IEA：全球能源系统深刻变革 太阳能发电正在重构电力行业装机容量

　　国际能源署（IEA）日前发布《世界能源展望2018》报告指出，从电气化不断发展到可再生能源的扩张，从石油市场动荡到天然气市场崛起，无不显示全球能源系统正在发生重大转变，而政府的决策将决定未来能源系统的发展走向。报告采用情景分析法展望了至2040年全球能源发展趋势，及对能源供需、碳排放、空气污染和能源获取的可能影响。报告要点如下：

　　经济性：虽然太阳能光伏和风电生产成本继续下降，但2018年油价在四年来首次攀升至80美元/桶以上，一些国家历尽艰辛开展的化石燃料消费补贴改革正陷入困境。

　　可靠性：从委内瑞拉石油产量急转直下可以看出，油气供应的风险依然存在。全球1/8的人口仍用不上电，而电力行业的新挑战（从电力系统灵活性到网络安全）也接踵而至。

　　可持续性：全球能源相关二氧化碳排放在连续3年持平后，于2017年再度增长了1.6%。年初的数据表明，2018年碳排放还将继续增长，这与实现气候变化目标的要求相去甚远。与能源相关的空气污染仍导致每年数百万人过早死亡。

　　超过70%的全球能源投资将由政府推动，世界能源的命运取决于政府的决定。制定正确的政策和合适的激励措施对保障能源供应、减少碳排放、改善城市中心的空气质量，以及扩大非洲和其他地区的基本能源供应至关重要。

　　快速、低成本的能源转型，需要加速投资更清洁、智慧、高效的能源技术，政府也需确保包括电网在内所有能源供应的关键要素都能保持稳定可靠。随着能源转型继续推进，以往的油气供应和投资风险并未缓解反而可能恶化。电力行业的变革要求即使电力系统实现低碳化，电力市场也依然能够保持稳定。世界能源供应每年需要投资2万亿美元，其中超过70%来自国有实体或是因为监管规定能够保障全部或部分投资回报而进行的投资。政府政策也影响着能效提高和技术创新步伐。

　　在新政策情景中，收入增加以及发展中经济体城区的17亿新增人口将带动全球能源需求增长，到2040年能源需求增长将超过1/4。如果能效无法持续改善，这一增量还会翻倍。所有的增长都来自于以印度为代表的发展中经济体。2000年，欧洲和北美在全球能源需求中的比重超过40%，亚洲发展中经济体的比重约为20%。到2040年，这一情况将完全逆转。

　　全球能源消费的主要阵地向亚洲迁移。亚洲占全球天然气消费增量的一半，风电和太阳能光伏增量的60%，石油消费增量的80%以上，煤炭和核电增量的100%以上（其他地区总体呈负增长）。按装机容量计算，目前全球十大电力公司榜单中，中国企业占据六席。

　　页岩革命持续撼动油气供应，使美国得以超越其他国家成为世界上最大的油气生产国。在新政策情景中，到2025年美国在全球油气产量增量中的比重会达到一半以上（石油占近75%、天然气占40%）。到2025年，全球近1/5的石油和1/4的天然气将产自美国。页岩革命给严重依赖出口的传统油气出口国带来了更大压力。

　　由于供应、需求和技术不断变化，世界能源将以各种不同的方式形成关联。到2040年，亚洲在全球油气贸易中的比重将从当前约1/2增至2/3以上，国际能源贸易将越来越多地从中东、俄罗斯、加拿大、巴西和美国流向亚洲。同时，随着数字化的发展和可再生能源技术性价比日益提高，以分布式能源和以社区为基础的能源供应模式得以发展，地方上也会出现一些新型供能方式。

　　成本渐低的可再生能源技术、数字化的应用与日益重要的电力将是变革的重要方向和实现众多可持续发展目标的关键所在。

　　在新政策情景中，电力、可再生能源和能效改善蓬勃发展的态势会抑制煤炭需求的增长。煤炭消费在下跌两年后于2017年出现反弹，但对新建燃煤电厂的投资大大低于前几年的水平，2020年后投运的新建煤电项目将大幅减少。但煤电还不会从全球电力结构中被剔除：亚洲燃煤电厂的平均寿命不足15年，发达经济体煤电厂平均寿命则为40年左右。到2040年，工业煤炭消费将略有增加，全球煤炭消费总量保持不变，中国、欧洲和北美减少的煤炭消费与印度和东南亚增长的消费相抵。

