全球能源结构转型大势

刘恩侨

提 要：当前全球范围的可持续发展正面临资源和环境制约，为促进全球范围的可持续发展，推进全球能源体系变革已成当务之急。虽然新冠疫情在全球蔓延造成碳排放的阶段性减少，但从全球气候变化来看，世界化石能源消费仍处在一条不可持續的发展道路上。

随着各国政府对清洁低碳能源的重视不断增强，人们在能源种类的开发上也逐渐从传统的化石能源转向可再生能源。可再生能源成本高曾经是制约其发展的因素之一，但近年来，可再生能源成本在不断下降。风电成本从1980年到2013年下降了约90%，到2020年有望与煤电相当；光伏发电成本从2010年到2017年下降了约73%，目前还在进一步下降。能源格局的变化导致了可再生能源比例的增加，驱使能源朝着低碳化方向发展。2017年，全球可再生能源投资超出其他能源总和的2倍以上。根据《巴黎协定》制定的目标，发达国家2050年温室气体要减排80%-90%，上述减排将主要依靠化石能源的减少，其中煤炭最多，石油也将受到重大影响，因此发达国家的能源结构会出现重大变化。

如今，实现零净排放所需的技术已经存在，最大的挑战是各国如何按计划并大规模地使用这一技术。远期来看，乐观预计这一目标是能够实现的。总体来讲，从电气化的不断发展到可再生能源的扩张，从石油产量的动荡到天然气市场的全球化应用。不论是在全球何地，不论是何种能源，各国政府做出的政策抉择都将决定未来能源系统的形态。

一、全球二氧化碳排放量正以惊人的速度增长

近年来，众多国际权威组织连续向世人发出警告，全球长期变暖的趋势一直在持续。2018年《IPCC关于全球升温1.5℃的影响的特别报告》中指出，2006-2015年的十年间，全球平均温度比工业化前的基准温度高0.86℃。在2009-2018年间，平均温度比基准高约0.93℃；而在2014-2018年间，平均温度则比基准高1.04℃。2019年12月联合国系统关于天气、气候和水的权威机构世界气象组织（WMO）发布的最新报告指出，最近一个五年期（2015-2019年）和十年期（2010-2019年）的平均温度几乎可以肯定是有记录以来的最高水平。并称，2018年全球温室气体浓度创下新高，大气二氧化碳（COx）浓度达到了创纪录的百万分之407.8，并在2019年继续上升。2020年4月美国国家海洋和大气管理局（NOAA）预计，2020年有望成为有记录以来全球气温最高的年份之一，而2020年前三个月是地球上有记录的141年中气温第二高的一段时期，仅次于2016年前三个月。NOAA称，2020年1-3月，全球陆地和海洋表面平均温度比1880年以来的平均温度高出2.07华氏度（约合1.15℃）。同样，世界气象组织（WMO）2020年5月发布的“全球季节性气候最新信息”也显示，2020年4月与2016年4月并列为有记录以来最热的4月。

随着二氧化碳排放量的持续上升（图1），全球气候异常变化使得2018-2020年高温、干旱、火灾等灾害现象持续频发。

2018年北半球所有四个盆地的热带气旋数量均高于平均水平，到该年11月20日报告了70个气旋，而每年的长期平均水平为53个气旋。东北太平洋盆地异常活跃，其累积的旋风能量为自可靠卫星记录开始以来的最高记录。欧洲在2018年春末和夏季经历了高温和干旱，导致斯堪的纳维亚半岛发生野火。2018年7月和8月，在北极圈以北，记录了许多创纪录的高温以及长时间的高温记录。日本和韩国均创下新的国家热量记录（分别为41.1℃和41.0℃）。

