2023全球能源领域前沿技术发展报告

2023全球能源领域前沿技术发展报告 一、2023年全球能源投资现状及趋势 当前，全球经济复苏进程放缓，绿色投资全面增长成为重要亮点。随着全球气候变化问题日益严重，各国政府和企业纷纷加大对清洁能源的投入，以减少温室气体排放，推动可持续发展。成本、气候和能源安全目标以及工业战略共同推动了清洁能源技术投资的强劲增长。 （一）清洁能源技术投资强劲增长，太阳能投资将首次超过石油 2021年以来清洁能源投资增长了24%。2022年，受经济复苏、能源危机以及化石能源市场剧烈波动等影响，全球能源投资和相关技术部署得到一定提振。根据国际能源署（IEA）发布的《2023年全球能源投资报告》，2022年全球能源投资总额为2.6万亿美元，这一增长主要受到天然气投资的推动，因为各国纷纷寻求更清洁的能源替代煤炭作为发电燃料。而到2023年，IEA预计全球能源投资将达到约2.8万亿美元，其中清洁能源投资将超过1.7万亿美元，比2021年增长24%，包括可再生能源电力、核能、电网、储能、低排放燃料、能效提升以及终端可再生能源和电气化；剩余部分将用于化石能源供应和电力，其中约15%用于煤炭，其他为石油和天然气。 （来源：IEA） 图12015—2023年全球对清洁能源和化石燃料的投资情况 清洁能源与化石燃料投资之间的差距拉大。由于全球能源危机引发的可负担性和安全担忧，选择更可持续能源的趋势进一步加强，清洁能源技术的投资远远超过化石燃料支出，两者投资的差距正在扩大。IEA指出，五年前，清洁能源与 化石能源的投资比为1:1，如今这一比例已扩大至1.7:1。一方面，太阳能和风能等清洁能源的成本越来越低；另一方面，许多国家都认为，发展清洁能源不仅可以应对气候变化，还是解决能源安全问题的持久方案。 太阳能投资将在2023年首次超过石油生产投资。全球清洁能源投资增长具体体现在以太阳能为主导的可再生能源和电动汽车两个方向，清洁能源投资增长由可再生能源和电动汽车引领，电池、热泵和核能等领域也作出了重要贡献。IEA预计，2023年，低排放电力投资将占发电总投资的近90%。其中，太阳能表现最佳，其投资将达到3800亿美元，首次超过石油上游投资。另外，消费者对电动 汽车的需求正在快速增长，预计电动汽车销量在2022年创下历史新高后，今年 将增长三分之一以上。对电动汽车的投资自2021年以来翻了一番多，预计2023 年将达到1300亿美元。此外，全球热泵销售额自2021年以来实现了10%以上的增长。 （来源：IEA） 图22015—2023年全球清洁能源投资情况 （二）全球清洁能源投资不均衡，区域较为集中 清洁能源投资虽然增长强劲，但极不平衡。2021年以来超过90%的清洁能源投资增长来自发达经济体和中国，其增长额超过了其他地区的投资总额。印度的太阳能投资、巴西和中东部分地区的可再生能源投资也有所增长，但这些国家和地区对太阳能投资增长的贡献很小。如果其他国家的清洁能源转型不加速进行，全球能源可能面临新的不平衡发展。清洁能源投资中最大的短板存在于新兴经济体和发展中国家，主要的制约因素包括政策框架和市场设计不明确、电网等基础 设施薄弱、利率等资本成本高等。在这些地区，由于清洁能源投资回报率低，私人投资涉足意愿低，因此需要国际社会做更多的工作，特别是在推动私营资本一直不愿冒险的低收入经济体的投资方面。 （来源：IEA） 图32019—2023年主要国家和地区清洁能源投资情况 （三）投资正流向关键矿产领域，由电动汽车和电池研发制造引领 电动汽车和电池是需求增长的主要驱动力。据统计，2022年，电动汽车销量增长60%，超过1000万辆，储能系统装机容量增加了一倍，太阳能光伏装机继续打破之前的纪录，风电装机在经历了两年的低迷后恢复上升势头。这导致对关键矿产的需求显著增加，根据IEA《关键矿产市场评估2023》报告，2017—2022年，能源行业的发展推动全球锂需求增长2倍，钴和镍的需求分别增长70%、 40%。