图片来源:Nathan Phillips
能源宅男的更多思考
燃烧天然气所产生的二氧化碳排放量比燃烧同等数量的煤所产生的二氧化碳排放量要少。正因为如此，天然气被许多政策制定者视为煤炭的“清洁”替代品。
然而，在过去的几年里，气候活动人士一直在指出两个令人担忧的事实:(1)甲烷(天然气)是一种强有力的温室气体——在甲烷释放后的头20年里，其温室效应大约是二氧化碳的80倍(在质量基础上);(2)我们国家的天然气管道泄漏比一些人想象的严重得多。
综合这些事实，一些专家得出结论:“天然气比煤炭更糟糕。”
我们需要摆脱使用天然气
2017年3月9日，在波士顿举行的建筑能源17大会上，四名专家做了题为“甲烷泄漏、公共政策和天然气电网的未来”的报告。演讲者有奥黛丽·舒尔曼(来自剑桥大学HEET)、内森·菲利普斯(来自波士顿大学)、帕特里克·帕伦托(来自佛蒙特州法学院)和马克·罗森鲍姆(来自南山公司)。
波士顿大学(Boston University)教授内森·菲利普斯(Nathan Phillips)发表了几篇论文，重点关注天然气泄漏问题的规模，包括绘制城市管道泄漏图:波士顿的甲烷泄漏而且城市环境中容易泄漏的天然气分配基础设施产生的暂存甲烷排放．
这个报告让人大开眼界。在听了这四位专家的讲话后，我比以往任何时候都更加确信，从天然气过渡到专注于全电力解决方案的重要性。
在这篇文章中，我不会假装列出关于这个主题的所有重要研究。有兴趣的GBA读者如果想深入研究一下，可以在网上找到许多关于天然气泄漏的影响和问题范围的文章……
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16条评论
热泵泄漏
优秀的文章，也是一个停止争论并选择所有电的好理由。
注意:当我们转向热泵时，我们应该小心，不要简单地用HFC制冷剂泄漏取代甲烷泄漏。有很多理由相信制冷剂泄漏不是一个大问题。首先，如果你有制冷剂泄漏，你的系统停止工作，所以它必须被修复，而你可以忽略甲烷泄漏，一切都继续工作。但是，氢氟碳化合物是一种更严重的温室气体。如果我们要努力转向新类型的系统，我们应该考虑转向低全球升温潜能值的制冷剂，如二氧化碳，和/或转向包装系统，如空气-水热泵，在工厂密封系统中制冷剂的量更少。
收集网络vs分发网络?
因此，似乎我们将继续在老化的配电网中出现损耗，直到有损耗的比特被修复或丢弃。随着使用量的减少，未修复的损失将在总使用量中占越来越大的比例。
水力压裂技术的蓬勃发展导致了采油网络的大幅增加，随之而来的是损失的增加。幸运的是，这些通常是更新的，损失更集中在更少和更大的泄漏中(更容易发现和修复)，而且当产量耗尽时，网的一部分可能会被封住。
燃气发电
谢谢你写这篇文章，马丁。过去的一些GBA博客文章更倾向于天然气，很高兴看到更广泛地认识到甲烷的真正风险。
虽然对于消费者来说，“燃气vs电力”的决定在家庭层面有一定的相关性，但值得强调的是，真正重要的是在公用事业/公共政策层面。现在的问题是，未来的电网能源是来自环保和可再生能源，还是我们在减少煤炭和核能的同时，通过增加天然气发电厂来建设下一代化石燃料基础设施。正如你所指出的“……一个长期的解决方案必须包括取消天然气分配系统，一次一个分支。”
然而，不幸的是，现在有很多人在向另一个方向发展——建设新的天然气基础设施。天然气行业正积极地将自己定位为在电网能源生产中扮演重要角色，如果该行业成功地增加了发电厂的需求，进入了出口市场，并抑制了节能和可再生能源的有效性，那么我们都想要的全电力潮流将主要由天然气驱动，从气候变化的角度来看，这可能比旧的更糟糕。