东澳大利亚州在2018年经历了严重干旱。2017年末和2018年初，严重干旱影响了乌拉圭以及阿根廷北部和中部，导致严重的农业损失。加拿大不列颠哥伦比亚省连续两年打破了火灾季节燃烧面积最大的记录。美国加利福尼亚州遭遇了毁灭性的野火，2018年11月的野火是该国一个多世纪以来最致命的火灾。根据AccuWeather 的气象数据评估，2018年加州野火的经济成本为4000亿美元。

进入2019年和2020年，这些灾害更是“变本加厉”。从2019年9月开始，澳大利亚东南部的丛林之中就开始冒出烟雾，一场旷世火灾便从此时开始，直到2020年1月，澳大利亚的大火仍然在燃烧。此次持续四个月的大火已经导致超过6万平方公里的土地被烧毁，数千所房屋因此被毁，还有10亿只野生动物可能在此次火灾中丧生。2020年9月，美国加州发生了历史上最大的十场火灾。这些大火影响的面积超过一万平方公里，占全州土地的比例超过3%，造成26人死亡，7000多所房屋建筑被毁坏。政府发布了疏散令，强制居民疏散，涉及到的地区包括纳帕（Napa）、索诺玛（Sonoma）等，有超过十万人被疏散。截至2020年9月26日，加州2020年已经发生了7982起火灾；2019年同期，加州发生的火灾在4000起左右。相比较而言，2020年的火灾数量几乎翻倍，火灾受灾面积达到200多万英亩。

更值得注意的是，极端气候将对农业产生负面影响，这可能会逆转消除营养不良所取得的成就。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的《2019年全球气候状况声明》中指出，天气和气候的异常变化对人类健康、粮食安全、移民、生态系统和海洋生物产生着巨大的影响。其中，饥饿人口在经历了十年稳定下降之后再次增加，2018年有超过8.2亿人遭受饥饿之苦。在2018年受粮食危机影响的33个国家中，气候变化和极端天气加剧了26个国家的经济动荡和冲突，对其中12个国家是主要驱动因素。2019年1月至6月期间新增了1000多万名境内流离失所者，其中700万人是因灾害事件（诸如非洲东南部的气旋“伊代”、南亚的气旋“法尼”、加勒比地区的飓风“多利安”以及伊朗、菲律宾和埃塞俄比亚等地的洪水）导致的，需要紧急提供人道主义援助和保护。WMO秘书长佩特里·塔拉斯强调，“如果我们现在不采取紧急气候行动，那么到本世纪末，温度升高将超过3℃，对人类福祉的有害影响将越来越大，我们还远没有走上实现《巴黎协定》气候变化目标的轨道。”

上述这些不胜枚举的例子充分表明，气候变化不是一个遥远的未来问题。取而代之的是，温室气体排放对气候变化的影响很大，在今天，人们能更加明显地感觉到这种气候变化仍在以惊人的速度增长。

面对日益严峻的全球气候異常变化，国际可再生能源署（International Renewable Energy Agency，IRENA）在2019年1月发布的《全球能源转型：2050路线图》报告中指出，如果遵循各国政府的长期计划，包括其国家自主贡献（INDC），到2050年与能源相关的年度CO2排放将仅略有下降，并将使世界在2050年之后至少升温2.6℃。2017年和2018年与能源相关的COx排放量上升，这主要是由于化石燃料的使用增加；在过去5年中，与能源有关的COx排放平均每年增长约1.3%。然而，目前在许多国家，能源政策与气候目标的配合不够，政策往往落后于市场发展。能源过渡还与联合国的可持续发展目标（SDG）紧密相关，需要在更大的经济发展和可持续性框架内进行审视。同样显而易见的是，政治上可行的能源过渡必须是公正的，并使其能够在全球范围内取得成功。

此外，能源转型将对地缘政治产生重大影响，因为它将导致国家相对位置的权力转移，改变能源贸易平衡并影响可再生能源供应链。《全球能源转型：2050路线图》报告指出，能源转型将创造新的能源领导者，一些对可再生能源技术进行大量投资的国家的影响力将得以增强，而化石燃料出口商的全球影响力可能会下降。该报告得出结论，总的来说，能源转型的好处将胜过挑战，但前提是必须制定正确的政策和策略。

