能源的未来是天然气和可再生能源

能源的未来是天然气和可再生能源

刘仁奇

上海燃气工程设计研究有限公司东莞分公司 广东东莞 523000

摘要：200年前，火力发电打开了工业时代的大门、为人类带来了电能，也因此让人类社会走向了快速发展的时代；200年后的今天，人们发电的方式已经不再局限于煤炭，风力、水力、核能、太阳能、天然气等诸多能源都在共同为人类提供源源不断的电能，但时至今日，煤炭发电依然是全球绝大多数国家的核心发电方式，虽然各种可再生能源以及天然气发电也在不断发展，但相较于煤炭发电依然有着一定劣势。

关键词：能源；新能源；天然气；可再生能源；分布式发电

引言：

能源问题已经成为了困扰社会发展的最大问题，煤炭发电的极高碳排放量使得人们纷纷寻找更加清洁的能源用以替代煤炭，虽然从最理想的角度来看可控核聚变以及风能、太阳能是未来的发展方向，但从可行的角度来看天然气和可再生能源的搭配则离我们更近，为何天然气能够取代煤炭，又为何迟迟难以开展，其背后的问题以及实现的路径都值得人们积极探寻。

1.目前常见发电方式

1.1火力发电

火力发电也称煤炭发电是通过煤炭燃烧形成电能的发电方式，也是目前最常用的发电方式。作为历史最为悠久请为人们应用最多最广的能源，煤炭发电方式简单、成本较低、容易形成大规模，在保证人们能够享受电能的同时也能够保证发电企业的利润，因此时至今日，火力发电依然是目前全球最为重要、占比最高的发电方式。

1.2风力发电

风力发电便是通过风来驱动扇叶、扇叶产生机械能，而机械能又转化为电能的发电方式。风力发电属于最早一批的可再生能源，也是目前研究最多最广、应用范围最大且最早被应用于企业发电的方式之一，虽然风力发电属于清洁能源、碳排放为0，但风力发电对于风的需求过高，因此使得在大风季节能够大量发电、无风时则无法发电，这也使得风力发电一般作为示范点或城市补充发电方式应用。

1.3水力发电

水力发电是通过水的动能转化为机械能的发电方式，在全球大多数国家都有应用，越大的河流代表着越大的水流量，自然也代表着更强的发电效果，但也正是如此，对于河流较少、没有大河流或本身水资源匮乏的国家及城市便无法使用，因此水力发电在河流较多，水量较大的国家以及地区会被应用，但也呈现出较为明显的局限性。

1.4核能发电

核能发电便是通过核裂变来产生辐射能、并通过控制裂变释放出的中子数来控制散发出的辐射能的量、避免核反应超过临界值的发电方式。核能源在上世纪中下旬曾被一度认为最有发展潜力的能源，也正是在此阶段，诸多发达国家开始着手建设核能发电站，但由于多起核电站事故的发生，使得人们意识到了核能源用于发电的不稳定性，同时核能源发电的价格较高，维护保养成本居高不下，因此目前只有少数国家例如法国主要使用核能源进行发电。

1.5太阳能发电

如果说风力发电是最先应用于大规模电力生产的清洁能源发电方式，太阳能发电则是最早进入到人们生活当中的清洁能源发电方式，小到居民楼上的太阳能热水器、大到火星探测车上的太阳能电池板都是使用了太阳能发电技术。但太阳能发电技术最大的问题便是产电效率低下且季节性极其明显，只有在白天才能产电，而晚上则完全丧失产电能力，因此太阳能发电往往被应用于民用领域。

2. 未来的理想发电方式

2.1 天然气发电

天然气发电属于化石能源发电，相较于煤炭、天然气在理想状况下进行燃烧后只会产生二氧化碳以及水，虽然也有可能产生其他的物质，例如一氧化氮、一氧化碳等，但总体来说，产生的碳排放值要明显低于煤炭，同时由于天然气的燃烧效率高、热能向电能的转化效率也高，因此天然气发电在近年来也得到了大力发展，并大有超越煤炭发电的趋势。