在纽约观看这场辩论是件很有趣的事。我们似乎同时走向了相反的方向:2014年，库莫州长最终屈服于公民和科学家的要求，拒绝了天然气行业使用大容量水力压裂法提取页岩气的申请。但从那以后，事情变得混乱起来。该邦已宣布将关闭备受争议的印度角核电站，该核电站为该邦提供了12%的电力。与此同时，该州正在缩减一些节能项目，并批准大规模的天然气基础设施建设，其中包括多个管道项目，将水力压裂天然气从宾夕法尼亚州输送到这里，为这里的大型新建天然气发电厂和加拿大的出口市场提供能源。
批评人士指出，在这种情况下，加州显然不可能达到任何温室气体排放目标。佛蒙特州的一个类似的实验以明显的失败告终:在关闭了扬基核电站后，该州转向使用天然气，并且一直无法将温室气体排放降低到接近目标的水平。
因此，我想有必要再次强调，“全电动解决方案”的绿色程度取决于提供它们的电网。
回应班尼特·桑德勒
班尼特
你说得很有道理:对于那些致力于减少温室气体排放的人来说，把家里的天然气炉搬走，代之以电热泵是必要但不够的一步。
如果我们的电网包括燃烧天然气的发电厂，我们的家庭仍将依赖天然气管道。
简而言之:我们都有很多工作要做。
全电动并不能解决燃气管网泄漏的问题。
除非我们准备完全放弃当地的配电基础设施，否则追踪天然气管网泄漏必须成为当务之急。不管是5户还是500户连接到漏水的配电总管上，漏水率是一样的，修复费用也是一样的。
大型燃气输配管道通常比当地住宅燃气电网运营商有更好的维护计划和缺陷检测(和预算)，但我相信情况也不尽相同。
热电联产机组(无论大小)的热效率几乎是联合循环燃气电厂的两倍，与燃煤相比提高了它们的绿色信誉，但并不是通用的解决方案。相对于电力负荷，它需要很大的热负荷才能使它们存活。
正如贝内特·桑德勒所正确指出的那样，全电力解决方案的绿色程度取决于提供它们的电网，但电网的绿色程度并不是一个固定的数字。它发展迅速，总体上趋向于低碳。近年来，美国电网上的可再生能源发电能力超过了新建的化石火力发电厂，尽管出于经济考虑，缺乏灵活性的核电和基载煤正在被淘汰。在所谓的“放松管制的能源”电力市场中，全电力客户可以选择从100%可再生能源供应商那里购买。即使这些能源不是来自当地，从净温室气体的角度来看，净效应也差不多，而且对低碳水化合物能源的需求增加，经济上有利于可再生能源的发展。(纽约州就是其中一个州。)
虽然铭牌产能只是其中的一部分，但风力发电的“产能因子”现在已超过35%，新风有时甚至超过45%，而联合循环燃气的产能因子(即使是新电厂)也已缩减至不到50%。(产能系数是平均年产量除以铭牌产量。)对于高效可靠的电网运行来说，像核能或煤炭这样的大型不灵活的“基载”电力是必要的，这种观念主要是文化或习惯。在PJM地区，这种情况已经持续了一段时间，需求响应已经占到年峰值负荷的10%以上，而将这一比例扩大到30%仍然是经济的。这足够灵活的负载来覆盖来自可变输出可再生能源的大量日/小时输出变化。因此，即使是像ISO-New England这样的区域电网，每年接入电网的电力有一半来自天然气(主要是联合循环，平均热效率约为50%)，可再生能源的不断发展也将在10年内大幅削减天然气船队的容量因素，特别是在马萨诸塞州授权的海上风力发电开始上线的情况下。短期内，该地区核电和煤电的退役可能会增加天然气船队的容量因素，但只有管道梦想的开发商相信，这些退役注定会被更多的天然气所取代。即使部分能源被天然气取代，这些新电厂比动力煤或核能灵活一个数量级，即使它们降低了产能因素，也将继续与可变的可再生能源“玩得很好”，这是现有的燃煤和核电基载电厂无法做到的。
