全球能源展望2019:下一代能源

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翻译:Clara+Mirakuru@ERR能研微讯团队

校核&编辑:Mirakuru@ERR能研微讯团队

2019年7月,Resources for the Future发布《全球能源展望2019:下一代能源》,在此ERR能研微讯研究团队对报告的执行摘要进行了翻译,分享给大家,欢迎转发扩散!ERR能研微讯下半年情报收集产品征订开催,有需要的请联系ERR能研君微信(上方右侧二维码添加)垂询。

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本报告涉及的展望及关键情景(图片可点开放大)

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关键发现

全球一次能源消费在过去25年中迅速增长,2015年达到546兆英热单位(qBtu),比1990年水平高出190qBtu。在接下来的25年中,预计一次能源消费增长将放缓,在演变政策情景下增加约110~160qBtu,在雄心勃勃的气候情景下下降多达4qBtu(见图1)。

图1 全球一次能源消费

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国际能源署的现行政策情景(CPS)中2040年一次能源消费量最高,为767qBtu,比2015年增长41%。欧佩克和IEEJ预计2040年的一次能源消费量约为720qBtu,与过去25年的绝对增长水平相近。演变政策情景下预计一次能源消费量增长趋势将逐步放缓。

国际能源署的新政策情景(NPS)预计2040年的一次能源消费为703qBtu,埃克森美孚预测2040年的一次能源消费量为681qBtu,Equinor(挪威石油)的改革情景(Reform)中预测2040年的一次能源消费量为659qBtu。

根据3个雄心勃勃的气候场景中的2个(国际能源署的可持续发展/SDS情景和壳牌的天空/Sky情景),全球能源消费量大致持平到2040年。在国际能源署可持续发展情景中,2040年的一次能源需求量为544qBtu,而Equinor的改进(Renewal)情景中到2040年能源消费量降至534qBtu。另一方面,在壳牌天空情景中,到2040年一次能源消费需求增至711qBtu,高于任何不断发展的演变政策场景。

BP和美国能源信息署的数据预测不包括非市场化的传统生物质(例如木材和粪便),因此难以与其他组织的预测进行比较。在可比较的历史数据基础上,BP和美国能源信息署分别预测2015年至2040年的增长为139qBtu和116qBtu,美国能源信息署对能源需求增长放缓的预测反映出其认为人口和GDP增长将相对于其他场景放缓的假设(见表9)。

化石燃料占2015年全球一次能源消费的82%,在参考和演变政策场景中占主导地位,预计在2040年的一次能源消费中占比74~79%(见图2)。在雄心勃勃的气候场景下,化石燃料在一次能源消费中占比将下降到60~62%。

图2 全球一次能源消费占比,按燃料划分

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液体燃料—原油—在大多数展望中仍然是能源结构中最大的单一燃料来源,尽管它的份额从2015年的32%变为演变政策情景中的28~32%。在雄心勃勃的气候政策情景下,到2040年,液体燃料在能源结构中仍占26~27%,在国际能源署的可持续发展情景和Equinor的改进情景下,虽然液体总能源基数较小。天然气在大多数前景中的将成为第二大来源,预计从2015年的21%上升至2040年的21~27%。

煤炭在所有预测中都将逐渐失去市场份额。在雄心勃勃的气候情景下,煤炭在一次能源消费中的占比将从2015年的28%下降到2040年的12~17%。在不断变化的政策情景下,煤炭占比将下降至20~22%。不同预测情景下以风能和太阳能为主导可再生能源的增长率差异很大,但所有预测均显示可再生能源的份额将出现增长。在参考情景下,可再生能源的份额将从2015年的14%增加至16~17%。在雄心勃勃的气候情景下,它们将成为全球一次能源的最大来源,在2040年超过石油达到31%。

核能在一次能源消费中所占比例的预测也有很大差异,在雄心勃勃的气候情景下核能所占比例最高,在该情景下它提供全球一次能源的8~9%,高于2015年的5%。对于其他情景,核能占一次能源消费的4~7%。

大多数预测显示所有形式的能源都在不断增加,而雄心勃勃的气候情景设想真正从碳密集型燃料向清洁燃料转型(图3)。

图3 全球一次能源消费水平,按燃料划分

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从历史上看,没有任何主要的燃料来源在全球范围内需求总体下降。世界已经经历了一系列的能源消费增长,而不是能源转型。这种动态可能在未来几十年内发生变化,但大多数情景表明实际减少化石燃料的使用将必然需要雄心勃勃的气候政策。

