地球今天面臨的現(xiàn)實是,為了保證地球大氣里溫室氣體的濃度不高于450PPM,避免升溫2攝氏度以上,按照聯(lián)合國氣候變化專門委員會(IPCC)的研究結(jié)果,也是現(xiàn)在的共識,人類的排放總余額大約在7000億噸。
2020年,全球基于化石能源的二氧化碳排放總量是323億噸,下降6.3%。中國排放99億噸,增長0.6%,美國排放45億噸,下降11.6%。OECD國家總共下降11.5%,發(fā)展中國家總共下降3.5%。按照這個排放速度,余額大概還可以再排20年。
地球的未來到底是洪水滔天還是綠水青山,取決于人類使用什么能源,如何使用能源。
天然氣利在當(dāng)下,功在千秋
人類生活的奢侈追求也許可以降低,總體的舒適追求卻無法降低,發(fā)展中國家人民提高生活水平的愿望也必須得到尊重。2020年美國人均消費能源265吉焦,中國101吉焦,OECD國家平均159吉焦,發(fā)展中國家53吉焦。能源消費仍會增加,因此而來的排放卻必須減少,怎么辦呢?
盡管所有的減排努力都值得肯定和探索,但既能整體保持經(jīng)濟平穩(wěn)增長、又能提高我們生活水平、還能實現(xiàn)減排的辦法就是盡可能使用天然氣替代煤炭和石油。
在同等熱值下,煤炭、石油和天然氣的排放比大概是1∶0.8∶0.4,若用天然氣大規(guī)模替代煤炭和石油,獲得10億噸級別的減排將是顯而易見的事實。但煤制氣不能算天然氣,因為它只是改變了排放的地點而已,總體的排放是增加而不是減少。
天然氣在中國的市場空間毋庸多言,居民用工業(yè)用自不必說,大型燃氣輪機發(fā)電、以天然氣為主的冷熱電三聯(lián)供等等都可以用天然氣。那么,大家可能擔(dān)心天然氣供氣的安全和價格。
首先看安全。全球天然氣的探明儲量在2020年是188萬億立方米,近年來一直維持在這個水平。而儲采比在2020年是49,2010年大概是50,2000年前后儲采比大概是50左右。也就是說,經(jīng)過這么多年的開采,天然氣的儲量沒有什么明顯減少;或者就算從現(xiàn)在開始,勘探活動全部停止,已經(jīng)探明的天然氣,按照現(xiàn)在的年產(chǎn)量,假如可采比按60%計算,也能開采近30年。所以簡單說,天然氣是用不完的。
再說價格。在全球減排的努力下,作為化石能源的天然氣從總量上也將明顯而且長期供大于求,很難再長期維持高價位。何況,天然氣也面臨水電、核電和可再生能源的競爭。市場肯定有起伏,但是任何擔(dān)心天然氣價格會長期高位的都是杞人憂天。
中國天然氣目前的高價,主要是因為低價的國際氣源囿于種種原因難以進入,而且市場還要消化已簽的長協(xié)高價氣。
2021年中,歐洲天然氣價格也震蕩到高位,但這很難成為長期趨勢。而價格的短期波動,將隨著更多天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)運營,特別是大型地下儲氣庫的建設(shè)運營,得到大幅度緩和。
事實上,全球天然氣市場是買方市場,取決于消費國的意愿。中國國內(nèi)還有近2000億方的產(chǎn)量,還有眾多其他氣源來平衡市場,天然氣被卡脖子,可能性微乎其微。
所以,在氫能經(jīng)濟到來之前,中國應(yīng)該大力發(fā)展天然氣經(jīng)濟。
天然氣經(jīng)濟無非就是上游勘探開發(fā),中游運輸,下游使用。下游有廣闊空間,新亮點在于天然氣管網(wǎng)和儲藏設(shè)施。2020年中國天然氣消費3306億方,長距離高壓管線7萬多公里,地下儲氣庫大概160億方。假如到2040年中國消費1萬億方氣,那么對于天然氣管網(wǎng)的需求也將同步上升。按照國際經(jīng)驗,每公里長輸高壓管線的投資在100萬到300萬美元之間。假如中國需要再新建管線10萬公里,按平均每公里1000萬元計算,總投資將在1萬億元以上,這還不包括低壓配氣管線和其他相關(guān)設(shè)施比如加壓站等。
管線的建成和使用將激發(fā)更多的天然氣需求,通過消費來促進經(jīng)濟。儲氣庫也是同樣的道理。特別是地下儲氣庫,在保證供氣的安全性方面將擔(dān)負重大使命。中國最近幾次所謂的冬天氣荒,從本質(zhì)上講,都是因為儲運設(shè)施的限制而使得市場短時失衡的表現(xiàn),并非真的沒有氣源。
