总统吹捧天然气是一个重要的气候解决方案:它能让我们走多远?

2013年7月1日下午12:37
史蒂夫·克莱梅尔
能源研究与分析总监

总统的气候计划是减少导致气候变化的人类活动产生的碳和其他吸热气体排放的重要开端。他的计划的关键组成部分之一是指导环保局完成新电厂和现有电厂的碳标准这可能有助于电力行业从煤炭转向天然气和其他更清洁的能源,如可再生能源和能源效率。

Obama-climate-speech-blog-box这篇文章是关于奥巴马总统的气候行动计划

近年来,天然气在减少发电厂的碳排放和其他有害排放方面做出了重要贡献,但最近的一项研究表明,天然气在减少碳排放和其他有害排放方面发挥了重要作用美国科学院关于天然气的立场文件这引发了关于天然气长期作用的重要问题,因为美国和世界其他地区最终需要制造天然气进一步减少温室气体排放188金宝搏手机版。此外,新的研究表明,在天然气开采和分配过程中,甲烷(一种强有力的全球变暖气体)的泄漏可能会破坏减少这些排放的潜力。188金宝搏手机版

新的水平钻井和水力压裂(或“水力压裂”)技术使国内天然气和石油产量在过去十年中迅速扩大,但也提出了新的问题,即天然气的开采和使用将对气候变化、公共健康和安全、土地和水资源以及人类产生影响。这种扩张目前超过了我们理解和管理随之而来风险的能力。

天然气为近期电力行业的碳减排做出了重要贡献

在过去的5年里,煤炭在美国电力结构中的份额从48%下降到37%,而天然气和可再生能源(主要是风能和太阳能)则大幅增长。这些变化是由于市场和政策因素的综合作用,包括天然气价格低、煤炭成本上升、遵守新的污染标准以保护公众健康、可再生能源成本下降以及州和联邦的可再生能源政策

美国电力结构

来源:《电力月报》

因为天然气联合循环发电厂的CO含量降低了50- 60%2每单位电力的排放量比一个典型的煤电厂少风能和太阳能没有二氧化碳2电力结构的这种转变减少了发电厂的CO2到2012年底,排放量比2005年减少16%根据美国能源情报署(EIA)的数据)(见第165页表12.6)。这还不包括改用天然气产生的甲烷排放。如果没有额外的政策,比如发电厂的碳排放标准,环评项目电厂CO2到2040年,排放量将稳步增加随着天然气和煤炭发电量的增加,以满足预计的电力需求增长。

美国发电厂的二氧化碳排放量

来源:环境影响评价NASEMF

从长远来看,需要更大幅度地减少碳排放

研究表明,美国需要进一步削减碳排放,以帮助限制气候变化的一些最严重后果。例如,a美国国家科学院(NAS)的一项研究发现美国需要在整个经济范围内采取累计1700亿吨的二氧化碳排放预算2相当于到2050年有合理的机会将全球浓度限制在百万分之450 (ppm),假设世界其他国家充分参与。这与美国哥本哈根承诺到2020年将排放量在2005年的基础上减少17%,与到2050年减少83%的最终目标一致。根据联合国环境规划署完成的一项分析,很大一部分减排可能来自电力部门(如上图所示)斯坦福能源建模论坛(EMF)。

UCS和NREL最近的一项同行评议分析表明天然气可能在满足碳预算方面发挥有限的长期作用。在三种不同的美国电力未来中,天然气发电量在2030年之前增加,以取代淘汰的燃煤电厂,但到2050年将大幅下降,以实现更严格的减排目标。在高可再生能源和高能效情景以及高核能和煤炭与CCS情景下,天然气主要用于为电网提供灵活性,以帮助整合风能和太阳能,并满足2030年后的峰值电力需求。然而,在没有任何具体技术目标的碳预算情景下,预计具有碳捕获和储存(CCS)的天然气将在预测结束时发挥适度的作用。在总统的计划中,为先进的化石能源项目提供了高达80亿美元的贷款担保,其中一些可用于资助天然气厂的CCS示范项目。

低碳电力期货

来源:克莱默等人,2013

国际能源署(IEA)最近的研究也在全球层面得出了类似的结论。例如,国际能源署2011年的报告天然气的黄金时代研究发现全球大规模转向天然气仍将使我们处于(基于能源相关CO的)排放轨道上2排放)导致全球平均气温长期上升超过6华氏度——这一升温水平极有可能导致灾难性的环境和经济后果。由于总统的计划还鼓励其他国家促进燃料从煤炭转向天然气,并以负责任的方式开发天然气,过度依赖天然气可能会使所有国家难以实现长期的减排目标。

天然气开采和分配过程中的甲烷泄漏也必须减少

烟囱排放并不能说明问题的全部。从油井中钻探和开采天然气,并通过管道运输,会导致甲烷泄漏,这是一种比二氧化碳更强的全球变暖气体188金宝搏手机版2。初步研究和实地测量表明,这些所谓的“逃逸”甲烷排放量占生命周期总排放量的1%至9%。虽然这些甲烷泄漏率听起来很小,但研究表明,天然气发电厂的甲烷损失率必须保持在2%至3%以下,才能比燃煤发电厂的生命周期排放量低(见参考文献)在这里).

为了解决这一问题,总统的计划要求制定一项全面的跨部门战略和合作方法,以减少天然气生产、分销和其他活动中的甲烷排放。EPA还在2012年4月完成了一项法规,主要针对包括井口在内的天然气系统的挥发性有机化合物(VOCs)和空气有毒物质的排放,但同时也会减少甲烷的排放。这些新规定还要求“绿色完井”,这将减少水力压裂作业中的甲烷排放。根据最近的一项研究,这些新规定将使2015年天然气生产中的上游甲烷排放量减少13%,到2035年减少25%WRI研究

虽然这些都是重要的步骤,但需要更强有力的联邦法规来进一步减少天然气生产和管道中的甲烷泄漏。世界资源研究所的报告显示,到2020年,具有成本效益的商业技术可以将甲烷泄漏率降低到1%以下。

我们从这里往哪里走?

即使我们可以将逸散的甲烷排放量减少到零,由于其碳排放,天然气作为长期气候解决方案的作用仍然有限。因此,考虑到电厂投资的长期性,美国和其他国家在短期内不要过度依赖天然气是很重要的。采取强有力的政策和计划,确保及时扩大低碳和零碳替代能源,如能源效率和可再生能源,将大大有助于通过使我们的能源结构多样化来减少这种风险。

而总统提高效率的计划可再生能源在这个方向上是一步,我们必须走得更远。这包括允许效率和可再生能源的使用,以符合美国环保署的发电厂碳标准。为了确保天然气和其他化石燃料与这些低碳替代品在公平的竞争环境中竞争,美国应该设定限制,到2050年将温室气体排放量在2005年的水平上至少减少80%,并为碳定价。

还需要更好的信息和更强有力的法规,以了解和减少与水力压裂有关的潜在环境和公共健康风险。这包括确保联邦和州对页岩气和石油行业的监管以互补和全面的方式发挥作用,并快速跟踪页岩气和石油开采对人类、社区、农业和环境构成的风险的关键科学研究。