新能源革命是中国低碳转型的战略选择。未来我们将见到更加低碳化、清洁化的能源消费,更加多元化的能源结构,更加数字化、智能化的能源体系。
Part1、
全球能源革命回顾:能源的利用决定了时代的发展
能源革命是推动人类社会发展的重要动力。可以说,能源的利用水平和利用效率,决定了一个时代经济发展的路线和上限。
能源是重要的生产要素,能源革命促进了能源利用效率的提升,为生产方式的变革提供了更多可能。目前,第四次科技革命正在酝酿,世界也迎来了第三次能源革命,高效化、智能化、绿色化的新能源应用未来可期。
煤和蒸汽机:
成就了第一次工业革命
第一次能源革命,世界能源结构首次产生巨大变革:煤炭作为燃料替代了柴薪。
第一次工业革命广泛使用蒸汽机,增加了能源需求总量,也给能源革命提供了动力。原始柴薪燃料受限多,其能量密度、释能时长、采运效率不足,不再适用于工业社会的发展。高密度能源燃料煤炭更适合大规模、重工业生产模式。就此,煤炭成为19世纪人类社会的主导能源。19世纪60年代,煤炭在英国能源消费中的比重达到92%,在法国、德国的能源消费比重均超过了50%。同时,蒸汽机技术也被广泛应用于煤炭开采领域,从而提高了煤炭生产效率,促进了煤炭工业的发展,工业技术也为大规模能源供应提供了保障。
第一次能源革命开创了经济发展的新模式,对全球历史进程产生了深刻影响。第一次能源革命也成就了第一次工业革命,促进了工业经济发展。“煤炭+蒸汽机”使化学能转化为机械能成为现实,以极低的成本提高了人类可支配的能源总量,催生了众多新兴产业,带动了全球经济的发展。同时,煤炭取代木材,使能源行业成为工业生产的一部分,改变了传统能源供给来自农业的特点,打破了“土地经济”的增长极限,促进了城镇化与就业,极大地影响了产业结构和人口结构。
第一次能源革命改写了全球地缘政治格局,一度造成了“西强东弱”的局面。能源领域每一次划时代的进步都会推动一些国家的迅速崛起。第一次能源革命带来了产业技术路线的根本性变化,英国率先把握历史机遇,发展工业;基于其煤炭领域的生产优势、广泛应用的蒸汽机技术,成为世界第一大工业国。同时,其他西方国家纷纷效仿,投身能源与工业革命的大浪潮,全球化出现萌芽,国际权力结构发生逆转,西方国家成为近代国际社会的主导力量。
石油与电:
开创传统能源利用新高度
第二次能源革命,石油和电大规模推广,实现了液态燃料应用,扩大了二次能源使用范围。
科技进步是第二次能源革命的内生动力。石油分离技术保障了石油的经济价值,钻井技术为石油开采提供了条件,现代石油工业由此建立。石油取代煤炭成为最重要的一次能源,柴油、汽油应用逐渐增加,开创了化石能源广泛应用的新局面。20世纪50年代,全球众多国家工业化进展迅速,对石油的需求量呈指数级增长,石油逐渐对煤炭实现替代。同时,电磁学的进步为电力应用奠定了理论基础,发电机、电动机、交流输电技术的成熟,为电力的规模化应用提供了技术,电力成为重要的二次能源消费形式。全球发电量大幅增加,从1950年的955太瓦时(TWh)上升至1995年的1.3万太瓦时,一次能源用于发电的比例上升,电气化开始在全球铺开。
第二次能源革命在世界产业发展、国际格局等方面引发了巨变。工业生产供给能力进一步加强,新兴产业迅速发展。石油成为航运、海运、汽运等行业的高效燃料,也成为纺织等加工行业重要的化工原料,极大地解放了人类生产力。同时,由于石油需要二次加工的特点,也促进了石油开采业、能源加工业的发展,实现了能源和工业产业链的深度拓展。电力为现代信息与通信业的发展奠定了基础,创造了无线电、电影等新兴产业。
二次能源革命以来,欧美等西方国家的经济优势进一步加强,全球地缘格局发生了重大改变,能源安全问题越发重要。至20世纪中期,西欧和美国的经济发展取得巨大突破,生产总值占全球比重已超过50%。石油成为重要的战略资源,国际能源权力格局开始形成,能源问题导致的地缘冲突随之增加。能源安全成为国际组织的重要议题,深刻影响着国际关系。
新能源革命:
光伏、风电、氢能、储能、电动化、智能化,绿色低碳新时代到来
