摘 要: 当今能源供应安全和全球气候变化问题两大因素的加速发展, 致使全球能源供求出现新 的竞争格局, 能源效率提升、 非常规化石能源以及可再生能源资源开发构成了当前和今后国际能源转 型的三大技术路径和发展方向。 技术进步和环境问题正在改变全球的能源需求结构, 能源来源多元化 多级化特征进一步凸显。 全球能源发展的三大技术路径和多元多级化发展方向, 导致全球能源体系不 断转型。 在这一过程中, 中国积极参与, 角色突出。 然而, 中国在能源发展的三大技术路径和方向上 既有不足也有优势。 对此, 应补齐短板, 巩固优势, 引领发展。 中国在国际能源转型进程中是重要的 参与者、 建设者和贡献者。
关键词: 能源效率, 非常规油气资源, 可再生能源, 能源转型, 中国角色
进入 21 世纪以来, 全球气候问题日益成为 国际社会关切的重大问题, 经济发展、 能源安 全及气候问题相互交织。 能源供应安全和全球 气候问题两大因素使得以能源效率提升, 非常 规化石能源和可再生能源为代表的新能源的发 展构成了当前能源发展竞争的格局, 也是当前 和今后能源发展的三大技术路线和发展方向。 而技术进步和对环境的关注正在改变能源需求 结构, 能源来源多元化多级化特征进一步凸显。 全球能源发展的三大路线和多元多级化方向, 使得全球能源体系不断转型。 在这一进程中中 国是重要的参与者, 建设者与贡献者。
一、 全球能源发展的三大技术路径
(一) 能源效率的改进与提升
能源效率被称为 “第五种燃料” 或智慧能 源, 一直在被研究和利用。 能源效率的意义不仅 在于节能, 还在于减排。 节能减排不仅有助于保 障能源供应安全还有助于应对全球气候变化。 为了从能源使用的经济性和能源供应的安全性考 虑, 同时也为了应对全球气候问题。 相关国家纷 纷制定自己今后一段时期的减排计划。
能源效率的改进主要包括在一次能源开采、 提炼、 运输、 存储方面, 二次能源电力的发电、 传输、 配送上和能源使用上, 和能耗设备节能、 储能技术的研发和运用, 经济结构 (产业) 的 调整, 以及有关节能法规和政策的推行等方面。 从行业上看, 则主要表现在工业、 建筑、 交通、 民生等领域。 能源强度的下降是能源效率提升 的直接反应和结果。 一般认为技术是决定能源 效率的关键手段和重要因素, 能源政策、 管理 水平和能源消费价格也会对能源效率产生影响。 但自从 2014 年下半年油价从高位跌落之后, 低 油价并未影响全球能源强度的下降, 2014 年全 球能源强度下降了 2． 7% 。 2015 年全球能 源强度下降了 1． 8% 。2016 年全球能源强 度持续下降了 2． 0% 。 在供给侧, 煤炭的 清洁化运用方向, 油气开采、 炼制标准的提升, 天然气与可再生能源等清洁能源的广泛使用都有助于能源效率的提升, 也是各国和能源部门 改善能源效率的通行做法。
从全球看, 煤炭在一次能源占比近30% , 燃 煤电装机占比 31% , 燃煤发电占比为 40% (燃 煤发电在美国的电能结构中仍占 30%左右, 日本 占 25%左右)。 实施煤炭的清洁高效发电和煤制 油、 煤制气等煤基化工和碳捕捉与储存 (CCS)是煤炭清洁化的利用方向。 同时, 用燃气发电, 可再生能源发电和核电等对燃煤发电的替代也是 当今全球电力发展和能效改进的一个趋势。
在油气开采和炼制领域, 低油价和越来越严 格的环保压力迫使产油国和石油企业不得不保持 低成本运行。 油气开采企业需要提升基础设施 能效, 优化产能建设项目用能工艺, 采用节能设 备, 加强节能管理, 提高原油商品率, 充分利用 油田伴生气。 在油气整个价值链过程中, 如 何减少甲烷泄漏是企业运营考虑和技术攻关的一 个重点。 而重视燃油品质升级、 清洁低排放成为 炼油企业可持续发展的重要指标。
在能源消费使用侧和其他方面, 需要加强 工业、 交通和建筑等重点能耗领域的节能, 不 仅在石油使用方面节能, 还需要在煤炭、 天然 气、 电力的使用方面节能, 并推动可再生能源 等新能源的发展。 如果说能源效率提升总体上 仍属于当今能源发展的 “常规” 路线的话, 那 么后续的两条路线则属于 “非常规” 领域。
(二) 非常规油气资源的开发
非常规油气资源主要有油砂、 页岩油、 致 密油气、 盐下油气、 煤层气、 页岩气、 水溶气 以及天然气水合物 ( 可燃冰) 等。 始于 2000 年初期的美国的 “页岩气革命” 拉开了非 常规油气资源开发的序幕。 其开发从一开始的 “美国独领风骚” 到美洲国家南北呼应的局面, 具有代表性的是美国的页岩气和致密油、 加拿 大油砂、 巴西深海石油、 委内瑞拉超重油。
