當(dāng)今世界仍處于傳統(tǒng)能源時代,人類社會發(fā)展需要的是高效能源,決定了未來相當(dāng)長時間化石能源仍將是人類社會的主體能源。
一段時間以來,氫能似乎大有取代一切能源來源,成為人類社會主體能源之勢。近十多年來,風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、潮汐能等各種名目繁多的新能源或可再生能源輪番登場,花樣翻新的新能源汽車也擠身其中,氫能不過是新一輪新能源熱的又一網(wǎng)紅。
令人遺憾的是,巨額投資刺激下,當(dāng)今人類社會仍處于傳統(tǒng)能源時代,55年間石油作為第一能源的地位從未被動搖。消除能源貧困,提升幸福指數(shù),是長期要為之艱苦奮斗的目標(biāo)和任務(wù),人類社會發(fā)展對高效能源的需求決定,目前熱捧的所有新能源都無法擔(dān)當(dāng)重任,傳統(tǒng)化石能源是未來相當(dāng)長時間人類社會仍然必須依賴的主體能源。
當(dāng)今世界處于傳統(tǒng)能源時代,石油是第一大能源來源
根據(jù)國際能源署今年3月發(fā)布的2018年版《全球能源與二氧化碳排放現(xiàn)狀報告》,2018年世界一次能源消費(fèi)中,石油第一,占比31%;第二是煤炭,占比26%;第三是天然氣,占比23%。此外,核能占比5%,水電占比3%。因此,2018年世界一次能源消費(fèi)中,傳統(tǒng)能源占比88%,其中三大傳統(tǒng)化石能源占比80%,這就是說當(dāng)今世界處于傳統(tǒng)能源、尤其是傳統(tǒng)化石能源時代。
縱向?qū)Ρ瓤矗c2000年相比,石油、煤炭和天然氣三大傳統(tǒng)化石能源在世界一次能源消費(fèi)構(gòu)成中的比重,沒有任何變化,19年間仍保持在80%,其中石油的比重雖然下降了5個百分點,但煤炭的比重上升了3個百分點,天然氣的比重上升了2個百分點,即石油所占比重的下降由煤炭和天然氣的上升所替代。僅核電和水電合計比重,由9%下降到8%,下降了一個百分點。
從今年6月英國石油公司發(fā)布的2019年版《世界能源統(tǒng)計評論》看,2018年世界一次能源消費(fèi)中,石油第一,占比33.63%;煤炭第二,占比27.21%;天然氣第三,占比23.87%。此外,核能占比4.41%,水電占比6.84%。因此,2018年世界一次能源消費(fèi)中,傳統(tǒng)能源占比95.96%,三大傳統(tǒng)化石能源占比84.71%,這更加說明,當(dāng)今世界的能源消費(fèi)幾乎全部依賴傳統(tǒng)能源,特別是高度依賴傳統(tǒng)的化石能源。
2000年,世界一次能源消費(fèi)總量為90.96億噸油當(dāng)量,全部由傳統(tǒng)的石油、煤炭、天然氣、核能和水電構(gòu)成。與2000年相比,19年后的2018年三大傳統(tǒng)化石能源的比重,僅下降2.07個百分點,這就是說通過19年的努力,人類社會沒有能夠改變自己的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),而且煤炭的比重還增長了2.84個百分點。
1965年,世界完成了能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)由煤炭向石油的轉(zhuǎn)變,石油占比39.4%,首次超過了煤炭的39%,成為第一能源來源,人類社會自此進(jìn)入了石油的時代,55年來石油一直穩(wěn)定地保持著第一的地位。
中美印決定了世界能源消費(fèi)的現(xiàn)狀,新能源進(jìn)展有限
多年來,巨額投資的刺激下,新能源應(yīng)用取得了長足的進(jìn)步,部分國家電力消費(fèi)已高比例新能源化,但并不代表當(dāng)今世界能源消費(fèi)的主流,真正決定當(dāng)今世界能源消費(fèi)形勢的是中國、美國和印度三國。
(一)中美印三國決定了當(dāng)前世界能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)和形勢
當(dāng)今世界計有195個國家,但從能源消費(fèi)看,僅僅中國、美國和印度三個國家,就決定了當(dāng)前世界能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)和形勢的變化。
依據(jù)《世界能源統(tǒng)計評論》,中國、美國和印度是2018年世界前三大能源消費(fèi)國,一次能源消費(fèi)總量合計為63.833億噸標(biāo)準(zhǔn)油,占當(dāng)年世界一次能源消費(fèi)總量的46.04%,幾近半壁江山。
