國網(wǎng)能源研究院《全球能源分析與展望》團(tuán)隊(duì)立足世界能源發(fā)展現(xiàn)狀，聚焦國際主流能源展望，將眾多情景劃分為“延續(xù)發(fā)展”、“變革轉(zhuǎn)向”、“目標(biāo)倒逼”三類，對比不同情景設(shè)計(jì)思路下的世界能源未來圖景，淺談在情景展望數(shù)字之外的思考和啟示。
世界能源發(fā)展現(xiàn)狀簡述
基于國際能源署(IEA)的歷史數(shù)據(jù)及最新報(bào)告，本文從能源消費(fèi)、電力供需、能源相關(guān)碳排放三個(gè)方面簡述世界能源發(fā)展現(xiàn)狀。
在能源消費(fèi)方面，2018年全球一次能源消費(fèi)達(dá)到204億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，較1980年接近翻番;近年，部分發(fā)達(dá)國家能源消費(fèi)或飽和或下降，新興市場及發(fā)展中國家能源消費(fèi)保持較快增長。
分品種看，2018年煤炭占全球一次能源消費(fèi)的比重約26%，占比有所下降，但仍是第二大能源品種和第一大發(fā)電能源;石油占比約31%，為全球第一大能源品種，其中近年化工、航空等領(lǐng)域消費(fèi)增長較快，交通領(lǐng)域的汽油消費(fèi)增長有所放緩;天然氣占比約23%，近年增長勢頭良好，對煤炭產(chǎn)生一定替代;核能占比約5%，近年增長形勢較為平穩(wěn);水能占比約3%，水力發(fā)電占據(jù)全球可再生能源發(fā)電的約60%;剩余12%的份額由非水可再生能源占據(jù)，包括風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等。
在電力供需方面，2018年全球電力消費(fèi)超過23萬億千瓦時(shí)，占全球終端能源消費(fèi)的比重接近20%，保持快速增長勢頭;2018年全球電力生產(chǎn)約26.7萬億千瓦時(shí)，其中燃煤、燃油、燃?xì)獍l(fā)電占總發(fā)電量的比重分別為38%、3%、23%，核電、水電占比分別為10%、16%，非水可再生能源發(fā)電占比約10%(其中風(fēng)電、光伏占比分別為5%、2%)。
在碳排放方面，過去40年全球能源相關(guān)碳排放總體穩(wěn)步增長;2018年再創(chuàng)歷史新高至331億噸，徹底打破了2014-2016年的平緩增長態(tài)勢，較1980年增長超80%;燃煤發(fā)電是最大的碳排放來源，2018年貢獻(xiàn)率約30%;2018年全球大氣平均二氧化碳濃度達(dá)407.4ppm，全球年均地表溫度較工業(yè)化初期升高約1℃。
世界能源展望情景分類
本文研究選取了國際主流機(jī)構(gòu)在2019年6月之前發(fā)布的代表性世界能源展望報(bào)告，有國際能源署(IEA)的《World Energy Outlook 2018》、國際可再生能源署(IRENA)的《Global Energy Transformation:ARoadmapto 2050(2019)》、世界能源理事會(huì)(WEC)的《World Energy Scenariosto 2060》(2016)、美國能源信息署(EIA)的《International Energy Outlook(2017)》(2018版數(shù)據(jù)有限)、日本能源經(jīng)濟(jì)研究所(IEEJ)的《IEEJ Outlook2019》、英國BP公司的《Energy Outlook2019》、埃克森美孚(Exxon Mobil)的《Outlook for Energy:AView to 2040(2018)》、殼牌石油(Shell)的《Sky：Meeting the Goals of The Paris Agreement》(2018)、挪威國家石油(Equinor)的《Energy Perspectives 2019》。
第一類情景設(shè)計(jì)思路是“延續(xù)當(dāng)前，我們走向何方”，有IEA的當(dāng)前政策情景(CP)、WEC的硬搖滾情景(HD)、EIA的參考情景(RE)、IEEJ的參考情景(RE)、BP的漸進(jìn)轉(zhuǎn)型情景(ET)、美孚石油的參考情景(RE)、Equinor的競爭情景(RV)，簡稱“延續(xù)發(fā)展”情景集。