例如,在大约一般的情景模式下(包括国际能源署的新政策情景),2015~2040年煤炭消费量增加或保持不变。在除国际能源署的可持续发展情景和Equinor的改进情景以外的所有情景中,液体燃料的消费量都会大幅增加,而天然气消费量在任何情景模式下都会增长。核能和水力发电均衡增长,而可再生能源则大幅增长。

从绝对意义上讲,可再生能源在大约一半情景中(包括国际能源署的新政策情景)是增速最快的能源,其增长幅度略高于天然气。根据ExxonMobil、IEEJ、OPEC和国际能源署的现有政策情景的预测,到2040年天然气消费增长最多,而液体燃料在Equinor的竞争(Rivalry)情景下带动一次能源需求的增长。

但在大多数预测情景下,东方的液体燃料需求增长强劲而西方的需求下降,除雄心勃勃的气候情景模式外,在亚洲主要经济体的推动下其他所有国家的液体燃料消费都在增长(见图4)。

图4东、西方液态燃料消费状况

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在除国际能源署的可持续发展情景之外的所有情景中,由于商业运输、航空和石化产品的增长,东方的液体燃料需求推动了全球消费。乘用车需求因能源效率而受到抑制,但东方仍然大幅增加。2040年的液体燃料消费量比2015年高出29~46%,除国际能源署的可持续发展情景外,该地区的液体燃料消费量降低了11%。

在西方,液体燃料需求在所有情景中都有所下降,2040年的液体燃料消费量比2015年水平下降4%,而在诸如国际能源署可持续发展情景和壳牌的天空情景等雄心勃勃的气候情景下,液体燃料的消费量则迅速下降。在BP和国际能源署的新政策情景下,液体燃料消费分别下降了15%和21%,这主要得益于能源效率的提高以及车辆电气化的日益发展。

总体来说,在非雄心勃勃的气候情景下,东方的液体燃料消费增长量弥补了西方液态燃料消费降低量,到2040年全球需求增长13~29%。在一些不断变化的政策情景(诸如BP、Equinor的改革情景、国际能源署的新政策情景)中,全球液态燃料消费增长在2030~2040年期间急剧减缓或开始下降;而在雄心勃勃的气候情景中,液态燃料消费在2025年达到峰值,之后开始下降。在国际能源署的可持续发展情景和Equinor的改进情景中,到2040年全球液体燃料需求比2015年水平低约20%,而在壳牌的天空情景中全球液态燃料需求将增长3%。

西方的煤炭消费量继续下降,而东方的煤炭消费增长速度因气候政策和其他因素的假设而有很大差异。在全球范围内,在国际能源署现有政策情景中,煤炭消费量的增长比2015年水平高出24%,而在国际能源署可持续发展情景中,煤炭消费量则将降低多达58%(见图5)。

图5 东、西方煤炭消费量

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在过去的25年里,由于亚洲经济增长迅速,特别是中国经济的迅速增加,东方煤炭消费量激增。1990~2015年,东方的煤炭需求量增长了两倍多,而西方的煤炭消费量下降了近30%。虽然对当地污染和气候变化的担忧抑制了预期的增长,但许多情景预测全球煤炭需求将持续增长。

即使在参考情景下,预测结果差异也很大。国际能源署现有政策情景中预测东方国家煤炭消费增长38%,而美国能源信息署情景预测该地区煤炭增长率仅为6%。在西方,美国能源信息署和国际能源署的现有政策情景中分别预测的煤炭需求下降18%和19%,IEEJ的参考(Reference)情景则预测煤炭需求下降30%。在BP和国际能源署的演变政策情景下景下,东方地区的煤炭消费量分别增长了21%和11%,而西方的煤炭消费量分别下降了35%和54%。

在雄心勃勃的气候情景下,预测结果也有很大差异–很大程度上是由于对碳捕集与封存(CCS)和二氧化碳去除(CDR)技术(如生物质能源采用CCS)的未来部署的假设不同。根据壳牌的天空情景中的设定,即二氧化碳去除(CDR)技术在二十一世纪下半叶承担更多的责任,东方地区的煤炭消费仅下降了5%,而国际能源署的可持续发展情景中预测煤炭消费将降52%。在西方,壳牌的天空情景中煤炭需求下降62%,而国际能源署的可持续发展情景中煤炭需求则下降76%。