我還要特別指出的是,天然氣的基礎(chǔ)設(shè)施將和氫能有重大協(xié)同效應(yīng),氫能的發(fā)展將大大延續(xù)天然氣管網(wǎng)和儲藏設(shè)施的商業(yè)價值。
盡管尚待更多的實驗和可行性論證,意大利國家天然氣管網(wǎng)公司已經(jīng)做了天然氣管線摻氫10%的試驗,非常成功。15%和更高比例的摻混正在試驗之中,地下儲氣庫的摻混也在可行性論證之中。
通過天然氣儲運設(shè)施為氫氣提供同樣的儲運服務(wù),將徹底打通氫能中間環(huán)節(jié)的瓶頸,使得綠氫(就是可再生電力電解水而生產(chǎn)的氫氣)能夠從可再生能源豐富的地方以很低的成本到達負荷中心。
這樣,2050年以后,在天然氣逐步退出能源主角的時候,天然氣基礎(chǔ)設(shè)施仍將繼續(xù)為氫能發(fā)揮重大作用。
所以說大力發(fā)展天然氣是利在當(dāng)下,功在千秋。“十四五”和2030遠景規(guī)劃天然氣消費量是6000億方,我認為這個比較謹慎,遠景可以看到1萬億方甚至更高。
氫能+綠電,人類的終極能源
天然氣終究是化石能源,甲烷分子當(dāng)中還是有一個碳原子,排放是必然的,它終究要被更清潔的能源、也就是太陽能和風(fēng)能所替代。但是,由于太陽能風(fēng)能的間歇性,綠色能源的存儲就變得不可或缺,而氫能具有規(guī)模、效率、便利性特點,將承擔(dān)電力以外主要的能源責(zé)任。
綠色氫能,是基于綠色電力(太陽能風(fēng)能)的二次能源,近乎零排放。因此說到人類的終極能源,綠色電力和氫能將是兩個主要形態(tài)。
鋰電池也是很好的一種形態(tài)。氫能燃料電池和鋰電池最終能夠解決所有交通領(lǐng)域的燃料問題包括重卡、物流車、乘用車、各種工具車、船舶甚至航空器航天器等等。但是從規(guī)模生產(chǎn)的角度來看,儲存同樣的能量,鋰電池成本遠遠高于氫能成本。氫的高能量密度將大大降低儲存成本,氫的衍生物氨和甲醇也會擴大氫能的適用范圍。最重要的是,氫能將基本解決高耗能行業(yè)的轉(zhuǎn)型問題,鋼鐵、水泥、化工、陶瓷等行業(yè)的燃料基本都可以用氫來替代。
在可以預(yù)見的將來,能源的主體將是電力和綠色氣體。我們暫且把天然氣(包括生物甲烷)和氫氣都稱作綠色氣體能源。電力基礎(chǔ)設(shè)施除了發(fā)電設(shè)施之外,就是電力輸送網(wǎng)絡(luò)。而天然氣網(wǎng)絡(luò),主要就是天然氣運輸管網(wǎng)和儲氣庫網(wǎng)?;跉W洲和美國目前的特點,供氣網(wǎng)絡(luò)具有幾個顯著特點:
第一,輸氣網(wǎng)更大。在歐洲美國,天然氣網(wǎng)絡(luò)非常發(fā)達,在寒冷的意大利北部,輸氣網(wǎng)提供的能量是電網(wǎng)的4倍-5倍。
第二,輸氣網(wǎng)更加靈活。電網(wǎng)必須實時平衡供需,并始終保持頻率穩(wěn)定。而輸氣網(wǎng)的注入和提取可以分離。
第三,輸氣網(wǎng)就能保存大量的能量,基本零損耗,而且成本便宜。而長距離輸電資本開支和損失都很驚人。
基于歐洲已經(jīng)成功的試驗,可以在天然氣管道摻氫,從而可以實現(xiàn)氫的運輸。這使得目前最大的兩塊能源基礎(chǔ)設(shè)施得以連接。氫可以使電網(wǎng)和氣網(wǎng)成為一個真正的能源互聯(lián)網(wǎng),再加上儲能電池、氫能燃料電池、地下和地面儲氣庫的支持,一個能充分滿足各種能源需求的網(wǎng)絡(luò)將展現(xiàn)在我們面前。
事實上,在這個大的能源互聯(lián)的骨架之上,微型或者局域能源互聯(lián)網(wǎng)將更能獲得生機。目前尚處在相互隔離狀態(tài)的智能微電網(wǎng)、燃氣管網(wǎng)、熱力管網(wǎng)、分布式用能終端等等都可以一步步耦合互通;網(wǎng)聯(lián)電動車,或者自動駕駛電動車都將促進能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。許多新的技術(shù)比如即插即用的分布式電力系統(tǒng),各種節(jié)能和獨立能源系統(tǒng)比如地?zé)岬龋紝⒃诨ヂ?lián)互通的能源網(wǎng)中找到自己角色。
