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世界能源转型与碳中和的意义!
送交者: 木头强强强强[♂★★声望品衔10★★♂] 于 2021-02-15 6:46 已读 933 次 2 赞  

木头强强强强的个人频道

地球形成约46亿年,人类诞生约600万年;人类开始迁徙到世界各地建设家园,开启了能源利用时代。能源是指可以直接或经转换能提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源[1]。能源是人类文明发展的基础,是推动人类文明程度(人类发展指数,HDI)进步和人类物质财富(国内生产总值,GDP)上升的驱动力(图1)。能源问题是人类社会的根本问题[2],人类文明发展史同时也是一部人类能源利用史,能源转型是人类能源利用史发展进步的里程碑。能源转型是指人类能源利用从木柴到煤炭、从煤炭到油气、从油气到新能源、从有碳到无碳的发展趋势,是能源形态、能源技术、能源结构、能源管理等能源体系主体要素发生根本性转变的过程。世界能源转型主要目的是建设绿色地球,推动人类社会能源生产与供给体系的绿色、清洁、高效、安全发展。纵观人类能源利用史,世界能源体系经历了能源形态从单一能源到多元化能源类型的形态转变,能源技术从简单燃烧、粗放利用到加工提炼的技术进步,能源结构从天然能源到产品能源、从一次能源到二次能源的结构调整,能源管理从分散、无序利用到有序、集中式利用的管理发展;能源主体要素的根本性转变催生了两次世界能源转型,促进了人类文明从原始文明发展到农业文明、工业文明[3-4]。
注:世界人均GDP和人类发展指数的数据据文献[5-6],世界一次能源人均消费量的数据据文献[7]。图1  世界能源消费趋势与人类文明进步、物质财富上升之间的关系
气候变化是全球工业化以来地球生态系统面临的严峻挑战,地球生态系统和地球气候系统已经达到临界点[8]。2019年5月,全球大气中CO2月平均浓度达到414.7×10-6,创下1958年人类有观测记录以来的新纪录[9],超过了过去23Ma年的最高记录[10],导致全球平均气温升高、冰川消融、海平面上升、极端天气频繁等环境和生态问题。世界自然基金会(WWF)发布《地球生命力报告2020》指出,1970—2016年,全球野生动物的种群数量在不到半个世纪消亡了68%,认为第六次大灭绝似乎已无法避免[11]。2015年,联合国《巴黎协定》指出,将加强对气候变化所产生的威胁做出全球性回应,实现与前工业化时期相比全球平均气温升幅控制在2℃以内,并争取把温度升幅限制在1.5℃[12]。人类化石能源利用导致的碳排放是地球碳循环体系内大气中碳富集的直接来源。因此,实现人类能源利用与地球碳循环体系“碳中和”是破解世界能源问题、应对全球气候变化的有效途径。



当前,世界正处在第六次科技革命和第四次工业革命的拂晓,即将迎来一次“创生和再生”技术革命和“智能化”工业革命[13]。科技革命和工业革命是人类社会发展与进步的驱动力。新的科技革命和工业革命将推动第三次世界能源转型:能源体系主体要素将发生根本性转变,能源形态将从化石能源转变为新能源、实现从有碳到无碳的转变,能源技术将从资源优势主导能源资源型发展进步为技术占主导地位能源技术型,能源结构将从一次能源直接消费为主调整为电气化二次能源占主导地位,能源管理将从集中式利用发展为智能化平衡用能。以清洁、无碳、智能、高效为核心的“新能源”+“智能源”能源体系是第三次能源转型的发展方向与目标。笔者从世界能源体系即将发生第三次能源转型的历史背景出发,剖析世界能源转型的内部驱动力、外部驱动力及推动力,揭示世界能源转型的政治内涵、技术内涵、管理内涵和商业内涵,研判世界能源转型对国家和区域能源安全、能源与环境可持续发展、经济增长和社会效应、世界竞争格局的重大意义。对占领世界能源转型战略技术至高点,实现能源消费与自然环境和谐发展“碳中和”目标,构建“经济内循环为主的经济双循环”和新常态下安全、先进、高效的国家能源体系至关重要。

