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#研究报告#新能源行业专题报告:碳中和之路,全球能源演化史

栏目:研究报告 作者:ZML 时间:2022-06-11 13:47:58

1.传统能源的分布1.1. 世界能源总体形势正如古话所言:“石油是工业的血液”,作为重要的基础能源,石油已然是全世界工业化国家最重要的能源储备形势。全球货币格局从“布雷顿森林”体系到“石油— 美元”体系的转变,背后实际上反映的是能源范式的转型。作为重要的战略储备资源,自二战后,石油储备逐渐成为各国争相竞逐的对象。然而,正如绝大多数自然资源的分布一样,石油在世界各国的分布极为不均衡,少数 国家拥有了绝大部分的石油储藏。其中,尤以中东和北美的潜在储藏和开采能力为突出。事实上,在美国完成了“页岩油”技

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1.传统能源的分布


1.1. 世界能源总体形势


正如古话所言:“石油是工业的血液”,作为重要的基础能源,石油已然是全世界工业化国家最重要的能源储备形势。全球货币格局从“布雷顿森林”体系到“石油— 美元”体系的转变,背后实际上反映的是能源范式的转型。

作为重要的战略储备资源,自二战后,石油储备逐渐成为各国争相竞逐的对象。然而,正如绝大多数自然资源的分布一样,石油在世界各国的分布极为不均衡,少数 国家拥有了绝大部分的石油储藏。其中,尤以中东和北美的潜在储藏和开采能力为突出。事实上,在美国完成了“页岩油”技术革命后,就一跃成为了世界上最大的 产油国。从人均储备和生产能力看,中东和北美相对全球其他地区,同样占据了不小的优势。这样得天独厚的资源分布,为其工业化发展或出口创汇提供了良好的基础。



在原油之外,煤炭也是世界各国工业化体系中,重要的基础能源形式。特别的,对 尚未完全实现工业化的发展中国家而言,煤炭具有价格低廉、存储和运输相对便捷、 使用方便等优点,是提升国家工业化水平不可或缺的能源供给来源。从供需形势看,中国毫无疑问的是全球煤炭大国,在生产和消费两端都占据着重要 地位。近年来,随着“碳达峰”、“碳中和”目标的提出和推进,中国煤炭的消费水平逐渐稳定。但是,“减碳”不是“减生产力”,保持煤价适度稳定有其积极意义, 因此煤炭生产仍然保持着一定水准。

和石油相似,天然气的全球资源分布极度不均衡,各国的天然气储量天差地别。从 产出情况看,美国和俄罗斯是全球天然气的主要供给方。从天然气消费情况看,中美是天然气的主要使用国,也是近十年来天然气消费增速保持较高水平的两个大国。各国天然气用量的增长,与全球性的节能减排行动有关。作为煤炭的主要替代能源, 天然气在全球能源绿色化进程中被广泛用于工业采暖、生产性锅炉和热电厂机组, 在缓解能源短缺和降低煤电比例方面,发挥了重要的作用。



人均能源消耗水平是衡量一国工业化水平和居民生活质量的核心指标。从全球能源 的人均消耗使用情况看,发达国家的能源使用程度远超发展中国家,尤以美欧为甚。从全球能源结构看,石油、煤炭和天然气是当之无愧的世界前三大能源供给来源。同时,随着近年来技术进步,可再生能源比例持续上升,但相比传统能源而言偏低。

从各经济的资源禀赋看,千差万别的能源结构决定了各国的工业化方式和“双碳” 进程必然具有天然的差异性。例如,对中国而言,煤炭是我国主要的能源供应,因 此电力供应和未来的“双碳”推进必须要立足以煤为主的基本国情。对美国而言, 天然气在其能源结构中占比较高,因此其能源清洁化程度天然要高于其他国家。从能源消费结构看,世界范围内传统能源的使用量或已进入拐点阶段,与之相对的是 绿色能源逐渐在能源供应方面,承担了更为吃重的角色。



