能源該如何革命

彭寧科

廣西大石山區(qū)的太陽能路燈。圖/新華

地球今天面臨的現(xiàn)實(shí)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(fèi)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(fèi)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(jì)平穩(wěn)增長、又能提高我們生活水平、還能實(shí)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(shí)。但煤制氣不能算天然氣，因?yàn)樗皇歉淖兞伺欧诺牡攸c(diǎn)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?xì)廨啓C(jī)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?yàn)榈蛢r的國際氣源囿于種種原因難以進(jìn)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(yùn)營，特別是大型地下儲氣庫的建設(shè)運(yùn)營，得到大幅度緩和。

事實(shí)上，全球天然氣市場是買方市場，取決于消費(fèi)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(jì)到來之前，中國應(yīng)該大力發(fā)展天然氣經(jīng)濟(jì)。

天然氣經(jīng)濟(jì)無非就是上游勘探開發(fā)，中游運(yùn)輸，下游使用。下游有廣闊空間，新亮點(diǎn)在于天然氣管網(wǎng)和儲藏設(shè)施。2020年中國天然氣消費(fèi)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(fèi)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(yàn)，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(fèi)來促進(jìn)經(jīng)濟(jì)。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(fù)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?yàn)閮\(yùn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)，非常成功。15%和更高比例的摻混正在試驗(yàn)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(yùn)設(shè)施為氫氣提供同樣的儲運(yùn)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(dá)負(fù)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?！笆奈濉焙?030遠(yuǎn)景規(guī)劃天然氣消費(fèi)量是6000億方，我認(rèn)為這個比較謹(jǐn)慎，遠(yuǎn)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(diǎn)，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(kuò)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(yùn)輸管網(wǎng)和儲氣庫網(wǎng)?；跉W洲和美國目前的特點(diǎn)，供氣網(wǎng)絡(luò)具有幾個顯著特點(diǎn)：

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(dá)，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(shí)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(yàn)，可以在天然氣管道摻氫，從而可以實(shí)現(xiàn)氫的運(yùn)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(shí)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(jī)。目前尚處在相互隔離狀態(tài)的智能微電網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(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(jìn)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(dú)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(shí)是古典經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)向現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，分工舉足輕重，提高效率，這是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)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(bǔ)充，體現(xiàn)在一個行業(yè)內(nèi)部的細(xì)分，更體現(xiàn)在不同國家因?yàn)橘Y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(jì)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(jī)會，既是新的催化劑，也是新的載體。因?yàn)闅夂蜃兓侨祟惷媾R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(jì)的再平衡提供新的機(jī)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(jī)遇，因?yàn)榭稍偕茉吹漠a(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(shí)施將主要取決于其經(jīng)濟(jì)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(yàn)都可以得到證明。因此，對于氫能補(bǔ)貼，電解槽的規(guī)模是一個重點(diǎn)。

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(yuǎn)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(diǎn)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(yuǎn)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(shí)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(fèi)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(dá)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(shí)，早年在《京都議定書》的清潔發(fā)展機(jī)制下，跨國碳匯交易已有實(shí)踐，但是那只是一個小試點(diǎn)。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(yàn)各國政府的良知和能力。

編輯：馬克