世界能源转型的历史背景
1.1 能源消费结构清洁化、低碳化是世界能源体系发展的必然趋势
从世界能源发展历程分析,人类利用能源经历了从木柴到煤炭的第一次转型和从煤炭到油气的第二次转型,两次能源转型均呈现出能量密度不断上升、能源形态从固态到液态和气态、能源品质从高碳到低碳的发展趋势和规律。太阳能、水电、核能、生物质能、地热和氢能等新能源具有清洁、无碳的天然属性。因此,以新能源替代化石能源的第三次世界能源转型具有清洁化、低碳化的特点和发展趋势[4]。从世界能源消费结构的发展趋势分析[4](图2),世界能源体系逐渐形成了煤炭、石油、天然气和新能源“四分天下”的格局[3]。2019年,全球能源消费结构中,煤炭消费量为37.7×108t油当量,石油消费量为46.1×108t油当量,天然气消费量为33.8×108t油当量,新能源消费量为21.9×108t油当量,占比分别为27%、33%、24%和16%。世界能源消费结构中,新能源的消费量和占比稳步上升,能源低碳化、去碳化的趋势持续加强。当前,煤炭工业革命从高碳向清洁低碳转型、油气工业革命从常规油气向低成本非常规油气转型、能源工业革命从化石能源向无碳新能源转型、能源管理革命从单能利用向多能融合智慧化转型。
图2  世界能源消费结构发展趋势[4]
从人类文明和社会发展的角度分析,能源转型是人类文明发展和进步的驱动力。历次能源转型均推动和促进了人类生产力的进步和社会发展的进程。第一次能源转型开启了煤炭的利用,催生了人类文明进入“蒸汽时代”;第二次能源转型开启了石油和天然气的大规模利用,保障了人类文明相继进入“电气时代”和“信息时代”;第三次能源转型以新能源替代化石能源,将推动人类文明“智能时代”的来临。
1.2 世界能源格局的空间、地域不均衡是世界能源转型的外部驱动力
当前,世界能源格局呈现出“两带三中心”的生产和消费空间分布格局。美国页岩革命和能源独立战略推动全球油气生产趋向西移,并最终形成中东-独联体(CIS)和美洲两个油气生产带。中东-独联体油气生产带以常规油气为主,从北非和中东波斯湾,经中亚里海和西伯利亚,直至俄罗斯远东地区,油气可采储量为2529.00×108t油当量,占世界可采储量的60.90%,油气产量为34.58×108t油当量,占比为43.69%;美洲油气生产带以非常规为主,包括加拿大油砂、美国页岩油气,委内瑞拉超重油和巴西深海盐下石油,油气可采储量为1070.00×108t油当量,占世界可采储量的25.80%,油气产量为25.53×108t油当量,占比为32.25%。石油和天然气的消费主要分布在亚太、北美和欧洲,随着中国、印度等新兴经济体的快速崛起,亚太地区的需求引领世界石油需求增长,全球形成北美、亚太、欧洲三大油气消费中心(图3)。



石油天然气生产和消费的空间、地域不均衡是世界能源转型的外部驱动力。美洲地区既是生产中心也是消费中心,油气生产量和消费量基本平衡。中东和独联体国家油气生产量远大于消费量,是主要的油气输出来源,而欧洲和亚太地区是主要的油气输入地。欧洲和亚太地区石油和天然气化石资源匮乏,消费需求量大,严重影响区域能源安全,迫切需要通过能源转型实现能源自给自足,提高自身的能源安全。

图3  “两带三中心”石油、天然气产量与消费量对比(数据据文献[14])
1.3 新能源成本逐年降低、竞争力逐渐上升是世界能源转型的内部驱动力
全球两大原油基准价格持续处于中、高位运行的态势是促进世界石油工业发展、油气对煤炭形成替代效应的驱动力。自1983年美国纽约证券交易所推出西德克萨斯原油期货(WTI)以来,37年间WTI原油的月平均价格为43.08美元/桶,浮动范围为10.42~140.00美元/桶;英国伦敦国际石油交易所自1988年推出布伦特原油期货合约(BRENT)以来,32年间布伦特原油的月平均价格为47.87美元/桶,波动范围为10.46~139.83美元/桶。从价格刺激生产的角度看,国际原油价格优势是成就20世纪以来石油工业快速发展的原动力。因此,成本领先是新能源对油气替代的首选竞争战略,成本优势是新能源产业发展、促进新能源对化石能源替代效应、推动第三次世界能源转型的关键。当前,太阳能光伏、海上和陆上风电、生物质能、地热、氢能等新能源成本大幅降低,已达到或低于化石能源发电成本,与石油、天然气、煤炭等传统能源形成竞争格局,是世界能源转型的内部驱动力。随着新能源技术进步、规模化经济、供应链竞争日益激烈和开发商经验日益增长等因素的推动,新能源发电成本急剧下降。2010年以来,太阳能光伏、聚光太阳能电池储能、陆上风电和海上风电等新能源技术成本分别下降了82%、47%、71%、38%和29%[15]。2019年,所有新近投产的并网大规模可再生能源发电容量中,56%的发电容量成本均低于化石燃料的发电成本(图4)。其中,并网大规模太阳能光伏发电成本降至0.068美元/(kW·h);陆上和海上风电的成本分别降至0.053美元/(kW·h)和0.115美元/(kW·h);聚光太阳能热发电(CSP)成本降至0.182美元/(kW·h);地热发电成本约为0.073美元/(kW·h);生物质发电成本约为0.066美元/(kW·h)。新能源发电成本已经全面下降至化石能源发电的成本范围[0.051~0.179美元/(kW·h)]之内,新能源竞争力逐渐显现[16-17]。
图4  新能源发电成本变化趋势[15]

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1.4 以科学创新和技术进步为核心的科技革命是世界能源转型的推动力
科学创新与技术进步引领世界能源转型。人类对能源的需求牵引着能源技术的革新与革命,而能源技术的革新与革命又影响着人类的生产模式、生活方式和社会管理,促进人类社会发展。节能提效居能源转型和能源发展战略的首要地位。从薪柴到煤炭、从煤炭到油气的两次世界能源转型,能源利用技术不断提升,能源使用效率不断提高。20世纪70年代以来,世界平均能源强度下降幅度达48%(图5),中国是世界上能源效率上升幅度最大、能源强度下降最快的国家,能源强度年均降速超过2%,能源强度下降幅度达86%[18]。
图5  世界主要经济体能源强度变化趋势

图6  发达经济体新能源发电量占比变化趋势
能源消费电气化是能源消费结构的发展趋势。随着储能技术的不断完善、太阳能和风力发电技术的稳步提升,电气化成为不可逆转的全球化趋势。近50年来,电力在终端能源消费中的比重上升至20%,新能源发电量占比达37%;随着可再生能源等新能源发电量的份额逐步增加(图6),到2050年,全球总发电量将达到49×1012kW·h,年均增速为2%,在能源终端消费中的比重将提高到50%~60%,新能源发电量占比将达75%~80%[16]。