在页岩气、 致密油开采方面, 美国得益于 “水平井开采 (Horizontal Drilling)” 和 “水力裂压 (Hydraulic Fracturing)” 等先进技术, 是目前全球 唯一实现该资源大规模商业化开采的国家, 美国天然气储量因此增加了 40%。 使美国在 2009 年一 举取代俄罗斯, 成为世界第一大天然气生产国, 同时大量涌入市场的页岩气也使得天然气价格大 幅下降。 [6](P201)根据美国能源信息署 《2017 年国际 能源展望》, 2015 年美国天然气生产的50%来自页 岩气, 预计到 2040 年则会增长到近 70%。 而根 据国际能源署 《2017 年世界能源展望》, 截止到 2016 年, 全球非常规天然气占了天然气产量增量 的一半以上, 其中以北美为主的页岩气增产 7250 亿立方米, 煤层气增产超过600 亿立方米, 致密气 增产超过350 亿立方米; 单美国页岩气产量就超过 4450 亿立方米, 预计到2040 年增加到8000 亿立方 米, 是当之无愧的全球页岩气产量增长的引 擎。 同样得益于 “页岩气革命”, 美国的致密 油产量得以巨大增长, 2016 年美国致密油产量为 425 万桶/ 日, 占美国全部原油产量的48%。
在油砂上, 目前只有加拿大一国实现了大 规模商业化量产, 其储量占世界 90% 以上。 一 般认为当油价高于 50 - 60 美元/ 桶时, 油砂的 开采便极具商业价值。 在开采技术上, 目前主 要有 “蒸汽辅助重力泄油法” (SAGD) 和 “循 环蒸汽增产法” (CSS) 两类。在深海油气 资源开发上, 巴西总体处于领先水平。 其石油 开采的 80% 来自海上油田。 得益于此, 预计未 来 10 年左右巴西石油产量将达到 600 万桶/ 日, 将超越委内瑞拉成为拉美的能源权力中心和美 国一起成为世界石油供应的重要来源。
非常规油气资源本质上也属于矿物能源。 这些能源要么由于技术原因过去未能开采或开 采成本过高而未能商业化开采。 因此, 开采技 术和开采成本是影响非常规油气资源开采的两 大核心因素。 在开采技术不断突破和成熟后, 非常规油气资源的开采一方面主要受常规矿物 能源价格的影响和制约, 另一方面还面临与可 再生能源等清洁替代能源 ( 技术) 竞争的局 面。 同时, 需要强调的是, 非常规油气资源的 大量开采使得全球油气资源供应充裕, 能源供 应多元化特征凸显, 能源价格反弹阻力增大。
(三) 可再生能源的崛起
在后石油时代, 可再生能源的开发和竞争 则主要构成了当今能源发展前沿的另一重要技 术路线。 这条路线的格局呈现出了亚、 美、 欧 三足鼎立的趋势 (见表 1)。
从表 1 可看出, 亚美欧三大洲引领了目前 全球可再生能源的发展, 在全球产能排名前十 的国家中, 亚洲有三席 (中国、 印度、 日本); 美洲有三席 (美国、 巴西、 加拿大); 欧洲不 算上俄罗斯的话有三席 (德国、 意大利、 西班 牙)。 相较于常规化石能源中心的 “单极性” 甚或加上非常规化石能源带来的 “两级性” 来 说, 可再生能源体现了明显的 “多级性”。 可 再生能源相较于化石能源来说最大的优势在于 其清洁性和丰富性, 被称为绿色能源。 因此被 认为是实现更低碳、 更可持续发展和国际社会所追求的气候控制目标更相容的核心所在。
得益于清洁这一根本属性, 可再生能源的发 展速度之快 “超乎想象”。 回顾历史, 石油走入 世界能源舞台替代煤炭, 走了 50 多年。 从 20 世纪 70 年代石油危机之后算起, 可再生能源的 发展至今也有 50 多年的历程。 目前, 可再生能 源成本持续下降, 产能持续扩张。 自 2000 年以 来, 可再生能源供应以每年平均 4%的增幅增长, 超过其能源需求增长的两倍。 发电、 交通、 工 业、 居住供热供暖等是其使用的主要方面。在2015 年年末召开的巴黎气候大会上, 可再生能源 和能源效率改善被视为在气候变化协定上国家能 源自主贡献 (Nationally Determined Contributions) 的骨架。 全球绝大部分发达经济体和发展中经济 体都重视可再生能源的发展, 155 个国家已经采 取了支持可再生能源发电的政策, 近 100 个国家 实施了可再生能源直接用于供热供暖和生物燃料 用于交通的政策, 从 2016 年后绝大部分国家发 展目标则重点关注可再生能源发电。