第二類情景設(shè)計(jì)思路是“采取行動(dòng)，我們轉(zhuǎn)向何處”，有IEA的新政策情景(NP)、WEC的現(xiàn)代爵士樂情景(MJ)、IEEJ的先進(jìn)技術(shù)情景(AT)、Equinor的改革情景(RF)，簡稱“變革轉(zhuǎn)向”情景集。
第三類情景設(shè)計(jì)思路是“目標(biāo)導(dǎo)向，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)”，有IEA的可持續(xù)發(fā)展情景(SD)、IRENA的2050能源轉(zhuǎn)型路線圖情景(RM)、WEC的未完成的交響樂情景(US)、Shell的天空情景(SK)、Equinor的更新情景(RN)，簡稱“目標(biāo)倒逼”情景集。
未來世界能源發(fā)展趨勢
不同機(jī)構(gòu)的世界能源展望報(bào)告中展望期不同、側(cè)重點(diǎn)各異、計(jì)量法有別，本文研究選取2040/2050年為主要的觀察“橫切面”;聚焦于全球?qū)用娴哪茉葱枨?、品種結(jié)構(gòu)、電力供需、碳排放等，未深入至分地區(qū)和分部門層面;主要從增長幅度、結(jié)構(gòu)占比、達(dá)峰時(shí)間等維度進(jìn)行對比，未考慮計(jì)量單位、折算方法、統(tǒng)計(jì)口徑等差異將不同展望情景的絕對數(shù)值劃歸至統(tǒng)一口徑。
關(guān)于能源需求，未來二三十年增長動(dòng)力依然充沛，為實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)必須嚴(yán)控需求增長。
在“延續(xù)發(fā)展”情景集下，2050年全球能源需求較當(dāng)前水平增長25%-40%，增長動(dòng)力依然較為強(qiáng)勁;在“變革轉(zhuǎn)向”情景集下，得益于各種節(jié)能增效舉措，全球能源需求增速有所放緩，增幅約在15%-25%之間;在“目標(biāo)倒逼”情景集下，全球能源需求增長必須嚴(yán)格控制，2050年與當(dāng)前水平基本相當(dāng)或略有下降，其中Shell的天空情景試圖謀求高需求與低排放的同時(shí)滿足。
關(guān)于品種結(jié)構(gòu)，未來世界能源結(jié)構(gòu)趨于多元，可再生能源的快速增長是普遍共識。
在“延續(xù)發(fā)展”情景集下，2050年全球化石能源份額在73%-79%區(qū)間，較當(dāng)前的80%下降有限，油、氣占比變化不大，下降主要來自煤炭;可再生能源占比基本不超過20%，較當(dāng)前的15%增長有限，一定程度上還是填補(bǔ)了傳統(tǒng)生物質(zhì)能萎縮留下的份額。
在“變革轉(zhuǎn)向”情景集下，2050年全球化石能源份額在67%-70%區(qū)間，煤炭占比進(jìn)一步降至20%以下;可再生能源占比在20%-30%區(qū)間。在“目標(biāo)倒逼”情景集下，2050年全球化石能源份額降至45%-60%，煤炭降至5%-12%之間，油、氣占比也分別降至15%-25%;核能占比有所增長，達(dá)到10%左右;可再生能源占比增至30%-45%。
關(guān)于煤炭，其未來發(fā)展雖不被看好但仍面臨一定不確定性，歐美發(fā)達(dá)國家需求無疑將延續(xù)下降態(tài)勢，但以印度為代表的亞太發(fā)展中國家能否擺脫對煤炭的依賴有待觀察。
總體上，多數(shù)“延續(xù)發(fā)展”情景認(rèn)為中長期煤炭需求保持平穩(wěn)或略有下降;多數(shù)“變革轉(zhuǎn)向”情景認(rèn)為中長期煤炭需求持續(xù)下降;在“目標(biāo)倒逼”情景集下，煤炭需求快速下降，Shell天空情景中煤炭降幅較小主要是假設(shè)了較高水平的碳捕捉與封存(CCS)規(guī)模。
關(guān)于石油，其需求峰值終將到來，只是出現(xiàn)時(shí)間和峰值高度有所不同。
在“延續(xù)發(fā)展”和“變革轉(zhuǎn)向”情景集下，石油都能保持第一大能源品種地位，未來二十年份額下降較為有限，這主要得益于發(fā)展中國家運(yùn)輸、航空、化工等領(lǐng)域的需求增長;在“目標(biāo)倒逼”情景集下，2050年石油占比降至20%-25%之間;若著眼于更長時(shí)間維度，多數(shù)“延續(xù)發(fā)展”和“變革轉(zhuǎn)向”情景中石油需求增長都會(huì)放緩、停滯，而“目標(biāo)倒逼”情景集下石油需求較早達(dá)峰，約在2030年前后。
