系统工程

能源结构加快重塑 政策如何跟上变革步伐?

2019-11-27 08:57:07 中国石油报 作者:王馨悦

IEA执行董事法提赫•比罗尔(Fatih Birol)在不久前的一份声明中说:“在过去十年中,技术创新的两个主要领域是通过大幅降低成本来改变能源系统的游戏规则——页岩革命和太阳能光伏发电的崛起。在大幅降低成本方面,海上风能有可能加入他们的行列。”为了减少对煤炭、石油、天然气的依赖,蓬勃发展的新能源时代正在势不可挡地到来。除了政治关系的演变,全球能源的命运还依赖于政府所做出的决定和政策。

——编者

每一次能源变革都给人类的生产和生活带来巨大变化,同时也成就了某些国家或地区的经济腾飞。如美国一手打造的“页岩气革命”蔓延全球,在一定程度上改变了世界能源的格局;海上风电资源开发潜力巨大,可以满足数倍于当前的全球电力需求。然而变革之路没有终点,只有新的更高的起点。国际能源署(IEA)《世界能源展望2019》11月13日在法国巴黎发布。IEA认为,世界能源发展现状与目标之间仍存在一系列巨大差距,能源安全仍然至关重要,石油依旧是焦点所在,电力成为现代能源安全的核心。同时强调,页岩革命和太阳能光伏的发展历程表明,快速变革是可能,但发展方向和速度需要政策引导。

变革加速度

重新洗牌成现实

页岩革命的起点是20世纪70年代开始的一项由美国政府资助的研究和开发项目,十年前,几乎没人认为美国可以成为石油和天然气净出口国。美国的媒体甚至以“页岩革命是骗局”为题,表示对其发展持乐观评估的态度是十分错误的,甚至拿出钻探公司的债务报表试图证明石油工业正在掩盖页岩气生产所面临的挑战。

事实上页岩油气的发展之路无可阻挡。2008年前后,美国页岩气产量暴涨;2009年,美国以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国;IEA预测2025年,美国页岩油气总产量将会超过俄罗斯的油气总产量。页岩革命以及上游和中游超过1万亿美元的投资正在将美国梦所期待的变成现实。

轰轰烈烈的页岩革命使得传统能源供应链重新洗牌,证明了快速变革的可实施性。美国页岩油气产量长期保持在较高水平,页岩油气的开发利用,成为低碳经济战略发展机遇的推动力,重塑了全球能源市场、贸易流向和能源安全形势,更是世界油气地缘政治格局发生结构性调整的催化剂。

此外,根据IEA提供的数据,到2030年,美国石油产量增量将占到全球石油产量增量的85%,其天然气产量增量占全球天然气产量增量的30%。正是页岩油气使美国从油气进口国转身一变成为油气出口国,页岩革命的快速稳定进一步巩固了美国作为油气出口国的地位。

同样产业前景广阔、拥有巨大增长空间,经历着从最初的靠政策和财政支持转向大规模商业开发的还有太阳能光伏。在墨西哥、沙特等地区,光伏招标电价已经大幅低于火电。光伏装机成本仍然在快速下降中,日照条件好的区域已经陆续进入平价上网时代,带给光伏装机巨大的增长空间。

从全球来看,2018年光伏新增装机108GW,同比增长9%,2019年光伏新增装机在120GW左右,同比增长15%左右。2019年GW级市场有望达到16个,欧洲与中东地区将贡献主要增量。2019年欧洲强劲增长,新兴市场持续涌现,预计海外光伏装机持续增长,有望达到80GW以上,全球光伏有望达到120GW左右。

技术涌现

新业态加快形成

近年来,全球风电项目建设成本持续下降。陆上风电由于技术相对成熟,降本路径明确,技术有序升级;海上风电仍处于探索阶段,全球平均发电平准化度电成本(LCOE)在波动中呈现出下降趋势,2018年全球海上风电平均单位装机发电量相比2010年提升了13%。