智能源是指应用人工智能、大数据、物联网、信息技术和电力电子技术等先进技术构建能源互联网,通过能源互联、智能管理和调配实现能源智慧利用[3]。因此,智能源本质上是能源结构电气化和能源管理智能化的深度融合,实现不同能源消费主体间的平衡用能。当前,世界已进入后数字化时代,以大数据、物联网、人工智能为核心的前沿信息技术快速崛起为标志的新一轮科技革命正重塑全球竞争格局,成为影响能源格局的重要力量。数字化技术、智能化技术与新能源技术有效融合,建设数字化、智能化的能源系统,创新能源生产和消费的新模式,以清洁、无碳、智能、高效为核心的“新能源”+“智能源”是世界能源转型的发展方向。在智能源技术领域,重点推动互联网与分布式能源技术、先进电网技术、储能技术深度融合;在新能源技术领域,重点推动可再生能源发电、电动汽车、氢能等储能技术进步;同时,加强智能源与新能源的融合发展,形成以新能源为能源形态和能源结构主体、以智能源为能源管理和能源技术核心的“新能源”+“智能源”的世界能源体系[3-4]。

世界能源转型的内涵
能源转型是指人类能源利用从木柴到煤炭、从煤炭到油气、从油气到新能源、从有碳到无碳的不断替代与发展趋势,是能源形态、能源技术、能源结构、能源管理等能源体系主体要素发生根本性转变的过程。因此,世界能源转型路径要求国际社会通过政治协同、科技推动、管理驱动和商业带动,逐步实现化石能源低碳化革命、新能源低成本革命和能源管理智慧化革命,促进世界一次能源消费结构从化石能源为主体转变为非化石、低碳新能源为主体,推动人类社会能源生产与供给体系的绿色、清洁、高效、安全发展,达到人类能源利用与地球碳循环系统“碳中和”,有效应对全球气候变化,建设“绿色地球”。世界能源转型包括了政治、技术、管理和商业4方面的具体内涵:政治方面,积极推进国际社会共同建立共商共议、全球协作机制;技术方面,推动世界能源体系从能源资源型向能源技术型转变;管理方面,促进能源消费端和生产端的协同发展与协同转型;商业方面,推动企业从国际油公司向国际能源公司转型。不断提高世界能源体系的系统性能和转型程度。
2.1 以共商共议、全球协作机制为核心的政治协同是世界能源转型的政治内涵当前,世界能源体系和能源转型程度均处于低位。2019年,世界经济论坛(WEF)对全球115个经济体的能源体系进行系统评估[20],结果显示,现行全球能源体系的能源体系环境可持续性、能源安全与能源通道、经济发展与增长率3项评价指标的平均得分仅为60%;能源转型程度的资本投入、能源监管与政治保障、监管与政府机构、基础设施与创新环境、人力资本与消费者参与度、能源系统结构6项指标得分均低于60%,平均得分仅为50%。表明世界能源体系的系统性能尚需改进,世界能源转型程度整体较低。以共商共议、全球协作机制为核心的政治协同是世界能源转型的政治内涵。国际社会达成CO2减排共识、建立全球协作机制、提出“碳中和”目标等国际政治协同体制、机制是世界能源转型的基础和保障。2015年12月,国际社会达成CO2减排共识、达成有法律约束力的气候协议,截至2020年12月,全球195个主权国家中已有187个国家成为《巴黎协议》的缔约方。以国际能源署、联合国环境规划署和世界气象组织为代表的国际组织积极推动全球能源领域的对话和合作,逐步建立全球协作机制;欧盟、中国和日本相继提出将采取更加有力的政策和措施,实现能源利用与碳循环系统的“碳中和”目标。



2.2 能源资源型向能源技术型转变是世界能源转型的技术内涵新能源普遍具有资源禀赋高、利用难度大的技术特点。以太阳能为例,全球陆地地表太阳照射能量达170×108t油当量/年,然而,2019年世界并网光伏装机容量为5.8×108kW,总发电量为6990×108kW·h,相当于1.8×108t油当量,太阳能利用率仅为1.06%。因此,发展能源技术、提高能源资源利用率、推动能源资源型向能源技术型转变是世界能源转型的技术内涵。



高能效、智慧化是能源技术进步的核心,节能提效是能源技术和能源战略的首位。提高能源效率具有可观的经济、环境和社会效益,可有效降低一次能源需求总量,有效控制温室气体排放,降低能源利用对环境的影响(图7)。能效改进途径主要包括提高材料效率、材料回收、再利用和替代。持续的能效改进是控制世界能源需求增量的有效手段,通过提高能效已实现全球能源需求量减少12%;2000年以来,提高能效为建筑和电器节省了近14EJ的能源使用量,相当于巴西的全年能源消耗量。目前,全球能效领域投资已达2400亿美元,预计到2040年,能效领域投资将超过6350亿美元[21]。