關(guān)于天然氣，在多數(shù)情景下超越煤炭成為全球第二大能源品種，2050年份額在20%-30%之間。
在短期內(nèi)，幾乎所有情景都預(yù)計(jì)天然氣快速增長，原因是天然氣相對低碳、相對清潔，得到了政府認(rèn)同、行業(yè)推崇、用戶青睞，是可再生能源發(fā)展的重要支撐，是電力系統(tǒng)靈活性的重要組成;在中長期，“延續(xù)發(fā)展”情景集下天然氣需求較快增長，“變革轉(zhuǎn)向”情景集下天然氣需求增長溫和，“目標(biāo)倒逼”情景集下天然氣需求較早達(dá)峰，約在2035年前后。
關(guān)于核能，其未來消費(fèi)在所有情景中都增加，只是增長幅度有所不同。
在“目標(biāo)倒逼”情景集下，2050年核能份額在10%左右，但在“延續(xù)發(fā)展”和“變革轉(zhuǎn)向”情景集下核能份額僅較當(dāng)前略有增長。此外，核電潛在災(zāi)害、核廢料及核電退役等風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致社會(huì)對核電的接受度有限;核電是在實(shí)現(xiàn)能源脫碳進(jìn)程中的“過渡選擇”，還是邁向可再生能源未來的阻礙，各界認(rèn)識還未統(tǒng)一。
關(guān)于電力需求，電氣化發(fā)展是所有世界能源展望情景的一致判斷，區(qū)別只是提升速度存在差異。
在“延續(xù)發(fā)展”情景集下，2050年全球電力需求約為當(dāng)前的1.6-1.9倍，主要得益于中產(chǎn)人口的增加、城市化進(jìn)程的推進(jìn)以及制冷需求的增長;在“變革轉(zhuǎn)向”情景集下，2050年全球電力需求約為當(dāng)前的1.6-1.7倍，比“延續(xù)發(fā)展”情景集還低主要是終端能源需求有所下降、電氣化水平未明顯提升;在“目標(biāo)倒逼”情景集下，全球電力需求大幅增長，Shell天空情景、IRENA能源轉(zhuǎn)型路線圖下2050年分別為當(dāng)前的3.1、2.2倍，主要得益于交通電氣化的快速推進(jìn)以及工業(yè)電氣化的持續(xù)滲透。
在電氣化水平方面，“延續(xù)發(fā)展”情景集下，2050年全球電能占終端能源需求的比重在23%-26%之間;“變革轉(zhuǎn)向”情景集下，2050年全球電氣化水平在25%-29%之間;在“目標(biāo)倒逼”情景集下，終端電氣化水平大幅提升是實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的核心舉措，其中IRENA能源轉(zhuǎn)型路線圖、Shell天空情景中2050年全球水平分別為49%、43%。
關(guān)于電力供應(yīng)，風(fēng)電、太陽能、天然氣提供了大部分新增裝機(jī)，煤電占比持續(xù)下降。
從結(jié)構(gòu)看，燃煤發(fā)電占比毫無疑問地持續(xù)下降，在“延續(xù)發(fā)展”情景集下2050年降至23%-30%，在“變革轉(zhuǎn)向”情景集下2050年降至10%-18%，在“目標(biāo)倒逼”情景集下降至5%以下;燃?xì)獍l(fā)電占比在“延續(xù)發(fā)展”和“變革轉(zhuǎn)向”情景集中有所增長，但多數(shù)2050年不超過30%，在“目標(biāo)倒逼”情景集中2050年降至10%-22%區(qū)間;水電占比在各情景中有所不同，但絕對規(guī)模大致相當(dāng);非水可再生能源發(fā)電占比在“延續(xù)發(fā)展”情景集下達(dá)到20%-33%，在“變革轉(zhuǎn)向”情景集下達(dá)到30%-37%，在“目標(biāo)倒逼”情景集下達(dá)到40%-70%，其中IRENA能源轉(zhuǎn)型路線圖、Shell天空情景均略超70%。
關(guān)于碳排放，實(shí)現(xiàn)全球溫升控制目標(biāo)異常艱難。
在“延續(xù)發(fā)展”情景集下，全球能源相關(guān)碳排放持續(xù)增長，雖增速有所放緩，但2050年仍較當(dāng)前水平增長10%-30%，達(dá)到360-420億噸;在“變革轉(zhuǎn)向”情景集下，全球能源相關(guān)碳排放在2030-2040年間進(jìn)入下行態(tài)勢，2050年約為當(dāng)前水平的90%;在“目標(biāo)倒逼”情景集下，全球能源相關(guān)碳排放需在2025年前達(dá)峰，2050約為當(dāng)前水平的30%-50%，IRENA能源轉(zhuǎn)型路線圖、Equinor更新情景下2050年分別降至98、106億噸。