关键矿产中的清洁能源技术应用占比也在上升，到2022年，清洁能源应用占全部锂、镍、钴需求比重分别较五年前提升了26%、10%、23%。清洁能源技术关键矿产需求将迅速增加，IEA预测，在2050年净零排放情景中，到2030 年关键矿物需求将增长3.5倍，达到3000多万吨。电动汽车和电池是需求增长的主要驱动力，其次低排放发电和电网也是重要驱动因素。 （来源：IEA） 图4清洁能源应用占锂、镍、钴需求比重 清洁能源制造、关键矿物和金属供应的竞争是确保弹性转型的关键。IEA发布《2023年世界能源展望》预测，2030年，全球主要清洁能源技术市场价值将达到约6500亿美元，是目前水平的三倍多。清洁能源安全转型取决于弹性和多样化的清洁能源供应链，要实现全球气温上升控制在1.5摄氏度，IEA认为，2030年还需在清洁能源制造和关键矿产供应方面投资约1.2万亿美元。其中，电动汽车市场利好、储能电池的强劲投资以及本土供应链政策，将推动全球新的锂离子电池制造项目部署，到2030年有望达到5.2太瓦时的新产能。但由于资源勘探到开采加工需要十年以上时间，关键矿产投资将成为清洁技术制造和部署的制约因素。矿产开发也需要大量的资金投入，包括采矿权许可费、勘探费用、设备购置费用、劳动力成本等。继2021年同比增长20%后，2022年关键矿产开发投资再次大幅增长30%。IEA通过对20家大型矿业企业投资水平进行详细分析后发现，在清洁能源部署强劲势头刺激下，关键矿产的资本支出大幅增加。专门从事锂开发企业的支出增长了50%，其次是专注于铜和镍的企业。2022年，中国企业的矿产开发投资支出几乎翻了一番。除矿产开采外，钠离子电池在2023年初 实现了飞跃，计划产能超过100吉瓦时，且主要集中在中国。虽然绝大多数电池回收产能位于中国，但各国已宣布的制造计划将在一定程度上降低中国市场的占有率。 二、世界主要经济体能源科技战略与政策动态 随着全球应对气候变化和能源转型进程的不断推进，能源产业成为大国博弈的重要领域。欧美大力发展太阳能、风能等清洁能源技术；美日相继更新国家氢能战略，释放出氢能产业化加速信号；先进的小型模块化反应堆、第四代核能系统以及热核聚变堆，已经成为全球先进核能技术研发焦点；新产品、新技术已成为全球碳减排技术的竞技场；不断扩张的能源行业推动了全球对关键矿物的需求，欧美正通过一系列新政策实现矿产供应的多样化，包括欧盟《关键原材料法案》、美国《通胀削减法案》等。 （一）光伏风电技术 在强有力的政策支持、具有吸引力的价格以及模块化特性的推动下，光伏系统继续快速渗透到全球能源系统中。欧美等发达经济体出台一系列政策措施和规划：加速实现光伏供应链本地化；不断完善促进风电产业发展的政策措施，加快风电技术水平提升和产业转型升级；建立可再生能源中心，推进海洋能开发利用技术的研究、应用和示范工作；通过专项基金或研发税减免提供支持，为清洁能源中小企业提供必要的创新条件。 1.加速光伏供应链本地化 美国开始加快光伏制造业的发展。根据WoodMackenzie发布的《美国太阳能市场洞察报告》，2023年美国新增光伏装机将同比增长50%以上，再创历史新高，这得益于《通胀削减法案》《两党基础设施法案》等提出的财政激励措施等多种因素。美国能源部通过《两党基础设施法案》投入4500万美元资助太阳能晶硅制造和两用光伏孵化器示范项目，用于持续降低太阳能成本，同时开发下一代太阳能技术和促进美国太阳能制造业发展，推动太阳能发电安全、稳健和可靠并入国家能源网络。美国能源部还发布《推进聚光太阳能热发电定日镜技术的路线图》，对聚光太阳能的重要部件定日镜的研究和部署进行了规划，目标是降低聚光太阳能发电系统成本，到2030年使其发电成本降到每千瓦时0.05美元。为促进美国国内太阳能制造业发展，美国能源部宣布一系列研发项目，例如投入3600万美元资金推进钙钛矿和碲化镉（CdTe）光伏等薄膜太阳能技术；投入5200 万美元强化美国本土太阳能供应链，投入3000万美元资助太阳能并网技术；启 动400万美元“美国制造太阳能奖”第七轮项目，激励太阳能硬件和软件技术创新。 