　　乘用车石油消费将在2020年代中期达到峰值，但石化、卡车、飞机和船舶工业依然会使石油总体需求上升。到2040年，3亿辆电动汽车每天可替代300万桶石油需求，因传统汽车燃油效率提高而减少的石油需求则是这一替代量的三倍。其他领域的变革步伐不像乘用车行业一样迅速，即使全球塑料循环利用率翻倍，也仅能将日均超过500万桶的需求增长削减约150万桶。石化行业将是石油消费最大的增长源。新政策情景中，石油需求总体将增长到1.06亿桶/日，全部来自发展中经济体。

　　到2030年，天然气将超越煤炭成为全球能源结构中的第二大燃料。全球天然气消费将增长45%，其中工业消费贡献最大。为了应对以中国为首的发展中经济体不断上涨的需求，液化天然气贸易将增长逾一倍。随着通往亚洲市场新路线的开启，俄罗斯仍是世界上最大的天然气出口国，但日益一体化的欧洲能源市场为购买方提供了更多的天然气供应方案。电力系统中风电和太阳能光伏比重的增加降低了欧洲天然气发电的设备利用率，建筑改造也降低了天然气供暖消费。但天然气基础设施仍将发挥关键作用，特别是在冬季保障供热和供电方面。

　　化石燃料供应投资可能与消费发展趋势失调。由于化石燃料需求可能放缓，当前新建上游项目减少。新政策情景中，可能会导致供应短缺进而推高价格，石油供应将出现危机。过去三年获准新建的原油项目平均数量仅为到2025年保障市场平衡所需新项目的一半。仅依靠美国致密油供应很难应对这一局面，其产量需达到现在的三倍才能解决供应短缺。与石油相反，已公布的一些大型新建天然气项目（如卡塔尔和加拿大），已能应对2020年代中期液化天然气市场需求。

　　电力占当前终端用能的19%，随着需求增长电能将超过终端用能部门所有其他燃料，占比将会继续上升。政策支持和技术成本降低使可再生能源发电迅速增长，推动电力行业成为减排先锋，但为了确保可靠供应，整个电力系统的运行方式需要改变。

　　照明、制冷、电动机等能效提高，使发达经济体电力需求增长放缓，但由于发电结构变化和基础设施升级，仍需大量投资。当今的电力市场设计不能匹配发电结构的迅速变化，批发市场带来的收入不足以激励发电领域新的投资，如果不妥善解决，电力供应可靠性将大打折扣。在需求方面，更严格的能效标准带来的能效收益在抑制能源需求方面发挥了核心作用，自2010年以来，30个IEA成员国中有18个国家电力消费已有所下降，发展趋势取决于电力在住宅、办公和工厂供热以及交通方面的进展速度。

　　电力增长主要由发展中经济体推动，发展中经济体电力需求翻倍，使得更清洁、人人可用、可负担的电力成为经济发展和减排战略的核心。到2040年，全球电力需求增长的近1/5将来自于中国的电动机需求；发展中经济体不断攀升的制冷需求带来类似的电力消费增长。全球各领域能源供应投资中，有近1/3用于发展中经济体的发电设施和电网建设。在终端用户价格低于回收成本的地区，这一投资可能无法实现。但是，受到严格监管的市场中装机建设可能会超前于需求：据估计，包括中国、印度、东南亚和中东在内的地区目前电力装机过剩达到3.5亿千瓦。

　　电气化为终端用能脱碳化提供了一条有前景的路径，但仍需要更全面的能源系统战略。电气化未来情景中，假设电气化实现最大化，到2040年电动汽车将占全球汽车的一半；建筑行业和工业的供热需求中电力占比将快速增长；几乎所有的消费设备和电器将电气化；将完全普及用电。电气化减少了空气污染物的排放，与新政策情景相比将减少近200万人的过早死亡。然而，如果不加大电能供给端的脱碳，整个能源部门的碳排放仍将持续增长，仅仅依靠电气化还不足以让世界走上实现气候目标的轨道。