图7 可持续发展路径下世界能源技术发展趋势[19,21]
智能源技术发展与进步是能源资源型向能源技术型转型的关键。新能源发电技术、智能电网和储能技术是智能源技术发展的3大关键领域[19-20]。新能源发电技术的发展趋势是将新能源与新材料、新能源与生物科技、新能源与可控核反应的深度融合。新能源发电技术主要包括潮汐涡轮机、微型斯特林发动机、太阳能电池定位机器人、第二代生物燃料、光电透明玻璃、第三代生物燃料、空间太阳能、微型核反应堆、惯性约束核聚变、钍反应堆等。智能电网技术的发展方向主要为人工智能与能源网络相结合,包括智能电网技术、分布式发电/供电技术、智慧化能源网络技术等。智能电网技术将传统的集中式、单一的发电与供电模式升级为更灵活、更节能的分布式与集中式相结合、用电与储能和供电自适应的智慧化电力系统,从而实现跨用户、跨地区、跨国家的能源互联互通。储能技术将材料技术与储能技术有机结合,是能源供给和消费间运输和传递的载体,其发展趋势包括燃料电池、锂空气电池、氢能储存与运输、蓄热等技术。
2.3 智能源水平不断提升,能源供给端与消费端协同发展、协同转型是世界能源转型的管理内涵世界能源转型同时也是能源管理模式的深刻转型,智能源管理模式以能源结构电气化、能源管理智能化为核心,能源供给端与能源消费端需协同发展、协同转型。能源供给端通过清洁化、低碳化转型,推动新能源逐步替代化石能源,促进能源消费结构调整为供给端以电气化二次能源为主导。同时,能源消费端加强智能化管理转型,通过分布式与集中式协同发展、平衡用能,不断提高新能源在储能、终端消费等领域的份额。能源供给端建立开放型能源供给体系,鼓励以分布式可再生能源和天然气热、电、冷三联供为主的分布式能源发展,鼓励投资建设新能源发电设施,完善新能源发电设施接入电网支持政策。利用能源互联网技术、微电网技术等提高可再生能源的就地消纳能力和利用比例,加强新能源技术研发,降低新能源投资成本,推动能源供给结构的低碳化、清洁化转型。
智能源管理水平的不断提高,即能源消费结构电气化、能源管理智能化程度的提升是能源结构和能源管理转型的趋势和方向。2019年,电力在能源消费终端中占比仅为20%;通过电气化转型,预计到2050年,电力在能源消费端的份额将提升至50%~60%。同时,全球新能源发电量占比将大幅提高。太阳能、风力、水力、核能等新能源均以电力的形式输出,预计到2035年新能源发电量占世界总发电量的比重将达到55%~60%,到2050年,占比将升至75%~80%[22](图8)。因此,能源消费端电气化水平的提高可促进新能源的产业发展。同时,能源消费端智能化水平的提高可促进电储能和氢能技术的应用。加强智慧化电网中新能源的调峰作用,推动电储能、氢能技术的应用,推动分布式储能系统的发展,加强能源互联网与储能技术的深度融合。以电动汽车为例,其可积极参与电网的储能和调峰,在电网负荷低谷时段充电为电网提供储能和调峰服务。2019年电动汽车的年销量突破210万辆,同比增长40%,全球电动汽车保有量达到720万辆(图9),可为电网提供的调峰容量达200GW;预计到2030年,全球电动汽车年销量将达到2300万辆,电动汽车保有量将超过1.3亿辆,可直接减少1.27×108t/年的石油需求[23]。
图8  全球发电量构成
图9  世界电动汽车发展趋势
2.4 国际油公司向国际能源公司转型,即从传统油气生产商向综合能源生产商转型,是世界能源转型的商业内涵日益严峻的全球气候变化形势和减排压力是催生国际油公司相继提出转型策略的外部推动力。节能减排、控制温室气体排放、生产和供应清洁低碳能源是世界能源转型对能源生产商提出的商业转型要求。
2. 4. 1 国际油公司低碳转型2020年1月,国际能源署发表专题报告《石油和天然气工业需加大应对气候变化的力度》[24-25], 严正指出,世界油气工业迫切需要改变操作和商业运营的模式以适应日益增长的全球能源转型和气候效应;传统石油和天然气行业将是资本密集型清洁能源技术走向成熟的关键,国际油公司需进一步平衡和协调公司短期收益和长期经营之间的关系。因此,国际油公司向国际能源公司转型、从油气生产商向综合能源生产商转型是世界能源转型的商业内涵。当前,国际油公司是重要的能源生产商,2019年,埃克森美孚(Exxon Mobil)、英国石油(BP)、壳牌(Shell)、道达尔(Total)和雪佛龙(Chevron) 5大主要国际油公司日均产量为1755.00×104桶油当量,年产量达到8.73×108t油当量,占世界油气总产量的11%。国际油公司均制定了相应的转型战略,以适应越来越明显的世界能源转型趋势。国际油公司转型战略以清洁化、低碳化能源生产和能源综合服务为目标,主要包括3个方面:①加大公司天然气业务,提升天然气产业的盈利能力(图10);②加大电气化、新能源领域投资比例,大力发展新能源业务(图11);③转变商业运营模式,从聚焦能源生产到为客户提供能源解决方案[26-27]。



