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天然气取代煤炭发电尚需时日

煤炭又脏又重、难于运输而且严重污染环境。这很大程度上就是为什么奥巴马政府会提议通过新的法规,要求燃煤火电厂安装昂贵的洗涤塔、催化转化器等设备以减少二氧化氮与硫排放量。

这项政策的支持者表示,提高煤炭发电成本将促使电力企业去寻求更加清洁的替代能源。深水平井钻井与水力压裂技术的结合使得储量巨大的页岩气的开发成为可能,这将激发燃气火力发电厂的兴起。专家们认为,随着诸如巴内特页岩(theBarnettShale)之类的资源突然之间变得可供开发,这提供了可供北美地区按当前电力消费水平使用100年的能源。

难道煤炭已死?一项最新的计量经济学研究显示,事实并非如此。该研究得出的结论是,现有燃煤发电厂中可能转用燃气的至多不会超过20%,哪怕美国国家环境保护局(EnvironmentalProtectionAgency)促使煤炭发电成本上升,并且天然气价格无限期保持在当前的低价位。2008年以来,天然气价格下跌超过了50%,而几十年来一直稳定增长的电煤产量则仍然在每年10亿吨左右。在考察了燃气到煤炭的“交叉弹性”——电力供应商受不同燃料价格相对关系变化的影响从一种燃料转换成另一种燃料的比率——之后,研究者们表示:

“没有证据表明天然气开始占主导地位,而将煤炭排挤出能源发电市场。在未来五至十年内——对于企业投资者和联邦污染治理政策有意义的时间段——有可能发生的情况是,页岩气将取代20%的电煤。这与页岩气是美国本世纪最重要的新型能源这一夸张说法并不完全相符。”

参与这项研究的是一个隶属于耶鲁大学的组织,由能源领域的活跃人士组成:爱德华·赫斯(EdwardHirs),休斯顿大学金融分析家与经济学教员;罗伯特·埃姆斯(RobertAmes),泰信食品(TysonFoods)可再生能源经理;安东尼·科瑞多(AnthonyCorridore),来自拉法基(Lafarge)集团;还有保罗·麦卡沃伊(PaulMacAvoy),已退休的耶鲁大学前经济学教授。

他们承认对于转换率为何如此之低感到困惑。天然气显然是一种更加优良的燃料。虽然作为发热能源的它更加昂贵——目前每产生一百万Btu(英国热量单位,1Btu约等于1.06千焦)需要价值4美元的天然气,而煤炭为2.5美元——但燃气不需要占地面积巨大的仓库,可以通过管道轻松实现运输。如果能源经济学的历史规律在这里适用,即产量与储量呈1:10的正比例相关,则如储量增长三倍,从200tcf(万亿立方英尺)增长到800tcf,将导致天然气产量从20tcf增长到80tcf。

作者们总结说,这不会发生,原因有很多。首先,为了将额外的10tcf的天然气运到发电厂,需要将管道扩宽三分之一。当天然气价格相对于煤炭价格下跌时,也没有经济上的证据可以证明会出现大规模改换燃料的现象。一项由美国能源情报署(EIA)、世界银行和卡尔加里大学(UniversityofCalgary)进行的从1973年到2007年的调查显示,煤炭对燃气的交叉弹性系数只有0.6%,也就是说,天然气价格每相对煤炭价格下降10%,燃气发电量只上升0.6%。

2008年至今天然气价格下降50%,导致燃气发电量增长超过3%。使用另一种计量经济学的方式得出的交叉弹性系数是大约0.2%,即相对价格每下降10%,燃气使用就上升2%。两个结果都使研究者们困惑,考虑到运输和储存燃气相对于煤炭的简便易行,他们预期中这一变动幅度还要更大。这些研究显示了“用一种能源替换另一种能源的有限的可能性”,尽管他们预测将来的能力是受到限制的,因为近年来没有类似于发现巨型页岩气藏这样的事件发生。

其他的研究显示,燃气价格永久性下跌50%,发电燃料的整体转换率不超过10%。而对于看好天然气的人来说,希望仍然是有的。2010年瑞士信贷(CreditSuisse)的一项报告显示,为能符合美国环境保护局的2015年开始的标准,美国3,400万兆瓦燃煤发电量中的15%,即500万兆瓦特容量的电厂将不得不被关闭。

另外总容量为1,000万兆瓦的工厂将需要大规模投资建设洗涤塔等技术以实现减排。但这一开支不是强制性的,因为电厂只要将燃料转换成天然气就可以避免这些开销了。其中最倾向于转换的是那些煤炭远期成本加上资本投资的成本大于每百万立方英尺天然气5美元——远期燃气成本加上新建燃气发电厂的估计成本。

赫斯等人总结说,最可能被废弃的是那些投产40年以上、已经完全折旧的6万兆瓦或7.2万兆瓦的发电厂,问题是美国环保局会不会出于政治压力,推迟执行或放弃更加严格的排放规定。如果发生这种情况,那么“每年用于发电行业的10亿吨的煤炭数量实际上将保持不变。”

而若结果相反,瑞士信贷估计,如果这个行业关停所有的小型或老旧的发电厂,锅炉用煤需求将减少15%到30%,即达每年3.24亿吨,燃气需求将提升8%到16%,即每年增加3万亿立方英尺。除此之外,如果电力需求每年增加1.5%,燃气消费量每年还会再增加2.5tcf。

总而言之,该研究的作者们批评制定能源政策的书呆子们没能使新的通用电气(GE)燃气涡轮机和商业计划提上日程,让天然气得到更大范围的使用,突破高峰发电的局限,扩展到基本载荷发电。我可以提供原因:在最近一次通用电气制造工厂的参观活动中,管理人员骄傲地告诉记者们,他们位于南卡罗莱纳州格林维尔(Greenville,S.C.)的蒸汽涡轮机工厂的产品今年全都出口到了海外。照此看来,页岩气革命若要发生,也尚需时日。

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