21世纪以来,国际能源形势发生了重大且深刻的变化,世界迎来第三次能源革命。在各国长期的政策支持下,技术不断革新,以风电、光伏为代表的可再生能源产业实现了快速发展,储能、氢能等新能源技术具备了规模化基础,站在了商业化关键节点,新能源汽车在应用端也加速了渗透。但是,石油、煤炭等传统能源仍占据重要地位,传统能源的使用惯性仍然存在,但正处于剧烈变革时期。国际能源新体系的雏形正逐步形成,绿色低碳新时代的帷幕已悄然拉开。
当前,全球气候变化、低碳减排已成为国际共识,世界主要经济体纷纷提出到21世纪中期实现碳中和的承诺。《巴黎协定》制定了可持续发展目标,国际能源署在《世界能源展望2020》报告中提出,到2050年发展新能源对二氧化碳减排产生的贡献度要达到32%。在低碳目标的推动下,新能源在全球能源生产消费中的比重不断提升,发展新能源成为实现碳中和目标的核心途径。
技术革新成为新能源发展的重要驱动力,中国、美国、日本、欧盟等众多经济体都十分重视发展能源科技。早在2011年,欧盟就制定了《2050能源技术路线图》,加强可再生能源建设。2014年,在奥巴马执政期间,美国发布了《全面能源战略》,加快低碳技术发展。2016年,日本陆续出台的《能源革新战略》及《能源环境技术创新战略》,提出注重能源安全保障,同时加速推进可再生能源、储能技术发展。2020年,中国做出“双碳”承诺,发展新能源是“十四五”时期重要的战略举措。
技术革新推动全球新能源发电成本大幅下降,光伏发电、陆上风电的平均度电成本分别从2000年的500美元/兆瓦时和94美元/兆瓦时,下降到2021年的30~60美元/兆瓦时和35美元/兆瓦时。风光发电平价上网,使风电成本降至燃煤发电成本的一半,光伏发电成本也远低于燃煤发电成本。同时,光伏的钙钛矿、TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)电池、异质结(HJT)电池,风电的碳纤维叶片、新型光纤复合电缆等,各种新型技术路线层出不穷,成为行业降本的新动能。
绿色能源与数字化相互赋能,数字化能源企业协调能源系统的可再生能源,提前响应负荷用电需求,合理分配资源,大幅降低能源交易成本。
新能源发展初期,在产业技术、市场建设、投资水平上存在一定的门槛,需要公共部门高度重视,并提供良好的政策环境与支持保障,包括绿电电网体系的建立健全、应用渠道和市场容量的深入拓展、技术研发和装备制造的优化升级等。目前全球众多国家制定了明确的新能源目标,出台了相应政策支持可再生能源发展与新能源发电比重提升,以光伏发电和风电为主要抓手,尤其重视发展海上风电集群、新能源发电与氢能结合应用、本土新能源汽车品牌、新能源产业链培育等内容(见表1.1)。
表1.1 全球主要国家新能源相关政策
Part2、
中国能源革命展望:能源消费、供给和技术革命,国家安全新战略
中国的能源革命:
从水电、核电到光伏、风电、储能、氢能
中国一直在进行与时代需求相适应的能源革命,水电从落后到领先,核电从探索到跻身世界一流,再到当下光伏、风电高速发展。我国在不同时期发展出不同的新能源,走出了特色的能源革新之路。
第一,水电能源革命以葛洲坝、三峡、白鹤滩工程为代表,用几十年的时间,中国实现了水电从落后到世界领先。1949年全国水电装机容量36万千瓦,经过32年的追赶,1981年我国首个在大江大河上建成的水电站——葛洲坝建成投产,总装机容量达271.5万千瓦,具备了大电站、大机组的设计制造和运营能力。仅13年后,三峡工程动工,容量为葛洲坝的10倍。我国通过引进先进技术、消化再创新,实现了70万千瓦整套设计制造技术的自主化。2012年,三峡全部机组完成并网发电,迄今仍是世界上最大的水电站。2021年,白鹤滩水电站投产发电,单机容量达百万千瓦,完全自主设计制造,实现了高端装备制造的重大突破,中国水电已处于世界领先水平。
第二,核电技术以秦山、大亚湾、华龙一号为代表,中国核工业用三四十年在自主化道路上突破重围,实现了核能的和平利用,中国跻身世界核能强国之列。1970年,周恩来总理“728”指示和平利用核能,解决了华东的用电问题。1973年,首个“30万千瓦压水堆核电站” ——秦山核电站建设方案通过。1991年,秦山核电站并网,实现了中国内地自主设计核电从无到有的突破。3年后,大亚湾核电站正式投运。2020年,华龙一号首堆并网发电,中国核工业集团、中国广核集团完全自主设计,我国逐步成为先进的核电技术国家。