图10 国际油公司上游业务中天然气产量占比
图11  国际油公司转型路线(据公开资料不完全统计)
壳牌公司和英国石油公司是国际油公司转型战略的先行者。两家公司均将天然气等低碳业务从传统油气业务中分离出来,成立了天然气与新能源板块,寻求天然气与可再生能源在发电业务上的协同效应;同时,通过直接投资或收购在氢能、生物燃料、光伏、充电设施和储能等新能源业务领域战略布局。正是由于壳牌公司和英国石油公司在清洁能源和新能源领域的早布局、早转型,2020年2月,壳牌公司、道达尔公司和英国石油公司均提出了战略性的“净零计划”,即到2050年实现公司净零排放和由国际油公司向国际能源公司转型的目标[30-33]。壳牌公司早在2009年对公司业务进行了系统整合,将公司业务划分为现金引擎业务、增长优先级和未来机会3个层级,将天然气业务列为未来机会、作为公司战略培育项目,并在2015年耗资470亿英镑收购英国天然气集团(British Gas)完善天然气产业链。2016年,壳牌公司将天然气业务与新能源业务整合,成立独立的新能源分公司(Shell New Energy),推进氢能、生物燃料和电力电气等业务,开始投资收购一系列的可再生能源和低碳电力企业项目,正式开启了能源转型之路。历年来,壳牌公司的天然气和新能源业务不断发展成熟、壮大,实现了从未来机会型培育业务到增长优先级、现金引擎级业务的逐级上台阶。壳牌公司是世界上最大的液化天然气(LNG)独立生产商和供应商,2018年总产能和权益产能分别达到1.301×108t、4240×104t,天然气业务成为影响公司业绩表现的重要业务板块。2015—2020年,壳牌公司积极收购欧洲最大电动汽车充电站运营商NewMotion、英国最大的独立能源公司First Utility、德国能源存储初创公司Sonnen、美国充电和能源管理技术开发商Greenlots、英国能源科技公司Limejump、澳大利亚最大电力零售商ERM Power和法国海上风电技术公司Eolfi;投资美国太阳能公司Silicon Ranch、印度太阳能公司Cleantech Solar、澳大利亚光伏开发商ESCO Pacific等公司,并与ITM Power公司、Gasunie公司合作开展绿氢生产,形成集电网、氢能、太阳能光伏发电、充换电设施、风电等一体的新能源产业链布局[26]。2019年4月,壳牌公司提出到2030年转型成为全球最大的电力公司。



英国石油公司提出天然气是公司业务转型第一重点,从2016年开始将低碳能源研发与投资上升到战略高度,将上游业务重心转向天然气,2017—2021年投资项目中天然气项目占比超过70%。2017年2月,英国石油公司宣布了未来会在高级移动出行、电力和存储、碳管理、生物及低碳产品、数字化变革5大领域积极发展风险投资和低碳相关的新业务模式,每年投资额为2亿美元,正式开启公司的转型之路。英国石油公司相继投资了英国大型光伏开发商Lightsource、美国新能源汽车移动式充电系统生产商FreeWire、以色列超高速充电电池公司StoreDot,全资收购了英国最大电动汽车充电公司Chargemaster,并与Nouryon公司合资生产绿氢、与邦吉公司合作生产生物乙醇、与Equinor合资开发海上风电、与晶科合资开发光伏电站或地面电站。近5年来,英国石油公司的天然气业务板块盈利能力显著提升,到2019年,投资组合中天然气产量占比超过45%;2020年,将供气、气电与可再生发电、储能与充电、氢能与碳捕集与排放技术等业务整合,成立天然气与低碳板块。与欧洲国际油公司向国际能源公司转型相比,美国石油公司更注重化石能源低碳化技术研发。2000年以来,埃克森美孚公司已累计投资约100亿美元用于研发部署低排放能源的解决方案。同时,加大天然气业务也是埃克森美孚公司的转型举措之一,2009年,以310亿美元收购最大的天然气生产商XTO能源公司,增加清洁能源投资份额和产量比例。

2. 4. 2 中国能源公司低碳转型石油天然气是现代工业的血液。中国陆上常规油气勘探超深层砂岩构造油气藏与碳酸盐岩岩溶缝洞油气藏地质理论、非常规油气“甜点箱”地质理论, “两大勘探理论”引领陆上油气工业发展,产生了两大转变。一是常规油气从深层向超深层转变,在塔里木盆地台盆区、天山南北的库车坳陷与准噶尔盆地南缘山前带、川中地区等7000~8500m超深层,油气勘探获得重大突破;二是非常规油气从致密油气向页岩油气转变,在川南地区海相页岩气、松辽盆地陆相页岩油取得战略性发现,常规油气工业深度进入万米级、非常规油气储层进入纳米级。揭示鄂尔多斯、四川、准噶尔等是常规—非常规油气“共生富集”盆地。作为中国最大的油气生产商和供应商,中国石油天然气集团有限公司(中国石油)创新了老油田“二次开发”、常规气藏“控水开发”、非常规油气“体积开发”理论,“三大开发理论”创新科学指导了石油与天然气有效开发。老油田“二次开发”理论,以重构地下地质认识、重构注采开发井网、重构地面系统为核心,提高水驱油田采收率。常规气藏“控水开发”理论,以气藏开发全生命周期认识水、控制水、治理水为核心,降低产量递减率、提高气藏采收率。非常规油气“体积开发“理论,以优选甜点区段、长水平井和大规模分段分簇压裂改造、构建“人造气藏”为核心,最大限度减小流体在基质中的渗流距离,实现非常规油气资源最大程度的有效规模动用。三大开发理论与核心技术创新,引领了中国常规和非常规油气勘探开发。清洁低碳化、电气化是能源行业发展趋势,传统能源企业须加速转型以适应新趋势。中国是世界最大的能源生产国、最大的能源消费国和最大的碳排放国,中国石油天然气集团有限公司(中国石油)、中国石油化工集团有限公司(中国石化)和国家能源投资集团有限责任公司(国家能源集团)等中国能源企业积极推动能源生产清洁化转型。中国石油一方面将在天然气及LNG一体化、页岩油气开发和深水、超深水等重点业务领域加快创新与合作步伐;另一方面将发力新能源、新材料,塑造新业态、围绕产业链部署创新链,依靠创新链提升价值链,加快数字化转型,推动公司创新与合作迈上新台阶[34]。同时,中国石油将通过合资合作,早日建成CCUS(碳捕集、利用和储存)示范项目,助力构建“低碳、清洁、安全、高效”的能源体系;坚持油气并举、常非并重,加快天然气业务发展;打造绿色低碳能源产业增长极,走出一条有中国特色的能源转型之路[34]。中国石化已经明确提出,将致力于通过转型,建成世界领先的洁净能源和合成燃料公司、把绿色发展打造成亮丽名片。作为中国最大的能源生产企业,国家能源集团以煤炭生产和发电为主体,大力推进清洁能源规模化、化石能源清洁化、能源产业智能化发展,主动顺应能源变革的历史进程和发展规律,加快企业低碳转型,努力实现碳达峰目标和“碳中和”愿景。油气在中国能源体系中是稀缺珍贵的不可再生资源,在能源安全中不可替代;新能源是取之不尽、用之不竭的能源,在能源转型中成为主力。由此可见,传统化石能源公司的转型并非一日之功、一蹴而就,而是需要通过不断战略调整和布局,逐步开展能源转型。从国际油公司的转型历程可见(图11),天然气业务发展壮大是国际油公司清洁、低碳转型的第一步,也是国际油公司向国际能源公司转型的基础和保障。国际油公司转型策略主要包括3个方向,也即能源转型的3个步骤:①以上游业务重心转向天然气业务为先导;②逐步加大新能源领域投资和智能源战略布局;③实现油气公司向综合能源公司转型。践行商业运营模式转型,是世界能源转型的商业内涵。