IEA表示,今明两年是风电来势汹汹的一年。行业维持高景气,增长确定性较强。尤其是海上风电正在加速发展。海上风电资源开发潜力巨大,可以满足数倍于当前的全球电力需求。尽管海上风电具有波动性,但由于其采用更大的风力机组,可以在远离海岸的地方获得更强更稳的风力,因此其运行小时数比太阳能光伏和陆上风电更高。随着海上装机量的增加,新的运维经验框架正在重新建立,逐渐形成规模化运维模式,从而进一步降低单位成本。

纵观全球,虽然目前海上风电仅占全球发电量的0.3%,但潜力巨大。在可持续发展情景中,海上风电与陆上风电联合发力,成为欧盟的主要发电来源,为欧洲电力行业的全面脱碳铺平了道路。如果海上风电成为制氢的主要能源,其推广速度甚至会更快。

此外,还有更多的新技术即将涌现,比如可以开辟新资源和新市场的浮动式风力发电机。IEA发布的《2019年海上风能展望》报告中指出,到2040年,海上风电项目将越来越具有成本竞争力,有望吸引万亿美元投资。浮式风机可能会改变未来海上风电市场,世界上一些最大的经济体将来可能完全依靠浮式风电场来提供电力。

各国已经开始铆足力气陆续启动新项目。日前,美国首个浮式海上风电项目通过了新英格兰地区Aqua Ventus 1海上风电场与售电企业签订的购电协议(PPA),标志着美国首个浮式海上风电项目已扫清全部障碍,即将正式启动。

如果事实证明海风电场是可行的,也会随之产生一系列其他问题。它们是否会减少陆地风力发电场的产能?海面上大量的涡轮机会带来哪些意想不到的气候变化?这就需要从国家层面关注和支持浮式海上风电发展。

美国能源部高级研究计划署(ARPA-E)再次向国家可再生能源实验室NREL(National Renewable Energy Laboratory)提供570万美元资金,以支持其在海上浮式风机领域的研究;英国海上可再生能源孵化中心ORE Catapult近期启动了新一轮的国家“卓越浮式海上风能中心”计划,以推动下一代海上风能技术发展,计划最终目标是在英国建立一个国际认可的风能中心,专门研究降低浮式海上风电成本,加速浮式海上风场建设,为英国供应链创造就业机会;在制造、安装和运营各个环节持续推动创新。

美国和英国支持该领域的创新,以期引领未来海上风电发展。中国作为未来海上风电装机规模最大的国家,自然在产业进步和创新方面也不能落后,必须从政府到企业,高度重视创新技术发展,从追随到引领,真正形成具有核心竞争力的高质量发展产业。

非洲市场

生产消费潜力巨大

能源变革既有漫长的量变积累,也有飞跃式的质的革命。从世界多样性而言,各国国情不同,发展阶段不一,能源结构各异,不同形式的能源变革正在进行。非洲是今年IEA能源展望的特别关注国家,其对全球能源发展趋势的影响越来越大。

发展中城市的规划、设计和管理,建筑材料的使用,居民交通方式的选择等,都是影响全球能源需求展望的关键因素。在IEA的既定政策情景中,从现在到2040年,非洲石油需求增长幅度会大于中国,同时受近年来该地区一系列重大气田的发现等因素影响,天然气需求量也将大幅增长。

城市化趋势对能源需求的影响是深远的。目前,非洲有6亿人用不上电,9亿人没有清洁的烹饪设施。到2040年,非洲将有多达5亿的新增人口需要使用空调或其他制冷设施。增长速度远高于1990年至2010年间中国城市人口的增长速度,但是在此期间,中国钢铁和水泥等材料的需求量是迅猛增加的,非洲的基础设施建设却并未走上同样的发展道路。因此,非洲当前的能源政策和投资计划可能并不能满足非洲大陆年轻且快速增长的人口的能源需求,政策制定者的关键任务是优先解决电力供应、清洁烹饪等问题。

根据目前的政策和计划,预计到2040年,非洲的石油需求将增长60%,达到约13.2亿吨油当量。事实上,由于技术进步和资源禀赋,非洲拥有独特的利用可再生能源和天然气等清洁能源的发展机会。对非洲而言,最大的变量是未来其太阳能光伏的增长速度。非洲的风电装机容量已从2010年的1GW增至去年的5.5GW。IEA预测,到2040年,非洲的风电装机容量将达到53GW。阿尔及利亚、埃及、索马里、南非和苏丹是风电潜力最大的国家。即便如此,这片太阳能资源最丰富的大陆,太阳能光伏发电装机目前还不到全球总装机的1%。

