國網(wǎng)能源研究院《全球能源分析與展望》團隊立足世界能源發(fā)展現狀，聚焦國際主流能源展望，將眾多情景劃分為“延續發(fā)展”、“變革轉向”、“目標倒逼”三類(lèi)，對比不同情景設計思路下的世界能源未來(lái)圖景，淺談在情景展望數字之外的思考和啟示。
世界能源發(fā)展現狀簡(jiǎn)述
基于國際能源署(IEA)的歷史數據及最新報告，本文從能源消費、電力供需、能源相關(guān)碳排放三個(gè)方面簡(jiǎn)述世界能源發(fā)展現狀。
在能源消費方面，2018年全球一次能源消費達到204億噸標準煤，較1980年接近翻番;近年，部分發(fā)達國家能源消費或飽和或下降，新興市場(chǎng)及發(fā)展中國家能源消費保持較快增長(cháng)。
分品種看，2018年煤炭占全球一次能源消費的比重約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)域消費增長(cháng)較快，交通領(lǐng)域的汽油消費增長(cháng)有所放緩;天然氣占比約23%，近年增長(cháng)勢頭良好，對煤炭產(chǎn)生一定替代;核能占比約5%，近年增長(cháng)形勢較為平穩;水能占比約3%，水力發(fā)電占據全球可再生能源發(fā)電的約60%;剩余12%的份額由非水可再生能源占據，包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等。
在電力供需方面，2018年全球電力消費超過(guò)23萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全球終端能源消費的比重接近20%，保持快速增長(cháng)勢頭;2018年全球電力生產(chǎn)約26.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，其中燃煤、燃油、燃氣發(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(guò)去40年全球能源相關(guān)碳排放總體穩步增長(cháng);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(cháng)態(tài)勢，較1980年增長(cháng)超80%;燃煤發(fā)電是最大的碳排放來(lái)源，2018年貢獻率約30%;2018年全球大氣平均二氧化碳濃度達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(lèi)
本文研究選取了國際主流機構在2019年6月之前發(fā)布的代表性世界能源展望報告，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版數據有限)、日本能源經(jīng)濟研究所(IEEJ)的《IEEJ Outlook2019》、英國B(niǎo)P公司的《Energy Outlook2019》、?？松梨?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(lèi)情景設計思路是“延續當前，我們走向何方”，有IEA的當前政策情景(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)轉型情景(ET)、美孚石油的參考情景(RE)、Equinor的競爭情景(RV)，簡(jiǎn)稱(chēng)“延續發(fā)展”情景集。
第二類(lèi)情景設計思路是“采取行動(dòng)，我們轉向何處”，有IEA的新政策情景(NP)、WEC的現代爵士樂(lè )情景(MJ)、IEEJ的先進(jìn)技術(shù)情景(AT)、Equinor的改革情景(RF)，簡(jiǎn)稱(chēng)“變革轉向”情景集。
第三類(lèi)情景設計思路是“目標導向，我們如何實(shí)現”，有IEA的可持續發(fā)展情景(SD)、IRENA的2050能源轉型路線(xiàn)圖情景(RM)、WEC的未完成的交響樂(lè )情景(US)、Shell的天空情景(SK)、Equinor的更新情景(RN)，簡(jiǎn)稱(chēng)“目標倒逼”情景集。
未來(lái)世界能源發(fā)展趨勢
不同機構的世界能源展望報告中展望期不同、側重點(diǎn)各異、計量法有別，本文研究選取2040/2050年為主要的觀(guān)察“橫切面”;聚焦于全球層面的能源需求、品種結構、電力供需、碳排放等，未深入至分地區和分部門(mén)層面;主要從增長(cháng)幅度、結構占比、達峰時(shí)間等維度進(jìn)行對比，未考慮計量單位、折算方法、統計口徑等差異將不同展望情景的絕對數值劃歸至統一口徑。
關(guān)于能源需求，未來(lái)二三十年增長(cháng)動(dòng)力依然充沛，為實(shí)現減排目標必須嚴控需求增長(cháng)。