此外，美国公用事业规模的光伏系统开发商也在政府2024年6月取消新关税禁令之前安装更多的光伏系统。 欧洲发展光伏产业加速能源转型。由于欧洲天然气和电力能源价格飞涨，欧洲各国从2022年开始出现新一轮安装光伏发电系统的热潮。根据相关统计，欧 盟2022年的光伏新增装机容量比前一年增长了47%，预计2023年装机量将实现40%的增长。同时由于光伏组件价格上涨，2022年市场拍卖活动严重减弱，但现在欧洲的拍卖参与率已开始再次上升。在德国政府2023年8月最新招标中， 采购的光伏系统装机容量达到创纪录的1.7吉瓦。为实现工业关键原材料的本土化生产，并反制美国的《通胀削减法案》，欧洲开始加强产业支持计划以确保光伏产业回流。欧盟2022年5月发布REPowerEU计划，提出到2025年将太阳能 光伏发电装机量翻一番，到2030年达到600吉瓦的发电能力，投资价值高达1950 亿欧元。欧盟委员会在2022年底成立了欧洲太阳能光伏产业联盟，支持欧洲到 2025年在整个太阳能光伏价值链上达到30吉瓦本土制造能力的目标。此外，欧盟还计划到2030年将光伏和电池等关键绿色工业的本土产能提高到40%。同时也要看到，欧洲光伏市场依然存在挑战，例如在欧洲生产太阳能电池板的成本是目前现货价格的两倍多；一些地区的电网容量瓶颈在增加。在西班牙，2023年上半年运营的光伏项目在批发市场实际获得的价格下降幅度超过了欧洲其他市场。从中短期看，受本土制造规模、生产成本和生态链等限制，欧洲难以在短时间内大规模实现光伏供应链本土化。 2.促进风电技术进步和升级 在美国，美国能源部宣布在《两党基础设施法案》框架下投入3000万美元 用于发展风电技术，降低陆上风电和海上风电项目成本，使美国到2030年达到 30吉瓦的海上风电装机规模。在浮动式海上风电部署方面，美国能源部利用美国《通胀削减法案》的资金启动了新的西海岸海上风电传输研究，这是一项为期20个月的分析，旨在研究该国如何扩大传输以利用西海岸社区浮动海上风电的 电力。美国能源部将根据其研究结果制定到2050年的发展规划，以解决目前限制美国西海岸海上风电发展的输电限制。美国能源部、内政部、商务部和交通部联合启动了漂浮式海上风电行动计划（FloatingOffshoreWindShot），推动美国漂浮式海上风电设计、开发和制造。美国三分之二的海上风能资源位于需要浮动平台的深水区，抓住这一巨大潜力可为数百万美国家庭和企业带来清洁能源。 在欧洲，欧盟委员会于2023年10月发布了风力发电一致行动计划，规定了欧盟委员会、成员国和行业将对风电产业共同采取的立即行动，包括加强金融支 持、加快项目审批速度、审查外国补贴、改进拍卖设计、为采购中的非价格标准引入新的立法等15项。欧盟还宣布投入20.8亿欧元支持法国海上风电技术，到 2028年在法国南部沿海建成该国首个漂浮式海上风电场，该风电场装机容量预计达到230～270兆瓦，风力发电产能将达到1太瓦时/年，每年将减少43万吨二氧化碳排放量。除欧盟外，德国和丹麦在波罗的海投资90亿美元新建一个海上风力发电中心。德国、丹麦、瑞典、波兰、芬兰、爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛八国签署《马林堡宣言》（MarienborgDeclarations），加强海上风电合作，计划在2030年将波罗的海地区海上风电装机容量从目前的2.8吉瓦提高至19.6吉瓦。欧洲曾是全球风电领域的领军者，且具有较强竞争力，但近年来随着中国风电行业的强劲发展，欧洲风电产业进程放缓。从装机量来看，2022年欧盟新增风电装机容量16.3吉瓦，同比增长47%，创历史最高纪录，但这一数字远低于实现欧盟2030年可再生能源目标所需的每年37吉瓦的目标。 在亚洲，当前中国风电不仅具备大兆瓦级风电整机自主研发能力，而且形成了完整的风电装备产业制造链，制造企