在大多数情景下,全球能源系统的二氧化碳排放量将远远超过“巴黎协定”的国际目标。大多数情景预测二氧化碳排放量将从2015年的320亿公吨(bmt)增加到高达43亿公吨,而雄心勃勃的气候情景显示到2040年排放量将低于20亿公吨(见图6)。

图6 全球能源相关的二氧化碳净排放量

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不同情景下的能源展望报告对二氧化碳排放的计量方式各不相同。虽然大多数报告采用的是总排放量法,但Equinor和壳牌的情景采用的是二氧化碳净排放量计量法,即减去了排放总量中的排放量减少量。在这里,我们通过将不同厂进行该的能源展望报告的总排放量中减去CDR来协调各个预测,然后报告净二氧化碳排放量。在实践中,大规模CDR仅在雄心勃勃的气候情景中发生(参见下一节)。

国际能源署的可持续发展情景中预测二氧化碳净排放量将降至15亿吨,而Equinor的改进情景中预测在2040年实现19亿吨的排放量。这些情景包括碳价格上涨—这推动了能源效率的显着提高,可再生电力的快速增长以及CCS的大规模部署(见下节)。壳牌的天空情景预测2025年二氧化碳净排放量将增加至36亿吨,之后在2040年降至29亿桶,到2070年达到净零,随后是未来几十年的大规模净负排放量

国际能源署的现有政策情景和IEEJ这两种参考情景都预测最高的二氧化碳排放量将在2040年增长到超过40亿吨。而诸如BP、ExxonMobil和国际能源署的新政策情景等最具发展政策的情景显示排放增长将放缓且大致到2040年趋于平缓,达到35~37亿吨,仍远高于实现“巴黎协定”目标所需的水平。

截至2018年,全球共有23个商业规模的碳捕集与封存(CCS)项目正在运营或正在建设中,每年估计可捕获约4000万吨(mmt)的二氧化碳。然而,相对于全球二氧化碳排放的规模,这一总量可以忽略不计,而雄心勃勃的气候情景预测CCS技术将快速扩大发展(见图7)。

图7 碳捕集与封存

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并非每个展望和情景都会发布有关CCS部署的预测。在可获得CCS数据的情景中,国际能源的可持续发展情景和壳牌的天空情景预测CCS部署增长最快,到2040年每年增加到2000多万吨,壳牌的天空情景对CCS的预测在接下来的几十年中增长得更快。如上所述,壳牌的天空情景包括大规模的CDR,它依赖于CCS与生物质能配对的部署。Equinor的改进情景预测CCS的部署速度将会减慢,到2040年将达到约1000万吨。

在其他展望中,BP、Equinor的改革情景以及国际能源署的新政策情景是唯一发布大规模碳捕集与封存(CCS)部署数据的方案。对于BP而言,到2040年,碳捕集与封存的二氧化碳量约为5亿万吨,而Equinor的改革情景中碳捕集与封存的二氧化碳量不到2.5亿万吨,而国际能源署的新政策情景中碳捕集与封存的二氧化碳量仅为8300万吨。

随着电力结构的快速变化,全球电力需求激增。在大多数展望中,风能、太阳能和天然气提供了大部分新的发电量,而煤炭消费量仍然大致持平或下降(见图8)。

图8 全球发电量,按燃料划分

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在所有情景中,2040年全球发电量在34000~49000太瓦时(TWh)。壳牌的天空清净和Equinor的改进情景预测在2040年全球发电量达到最高水平,而美国能源信息署情景中全球发电量的预测值最低,部分原因是美国能源信息署情景报告为全球净发电量,而其他情景使用全球总发电量。净发电量和总发电量之间的差异平均约为经合组织国家国家的5%。

