能源转型专题报告：全球能源转型展望

结合挪威船级社《能源转型展望2022》以及英国BP公司《BP能源展望2023》中的最新研究成果，从全球碳排放预算及减碳速度要求、能源系统低碳转型发展路径以及电力系统转型发展路径对未来30年的全球能源转型进行简要分析。 本文所论述的全球能源转型发展路径是在保证在1.5°C温升控制目标下所得出的理论分析结果，也是最为理想和最为激进的转型路径。所有国家和地区的所有生产部门、所有人，都需要在不长的时间中做出并适应巨大的改变。不仅如此，如长距离航空、海运以及很多工业生产部门都还有必须突破的技术瓶颈，已有技术也需要持续提升效率和降低成本（如储能）。 风险提示：极端天气风险，执行相关政策带来的不确定风险，商业模式形成不达预期，国际政治局势变化。 尽管受到俄乌冲突以及新冠疫情的双重影响，全球新能源行业发展在2022年仍可算是丰收之年。世界主要国家和地区新增光伏发电装机超过2亿千瓦（2021年为1.68亿千瓦），总装机量突破11亿千瓦；陆上及海上风电合计新增装机超过1亿千瓦，总装机接近10亿千瓦大关；储能尤其是新型储能在2021年快速增长的基础上再次加速，新增装机超过2000万千瓦。全球新能源相关的基础设施投资接近4000亿美元，若考虑碳捕集（CCS）、制氢和电网相关的投资，2022年能源转型相关投资突破了1万亿美元（彭博新能源财经）。 这样的投入和成绩是否值得骄傲？答案见仁见智。但可以确定的是，这样的转型发展速度距离达成气候控制目标的要求依然相差甚远。2022年底在开罗举行的《联合国气候变化框架公约》第27次缔约方大会（COP27）上，联合国秘书长古特雷斯开场即表示，“我们正驶在前往气候地狱的高速公路上，而且还脚踩油门。”以本世纪末需要将全球变暖幅度控制在比工业化前水平高1.5摄氏度的目标看，这绝非危言耸听。本篇文章我们就结合挪威船级社《能源转型展望2022》以及英国BP公司《BP能源展望2023》中的最新研究成果，从全球碳排放预算及减碳速度要求、能源系统低碳转型发展路径以及电力系统转型发展路径对未来30年的全球能源转型进行简要分析。 1.全球碳排放预算及减碳速度要求 根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六份评估报告（AR6，2022）的结果，自1850年至2019年，人类活动已排放了23,900亿吨二氧化碳。如果要达到1.5°C温升控制目标的要求，二氧化碳排放预算只剩4000亿吨。按2°C控制目标，二氧化碳排放预算还有11,500亿吨。按较为经济的转型发展测算模型（中性目标），1.5°C目标所对应的碳排放预算将于2029年耗尽，而2°C目标的碳排放预算将于2056年耗尽。经计算分析，如果按下图中模型预测的趋势发展，至2100年，全球温度将上升2.2°C。考虑计算模型的不确定性，这样的结果将使全球海平面上升和气候灾害发生的概率及严重程度大幅增加。 图1：经济转型情景下碳排放变化趋势预测 如果坚持1.5°C的温升控制目标，对降低碳排放速度的要求会大大增加。如图2，1.5°C目标要求2050年必须达到全球净零排放。意味相对于经济转型情景，从现在到2050年，每年需要少排放的二氧化碳从数亿吨逐步加速增长到百亿吨。此外在2050至2100的50年间，还要通过负碳手段，额外吸收2030年至2050年超排的3000亿吨二氧化碳。 这样的减排目标达成非常非常困难。它意味着我们的生产生活方式将在激进严格的政策约束和资本的极度偏向下快速转型，而不是经济的逐步转变。部分国家和地区甚至需要做出与自身经济发展水平不符的跨越式调整。图2减排模型所对应的几个标志性的节点，或许可以说明达成这一减排目标的困难程度：2024年，OECD国家不再新增油气开采设施；2025年，欧洲50%的新车销量为电动车（2021年仅为20%）；2030年，光伏成为全球发电量最高的电源；2035年，欧洲、中国、北美全部禁售燃油车；2042年，CCS每年可补集50亿吨二氧化碳；2045年，燃煤电厂全部退役；2048年10%左右的终端能源需求被无碳氢能源满足。 本文后面两部分，将进一步解读1.5°C目标所对应的能源系统转型和电力系统转型发展路径。 图2：1.5°C目标下碳减排要求 2.能源系统转型发展 当前，能源使用相关的碳排放占碳排放总量的70%以上（如图1），这就是“全球碳减排”基本等于“能源转型”的原因。