在“延續發(fā)展”情景集下，2050年全球能源需求較當前水平增長(cháng)25%-40%，增長(cháng)動(dòng)力依然較為強勁;在“變革轉向”情景集下，得益于各種節能增效舉措，全球能源需求增速有所放緩，增幅約在15%-25%之間;在“目標倒逼”情景集下，全球能源需求增長(cháng)必須嚴格控制，2050年與當前水平基本相當或略有下降，其中Shell的天空情景試圖謀求高需求與低排放的同時(shí)滿(mǎn)足。
關(guān)于品種結構，未來(lái)世界能源結構趨于多元，可再生能源的快速增長(cháng)是普遍共識。
在“延續發(fā)展”情景集下，2050年全球化石能源份額在73%-79%區間，較當前的80%下降有限，油、氣占比變化不大，下降主要來(lái)自煤炭;可再生能源占比基本不超過(guò)20%，較當前的15%增長(cháng)有限，一定程度上還是填補了傳統生物質(zhì)能萎縮留下的份額。
在“變革轉向”情景集下，2050年全球化石能源份額在67%-70%區間，煤炭占比進(jìn)一步降至20%以下;可再生能源占比在20%-30%區間。在“目標倒逼”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(cháng)，達到10%左右;可再生能源占比增至30%-45%。
關(guān)于煤炭，其未來(lái)發(fā)展雖不被看好但仍面臨一定不確定性，歐美發(fā)達國家需求無(wú)疑將延續下降態(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(lài)有待觀(guān)察。
總體上，多數“延續發(fā)展”情景認為中長(cháng)期煤炭需求保持平穩或略有下降;多數“變革轉向”情景認為中長(cháng)期煤炭需求持續下降;在“目標倒逼”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了較高水平的碳捕捉與封存(CCS)規模。
關(guān)于石油，其需求峰值終將到來(lái)，只是出現時(shí)間和峰值高度有所不同。
在“延續發(fā)展”和“變革轉向”情景集下，石油都能保持第一大能源品種地位，未來(lái)二十年份額下降較為有限，這主要得益于發(fā)展中國家運輸、航空、化工等領(lǐng)域的需求增長(cháng);在“目標倒逼”情景集下，2050年石油占比降至20%-25%之間;若著(zhù)眼于更長(cháng)時(shí)間維度，多數“延續發(fā)展”和“變革轉向”情景中石油需求增長(cháng)都會(huì )放緩、停滯，而“目標倒逼”情景集下石油需求較早達峰，約在2030年前后。
關(guān)于天然氣，在多數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，幾乎所有情景都預計天然氣快速增長(cháng)，原因是天然氣相對低碳、相對清潔，得到了政府認同、行業(yè)推崇、用戶(hù)青睞，是可再生能源發(fā)展的重要支撐，是電力系統靈活性的重要組成;在中長(cháng)期，“延續發(fā)展”情景集下天然氣需求較快增長(cháng)，“變革轉向”情景集下天然氣需求增長(cháng)溫和，“目標倒逼”情景集下天然氣需求較早達峰，約在2035年前后。
關(guān)于核能，其未來(lái)消費在所有情景中都增加，只是增長(cháng)幅度有所不同。
在“目標倒逼”情景集下，2050年核能份額在10%左右，但在“延續發(fā)展”和“變革轉向”情景集下核能份額僅較當前略有增長(cháng)。此外，核電潛在災害、核廢料及核電退役等風(fēng)險導致社會(huì )對核電的接受度有限;核電是在實(shí)現能源脫碳進(jìn)程中的“過(guò)渡選擇”，還是邁向可再生能源未來(lái)的阻礙，各界認識還未統一。
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，區別只是提升速度存在差異。
在“延續發(fā)展”情景集下，2050年全球電力需求約為當前的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(cháng);在“變革轉向”情景集下，2050年全球電力需求約為當前的1.6-1.7倍，比“延續發(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“目標倒逼”情景集下，全球電力需求大幅增長(cháng)，Shell天空情景、IRENA能源轉型路線(xiàn)圖下2050年分別為當前的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)電氣化的持續滲透。
在電氣化水平方面，“延續發(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;“變革轉向”情景集下，2050年全球電氣化水平在25%-29%之間;在“目標倒逼”情景集下，終端電氣化水平大幅提升是實(shí)現減排目標的核心舉措，其中IRENA能源轉型路線(xiàn)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，風(fēng)電、太陽(yáng)能、天然氣提供了大部分新增裝機，煤電占比持續下降。