随着核能和燃煤电厂的退役，纽约或ISO-NE地区是否需要更多的天然气电厂，这是一个公开的争论。目前ISO-NE还没有需求响应市场，尽管它已经发展了好几年。当华盛顿特区地方法院否决了FERC第745号命令时，该市场的设计和推出被推迟了，该决定后来被美国最高法院推翻。FERC第745号命令要求(除其他事项外)，需求响应应与批发电力市场(包括容量市场和辅助服务)的发电机按相同的费率支付报酬。ISO-NE需求响应市场的预计启动时间目前是大约一年后，距离Pilgrim核电站的退役不到一年，而且在第一轮海上风电投入使用之前。它将需要多长时间，以达到PJM的双位数咬出网格峰值仍有待观察，但它应该少于5年。“朝圣者”号的退役可能会在未来几年提高地区天然气厂的产能，但随着更多可变可再生能源的建设，这一数字不会超过几年。需求响应市场将大大削弱以天然气和石油为燃料的高峰电厂已经很低的产能因素。麻萨诸塞州还下令建造网格存储设施，为峰值电厂的棺材钉上最后一颗钉子。峰值发电机的热效率仅为联合循环电厂的一半多一点，而淘汰这种能力将大大减少二氧化碳排放，这比从联合循环电厂的生产中去除同样的特瓦时要高得多。
底线是，随着大量不灵活的电网产能退役，电网碳足迹的年复一年波动已成为新常态。但即使是中间趋势线也强烈倾向于美国东北部的低碳。佛蒙特扬基关闭真的只有当与其他发电相比，在那个低人口的州，非常少的国内发电能力。虽然佛蒙特州目前通过ISO-NE电网进口的燃气发电比以前更多，但这只是一个暂时的情况。佛蒙特州最大的公用事业公司绿山电力公司是效率的大力推动者和支持者，分布式电力(在电表的两侧)和分布式电网存储(再次，在电表的两侧)，由此产生的组合比它最终将取代的核电站更灵活，影响更小。作为一家规模较小的公用事业公司(与大多数纽约公用事业公司相比)，绿山电力公司能够达成共识并迅速采取行动，正成为分布式可变输出可再生能源如何支持第一世界电网的前沿例子。在这里可以找到对GMP CEO的播客采访:
https://soundcloud.com/theinterchangepodcast/mary-powell-is-not-your-typical-utility-executive
但无论天然气电网使用量是大是小，在监管强制监测和修复生效之前，甲烷泄漏量都将是相同的。
修剪管道的分支
正如我在文章中所指出的，“除了堵塞现有的泄漏，一个长期的解决方案必须包括取消天然气分配系统，一次一个分支。”
这对于“全球化思考，本地化行动”的人群来说是一个很好的项目。我们需要建立社区目标:一次一条死胡同，让我们的邻居使用全电动汽车。
一旦我们这条死胡同把最后一台天然气设备处理掉，我们必须游说当地的公用事业公司封顶为我们这条街服务的管道分支。
.．.或者一次修剪一个州的树枝。
马萨诸塞州议会正在审议一项立法提案，要求在一定日期前免除所有能源化石燃料的使用，包括现有住宅。对新建筑的授权将比这更快。(他们还包括个人交通工具——没有化石燃料!)当前的草案保存在这里:
https://malegislature.gov/Bills/190/S1849
如果在未来几年内，该法规的某些版本得以实施，热泵行业将呈指数级增长，很快就会在新建筑市场上占据主导地位，而不是在它被强制实施之前。改造后的液体循环热泵可能会在不久之后开始抢占替换设备的市场份额。
但从近期来看，每次只解决一条死胡同里的漏洞是大有裨益的。
不仅仅是全电动住宅……
Martin -我想你最后的评论“…是时候加入全电力潮流了。”应该读到，是时候加入全可再生电力潮流了。在这个国家的许多地方，电力是由煤和天然气厂生产的。
回复Armando Cobo(评论#7)
阿曼德,
当然，我同意你的劝告，“是时候加入所有可再生电力的潮流了”——在我们可以的范围内——这就是为什么我写道，“未来的家庭是全电动的家庭——配备(如果可能的话)光伏阵列，以平衡家庭的电力消耗。”