世界能源转型的意义
3.1世界能源转型是实现国家和区域能源安全和能源保障的必然选择能源安全是关系到国计民生的根本性问题。世界能源生产和消费的空间、地域不均衡,形成了“两带三中心”的地缘政治格局,决定了当前世界不同国家和地区采取不同的能源安全战略。中东-独联体和美洲油气生产带是欧洲、亚太油气消费中心的主要来源和通道。欧洲和亚太地区能源消费结构整体上属于典型的进口依赖型,其特点是高油气消费量、低油气产量。2019年欧洲从中东-独联体和美洲生产带油气进口量为8.01×108t油当量,油气对外依存度达69.8%。亚太地区人口占世界人口总数的59%,经济快速发展,能源需求上升速度快。亚太地区油气进口总量为14.54×108t油当量,区域能源对外依存度达61.7%,以日本和中国尤为明显,其中,日本油气完全依赖进口,2019年油气进口量达2.60×108t油当量;中国油气进口量达5.63×108t油当量,对外依存度为62.8%。欧洲地区由于化石能源资源相对匮乏,能源转型意愿最强烈,因此采取了大力发展新能源的能源安全策略。欧洲分别经历了核能快速发展期和新能源快速发展期:①1975—1985年,欧洲地区核电规模从0.17×108t油当量增加到1.66×108t油当量,增长了7.8倍;②2000—2019年,欧洲可再生能源规模从0.16×108t油当量增至1.95×108t油当量,增长了11.2倍。得益于核能和可再生能源的快速发展,2019年欧洲新能源的消费占比达26%,成为世界上新能源占比最高的地区(图12)。欧洲地区还积极推进和部署氢能战略,2020年7月,欧盟发布《欧洲氢能计划》[35],计划未来10年向氢能产业投入5750亿欧元,其中,1450亿欧元以税收优惠及财政补贴形式惠及相关企业,4300亿欧元用于直接投资。同时,计划投入240~420亿欧元建设绿氢电解设施,2200~3400亿欧元用于发展80~120GW风力和光伏发电。
图12  欧洲能源消费结构变化趋势(数据据文献
亚太地区是世界三大能源消费中心之一,由于资源总量和资源禀赋的差异,该地区不同国家因地制宜采取了不同能源安全策略,以日本和中国最为典型。日本能源结构是典型的进口依赖型,国内化石能源资源缺乏,因此,日本《能源基本计划》制订的能源安全战略致力于推动太阳能和风力等可再生能源成为主力电源,计划到2030年可再生能源和核电的占比分别升至22%~24%和20%~22%,化石能源占比降至56%。同时,日本发布了“氢能基本战略”(表1),提出了“氢能社会”的概念,制订了氢能发展路径:①从海外进口化石燃料,利用碳捕集和利用、储存(CCUS)技术制氢,或采用可再生能源电解技术实现低成本、零排放制氢;②加强进口和国内氢能的运输、分配基础设施建设;③促进氢能在汽车、家庭热电联供和发电等各个部门的大量应用[36]。表1  日本氢能基本战略前景简表
北美地区石油和天然气资源丰富,能源转型策略相对温和,一方面以促进能源技术进步为主导,另一方面推动清洁能源和新能源对高碳化石能源的替代。以美国为例,美国政府通过推行碳捕集和封存税收减免政策促进能源技术进步,仅2020年4月,美国能源部就提供了1.31亿美元资助CO2的捕集、利用与封存项目。截至2019年12月,美国拥有10个大型CO2捕集与埋存项目,CO2年捕集量超过2500t。此外,美国通过页岩气革命推动天然气大规模发展,实现了“能源独立”,并将“减少煤炭、稳定石油、加快天然气、做大新能源”作为美国中—长期能源战略[28](图13)。
图13  美国能源历史数据与发展规划
3.2 世界能源转型是推动世界经济发展和经济增长新动力随着新能源产业的快速发展,新能源直接或间接接提供的社会就业岗位呈快速上升趋势,成为推动社会发展和经济增长的新驱动力。目前,新能源产业劳动力密度高于化石能源,在投资带动下新能源吸纳的岗位数远超因新能源替代引起的化石能源领域就业岗位的减少量。2019年,新能源产业领域共提供1146万个就业岗位,分布式太阳能、生物质能、水电和风电是最大就业领域(图14)。中国是新能源产业发展最快的国家,新能源提供的社会就业岗位达440万个,占世界新能源产业就业岗位总数的38%[37]。此外,新能源就业市场的发展间接带动了相关专业教育和技能培训的发展。
图14  全球新能源领域就业人数变化趋势
新能源产业将成为拉动世界经济发展和促进社会就业的新引擎。国际可再生能源署预测,到2050年,世界能源低碳转型领域的年均投资额将超过3.2万亿美元,约占当年世界GDP总量的2%,累计投资将超过95.0万亿美元,可提供超过1亿个就业岗位[37]。