目前来看，尽管仍需在全球范围内加快政策行动，但还是有一些积极的发展迹象。例如，中国国家主席习近平在2020年9月22日召开的联合国大会上表示：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和。”需要指出的是，中国目前是全球温室气体排放量最大的国家，习近平主席代表中国做出的承诺，对全球应对气候变化问题非常重要，也得到了联合国和多个国家的肯定和重视；同时，这也会给中国今后的能源消费和经济转型带来压力和推动力。再比如，欧洲议会2020年10月6日以352票对326票、18票弃权，通过提高欧盟2030年的气候目标的议案，将2030年温室气体排放量（相比1990年）从目前40%的减排目标提高到60%。紧接着，2020年10月14日，欧盟委员会发布了《欧盟甲烷战略》（EU Methane Strategy），提出了在欧盟和国际范围内减少甲烷排放的措施，重点覆盖能源、农业和废弃物处理行业。欧盟委员会执行副主席Frans Timmermans称，“欧盟必须削减全部种类的温室气体的排放，才能成为全球第一个碳中和地区。”

总之，大国战略是为加快全球能源转型步伐而采取的最重要步骤之一。而其他地区的一些国家尽管也设定了到2050年实现零净排放的目标，但总体实施仍显滞后。

二、全球可再生能源可持续发展能力不断增强

从目前人类能够实现的技术普及水平来看，全球能源转型、2050年实现零净排放，皆“仰仗于”可再生能源。在过去的十年中，全球可再生能源的部署已大大增加，每年都创下新记录，并且越来越多的国家致力于扩大可再生能源的使用和使能技术。得益于有效的政府政策，可再生能源技术的开发和部署已取得了许多进步，并且该政策对于克服经济、技术和体制障碍十分重要。

目前，从全球范围来看，全球可再生能源发展仍然离不开国家政策的大力支持。2020年6月，国际能源署（IEA）发布了《全球能源回顾：COVID-19危机对全球能源需求和碳排放影响》报告，基于疫情对全球能源的影响进行了分析。报告指出，新冠肺炎疫情的蔓延对全球能源系统造成了近70年以来最大冲击，导致全球能源相关碳排放下降约8%，预计2020年全球能源需求将下降6%。同时，全球电力结构将加速向低碳转型迈进，预计可再生发电在电力需求占比将激增至 40%。世界各国都在规划经济刺激方案以对冲疫情影响，此时大力投资清洁能源，不仅可以解决短期经济挑战，还能开创绿色低碳的新经济增长路径，在未来至少十年内持续提供就业岗位，是具备可持续发展的长期计划，也是应对新冠肺炎疫情之后经济复苏的杠杆。

而就在新冠肺炎疫情全球蔓延之前的2019年，全球可再生能源的增长贡献率已经到达了历史峰值。英国石油公司（BP）在2020年6月发布的《世界能源统计年鉴2020》中指出，可再生能源（包括生物燃料）的能源消耗量创历史新高（3.2 EJ），这也是2019年任何能源增长幅度最大的一年。风能对可再生能源的增长贡献最大（1.4 EJ），紧随其后的是太阳能（1.2 EJ）。可再生能源对能源增长的贡献率是41%，在所有能源中占比最大。