出于多种原因，建造离网式住宅并不是一个好主意。(离网家庭不可能利用光伏阵列产生的所有电力。)
虽然我们中那些没有遮阳的朝南屋顶，或没有遮阳的草坪的人，可以把硬币放在存钱罐里，为PV阵列攒钱，但这并不能解决使用大量化石燃料的电网的问题。为了解决这个问题，我们需要投票给正确的政治候选人，定期致电我们的国会众议员和参议员，参加示威活动，并继续要求我们的地方公用事业公司以应有的紧迫性解决气候变化危机。
@ Dana是趋势线
“但即使是中间趋势线也强烈倾向于美国东北部的低碳。佛蒙特州扬基核电站的关闭只有在与那个人口少、国内发电能力很少的州的其他核电站相比才真正有意义。”
对不起，丹娜，我想你错了。自2014年以来，二氧化碳排放量一直在上升，而不是下降。2)核电退役是原因。佛蒙特扬基公司价值600兆瓦的零排放能力，这很难抵消。以下是最近一篇关于这个主题的文章的导语:
“根据最新的ISO新英格兰发电机空气排放报告，弗农的佛蒙特扬基核电站的退役导致新英格兰地区二氧化碳排放量十年来首次上升。”
更多:http://www.masslive.com/news/index.ssf/2017/02/report_closure_of_vermont_yank.html
在这里:http://instituteforenergyresearch.org/analysis/new-englands-emissions-rise-as-vermont-yankee-is-shuttered/
你可能是对的，需求响应和更灵活的电网将消除对传统大型电厂的一些需求，但我担心，这种亮丽的分布式能源未来实际上是大量小型(监管较少的)天然气电厂的编码，而不是少数大型电厂。这首歌是怎么唱的，“认识新老板，和老老板一样……”
环保值得一提
信息的文章。从来没有意识到“清洁”气体分配泄漏可能是如此严重的问题(即使我是一个全电动风扇“天都”)。我同意，在个人/家庭/家庭层面，我们有能力让我们的家庭全部用电。(抱歉，我忍不住要用双关语…)我们也同意我们可以选择使用屋顶光伏(或社区或大规模光伏，风能或其他可再生能源)。现在，大家都同意需要对天然气分配系统进行监控、维修，并制定一个逐步淘汰的计划。不能忽视化石燃料基础设施，然后希望它消失。
除了我们达成的所有共识，让我们在讨论中(一遍又一遍地)明确表示，我们支持绝缘、空气密封和能源回收。最后，如果我们减少了对电力的需求(空间加热和冷却，水加热，电器效率)，我们就减少了对发电厂和泄漏的天然气分配系统的需求。这不仅是关于使用可持续能源vs.核武器和化石燃料，也是关于使用更少的能源，这样我们就不会为了舒适地生活而破坏地球。我们可能都同意，减少能源使用对可持续发展至关重要。对我来说，提高节能是一个重要的转变，并不是人们难以理解或争论的。如果能源使用量很高，大多数人不会愿意每月签下一大笔全电费账单。如果建筑结构建造得非常好，他们将不需要天然气或石油。
三年的时间并不代表一种趋势@ Bennet Sandler #10
“自2014年以来，新英格兰的发电二氧化碳排放量一直在上升，而不是下降。”
严重! ? !自2014年以来?
那不是一种趋势，那只是昙花一现!
发电资产的生命周期长达几十年，唯一值得考虑的趋势大概是发电机的生命周期。只关注由大型工厂关闭导致的短的、低于十年的“趋势”的波动是非常愚蠢的，就像只根据几年的数据预测全球变冷或变暖一样，而真正重要的是长达一个世纪的趋势，而十年将是推断趋势的最小相关时间段。
请注意，从引用文章中引用的引言中写道:
“弗农的佛蒙特扬基核电站的退役导致了整个新英格兰地区更高的二氧化碳排放量....