3.3 世界能源转型将重塑世界竞争格局,成为主导世界地缘政治格局的新力量以石油和天然气为主导能源的时代形成了以石油地缘政治格局为特征的世界竞争格局,也称为“石油地缘政治时代”[38-39]。由于石油的资源稀缺性和工业中的不可替代性,石油与地缘政治之间的密切关系是其他任何工业原料都无法企及的,以石油为主导的化石能源成为构建世界政治格局的主导力量。国际石油市场由原油供应、原油需求和国际原油价格机制3大要素构成,对国际石油市场的控制始终是石油地缘政治的核心内容。世界能源转型的背景下,国际竞争的焦点也将逐渐转移到低碳技术价值链的控制上,即新能源和低碳技术的研发、制造和消费服务价值链[40]。控制低碳技术价值链是一个关乎竞争力、经济发展、能源主权和国家安全的重大挑战。随着新能源逐步替代化石能源,世界能源转型必将重塑世界竞争格局,成为主导世界地缘政治格局的新力量。
3.4 世界能源转型是切实履行《巴黎协定》要求、实现能源利用“碳中和”目标、应对全球气候变化的有效举措当前,化石能源碳排放仍然是全球碳排放的主力(图15)。2019年,世界化石能源利用引起的CO2年排放量达368×108t,占全球碳排放总量431×108t的85.4%[41-42]。地球碳循环系统碳源与碳汇体系间的容积差,即碳源体系(化石能源和土地利用)的排放量超过碳汇体系(海洋和陆地)的吸收量,导致大气中的碳富集,全球大气中CO2浓度从全球工业化前的277.0×10-6逐年上升至414.7×10-6(图15)[9-10],且年均上升幅度达到2.2×10-6,引起了全球平均气温上升和全球气候变化。
图15  全球碳循环系统源-汇体系碳排放—吸收量分布
切实履行《巴黎协定》要求,实现全球碳排放量以6%的年均速度减排[42],要求世界各国共同努力加快煤炭退出一次能源消费、加快石油消费尽早达峰、加快天然气消费占比提升和加快新能源产量规模持续增长,以实现化石能源和清洁能源消费结构的大互换。世界能源体系迫切需要采取可持续发展政策,通过世界能源转型实现碳循环系统的碳源和碳汇体系间的动态平衡,控制温室气体引起的气温上升趋势,实现大气圈中碳“净零”富集和能源利用的“碳中和”目标,以有效应对全球气候变化。
中国能源转型的意义
中国是世界第一大能源消费国、生产国和碳排放国,能源体系呈现“总量大、不清洁、不安全”的结构特点。紧抓世界能源转型的历史发展机遇,通过化石能源向新能源转型,实现“能源革命”确保能源供给安全,达到“碳中和”目标,推动人类社会与自然环境的和谐绿色发展。
4. 1 “能源革命”推动中国实现能源转型中国能源消费总量大,2019年度消费量达31.59×108t油当量,占世界总量的24%。中国能源消费结构“不清洁”,能源消费以化石能源为主,煤炭仍是第一大能源品种,消费量达18.21×108t油当量,占比为57.7%,石油和天然气消费量持续上升,油气消费量为8.97×108t油当量。中国能源消费结构“不安全”,能源进口总量占比为18.3%,但油气对外依存度高,国内油气产量为3.34×108t油当量,进口量为5.63×108t油当量,油气对外依存度达62.8%。同时,中国资源禀赋具有煤炭资源丰富、油气资源相对不足的先天条件。截至2019年12月,中国煤炭可采储量为1416.0×108t,占世界总量的13.0%;石油可采储量为35.7×108t,仅占世界总量的1.5%;天然气可采储量为8.4×1012m3,占世界总量的4.2%。当前,中国能源体系处于能源需求体量大、油气资源相对缺少、新能源技术尚未规模突破的发展阶段。因此,中国能源转型可以谋划实现中国“能源独立”为战略目标[3],从资源禀赋、能源体系特点和发展阶段出发,按照“洁煤稳油增气、大力发展新能源”的战略方针,制定能源独立“三步走”战略(图16):①2020—2035年,化石能源为主、提速新能源;②2035—2050年,化石能源与新能源并重发展;③2050年之后,新能源生产与消费占主体地位。逐步促动新能源对化石能源的替代,稳步推进能源资源型向能源技术型转型,最终实现“新能源”+“智能源”的中国能源体系。
图16  中国能源转型与能源独立战略趋势
4.2 能源转型推动中国实现“碳中和”中国以新发展理念为引领,在推动高质量发展中促进经济社会发展全面绿色转型。作为世界最大的碳排放国家,2019年中国CO2排放量为103×1088t,占世界碳排放总量的23.9%[41]。中国政府已经明确了“中国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的发展目标,通过“开创合作共赢的气候治理新局面”、“形成各尽所能的气候治理新体系”、“坚持绿色复苏的气候治理新思路”,到2030年,中国单位GDP的CO2排放量将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60×108m3,风电、太阳能发电总装机容量将达到12×108kW。