1.2. 传统能源与碳排放

传统能源尽管在过去百年间的全球工业化进程中风光无限,但过度的开采和使用终 非长久之计。并且,传统能源有其无法克服的天然缺陷:偏高的碳排放。

相比于早期工业化时代,二战后全球气温的异常程度显著抬升,并且中枢持续上移, 这与全球工业化所累计的温室气体不无关系。从气温偏离正常值区间的地域分布看, 北半球气温异动大于南半球,亚欧相比北美更为突出。



从二氧化碳的演化史看,历史上绝大部分时期,二氧化碳的浓度呈现了周期性的变化。然而,人类的工业化进程打破了这一历史规律——在工业化大规模全球推行后, 世界范围内的二氧化碳浓度以前所未有的速度快速拔升,并迅速突破历史极值,且 至今未见拐点。

为了避免世界陷入温室气体排放困境,绿色能源的推广和全球治理逐渐在各大经济 体间达成共识。通过限制碳排放和能源结构改造,气候压力有望得到缓解。

然而,控制全球气温上行的任务依然是艰巨的,即便是为了微幅降低气温上升,全 球的碳减排压力仍然是巨大的,所将付出的经济成本也十分可观。事实上,清洁能 源的推动和能源结构转型,始终面临着某种权衡——短期经济成本和长期环境收益, 该如何选择和如何平衡。长期收益和短期成本的经济决策本就是一个复杂的政策科学命题,再叠加全球各国的工业化水平差异和能源自然禀赋差异,这一决策的难度又提升了好几个数量级。全球合作是必不可少的,但除此以外,一些强有力的监管措施、为了确保气候目标 最终实现的制度安排以及合理可行的激励政策,都必须及时落地。同时,“根据形势 确定任务”这一原则不能丢弃,各经济体应保持定期会晤,以确保有足够的能力应 对气候变化的新情况。

从发展经济学的视角看,工业化是提升一国国力和经济实力的重要方式。然而,工 业化也不可避免的带来碳排放增长的问题。诸多实证研究表明,人均 GDP 的增长往往意味着更高的人均碳排放,并且这一过程是不可逆的。事实上,更高的人均 GDP 通常意味着更好的人均资源占用,而现代生活中必不可少的电,其主要供给正是来自于碳排放较高的化石能源。



2. 可再生能源的演进


2.1. 整体发展态势


关于可再生能源的议题,从上世纪六十年代起就不断的引发争议,支持者认为可再 生能源通常意味着资源的循环使用,因而具有更高的清洁度;反对者认为,可再生 能源仅仅是在使用环节实现了“清洁”,但生产乃至能源全生命周期的碳排放水平可 能并不低。从演化趋势看,目前全球最重要的可再生能源是水力相关的能源供应。

从能源更迭的结构看,以美国为代表的发达经济体在化石能源的消费方面,居于全球领先地位。但与此同时,在新能源对传统能源的替代方面,发达经济体也走在世界前列。从地域分布看,北美地区的新能源人均覆盖使用程度较高。



作为能源转换的主要形式,电力消费情况无疑是最值得关注的议题。从经济体内部 电力建设情况看,人均 GDP 与通电比例呈现正相关关系,表明经济水平的提升往往 会伴随居民生活的电气化。从电力消费结构看,发达经济体人均用电量较高,主要 能源供应来源较为多样化,核电、水电和天然气供电是重要的能源载体;对发展中 经济体来说,供电的能源结构相对单一,且大多偏向于传统能源。

新能源的安全性和清洁性,是其相对传统能源的最大优势,也是其被环保组织推崇 的重要原因。从安全性看,核能、水能、风能和光能的单位能源事故死亡率远远低 于以煤炭、石油为代表的传统能源;从温室气体排放角度看,传统能源的排放是新 能源的百倍以上。综合安全和环保因素,发展新能源的迫切性和必要性得以验证。