2.2 可再生能源发电

可再生能源发电包括一切清洁能源发电，包括目前常用的太阳能、风能、水能、生物能以及应用较少或尚处于开发阶段的氢能源、地热能等，这些能源最大的特征便是能够自主再生，不会在发电过后减少，同时也不会对环境造成危害，因此多年以来为了减少碳排放量，大量国家都在积极探索可再生能源发电方式并尝试将这些能源应用在正式发电当中；除此之外，部分企业也自主展开了可再生能源的研发，例如特斯拉并开发了一款太阳能电池包、能够通过太阳能为家庭储存电量。

3. 天然气以及可再生能源成为未来主流能源的原因

3.1 满足“双碳”目标

现如今全球对于碳排放和碳管理的要求日益严格，不论是对于汽车还是对于工业生产都提出了更为严苛的规章制度，作为每年碳排放量最高的工业生产行为，火力发电自然也受到了严密关注，但正由于现如今火力发电的效率较高、成本较低，因此火力发电依然是最为主流的发电方式。但我们从能源的本质上来说，火力发电势必会产生大量碳排放，即使发电企业可以通过脱硫等处理方式尽可能减少碳排放，但也只是减少而并非消除；天然气虽然同属于化石能源，但燃烧过后的碳排放更低（为煤炭的50%）、开采量更高，同时天然气也可以通过人工制备获得，因此天然气会率先取代煤炭成为全球发电的主要来源；而可再生能源由于几乎为0的碳排放以及更加多样性的能源获取方式而逐渐被人们重视并提出了更多创新性用法，且可再生能源的发电需求较低、无需大型发电设备即可发电，因此在未来可再生能源也将与天然气共同承担起发电任务、负责补充发电量以及满足民众个人发电。

3.2 实现分布式发电

所谓分布式发电是指在主电网向民众供应电能的同时，民众也能自行发电，而民众生产出的电能在满足自身电能需求且还有富余的时候便可以将多余的电能出售给国家电网从而获得利润。分布式发电不仅解决了完全依赖国家电网的问题，同时也能大幅提升国家电能储备量，因此分布式发电也是现如今主要的研究方向，但由于分布式发电需要民众拥有发电能力，而最适合民众自行发电的方式便是可再生能源发电。

4. 目前天然气及可再生能源应用存在的问题

4.1 单位价格发电能力不足

虽然目前天然气发电的发展速度较快且拥有了相当程度的发电占比，但相较于煤炭发电，则依然处于劣势，就其本质便是天然气发电的单位价格发现能力不足，天然气供给价格较高，而天然气燃烧产能的效率并未完全开发，使得最终产电量难以媲美拥有完整技术以及大规模机组的煤炭发电；而可再生能源则一直无法实现大规模、高产电量的发电，以风能发电为例，以前常见的风力发电机一般为1500千瓦，也就是在一小时内单个风力发电机能够产出1500度电，按照不算补贴的发电电价0.3元每度来计算，1500千瓦风力发电机每转一圈会耗费0.45元的成本，因此导致风力发电在没有补贴的情况下甚至无法盈利，而其他可再生能源也同样面临着此类问题。

4.2 无法满足调峰需求

由于大规模机组的应用使得煤炭发电能够轻松完成调峰，但现如今天然气的调峰难度依然较大，虽然也有了相关的技术，但调峰效果不佳、调峰能力不足，因此也未成为最为主要的发电方式；而可再生能源本身就存在着极强的不稳定性，仅仅是维持24小时发电就已十分困难，因此更加无法满足调峰需求。

引申语：200多年前火力发电打开了工业时代的大门，200多年后的今天电力依然是人类利用能源的主要方式，近些年随着高铁、新能源汽车的发展，人类利用电力的模式进一步多元化，伴随着互联网的高速发展，人工智能在人类生产生活中的参与度进一步提高。通过已知的电力需求反推电力的来源方式，才诞生出火电、核电、水电、风光等等多种多样的发电方式。

参考文献：

[1] 姜克隽. 天然气是近期能源转型的重要角色[J]. 能源, 2018(9):2.

[2] 徐孝纯. 对中国能源的展望[J]. 未来与发展, 2008(3):7.