第三,随着以光伏、风电、特高压、储能、氢能技术为代表的21世纪新能源的推进,中国新能源革命正在高质量、高水平快速发展。2013年以来,中国新增光伏装机容量连续居世界第一。2022年,中国的硅片、电池片组件等环节的产能占全球80%,硅片产能甚至占到98%。与此同时,光伏电价在过去10年降幅超过85%。随着光伏发电成本的下降、平价上网,我国发电结构发生了根本性转变,绿电更多,碳排水平大幅下降。
中国风电走向世界,走向深远海。全球排名前十的风电装备制造企业中有六家是中国企业,中国海上风电资源非常丰富,中国东部沿海的海上可开发风电资源达到7.5亿千瓦,海上风电机组单机容量纪录不断刷新。
特高压技术助力新能源时代绿电的远距离、大规模输送。比如,青海—河南800千伏工程是世界上首条专门输送清洁电力的线路,每年可输送400亿度清洁电力。特高压技术和装备也走出国门在全球应用,比如出口巴西的超远距离输送设备。
在氢能领域,中国已经掌握越来越多的制、储、运、用核心技术,处于产业爆发前夜。我国年制氢产能约3 300万吨,氢能全产业链有超过300家规模以上的工业企业。新能源时代,中国在光伏、风电、特高压、氢能领域的大跨越发展,已经成为全球新能源革命中的重要一环。
中国的新能源革命:
从高碳到低碳,多元能源供给保障能源安全
在新书《新能源》中,任泽平认为新能源不仅是世界能源发展的大趋势,更是中国能源发展的内在规律。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出的目标是:2025年、2030年、2060年,非化石能源消费比重分别达到20%、25%、80%,加快可再生能源的发展被提升到了更加重要的战略位置,推动了中国能源结构转型的步伐。
中国的新能源革命包括能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命,全方位加强国际合作,确保国家能源安全。新能源革命在中国已经取得了明显进展。
第一,能源消费革命。能源消费革命改变了传统的粗放型能源消费,大幅提升了能源利用效率。中国新能源汽车渗透率超过30%,全球领先。碳捕集利用、碳交易设计,在节能减排、化石能源清洁利用方面不断优化,依托新能源消费的产业结构不断发展。
第二,能源供给革命。中国煤炭供应比例下降,天然气占比逐步提升,光伏、风电等可再生能源成为新增装机的主流,发力“绿电+储能”,能源输配、储备体系不断完善。中国能源供给清洁化、多元化,更大程度地保障了国家能源安全。
第三,能源技术革命。能源技术革命包括光伏发电、风电、动力电池等技术的经济性提升,分布式能源、储能、氢能开端良好,数字化能源、碳交易、碳足迹、碳捕集等能源新业态快速发展,新能源汽车产业链的自主可控性有所抬升。
第四,能源体制革命。能源体制革命包括市场化电价、电力交易体制、油气体制改革,“管住中间、放开两头”“放管服”体系改革,能源治理更加现代化。
国际合作竞争格局也将被新能源革命所影响和带动。中国和“一带一路”沿线国家深化新能源领域合作,包括对多个国家的海外能源投资。2022年,中国对“一带一路”绿色能源项目投资数增加50%,直接投资额达27亿美元,建设合同规模达53亿美元。中国在全球能源革命和气候治理中承担了越来越多的社会责任。
未来,不同省市(区域)之间的产业竞争格局也会被新能源影响,甚至被改写。国内可再生能源累计装机排名前5的省份为:山东、宁夏、广东、湖南、内蒙古。依靠丰富的风光资源禀赋,内蒙古、青海、西藏、宁夏、新疆等三北、西南地区大型清洁能源基地众多,在就地电力消纳的优势下,或许会引入更多新项目、新产业,在新能源时代会有新发展。山西、陕西等原有煤炭化石能源禀赋领先的区域,也会依托传统产业培育发展新型能源,比如引入电解水制绿氢代替焦煤制备灰氢冶金,再如引入氢燃料重卡,用于传统煤炭园区的矿石运载。
新能源革命是从高碳向低碳过渡,最终实现零碳。在新书《新能源》中,任泽平认为在迎接全球新能源革命的浪潮中,中国有望换道超车,开启新能源发展“黄金十五年”和几大万亿级赛道,引领第三次能源革命。
原标题:全球能源革命回顾与中国能源革命展望