數(shù)字之外的思考和啟示
在數(shù)字之外，世界能源展望通常還會(huì)涉及政策、技術(shù)、投資等廣泛議題，本文淺談在規(guī)模、增速、占比之外有關(guān)未來世界能源的思考和啟示。
首先，從眾多世界能源展望中可以得到的一個(gè)確切結(jié)論是《巴黎協(xié)定》框架下的國家自主貢獻(xiàn)承諾并不足以將全球平均溫升控制在2℃以內(nèi)，全球變暖的程度和速度將不可避免地超過人類設(shè)定的目標(biāo)。
展望未來全球氣候變化與人類應(yīng)對舉措，既不能高估《巴黎協(xié)定》自主貢獻(xiàn)機(jī)制能夠取得的成效，也不能低估全球攜手實(shí)現(xiàn)減排溫控目標(biāo)所要付出的努力。
其次，總結(jié)眾多世界能源展望減排手段，實(shí)現(xiàn)全球溫升控制目標(biāo)有三大核心舉措。
一是加快能源效率提升以延緩能源需求增長并爭取絕對規(guī)模下降;二是以發(fā)電能源的清潔化支撐終端各部門電氣化進(jìn)程的全面加速;三是通過能源技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)能源行業(yè)的深度脫碳，包括氫能利用、生物質(zhì)能利用、配備CCS的化石能源利用、地表固碳、空氣直接碳捕獲等。
再次，一個(gè)必須承認(rèn)的事實(shí)是全球能源轉(zhuǎn)型緩慢而艱巨，當(dāng)前可再生能源發(fā)展依然微小而脆弱，未來二三十年或許只能做到“增量優(yōu)化”，尚難言及“存量替代”。
以電為主加快可再生能源利用，不僅要關(guān)注出力間歇性對系統(tǒng)靈活性的需求，在市場設(shè)計(jì)、電網(wǎng)互聯(lián)、需求響應(yīng)、高效儲(chǔ)能等方面給予支持，還要關(guān)注設(shè)備制造給原料供給帶來的巨大壓力、低能量密度對土地的較高訴求等非常規(guī)需求。
此外，能源低碳轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，不可能單靠某個(gè)部門、某一品種來完成。
分部門看，工業(yè)用能要更多轉(zhuǎn)向電力，在制熱、化工等暫時(shí)無法取代化石能源的領(lǐng)域要配備CCS;電氣化要在交通運(yùn)輸各個(gè)領(lǐng)域廣泛推廣;建筑領(lǐng)域要同步推進(jìn)能效標(biāo)準(zhǔn)與建筑翻新。
從品種看，是否存在“過渡能源”以及通過哪種能源向未來過渡仍待商榷，電力是否為終極“未來能源”以及氫能在未來發(fā)揮何等作用仍需回答。
還有，能源轉(zhuǎn)型所需要的創(chuàng)新不只在于技術(shù)，更在于政策機(jī)制和商業(yè)模式。能源轉(zhuǎn)型是否具有經(jīng)濟(jì)性，主要由各能源品種開發(fā)利用的技術(shù)成本決定;但能源轉(zhuǎn)型能否成功，離不開政府的引導(dǎo)、企業(yè)的推動(dòng)。能源轉(zhuǎn)型不會(huì)自主發(fā)生，轉(zhuǎn)型之路是開放的，政府決定了未來能源命運(yùn)何去何從。
當(dāng)前，能源行業(yè)低碳化、數(shù)字化、智能化融合發(fā)展，行業(yè)新競爭者不斷涌入，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式亟待重塑，公用事業(yè)、油氣公司等都要進(jìn)行商業(yè)模式創(chuàng)新以適應(yīng)外部環(huán)境、滿足客戶需求。
最后，決定能源轉(zhuǎn)型成敗的關(guān)鍵，或在能源行業(yè)之外。其一，氣候變化是全人類面臨的共同挑戰(zhàn)，離不開國際合作與區(qū)域協(xié)調(diào)，要避免政治失信與利己主義。其二，可再生能源重塑全球能源系統(tǒng)，能源治理規(guī)則與貿(mào)易格局發(fā)生調(diào)整，不以石油為中心的能源地緣政治會(huì)是全球能源轉(zhuǎn)型的推動(dòng)者還是阻礙者?其三，能源基礎(chǔ)設(shè)施投資巨大，能源轉(zhuǎn)型需要財(cái)政、稅收、金融等領(lǐng)域給予全面支持。