具体到各个国家来看，2020年6月全球可再生能源咨询机构（REN21）发布的《全球再生能源现况报告》（Renewables 2020 Global Status Report）显示，2019年全球安装了超过200GW的新可再生能源发电容量，到年底将全球总量增加到2588GW。装机量远高于2018年的水平，未来5年，可再生能源装机容量的平均增长率将保持在8%以上。中国在2019年底仍保持全球领先地位（789GW），其次是美国（282GW）、巴西（144GW）、印度（137GW）和德国（124GW）。在前五名中，中国的年新增装机容量居世界首位，达到67GW；其次是美国（22GW）、印度（13GW）、巴西（8GW）和日本（8GW）。阿根廷、澳大利亚、以色列、墨西哥、土耳其和越南分别有至少两种可再生能源技术的总运营能力显著增长。到2019年底，至少有32个国家的可再生能源发电能力（包括水力发电）运行量超过10GW，而2009年为19个国家。

更令人印象深刻的是，近年来太阳能发电和风力发电急剧增长。到2019年底，至少有17个国家拥有超过10GW的非水电可再生能源发电能力，而2009年为5个国家。与往年一样，非水电可再生能源发电能力最大的国家是中国，其次是美国、德国、印度、日本和英国；人均非水电可再生能源发电量最大的国家是冰岛、丹麦、瑞典、德国和澳大利亚。

总体而言，截至2019年底，已安装的可再生能源发电量足以提供约27.3%的全球发电量，水电仍占这一估计发电量份额的大部分（58%），其次是风能（22%）、太阳能光伏（10%）和生物质发电（8%）。从趋势看，在许多国家和地区，可再生电力份额正在迅速上升。在过去的十年中，欧盟的可再生能源在发电中所占的比重强劲增长，从2009年的19%增长到2019年的35%左右。在某些欧洲国家，这种变化甚至更加剧烈，例如丹麦（从39%到77%）、德国（从16%到42%）和英国（从8%到38%）。在美国，2009-2019年之间可再生能源发电的份额从10.2%增加到17.4%。尽管十年来总发电量翻了一番以上，但中国可再生能源发电的份额从16.6%增至26.4%。此外，尽管其中一些国家的总发电量急剧上升，但可再生能源在发电中的份额在许多其他国家仍显著增加，例如，澳大利亚（从8%到24%）、埃塞俄比亚（从89%到100%）、肯尼亚（从57%到81%）和乌拉圭（从70%到98%）。

综上，在全球可再生能源领域，太阳能发电和风力发电等清洁能源已经趋于成熟并且未来发展的可持续性将继续推动市场规模和经济效益的增长。

三、明确全球能源转型路径尤为关键

综合来看，全球能源转型趋势已经确定，但全球能源转型不只是能源行业的简单转型，而是人类社会与经济发展体系的系统转型，在技术、社会经济学、制度驱动因素和融资形式等方面都需要做到协同发展。这就需要为具有可变可再生能源份额更高的能源系统、更广泛的创新以及为增加投资而避免社会压力和经济问题的战略规划做好准备。因此，明确全球能源转型的可行性发展路径就显得尤为关键。

国际可再生能源署（IRENA）为此提出了能源系统低碳排放解决方案，即可再生能源路线图（Renewable Energy Roadmaps，简称REmap case）。REmap case数据表明，可再生能源与深度电气化相结合可以实现75%的减排，若加上节能措施提升能源利用效率，能将减排效果提升至90%。

图2概述了将世界从当今的世界转移到2050年的世界所需的关键指标。指标表明，从运输和由热能的电气化电气化到直接可再生能源利用、能源效率和基础设施投资等各个领域和技术，都需要显著加速发展。

随着电力成为主要的能源载体，全球电力供应将增加一倍以上。其中，可再生能源发电是关键。在可再生能源路径下，到2050年可再生发电总量将增加7倍，从目前的7000TWh增加到47000TWh。2050年可再生能源在一次能源供应中的占比将上升到66%，而按照现有的能源系统模式发展下只有25%（图3）。

在终端能源消费中，电力占比将增长至50%，其中约有86%来源于可再生能源发电，60%来自可变可再生能源（太阳能和风能）（图4）。

到2050年太阳能发电装机容量约为8500GW，风力发电装机容量为6000GW。生物质能源在未来电气化行业中将难以担当重任，尤其是航空运输以及一些工业化流程中（图5）。