從結構看，燃煤發(fā)電占比毫無(wú)疑問(wèn)地持續下降，在“延續發(fā)展”情景集下2050年降至23%-30%，在“變革轉向”情景集下2050年降至10%-18%，在“目標倒逼”情景集下降至5%以下;燃氣發(fā)電占比在“延續發(fā)展”和“變革轉向”情景集中有所增長(cháng)，但多數2050年不超過(guò)30%，在“目標倒逼”情景集中2050年降至10%-22%區間;水電占比在各情景中有所不同，但絕對規模大致相當;非水可再生能源發(fā)電占比在“延續發(fā)展”情景集下達到20%-33%，在“變革轉向”情景集下達到30%-37%，在“目標倒逼”情景集下達到40%-70%，其中IRENA能源轉型路線(xiàn)圖、Shell天空情景均略超70%。
關(guān)于碳排放，實(shí)現全球溫升控制目標異常艱難。
在“延續發(fā)展”情景集下，全球能源相關(guān)碳排放持續增長(cháng)，雖增速有所放緩，但2050年仍較當前水平增長(cháng)10%-30%，達到360-420億噸;在“變革轉向”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年約為當前水平的90%;在“目標倒逼”情景集下，全球能源相關(guān)碳排放需在2025年前達峰，2050約為當前水平的30%-50%，IRENA能源轉型路線(xiàn)圖、Equinor更新情景下2050年分別降至98、106億噸。
數字之外的思考和啟示
在數字之外，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，本文淺談在規模、增速、占比之外有關(guān)未來(lái)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)確切結論是《巴黎協(xié)定》框架下的國家自主貢獻承諾并不足以將全球平均溫升控制在2℃以?xún)?，全球變暖的程度和速度將不可避免地超過(guò)人類(lèi)設定的目標。
展望未來(lái)全球氣候變化與人類(lèi)應對舉措，既不能高估《巴黎協(xié)定》自主貢獻機制能夠取得的成效，也不能低估全球攜手實(shí)現減排溫控目標所要付出的努力。
其次，總結眾多世界能源展望減排手段，實(shí)現全球溫升控制目標有三大核心舉措。
一是加快能源效率提升以延緩能源需求增長(cháng)并爭取絕對規模下降;二是以發(fā)電能源的清潔化支撐終端各部門(mén)電氣化進(jìn)程的全面加速;三是通過(guò)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)必須承認的事實(shí)是全球能源轉型緩慢而艱巨，當前可再生能源發(fā)展依然微小而脆弱，未來(lái)二三十年或許只能做到“增量?jì)?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靈活性的需求，在市場(chǎng)設計、電網(wǎng)互聯(lián)、需求響應、高效儲能等方面給予支持，還要關(guān)注設備制造給原料供給帶來(lái)的巨大壓力、低能量密度對土地的較高訴求等非常規需求。
此外，能源低碳轉型是一項系統性工程，不可能單靠某個(gè)部門(mén)、某一品種來(lái)完成。
分部門(mén)看，工業(yè)用能要更多轉向電力，在制熱、化工等暫時(shí)無(wú)法取代化石能源的領(lǐng)域要配備CCS;電氣化要在交通運輸各個(gè)領(lǐng)域廣泛推廣;建筑領(lǐng)域要同步推進(jìn)能效標準與建筑翻新。
從品種看，是否存在“過(guò)渡能源”以及通過(guò)哪種能源向未來(lái)過(guò)渡仍待商榷，電力是否為終極“未來(lái)能源”以及氫能在未來(lái)發(fā)揮何等作用仍需回答。
還有，能源轉型所需要的創(chuàng )新不只在于技術(shù)，更在于政策機制和商業(yè)模式。能源轉型是否具有經(jīng)濟性，主要由各能源品種開(kāi)發(fā)利用的技術(shù)成本決定;但能源轉型能否成功，離不開(kāi)政府的引導、企業(yè)的推動(dòng)。能源轉型不會(huì )自主發(fā)生，轉型之路是開(kāi)放的，政府決定了未來(lái)能源命運何去何從。
當前，能源行業(yè)低碳化、數字化、智能化融合發(fā)展，行業(yè)新競爭者不斷涌入，傳統業(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 )新以適應外部環(huán)境、滿(mǎn)足客戶(hù)需求。
最后，決定能源轉型成敗的關(guān)鍵，或在能源行業(yè)之外。其一，氣候變化是全人類(lèi)面臨的共同挑戰，離不開(kāi)國際合作與區域協(xié)調，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，能源治理規則與貿易格局發(fā)生調整，不以石油為中心的能源地緣政治會(huì )是全球能源轉型的推動(dòng)者還是阻礙者?其三，能源基礎設施投資巨大，能源轉型需要財政、稅收、金融等領(lǐng)域給予全面支持。