．．．．十年来第一次……”
(重点)
换句话说，这是有新闻价值的，因为这是前十年排放量下降的逆转(这本身是一个令人怀疑的短时间内，以完全定义一个趋势，发电资产)。
没有引用的部分是:
与此同时，新英格兰发电厂的排放量在过去15年里显著下降，这在很大程度上是由于天然气取代了煤和石油。可再生能源正在取得进展，但无法迅速取代核电站的产能。”
(重点)
注意过去式"…were…"．通过增加现有燃气船队的容量因数来取代600兆瓦的高容量因数基载容量总是比建造15千兆瓦的陆上风力发电要快得多，但这并不是说，在合理的时间框架内，新风能和光伏发电的同等产量无法达到这一目标。它肯定会的，在接下来的几十年里，它的规模将超过新英格兰的核舰队。
15年趋势逆转的原因和幅度是完全可以预测的，排放量仍然低于2007年的峰值，甚至没有完全消除10年的趋势。2019年《朝圣》关闭时，预期的价格上涨也是完全可以预测的。但这些中短期事件并不能定义趋势。
较新的化石燃烧器比它们所取代的化石燃烧器具有更高的热效率，PV和风能零排放，可以使用几十年，在过去的十年中，安装率逐年呈指数级增长。(在2016年税收补贴延长前计划的项目出现税收补贴热潮后，2017年PV可能会出现下降)。分布式可再生能源的累积容量在过去十年里呈指数级增长，而地区电力需求在过去十年里持平甚至下降。我们没有理由相信需求会立即上升(恰恰相反)，我们有理由相信，能效和可再生能源的安装速度将在未来十年保持强劲(如果不再呈指数增长的话)。2016年，仅MA新增PV的数量就足以取代佛蒙特扬基(Vermont Yankee)年产量的10%以上(根据相关产能因素进行调整)。
可以完全预见的是，几十年的区域趋势是终端使用效率的持续提高，光伏太阳能(在仪表的两侧)的持续建设，(在MA强制要求的)电网存储的建设，以及大规模海上风能(也在MA强制要求的)的建设。新英格兰地区的大部分PV都在电表的付费用户那一边，ISO运营商看不到(除非是缺少需求)，因此甚至不计入发电组合，也不影响绝对总排放量。我们有理由相信，随着新的光伏+储能比峰值电站的发电成本降低，商业和电网规模的光伏发电将获得二次发展(亚利桑那州已经越过了这条线:http://www.utilitydive.com/news/updated-tucson-electric-signs-solar-storage-ppa-for-less-than-45kwh/443293/）
从中期来看，到2024年(关闭后10年)，佛蒙特扬基关闭带来的增长将被高效和可再生能源(以及从加拿大进口的水电)的建设所抵消。到2029年(Pilgrim toast的10年之后)，相关的排放上升将被更多的效率和可再生能源的建设以及水电进口所抵消，但随着电网电池规模的扩大和峰值机的消失，旋转储备和峰值机的排放也会减少。
我们应该能在今年年底之前更好地掌握海上风电的扩张时间表，因为提案和投标都在不断增加，同时也能更好地估计出从最近和计划关闭的核电站中恢复排放下降趋势线需要多长时间。
https://www.usnews.com/news/best-states/massachusetts/articles/2017-05-01/utilities-readying-bids-for-coastal-massachusetts-wind-farm
明年，从加拿大进口电力的新输电线路能力的建设也会更加清楚。它肯定没有停滞不前，而且趋势确实在下降。由于经济原因，一些较新的高效燃气燃烧器可能会在它们最初预期的生命周期之前被关闭，就像处于中年的核能和化石燃烧器正在屈服于零边际成本电网规模可再生能源的影响，这将导致中西部上地区的电力批发成本大幅下降。在不到十年的时间里，爱荷华州的风力发电从不到电网总发电量的1%上升到超过30%。在海上风能的学习曲线上，类似的事情在新英格兰发生并不是不可能的(尽管不能保证)。
所以，是的，关闭大型基载核弹会对排放产生短期到中期的影响，但几个小插曲并不代表一个趋势。
[已编辑添加]
网格时代变化的迹象:
https://www.greentechmedia.com/articles/read/chinese-wind-turbine-company-goldwind-wants-to-hire-out-of-work-coal-miners
佛蒙特扬基公司的碳足迹是多少?