2015年煤电发电量占全球发电总量的39%,但到2040年,所有能源展望中煤电发电量的占比均出现下降。从绝对值来看,国际能源署的现有政策情景中煤电发电量增长高达46%,IEEJ情景中煤电发电量增长38%,而国际能源署的新政策情景中煤电发电量增长9%。2015年,天然气发电量占全球发电总量的23%,其份额在大多数情景(除雄心勃勃的气候政策情景)下都有所增长。从绝对数值上讲,在除国际能源署的可持续发展情景之外的所有情景中,气电发电量都会增加。在其他雄心勃勃的气候情景中,Equinor和壳牌预测天然气发电量分别增长了24%和61%,而BNEF(彭博新能源财经)预测到2040年天然气发电量仅增长6%。

非水电可再生能源发电量所占份额在所有情景中都会急剧增长。即使是最悲观的预测(美国能源信息署)也显示其所占份额从2015年的7%增长到2040年的15%。在国际能源署的新政策情景和BNEF的情景(演变政策情景)中,可再生能源发电分别占总发电量的26%和41%,雄心勃勃的气候情景预测到2040年可再生能源发电达到发电总量的47%到61%。

核能可再生能源从2015年的大约8000太瓦时(占全球发电量的34%)增长到14400太瓦时(39%)—33200太瓦时(80%)、BP、Equinor(改革情景)和国际能源署(新政策情景)等不断发展的政策情景显示,到2040年,核电和可再生能源将提供约50%的全球电力(见图9)。

图9 核电和可再生能源发电量

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2015年核能可再生能源(包括水电)分别占全球发电量的2500太瓦时(11%)和5500太瓦时(23%)。核能和可再生能源最乐观的预测来自壳牌的天空情景(33000太瓦时),国际能源署的可持续发展情景(30000太瓦时)和Equinor的改进情景(28000太瓦时)。根据国际能源署(现有政策情景)。美国能源信息署和IEEJ等参考情景,核能和可再生能源对全球总发电量的贡献将逐步下降,到2040年约贡献8300~12000太瓦时。

风力发电量的估计根据政策和技术假设的不同而有所不同。美国能源信息署和Equinor的竞争情景对风能发电量的预估最低,分别为2500太瓦时(7%)和3500(9%)、BNEF、Equinor的改进情景和壳牌的天空情景对风力发电量的预估最低,预测2040年的风力发电量约为7900~8300太瓦时(占全球发电总量的17~22%),而国际能源署的新政策情景和BP分别预测风力发电量分别为4700太瓦时(12%)和4800太瓦时(12%)。

太阳能发电的前景预估也各不相同。同样,美国能源信息署对太阳能发电的预估值最低,约为2040年的1400太瓦时(占全球发电总量的4%)。最乐观的预测来自壳牌的天空情景,预测为2040年为12400太瓦时(占全球发电总量的25%),其次是国际能源署的可持续发展情景(7300太瓦时;20%),Equinor的改进情景(6400太瓦时;16%)和BNEF(6200太瓦时;16%)。对于国际能源署的新政策情景和BP的预测,太阳能发电在2040年提供大约4100太瓦时(占全球发电总量的10~11%)的电力。

宏观经济假设在塑造长期前景的结果中起着至关重要的作用。Kaya恒等式是了解其中一些关键驱动因素的有用工具。这种特征将全球能源和二氧化碳排放分为4个部分:人口、人均国内生产总值、单位GDP能源消费和每单位能源的二氧化碳排放量。前三个因子相乘产生能量使用,加入第四个因素后产生二氧化碳排放(图10)。

图10全球宏观经济假设,2040

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虽然并非所有展望都能为完全分解提供足够的数据,但有几个问题仍然值得注意。首先,美国能源信息署对全球人口和人均国内生产总值的相对较低的假设是其到2040年预测能耗相对较低的关键因素。

其次,国际能源署的可持续发展情景和壳牌的天空情景这两种雄心勃勃的气候情景也有明显差异,国际能源署预测单位GDP的能耗大幅降低,每单位能源的二氧化碳排放量也会降低。

第三,不同前景之间的差异大多来自能源强度(能源/GDP)和碳强度(净二氧化碳/能源)指标,这表明这些因素最受制于政策和能源技术演变的假设。

图11 2035年全球一次能源消费

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图12 2011/2012及2017/2018对2035年全球一次能源占比预测

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图13 2040年电动汽车销量在全球汽车销量中的份额

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图14 2040年电动汽车不同假设下的全球液体燃料消费量

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图15 全球天然气一次能源需求

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图16.不同选择情景下的区域天然气需求

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