非洲未来的能源开发是有资源保证的,但是庞大的开发资金对非洲国家来说很难负担。得益于能源效率的提高和清洁能源占比的扩大,非洲地区成功的能源结构转型既不会消耗大量能源,也不会产生更多的二氧化碳排放量。但是要实现这个目标,非洲电力部门的投资将增加近4倍。构建可靠的电力系统将需要大量的投资,调动资本将是非洲未来一段时间的一项艰巨任务,IEA建议非洲各国政府通过采取适当的政策措施,通过多种途径完成融资。

解决非洲能源问题,必须走清洁发展道路,核心是建设非洲能源互联网。可加快大型水电、风电、太阳能发电基地和各类分布式电源开发,加强各国电网建设和跨国跨洲互联,打造覆盖全非洲的“电力高速公路”,保障电力安全、经济、清洁、永续供应,从根本上解决无电人口用电问题,实现人人享有可持续能源。

政策调整

仍需方向引领动态跟踪

几大差距依旧横亘在理想的能源路线中——人人享有能源的倡议与仍存在近10亿无电人口之间的差距;最新科学研究表明,需要加大全球温室气体减排力度与数据显示2018年能源相关的排放创下历史新高之间的差距;可再生能源推动能源快速转型的愿景与当前能源系统对化石能源的依赖程度仍居高不下这一现状之间的差距;谋求充足稳定的石油供应与地缘政治局势持续紧张和不确定性增加之间的差距。

以政策调整带来的能源走向为基础,IEA设计了三种情景。“当前政策情景”下,IEA认为,2040年前,全球能源需求年均增速为1.3%,进一步提高能效的努力并不能抑制能源需求的不断增长。虽然这一增速远低于2018年2.3%的增速,但依旧会导致能源相关排放持续上升,能源安全所涵盖的各方面压力将不断增大。

“既定政策情景”下,2040年前,全球能源需求年均增速为1%,其中一半以上由低碳能源提供,光伏贡献最大。同时,得益于LNG贸易的增加,天然气提供了未来三分之一的能源需求增量。2030年至2040年,石油需求会趋于平稳,而煤炭需求量将有所下降。也就是说,以电力为代表的一些能源子部门将经历快速变革。即便想要实现“净零”排放的国家在重塑其能源供应和消费的各个环节都做了大量工作,清洁能源技术发展依旧不足以抵消全球经济发展和人口增长造成的能源环境影响。

“可持续发展情景”则为全面实现可持续能源目标指明了一条道路,提出应对能源系统各个环节进行迅速而广泛的变革。这个情景描绘了一条完全符合《巴黎协定》的能源发展路径,并实现能源可及性、清洁空气等相关的目标。全球能源需求的多样性意味着没有简单或单一的解决方案。多种能源和技术联合发力,共同提供高效、经济的能源服务,可以实现大幅减排。

快速发展的能源行业凸显了对能源安全采取全面综合、动态跟进思路的重要性。因为传统的能源安全风险并未消失,无论全球能源如何发展,世界仍然严重依赖中东的石油供应。从网络安全到极端天气等一系列新型能源安全风险也需要各国保持警惕。

实现能源系统整体转型需要在更广泛的能源技术领域取得进展,包括能效、二氧化碳捕集利用和封存、氢能、核能和其他方面。同时,还需要所有相关行业采取行动,而不仅仅是电力行业。既要满足包括能源可及性在内的日益增长的能源需求,同时又要减少排放,是一项艰巨的任务,需要各界广泛参与,但各国政府必须发挥引领作用。来自个人、民间组织、企业和投资者的倡议可以产生重大影响,但各国政府才是重塑能源体系、推动全球能源变革的最重要力量。只有政府能够营造决定能源创新和投资的环境,只有政府能够向业界传递关于能源行业未来发展道路的明确信号和清晰方向。


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