2.2. 水力能源的演化

水电是可再生能源中最为古老、历史最为悠久的形式,也是目前全球各经济体采用 率最高的清洁能源种类。从生产总量看,中国在水电建设和生产方面领先全球,年 生产水电超过 1200TWh,相比美国、法国等传统发达国家具有显著的优势。同时, 在新兴经济体中,印度的水电建设也较为突出。从人均消费使用水平看,中国由于广大的人口基数,此前总量建设的优势相对下降, 加拿大位居前列;南美多国因其自然条件有利于水利工程建设,人均资源相对较好。



从水力能源的使用率看,OECD 成员国的能源结构中,平均水力资源供能的占比约 在 5%~10%附近,非 OECD 国家的水能占比略高于 OECD 成员国;从发电结构看, 巴西和加拿大两国对水电的依赖度较高,远大于 OECD 成员国和一般发展中经济体 的水电比例。一方面,这固然是资源禀赋决定能源格局的结果,且水电的循环利用 和清洁性确实优于传统能源;但另一方面,水电建设隐含了季节性波动的调峰成本。



2.3. 风力能源的演化

作为新能源的核心之一,风能的建设利用,通常是衡量一国新能源技术水平和推进 程度的重要反映。从全球风能生产情况看,发达经济体的风力资源建设普遍领先发 展中经济体,但中国的风力能源建设水平与发达经济体极为接近,且已经超过了美 国。从装机容量看,中国的风能装机容量在全球主要经济体中一枝独秀,大约是美 国的两倍,充分显示了中国在新能源建设的政策支持力度和优势。今年 5 月 30 日, 国家发展改革委、国家能源局印发《关于促进新时代新能源高质量发展实施方案的 通知》,明确将风电项目由核准制调整为备案制,相关项目建设力度有望进一步提升。

风能由于运用方式环保且蕴能量较大,各国在清洁能源建设早期通常会给予风电较 为优惠的政策空间。然而,风能也存在自身缺陷:1)土地占有率过高,且存在噪音污染;2)能量转化过程不稳定且不可控;3)对鸟类生态存在较大影响等。上述因素限制了全球风电的进一步铺开建设,即便是英国的风电占比也仅仅刚超过 20%。



2.4. 光能的演化

光能的建设和利用具有悠久的历史,然而从装机容量和生产力度的角度看,全球性 的光能建设热潮从 2010 年后才徐徐展开。中国毫无疑问在光能的建设和利用方面 居于世界领先地位,光伏技术的深厚积累和强大的工业生产能力是中国占据相关赛 道全球领先的核心保障。

日本在光能建设方面起步较早,且因为日本自然资源禀赋较弱,因此能源供应的建 设不得不较早的从传统能源向可再生能源转型。从初级能源供应和电力供应结构看, 日本的光能供能占比分别超过 4%和 8%,居于全球领先地位。新兴经济体中,中国 和印度的光能供能比例较为接近,发电占比也较为相似。考虑到中印在火电建设领 域具有相似的路径,而光能供能天然有不稳定性,这一结果并不意外。



2.5. 其他可再生能源

除水力、风能和光能之外,其他形式的可再生能源研发和建设进度也在逐渐铺开, 较为具有代表性的是生物质能和地热资源。由于这两项新能源技术的应用难度较高, 且一定程度受自然环境制约,因此并未在全球大范围运用,美欧是主要生产使用国。



3. 总结与展望
“世界潮流,浩浩汤汤”。正如人们对美好生活的向往般热切,全球对更加可持续、 更加环保且更加廉价的能源的需求在不断提高。同时,地缘政治的范式迁移,也让 更多经济体意识到能源安全自主可控”的重要性,新能源发展成为多国重要议题。

“日月忽其不淹兮,春与秋其代序”。随着全球新一轮科技革命和产业变革蓬勃发展, 信息、能源和交通工具的变革成为世界工业转型的重要方向。当前中国的新能源领 域既面临重大机遇,也面临技术、市场等诸多挑战。如何深入推进政策协同、技术 创新等合作,积极融入全球价值链,将是历史赋予中国制造业的核心命题。

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