根据国际能源署 《2016 年世界能源展望》 的分析, 2015 年是可再生能源发展关键的一年, 全世界可再生能源新增发电产能第一次超过化石 能源和核能的发电新增产能。 尽管可再生能源提 供的电能比煤炭提供的电能少大约 40% , 但可再 生能源发电产能已达到 1985GW (吉瓦), 超过 了煤电的产能 1950GW。 虽然每年新增产能会有 波动, 但过去十年来以风电、 太阳能光伏和水电 为代表的可再生能源的快速发展证明了这条道路 的正确并显示出清晰的信号: 能源转型正在发 生。 2016 年, 可再生能源提供了全球电力 4% 新 增 产 能 近 2 / 3 的 增 幅, 全 年 新 增 电 量 260GW, 其中可再生能源发电新增 165GW, 电力 总产能增至 6680GW, 风能和太阳能光伏比其他 任何形式的可再生能源增长更快, 它们在 2016 年的新增产能比 2015 年高 10% 。2015 年 全球发电量与各类型能源发电比例见图 1。
从图 1 可看出, 2015 年全球可再生能源发电已占到 31% , 如果把核能和天然气等清洁能源统 计进去, 则清洁能源发电已构成了当今发电的半 壁江山。 随着电力部门以可再生能源、 天然气等 清洁能源逐步取代煤炭发电比例的增加, 交通部 门则逐渐变成二氧化碳排放的主要部门。因此, 可再生能源在交通上的使用对节能减排也至关重 要。 当今生物燃料占据了近 20%的道路交通燃料 需求。 巴西在这一领域处于领先地位, 在 2015 年便 把 燃 料 乙 醇 混 合 比 例 从 25% 提 高 到 27% 。 2016 年, 美国超过巴西成为最大的乙 醇燃料生产者和消费者, 全年生产乙醇 580 亿升 (增长 3% ), 满足 7． 8% 的汽油需求; 巴西则生 产乙醇 280 亿升, 其中的 7． 5 亿升用于出口, 其 余的用于提供国内 40% 的汽油需求。 根据 《2017 年世界能源展望》, 可再生能源在交通上 的使用特别是电动车辆的增长对石油需求将会产 生重要影响。 在可持续发展情景下, 预计 2040 年全球电动乘用车将增长到近 9 亿辆, 将减少 920 万桶/ 日石油需求量 (严格的燃油能效标准 的实施还能使乘用车减少 1400 万桶/ 日需求量); 而航空和航海对生物燃料的使用将减少 380 万 桶/ 日石油需求量, 使得石油在交通中的占比从 当今的 92%减少到 2040 年的 60% 左右; 而在新 政策情景下, 2040 年预计电动乘用车规模增长到 2． 8 亿辆, 将取代 250 万桶/ 日石油需求量 (燃油 经济能效的实施预计额外节油 1200 万桶/ 日), 生物燃料和天然气在乘用车的使用上使石油需求 减少 470 万桶/ 日。 除乘用车外, 承担公 路货物运输的货运车辆占世界石油需求的近 20% , 基本等于整个工业部门对石油的需求, 其 在新政策情景下转向生物燃料和天然气将在 2040 年有效节油 230 万桶/ 日。
总体来看, 可再生能源的快速发展是与其 快速增长的投资分不开的 (见图 2), 该领域持 续增长的投资又源于国际社会不断上升的节能 减排与可持续发展的诉求。
在节能减排上, 与能源有关的二氧化碳排 放的 40% 以上来自电力部门, 化石燃料电厂 供应的 2 / 3 的电力被认为是碳排放的主要来 源, 而可再生能源和核能供应的另外 1 / 3 则不 直接排放。根据 《 2015 年世界能源展望》 , 在新政策情景下, 从 1971 年到 2040 年的 70 年里, 可再生能源技术帮助大约 200Gt 二氧化 碳的减排, 水电占 2 / 3, 风电占 15% 左右。 而 二氧化碳的减排是可再生能源发展的驱动力, 除减排外可再生能源的使用也有助于减少空气 污染、 推动能源多元化和通过限制进口燃料来 提高能源安全。 从 2005 年到 2015 年, 可再生 能源的发展帮助每年减少 2500 亿立方米的天 然气需求和 6 亿吨煤当量的煤炭需求。 而在未 来的时期 ( 至 2040 年) , 可再生能源有助于 平均每年减少 13 亿吨煤当量的煤炭需求和 5600 亿立方米天然气需求 ( 占电力部门每年 平均需求的 1 / 3) 。
最后需要提及的是, 除可再生能源外, 核 能、 氢能等其他新能源的发展也将是清洁能源 的有力补充, 特别是核聚变能技术如取得重大 突破则有可能进一步改变能源结构和推进能源 体系的转型。 总体来说, 以可再生能源为代表 的新能源正快速崛起。
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