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世界能源構成的時代演進

發布時間:2018-08-28   瀏覽次數:2411次   信息來源:能源雜志

  政府可以在推動能源結構的優化上有所作為,成為能源構成演化的動力之一。這種動力在由石油時代向后石油時代的演化中表現的比較明顯。而能源結構優化則必須依靠科技的發展。 

  在能源研究中,不同類型能源的發展歷程及其在能源總體構成中的比例是很重要的問題,具體研究有時還要區分能源的產量構成和消費量構成,文中的構成一般均指其消費構成。 

  能源分類涉及多種劃分方案,劃分方式和術語運用往往有所差異。本文首先劃分傳統(基礎)能源和新能源兩類,前者包括化石能能源(煤炭、石油、天然氣)和核電、水電等一次電力。新能源包括在生產中規模利用的風能和太陽能(光伏),還有生物質能、地熱能。 

  在不同的研究領域,人們按不同的角度將社會和經濟發展劃分為不同階段或時代。按能源構成的特點,特別是處于明顯優勢和主導地位的能源,可將世界/國家的能源發展劃分為不同時代。 

  從薪柴時代到煤炭時代 

  學會用火,大大加速了人類的進化,其間生活、生產所用的能源幾乎全部來自生物質的木材、秸桿。對水能的利用(如水磨、水車)及其他能源的利用是罕見的,故能源學家無歧義地稱之為薪柴時代。 

  木柴燒制的木炭讓人們注意到煤炭,其單位體積/重量發出的熱量明顯高于薪柴。蒸汽機的發明之后,煤炭的使用量明顯上升,第一次工業革命爆發。20世紀初,煤炭超越薪柴,在能源構成中占絕對優勢,能源進入煤炭時代。如果說長期農業文明的積累帶來了大片森林的毀滅和相應地區的荒漠化,那么以煤炭作燃燒和動力的大規模的城市群、大規模的工業和交通則帶來對大氣的嚴重污染,環境問題凸顯了。 

  石油時代的到來 

  人們對地下礦產資源的采掘促進了對碳氫化合物(petroleum)的認識。由于便于運輸、利用,液態的原油(oil)、氣態的天然氣(gas)相繼得到規模應用。需要特別說明的是,petroleum一詞在國內外、術語和口語中常被賦予不同的含義。在我們的日常用語中,石油(petroleum)可以是原油、天然氣的合稱,但在強調是與氣態不同的產自地下的液態碳氫化合物、或與天然氣并用時,石油一詞就僅只指原油(oil)。 

  以內燃機為標志的“第二次工業革命”使人類社會進一步加速發展。石油以其超越煤炭的熱載量,配合內燃機走向世界。“二戰”后,中東石油新發現使世界石油產量快速增加成為可能,歐美發達國家開始進入石油時代。世界能源構成中煤炭與油氣(petroleum)由平分秋色(如20世紀60年代初期)發展到油氣占明顯優勢(如1970年油和氣在一次能源中占62.5%、明顯超過煤炭占比35.2%),從世界能源整體上看也開始進入石油時代。 

  我們可以從幾個代表性年度分析進入石油時代后的能源構成的變化。1950年的一次能源消費構成中,煤、油、氣、其他(包括水電、核電)依次為61.1%、27.0%、9.8%、2.1%,1973年石油的比例達到峰值時上列比例數依次為26.0%、50.4%、17.0%、6.6%,這期間煤減少了35.1%、油增加了23.4%、天然氣增加7.2%、其他增加4.5%。顯然,石油消費的快速增長致使煤消費量比例大幅度降低。 

  作為對比的是,2010年計入新能源的一次能源消費構成中,以上4項的比例數依次為29.5%、33.7%、23.7%、13.1%,2016年這個比例數依次為28.1%、33.3%、24.1%、14.5%,該期間煤炭占比減少了1.4%、油減少了0.4%、天然氣增加0.4%、其他增加1.4%。 

  上述全球的統計數據對比說明了幾個問題。 

  (1) 天然氣的發展明顯滯后于石油。從上世紀60年代后期以來才有加快之勢,1973年以來天然氣發展的速度超過了石油,但直到2016年他在能源構成中的地位仍然明顯低于石油,該年天然氣占比甚至仍低于煤炭。 