國際碳價將是全球化的新標(biāo)志
全球化其實是古典經(jīng)濟學(xué)發(fā)展的自然結(jié)果。亞當(dāng)·斯密關(guān)于分工的理論,是現(xiàn)代經(jīng)濟學(xué)的開端。從延續(xù)幾千年的農(nóng)業(yè)和手工業(yè)經(jīng)濟向現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型,分工舉足輕重,提高效率,這是現(xiàn)代經(jīng)濟的核心所在。而分工不僅體現(xiàn)在不同行業(yè)之間的互相補充,體現(xiàn)在一個行業(yè)內(nèi)部的細分,更體現(xiàn)在不同國家因為資源稟賦結(jié)構(gòu)不同而發(fā)展的不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。從全球的角度看,全球化是經(jīng)濟最有效率的安排,而貿(mào)易就是全球化的最佳體現(xiàn)。
現(xiàn)在,氫能就是全球化的新機會,既是新的催化劑,也是新的載體。因為氣候變化是人類面臨的最大挑戰(zhàn),它不再是一個或者幾個國家的問題,而是整個人類面臨的問題。
氫能將為世界經(jīng)濟的再平衡提供新的機會,也會為中國這樣幅員遼闊但是發(fā)展不平衡的國家提供新機遇,因為可再生能源的產(chǎn)地,將在價值分配上占有更大份額。
和歷史上所有的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命一樣,氫能的大規(guī)模實施將主要取決于其經(jīng)濟性,制造成本特別是綠氫的成本是最為關(guān)鍵的。而綠氫成本主要有兩部分組成,綠電成本和電解槽成本。
綠電成本已經(jīng)很具競爭力,挑戰(zhàn)是電解槽。電解槽成本又和其規(guī)模直接相關(guān)。另外就是氫能基礎(chǔ)設(shè)施比如加氫站的建設(shè),這關(guān)系到綠氫是否能夠真正走向市場。這里雖然也有技術(shù)因素,但主要還是規(guī)模,這從CNG加氣站、LNG加氣站的經(jīng)驗都可以得到證明。因此,對于氫能補貼,電解槽的規(guī)模是一個重點。
即便綠氫的成本能夠穩(wěn)步下降,大規(guī)模走向市場還有另外一個至關(guān)重要的因素,那就是碳的價格。如果沒有這個壓力,一切對氫的展望可能永遠只是一個憧憬。就像今年以來發(fā)生的事情,能源價格在世界各地都是高漲之勢。原因很簡單,碰到一點困難,回到熟悉的化石能源是如此的簡單,以至于沒有任何國家任何人能夠拒絕。
但這只是化石能源的回光返照而已,綠色能源制造成本的下降和碳價格的上升將是不可逆轉(zhuǎn)的。氫的世界,正在不遠處向我們招手。
我們要做的是,盡早給碳一個價格,讓這個價格深入人心。
盡管全世界現(xiàn)在已經(jīng)有120多個國家承諾在2050年到2060年前后實現(xiàn)碳平衡,但是各個國家的具體算盤和計劃是千差萬別的。首先,各國的努力都是自愿性質(zhì),約束力不夠。
比較好操作、也算比較公平的辦法是給碳一個價格。你消費的東西有碳排放,你為它付出代價,這樣可以避免國家間為此互相征稅?;フ魈级悓閲H貿(mào)易制造新的巨大障礙,在發(fā)達國家和發(fā)展中國家之間繼續(xù)挖掘鴻溝。
為使各國的努力能產(chǎn)生最大協(xié)同效應(yīng),使一國的成就能為他國所用,國際化的碳價將是一個非常重要的參照物,而碳匯或者碳指標(biāo)(carbon credit),將是新的金融流動性的重要載體。
其實,早年在《京都議定書》的清潔發(fā)展機制下,跨國碳匯交易已有實踐,但是那只是一個小試點。如果能把全球每年300億噸碳排放都納入市場交易,會是個天量市場。如何使這個市場能夠公平公正且符合市場規(guī)則,將檢驗各國政府的良知和能力。
原標(biāo)題:氫能+綠電,人類的終極能源?