　　太阳能光伏和天然气正在重构电力行业装机容量。太阳能光伏装机容量到2025年将超过风电，2030年左右超过水电，2040年前超过煤电，仅次于天然气居全球总装机容量第二位。大规模电站仍将是光伏发电主要投资目标。根据报告一项新的评价指标，在灵活性成本相对较低的电力系统中，风电和太阳能光伏将占有优势。在几乎所有地区，太阳能光伏都比新建煤电更有竞争优势。

　　发电结构将发生变化。煤炭仍然是主要发电来源，不过其占比将大幅下降，天然气基本可以填补这一降幅。在新政策情景中，到2040年可再生能源与煤炭在电力结构中的占比将互换，可再生能源发电将增长约25%达到41%。水电仍将是低碳电能的最大来源，其次是风能和太阳能。核电发电量占比将保持在10%左右，但地理格局将有所变化，传统核电大国将在2040年迎来一波退役潮，以中国、印度和俄罗斯为首的发展中国家核电将大幅增加。

　　灵活性将是电力系统的新主张。太阳能光伏和风电的崛起，使电力系统的灵活性变得空前重要。新政策情景中，欧洲部分国家、墨西哥、印度和中国都要求电力系统在大范围内高度灵活。储能电池成本迅速下降，电池与燃气调峰电厂在应对短时供需波动方面的竞争日益激烈。然而，传统电厂依然是保持系统灵活性的主力，新的电网互联、电力储存和需求侧响应技术将起到支持作用。欧盟建设“能源联盟”的工作进展说明，区域融合有助于推动可再生能源消纳。

　　进行准确投资以保证电力供应。电力部门的投资需要及时有效，以确保电力安全。在竞争性批发电力市场，可再生能源的份额不断上升，可能还需要进行市场改革，以确保足够的投资以维持电力供应。在受严格监管的市场中，目前在建或正在规划阶段的装机将超过新增需求，过度投资的风险仍然存在。

　　恰当的政府政策与市场设计将至关重要。在竞争性电力市场中，投资不足的风险威胁着电力供应安全。如果没有协调一致的行动和市场改革，一些发达经济体的电力供应可能会发生波动甚至危险。在重新确定电力供应方向时，除技术成本外，政府还需考虑向电力系统提供服务的价值。

　　可持续发展情景为实现能源可及性、空气质量和气候目标提供了一种综合策略，包括二氧化碳捕集、利用与封存在内的所有低碳技术都将为全球能源行业的广泛转型做出贡献。随着低排放发电设施的建设，电力行业的转型会更加深入和迅速。可再生能源技术为能源普及提供了主要路径。终端用能电气化增长强劲，直接利用可再生能源（包括生物质能、太阳能和地热）供热和制造交通燃料也发展迅猛。可再生能源在电力结构中的比重将从1/4增长到2040年的2/3，在供热中的比重将从10%增长到25%，在交通运输行业中的比重将从3.5%增长到19%（包括直接利用和间接利用）。IEA还首次在可持续发展情景中引入了水这一维度，到2030年清洁用水和普及卫生设施增加的全球能源需求不到1%，将未处理的废水量减半将增加超过600 TWh的污水处理电力消耗，其中30%可由能量回收发电供应。

　　即便是在可持续发展情景中，到2040年天然气和石油在全球能源需求中仍将占重要份额。IEA首次对全球石油和天然气生产、加工和运输过程中的间接排放进行全面估算，这些环节的间接排放约占能源行业温室气体总排放（包括二氧化碳和甲烷）的15%。不同来源的排放强度差别很大：用排放最低的石油替代排放最高的石油可减排25%；同样地，天然气排放可以降低30%。

　　要减少把石油和天然气送到终端用户所产生的排放，还有很多工作要做。减少甲烷排放和消除放空燃烧是最经济有效方法中的两种，其他更具“革命性”的可选方案包括利用CO2提高石油采收率、使用低碳电力开展油气作业和把烃类转化为氢气（并配备碳捕集设施）。日本等国家正密切关注零排放氢能在能源系统的应用。