  (2)近年來,與煤炭、石油比例的降低相對應的是天然氣和其他能源比例的提高。這之中新能源(主要是光伏和風力發電)貢獻在2005年以來才有明顯增大,其占整個能源的比例由2010年1.3%提高到2016年的3.2%,而只計作為商品的生物質燃料2016年僅占一次能源消費的0.04%。 

  (3)能源構成中各類的占比變化可有起伏。最明顯的是煤炭在總體下降的背景上2005至2015年間有回升。這也體現了發展的不平衡性,他主要是由發展中國家(主要是中國)能源消費量快速上升且以煤炭為主所造成。 

  (4)隨著時間的推移,煤炭、石油比例的降低并不意味著其數量的降低。煤炭消費的峰值到2014年才出現、直到現在石油消費量仍然整體呈增勢。 

  我們可以按油、氣地位的相對變化把石油(petroleum)時代再細分為兩個時期,他們各以原油、天然氣為主。以此,直到現在從全球角度上也仍然沒能進入“天然氣的時期”。 

  深入考察一下在能源構成優化方面走在前面的國家。2016年北美自貿區3國合計的石油、天然氣所占比例分別為37.5%、30.8%,同年歐洲和獨聯體國家合計石油、天然氣所占比例分別為37.5%、32.3%。以上述兩地區合計2016年石油、天然氣所占比例分別為34.1%、32.1%,油的比例仍大于氣。 

  縱觀全球,到2016年天然氣消費量超過石油的只有俄羅斯、土庫曼、烏茲別克、白羅斯、烏克蘭、卡塔爾、阿聯酋、馬來西亞等國,其中除白俄羅斯和烏克蘭是輸氣管線的途經國外,都是傳統的天然氣生產和出口國。因此,只能說少部分國家進入了天然氣時期。我們可以從消費量和占一次能源消費的比例石油趨降、天然氣趨升來預測未來全球可能進入“天然氣的時期”,但直到2016年,數字表明不可能在短期內(如2025年前)使天然氣所占比例超過石油。按照2017年BP的預測,這個轉變點可能在2040年左右出現。某些人所說的近期是“天然氣黃金時代”,只能理解為是天然氣大(加速)發展的時期。 

  從煤炭時代到石油時代是化石能源消費成數量級增長的時代,也是人類文明和生產力快速發展的時代。但隨著人類向大自然的索取以加速度增加,帶來日益加重的環境破壞。除煤炭燃燒帶來的肉眼可見顆粒物(如PM10)之外,各種化石能源的累積還帶來可吸入顆粒物(如PM2.5)和二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、甲烷……等一系列污染物,他們的“光化學反應”產生的酸雨、霾、溫室效應等對環境造成更嚴重的破壞。隨著人類的愈發追求健康,能源發展與環境友好的呼聲越來越強烈,環保與否成為幾乎可與生產力發展水平相并列的能源構成的約束性條件。 

  隨著科技的巨大進步、生產力迅速發展,人們開始預測:與經濟的持續發展,與計算機、云數據、機器人普及性應用相對應,特別是為滿足環保要求,應該出現促使出現一個能源的新時代。現階段的新能源主要指風力、太陽能發電,在一些國家還包括地熱、生物質能、垃圾發電等。目前仍在實驗室研究、甚至基礎理論研究的更高效新能源將陸續進入商業性運營。縱觀21世紀后期的能源構成,可能仍以基礎能源為主體,化石能源與非化石能源并舉,多種新能源在發展中占越來越大的份額。對此,能被普遍接受的名稱當屬“后石油時代”。 

  能源構成的演化特點 

  隨著人類對生活質量要求越來越高,特別是生產力的高度發展,也要求能源構成向不斷優化的方向發展,即要能源的生產(供應)和使用(消費)方式更高效、方便、環保。高效體現在單位體積/重量能源的發熱量上,也體現在生產和使用所需的成本和收益的對比上。方便體現在易獲得,更突出體現在載能體的運輸儲存上,后者對移動中的使用者特別重要。能源構成優化還體現在二次能源越來越廣泛深入的應用上。目前已很少見到不經過加工轉化而直接應用的一次能源。大量的一次能源被轉換成電力,相當部分的原油、天然氣被轉化成種類繁多的油品和化工產品,部分天然氣也被加工成能量密度更大、更方便運輸的液化氣(LNG)。 