中国是实现《巴黎协定》目标的中坚力量,近期“碳中和”目标的提出成为全球应对气候变化进程中的里程碑事件,将对全球绿色低碳发展产生深远的影响。中国将加快推进化石能源向新能源转型的步伐,能源产业链将迎来加快重组、重构,引领中国能源产业实现前所未有的“能源革命”,取得历史性成就,实现历史性跨越。中国“碳中和”目标要求新时代的中国能源发展需选取化石能源清洁利用与清洁新能源利用并重的发展路径和发展模式。一方面要立足中国化石能源资源禀赋和能源体系结构特点,煤炭地下气化(UCG)产生CH4、H2和CO2,其中CH4和H22清洁利用,CO2通过驱油和埋存实现碳减排;燃煤发电、水泥生产等产生的CO2通过CCUS技术有效降低碳排放,实现化石能源清洁利用(图17)。另一方面要稳步加大清洁能源利用规模,通过清洁新能源对化石能源的替代,逐步提高清洁能源在能源体系中的占比,直至形成新能源为主体的能源生产和消费结构。

图17化石能源清洁利用碳减排模式
中国是世界上新能源发展速度最快、新能源利用规模最大的国家,这是实现中国“能源革命”的基石。截至2019年12月,中国可再生能源累计并网装机容量达到7.90×108W,其中水电为3.56×108kW,风电为2.10×108kW,光伏发电为2.04×108kW,生物质发电为2254.00×104kW;核电装机为4874.00×104kW,在建规模为1476.00×104kW,以上指标均居世界首位。新时代的中国能源发展将深化能源供给侧结构性改革,优先发展非化石能源,推进化石能源清洁高效开发利用。中国积极推进能源转型战略、能源结构持续优化,清洁能源替代作用日益凸现,为推动世界能源转型和可持续发展做出中国贡献。
结论
(1)能源转型是指人类能源利用从木柴到煤炭、从煤炭到油气、从油气到新能源、从有碳到无碳的不断替代与发展趋势,是能源形态、能源技术、能源结构、能源管理等能源体系主体要素发生根本性转变的过程。世界能源转型路径要求国际社会通过政治协同、科技推动、管理驱动和商业带动,逐步实现化石能源低碳化革命、新能源低成本革命和能源管理智慧化革命,促进世界一次能源消费结构从化石能源为主体转变为以非化石、低碳新能源为主体,推动人类社会能源生产与供给体系的绿色、清洁、高效、安全发展,达到人类能源利用与地球碳循环系统“碳中和”,有效应对全球气候变化。(2)世界能源转型具有政治、技术、管理和商业4方面内涵。以共商共议、全球协作机制为核心的政治协同是世界能源转型的政治内涵;能源资源型向能源技术型转变是世界能源转型的技术内涵;智能源水平不断提高,能源供给端与消费端协同发展、协同转型是世界能源转型的管理内涵;国际油公司向国际能源公司转型是世界能源转型的商业内涵。(3)以清洁、无碳、智能、高效为核心的“新能源”+“智能源”的第三次能源转型是世界能源转型的发展趋势。世界能源转型具有三大动力:世界能源格局的地域不均衡是世界能源转型的外部驱动力;新能源竞争力逐渐上升是世界能源转型的内部驱动力;以科学创新和技术进步为核心的科技革命是世界能源转型的推动力。(4)世界能源转型对促进世界能源体系健康发展、影响世界政治格局、应对气候变化意义重大。世界能源转型是实现国家和区域能源安全与能源保障的必然选择,世界三大能源消费中心均结合自身的资源禀赋和能源结构特点部署了相应转型策略。世界能源转型是推动世界经济发展和经济增长的新动力,新能源产业将成为推动世界经济发展和促进社会就业的新引擎。世界能源转型将重塑世界竞争格局,新能源和低碳的研发、制造与消费服务价值链将成为主导世界格局的新力量。世界能源转型是切实履行《巴黎协定》要求、实现能源利用“碳中和”目标、应对全球气候变化的有效举措,将促进人类共同维护地球家园。(5)中国是世界第一大能源消费国、生产国和碳排放国,能源体系呈现“总量大、不清洁、不安全”的结构特点。紧抓世界能源转型的历史发展机遇,通过化石能源向新能源转型,实现“能源革命”,确保能源供给安全,达到“碳中和”目标,建设“绿色地球”,将有力推动人类社会与自然环境的和谐发展。
致谢 :本文撰写过程中得到中国石油勘探开发研究院位云生、郭建林、冀光、李易隆等同志的帮助,在此一并致谢。文中观点和趋势判断系作者研究团队阶段研究成果和认识,需随形势变化不断修改和完善。
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