少二氧化碳的排放。在可再生能源中，水能的利用完全是物理过程，它既是清洁能源，又是可再生能源，虽然出力有限，但是能量无限。水能资源的利用过程，它通过水库储蓄一定水量，需要时可以发电，不需要时就把水存在水库里。水能的年利用小时量，大的水电站是4000~5000小时，小的水电站也就是2000~3000小时。我国的煤炭现在每年开采30余亿吨原煤，但在制定规划时，应该维持煤炭年开采量的稳定，改造煤炭的产业结构，提高科学产能的比例。石油是现代交通使用的主要能源，现代交通应尽量寻求石油以外的替代能源，比如发展电动汽车、混合动力汽车。风电是现在大力发展的能源，虽然现在已经达到2千多万千瓦，但因为风的不稳定性，其年利用小时数只有1000~2000小时。中国陆上和海上风能资源丰富，应该着力解决风电的储蓄和上网技术问题。太阳能的年利用小时数约为1千小时，白天阳光直射时是太阳能的高峰，夜里就没有能量，也是一种不稳定的能源，而且可利用的能量密度很低。风能和太阳能在开发技术和产业经济方面，需要创新发展路径。但水能资源是常规能源，它的技术成熟，经济上也合理，因此首先应充分发挥水能利用，补充低碳能源的需求，这是一个重要的对策。充分发挥水能利用就要修建水库、水坝。有人说，原来的河流自然流淌，修水库后受到人工控制，生态被改变了，这应该怎么看待？应该看到，人类发展到今天，人类的所有活动本身就在不断地改变大自然原有的状态，这不以人的意志为转移，是自然规律。但是人是有智慧的，会考虑到人类自身的可持续发展。比如长江三峡工程，我把三峡工程看成是改善生态、保护环境的工程，它既减少了二氧化碳的排放，又有效解决了洪水的泛滥。还有人提出，修了水电站以后可能会引起地壳不稳定。水库水体的重量造成地壳受力不均，从而引起地震。这从科学的角度来说是不存在的。地震一般都是地壳的构造运动产生的，水的比重是岩石比重的1/2.5，而且一个水库水体的体积与地壳岩体的体积相比是微不足道的，水库不可能引起地壳构造运动，从而引发大的地震。还有人质疑修建水库是不是造成了气侯的变化。前几年重庆发生了干旱，然后重庆又发生了暴雨洪水，去年又发生了大风，如果说这都是由三峡水库引起的，是没有科学根据的，大坝水库作为一个人工建筑物，是不可能影响大面积的气候变化的。水能利用要修建水库、水坝，能够保护良好的生态和环境，改善原来已经失去平衡的生态，都要采取相应的对策和措施，这一点我们人类是可以做到的。我国的水资源利用程度还比较低，充分开发利用水能资源对低碳能源是一个非常重要的支持。（湖北省宜昌市建设路1号三峡集团公司，443002）; 个人分类: 栏目：卷首语|3002 次阅读|0 个评论

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