  正是生產力的發展產生了促進能源構成變化的動力,而能源構成的優化又保障和促進了一次次工業革命帶來的生產和社會的大發展、人類文明的巨大進步。 

  筆者在此要強調的是,這種動力轉化到能源構成優化主要是通過市場經濟的規律、競爭優勝劣汰這雙“無形的手”來推動實現。這在資本主義生產方式的萌生,特別是高度發展的過程中表現的特別明顯。這就涉及到市場之外的“另一雙手”――政府政策的作用問題。政府的正確政策立足于對人類長遠和整體利益的認識、立足于社會生產和能源開發利用對與生態環境影響的科學判斷,可以做出高于具體的市場運作者、具體的生產和消費者的分析判斷。因此,政府可以在推動能源結構的優化上有所作為,成為能源構成演化的動力之一。這種動力在由石油時代向后石油時代的演化中表現的比較明顯。 

  近年來中外的實踐也提供了不少新的借鑒,突出表現在以下兩方面。 

  (1)政府的推動政策應盡可能少地用指標、計劃去干預具體的能源運作、強令以某種能源在某個時間去代替另一類能源,而大部分應在依法治國的約束下通過經濟政策和環保要求下的市場運作來實現。以最常用的補貼手段為例,應主要支持為發展清潔能源而進行的科研,對新能源生產也以幫助他早日獲得市場競爭力為目的。否則拔苗助長、越俎代庖、事倍功半、欲速而不達。 

  (2)政府政策是否符合實際有一個認識過程,要在實踐中逐步摸索修正完善,不能“一錘定天下”,更不能對復雜事物“一刀切”。 

  能源構成演化具有不平衡性。非化石能源占比大于或近等于世界均值(14.9%)的國家幾乎全為北美和歐洲的經濟發達國家,尤以北歐的挪威、瑞典、芬蘭、丹麥和德國最為典型,其非化石能源主要為風電。挪威、瑞典、法國的核電、水電等一次電力占全部能源的40%以上。換言之,這6國的基礎(傳統)能源都占絕對優勢,可再生(新)能源皆<12%,其中基礎能源資源極豐富且近年來經濟發展陷于困境的俄羅斯僅為<0.1%。 

  煤炭仍占重要地位的國家主要分布于亞太地區,其總體所占比例為49.4%,明顯高于世界均值28.1%。這主要是因為中國(大陸、下同)、印度、日本、韓國、印尼等5個煤炭消費大國的拉動,他們的煤炭所占比例依次為61.8%、56.9%、26.9%、28.5%、35.7%。中國和印度的煤炭消費量分別占世界的50.6%和11.0%,對世界能源消費比例的影響甚大。 

  能源結構優化則必須依靠科技的發展。一個個新理論、新能源的提出,一件件新技術的積累,經過艱苦的探索逐漸走向成熟完善,才可能從實驗室經過多次逐漸放大規模的中間性試驗而走向工業生產和能源市場。成熟市場平等接受各種創新、探索,允許他們試錯、比較,因而能在保證發展中優勝汰劣。 

  新能源新技術不斷發展完善的過程在時間上是不均速的,空間上是不平衡的。既然能源構成的優化、能源時代的更替目的是推動經濟發展增進人民福祉,那么就要尊重其通過市場優勝汰劣且漸變完成的客觀規律,力求減少過大震蕩引起的副作用,強調穩健發展、穩中求進。這就可以理解在經歷過嚴重氣荒之后,國家發改委主任何立峰在十三屆人大記者招待會上所說的要求“能源結構性改革在潛移黙化、波瀾不驚中實現華麗轉身”的含義。 

  總體上看新能源在初期由于基數小,其增長量并不很大而年增速可很大,而在中后期其年增率必會大幅降低;在一個或一批新能源趨于成熟時也會首先在基礎良好的先進地區、領域快速發展。優化的快速發展期會使人感到能源構成在較短期內變化迅速,大家習慣說是“革命”。 


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