在投资方面，2050年全球能源行业将累计完成投资95万亿美元，按可再生能源发展路径来看，这个数字将达到110万亿美元，平均占同期全球GDP的2%（图6）。未来，全球投资方向逐渐发生变化，开始从化石燃料行业转向高效能源、可再生能源和基础设施行业，而且所需的额外投资额比IRENA 2018年预计的低40%。这是因为可再生能源成本快速下降而且未来依旧有进一步降低成本的潜力，同时出现了更加经济高效的电气化方案。

在政府补贴方面，2015年能源行业补贴的总金额最低为6050亿美元，预计在参考路径（Reference）下，2050年将增加到8500亿美元。相比之下，在可再生能源路径（REmap）下， 2050年补贴则会下降到4700亿美元。而且补贴类型也将发生巨大变化，逐渐从化石燃料和可再生能源技术转向交通和工业部门的脱碳技术。2050年，可再生能源路径（REmap）下的化石燃料补贴将比参考路径下的补贴累计减少10万亿-15万亿美元（图7）。

总的来说，可再生能源路径通过减少补贴投入、降低环境和健康危害节约的成本会是额外投资成本的3-7倍。也就是说，每投入1美元将会获得37美元的投资回收。若换算成总金额，那么到2050年可再生能源路径可节省65万亿-160万亿美元。

在能源转型的社会经济效应方面，能源转型不能独立于社会经济体系之外。能源系统的变化会影响整个社会经济，而能源转型有望实现全球范围内的GDP增长，创造就业机会并提升人类福祉。与参考路径（Reference）相比，到2050年可再生能源路径（REmap）将会实现2.5%的GDP增长，相当于99万亿美元（以2015年美元计算）。短期来看，这主要是可再生能源发电能力、能源效率和能源系统灵活性的前端投资刺激措施带来的增长（图8）。

在全球经济范围内，目前所呈现的主要社会经济效应（GDP和就业）并未准确反映出气候变化的影响，而气候变化是能源转型的驱动力之一。国际可再生能源署首次尝试量化气候变化对GDP的影响，并将气候变化的影响纳入其宏观经济模型。随着温室气体排放量的逐渐累积，气候问题越来越严峻。无论是参考路径（Reference）还是可再生能源路径（REmap）下，气候变化问题都将给宏观经济带来危害。预计到2050年，全球GDP在可再生能源路径（REmap）下将下降13.2%，而参考路径（Reference）下这个值为15.5%。可以发现，参考路径（Reference）下的气候变化问题对经济的危害更高。此外，能源转型面临地缘政治的问题。在能源转型过程中，有一些国家和地区将会领先与于其他国家。而那些对化石燃料出口高度依赖的国家，或者国内能源供应较为单一或薄弱的国家或地区面临着严峻挑战。

综上所述，不同的能源轉型路径，其在未来的关键时间节点所产生的结果和效果是截然不同的。从上述分析预测模型中可以看出，参考路径（Reference）对全球气候问题的改变效果要远远弱于可再生能源路径（REmap），也就是说，可再生能源路径（REmap）是人类目前技术能力范围之内实现能源转型的最佳路径。一旦对能源转型路径做出选择，无论未来产生怎样的效果都是“不可逆”的；退一步讲，即便可以“修正”“纠偏”重新走上正确路径，所付出的时间、资金、人力、物力等社会成本都是高昂的；更为关键的是，全球气候问题的严峻性已经不会留给人类更多的时间去浪费。借用《流浪地球》里的一段话：“最初，没有人在意这场灾难。这不过是一场山火，一次旱灾，一个物种的灭绝，一座城市的消失，直到这场灾难和每个人息息相关。”而这段话恰恰能够映射当下日趋紧迫的地球环境问题——留给人类走向低碳社会的时间已经不多了。

（作者为安邦智库研究员）