Bennett Sandler说:“佛蒙特扬基公司的零排放能力价值600兆瓦。”经常有人断言核能的碳足迹为零，但这忽略了反应堆和涡轮机之外发生的一切。我想知道丹娜、马丁或其他人能否提供一个稍微更全球的比较，将佛蒙特扬基这样的工厂的碳足迹与我们一直在讨论的一些替代方案进行比较。有些人在辩论中说，佛蒙特扬基根本就不应该关闭，所以我想了解它在关闭前不久每年的碳足迹是什么样子的。然而，更重要的是它的总碳足迹，从规划到建设，到运行，再到退役。这与目前的替代能源的碳足迹相比如何?
对Derek Roff的回应
德里克,
我将提供关于该主题的两篇文章的链接。
1.第一篇文章来自核能工业，因此应该持保留态度:
通过使用核能避免温室气体排放．
2.第二篇文章似乎更加平衡:
核能:评估排放．
佛蒙特扬基的生命周期碳含量很低
那个反应堆运行了大约40年，足够长的生命周期来“偿还”烘焙石灰石制造混凝土所排放的温室气体，以及其他材料成本。核电站每千瓦时的边际碳足迹是非常小的，但是建筑材料的足迹是可观的。这是升级和保持现有反应堆尽可能长时间运行的理由之一。
但升级和维护的财务成本现在高于公用事业规模的太阳能和风能的平均生命周期成本，这就是为什么它们不经济的原因，因为批发电价随着零边际成本可再生能源的增加而逐渐下降。在近期和中期，尽管成本更高，但仍有理由继续运行，以避免关闭后的短期排放波动，但人们不得不假设一个不切实际的长生命周期，以合理安排新的轻水反应堆的建设成本，更不用说最初的混凝土产生的温室气体了。目前在SC和GA建设的SCANA和Vogtle反应堆可能永远不会产生一个千瓦时(!)，但它们已经产生了与建筑材料相关的大部分排放。
熔融盐反应堆等尚未商业化验证的小型模块化反应堆在大气压力下运行，不会在压力下爆炸，因此不需要像上一代反应堆那样坚固的混凝土安全壳，如果或当它们建成时，应该会有相应的更好的碳足迹。与轻水反应堆不同的是，新的反应堆设计是可伸缩的，甚至可以适应村庄大小的负载，并且需要更少的负载和/或电网基础设施才能发挥作用。它们还能够从燃料中提取更多的能量——现有的反应堆只使用3-5%的可用能量，否则燃料棒在机械上就会变得太脆弱，无法安全地保持使用，以免部分掉落到底部并熔化，继续以一种不受控制的方式发生反应。在熔盐反应堆中，没有燃料熔化的事情——燃料在使用时已经熔化并溶解在设计的盐中。我的直觉告诉我，小型模块化反应堆技术的发展已经太迟了，无法与现有的低碳水化合物能源竞争，但已经有多家公司在从事这方面的工作。他们需要击败快速下降的光伏、风能和储能成本学习曲线，以获得市场立足点，这一障碍每年都在变得更加困难。
随着“一切都电气化”，电力需求有可能开始增长，但这并不一定意味着会有更多的大型集中式发电厂。NREL去年发布的技术评估显示，即使是现有的光伏发电系统，也可以从美国现有的屋顶提供近一半的年总电力(不需要覆盖新的房地产)，这是一个很大的电力，即使只有一半被建造!此外，还有大量尚未开发的海上风力发电，可使美国的发电量增加一倍以上。目前，该技术的价格正变得足够便宜，具有竞争力，但仍在逐年下降。
Brattle集团智囊团的专家们制作了这篇文章(相当简短且易读)今年早些时候，针对公用事业公司对需求增长乏力的担忧，以及分布式可再生能源不断跌破最低价格，需求可能迅速萎缩的担忧，分析了“一切电气化”:
http://www.brattle.com/system/publications/pdfs/000/005/396/original/Electrification_-_Emerging_Opportunities_for_Utility_Growth.pdf?1485268804
谢谢你们，马丁和丹娜。
我很感谢你提供的链接，马丁，以及丹娜的额外讨论和链接。(为了避免两个单独的“谢谢”帖子，进行了编辑。)
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