从全球总体情况看，人口、GDP都将持续增长，Wittgenstein中心预测2050年全球人口为93亿，人均GDP增长83%，全球GDP总量从当前的134万亿美元增长至295万亿美元。印度次大陆、非洲大陆等当前生产生活水平较低的地区会有更大的增长。通常会认为能源使用与这些增长正相关，但在净零排放的要求下，这些增长需要与能源使用量解耦，这意味着全球能源使用总量不仅不能上升，反而需要下降。 根据BP能源的统计，2021年全球终端能源消费总量走出了2020年疫情的阴霾，相对2019年增长约5%，达到475EJ，折合125*1015千卡，162亿吨标煤，11,350 Mtoe（百万吨石油）。按2050年全球碳中和要求的减排力度，至2050年全球终端能源使用量不升反降，最终达到约400EJ，比2021年减少15.8%。如果能够做到，这是十分了不起的成就。 图3：1.5°C目标下能源使用总量 从几大主要用能领域看，交通领域需要快速实现深度电气化，其能源使用量在短暂的上升后，会从2030年开始下降，至2050年仅约62EJ，占总用能中的15%~16%。建筑领域，包括照明、取暖、供冷、烹饪等用能也均有相当大的电气化空间（如热泵的使用、烹饪方式的改变），因此尽管人均建筑面积会显著提升（商用、住宅），总用能却可以保持与当今一致，约120EJ，占比提升至30%。随着全球主要国家基础设施建设完成，制造领域的能量将在2035年前后达峰，之后由于技术进步，制造端用能将持平或微降至约140EJ，仍是最大的用能部门。 从能源供给侧看，全球一次能源供给将在短期内达峰，之后逐步下降。从结构上看无碳能源占比持续提升，风光在一次能源中的占比在2050年将分别达到的20.4%和29.6%，增长超过40倍。核能供能占比稳定在5%左右，水电和生物质能源占比会有所增加。化石能源则急速降低，从当前的超过80%降低至25%以下。 图4：1.5°C目标下一次能源供给 3.电力系统转型发展 全面深度的电气化是全球能源转型、最终走向碳中和最重要的手段和驱动力。无论国际能源署（IEA）、英国BP石油公司均预测未来30年全球发电量将增长3倍或以上。按1.5°C控制目标，全球年发电量将从2021年的28万亿度，增长至91万亿度，在终端用能中的占比达到64%。 从电源结构看，光伏发电量需增长四十倍达到35万亿度,占比45%，对应的装机量需达到240亿千瓦。风电发电23万亿度，占比30%，装机接近100亿千瓦。由于脱碳、融资压力和新能源+储能成本的持续下降，燃煤发电所发电量将从2020年的35%快速下降，并将在2045年完全退役。燃气发电量会从24%下降至5%，且有高比例的氢气与之掺混燃料。但化石能源不会完全推出，仍将在电力系统中扮演提供部分灵活性的重要角色。 图5：1.5°C目标对应下的电力供给侧构成 在各用终端用电部门当中，电解制氢的增长最快，它将从当前的几乎为零增长至年耗电28万亿度。交通的电气化也有巨大增长，年用电量会从5200亿度增长至10万亿度。建筑物的制热+烹饪用电量有上升，但相对份额将下降。商用、民用建筑的制冷及照明用电量将增长50%以上。电力消费增长在全球各地区的增长趋势和节奏不尽相同，其中印度次大陆和北非平均增长率最高，欧洲和北美最低，中国的则增速先升后降。 图6：1.5°C目标对应下的电力需求侧构成 快速增长的电力装机和用电量对输配电网也有相应的要求。预计全球输电网的长度将从当前的600万公里增长至2000万公里以上。由新能源并网驱动，特高压直流的增长快于平均增速。由于去中心化和分布式发展，配电网长度从8000万公里增长至约3亿公里。 对应的电网投资将持续增长，从当前不到的每年1万亿美元增长至接近3万亿美元，且其中15%~20%将用于电网数字化、智能化的改造建设。 4.结语 本文所论述的全球能源转型发展路径是在保证在1.5°C温升控制目标下所得出的理论分析结果，也是最为理想和最为激进的转型路径。所有国家和地区的所有生产部门、所有人，都需要在不长的时间中做出并适应巨大的改变。不仅如此，如长距离航空、海运以及很多工业生产部门都还有必须突破的技术瓶颈，已有技术也需要持续提升效率和降低成本（如储能）。各个国家和地区的转型之路完全不同，中国作为当前最大的碳排放国家（约100亿吨/年，占全球1/3），我们的能源转型发展之路最受世界关注，但也最为困难和复杂。