更為重要的是,2018年世界一次能源消費(fèi)總量增長了3.9億噸標(biāo)準(zhǔn)油,中國、美國和印度的增量合計為2.717億噸標(biāo)準(zhǔn)油,占比高達(dá)69.61%。這就是說,2018年世界一次能源消費(fèi)增量中的超過三分之二,來源于中國、美國和印度三個國家。
從分國別能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)看,中國、美國和印度三國是典型的高度依賴傳統(tǒng)化石的國家,正是這一點決定了當(dāng)前世界能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)。
2018年,中國一次能源消費(fèi)總量為32.735億噸標(biāo)準(zhǔn)油,其中,煤炭排名第一,占比58.25%;石油排名第二,占比19.59%;天然氣排名第三,占比7.43%。三者合計,為85.27%。因此,當(dāng)今的中國一次能源消費(fèi)不僅高度依賴三大傳統(tǒng)化石能源,最傳統(tǒng)的煤炭,是中國最大的能源消費(fèi)來源。
2018年,美國一次能源消費(fèi)出現(xiàn)了自2010年以來最大的增長速度,總量達(dá)到23億噸標(biāo)準(zhǔn)油,其中,石油排名第一,為39.98%;天然氣排名第二,為30.54%;煤炭排名第三,為13.78%。三者合計,為84.3%。因此,作為當(dāng)今世界最大的經(jīng)濟(jì)體和發(fā)達(dá)國家,美國一次能源消費(fèi)也高度依賴傳統(tǒng)的化石能源。
2018年,印度一次能源消費(fèi)總量為8億噸標(biāo)準(zhǔn)油,其中,煤炭占比第一,為55.88%;石油占比第二,為29.55%;天然氣占比第三,6.17%。三者合計,為91.6%。在世界三大能源消費(fèi)國中,印度一次能源消費(fèi)對傳統(tǒng)化石能源的依賴最高,而且與中國一樣,最大的能源消費(fèi)來源于最傳統(tǒng)的煤炭。
進(jìn)一步分析,中國、美國和印度2018年一次能源消費(fèi)增量,不僅主要來源于傳統(tǒng)化石能源,而且美國石油和天然氣消費(fèi)的增量還彌補(bǔ)了水電的下降。2018年,中國一次能源消費(fèi)增量中的61.02%來源于三大傳統(tǒng)化石能源,印度為87.99%,而美國的比例為108.19%。
(二)德國和歐洲一次能源消費(fèi)主要還是依賴傳統(tǒng)化石能源
在討論近年來新能源發(fā)展所取得的成就時,人們總是拿幾個高度發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家來作為例證,其中最有代表性的就是德國。
2018年新年第一天,能源轉(zhuǎn)型過程中德國跨越了象征性的里程碑,可再生能源首次短暫覆蓋了全部用電量。1月1日上午6點左右,強(qiáng)風(fēng)和低需求使風(fēng)力發(fā)電提供了大約85%的電力消耗,其余由水電和生物質(zhì)能裝置提供。
2018年,可再生能源成為德國最大的發(fā)電來源,占比上升到40%以上,超過了煤炭39%的份額。
但是,2018年德國一次能源消費(fèi)中,不包括水電在內(nèi)的可再生能源僅占比14.6%,石油、天然氣和煤炭三大傳統(tǒng)化石能源合計占比78.88%,并依次排名為德國三大主要能源消費(fèi)來源。
2018年,歐洲一次能源消費(fèi)總量為20.507億噸油當(dāng)量,其中非水可再生能源為1.722億噸油當(dāng)量,僅占一次能源消費(fèi)的8.39%。
(三)巨額投資刺激下新能源取代傳統(tǒng)能源仍十分有限
根據(jù)《全球能源與二氧化碳排放現(xiàn)狀報告》,2018年世界一次能源消費(fèi)總量中,不包括生特質(zhì)和廢棄物在內(nèi),由風(fēng)光等構(gòu)成的可再生能源為2.89億噸油當(dāng)量,占一次能源消費(fèi)總量的2%。2000年同類可再生能源占比為1%,19年間,僅增長一個百分點。
2018年,世界總發(fā)電量為26672太瓦時,其中由風(fēng)光等可再生能源的發(fā)電量為1931太瓦時,占比8%。
根據(jù)《世界能源統(tǒng)計評論》,2018年世界一次能源消費(fèi)總量中,可再生能源為5.613億噸油當(dāng)量,占比4.05%。2000年,世界一次能源消費(fèi)總量為90.956億噸油當(dāng)量,可再生能源沒有單列統(tǒng)計項。
2018年,世界總發(fā)電量為26614.79太瓦時,其中可再生能源的發(fā)電量為2480.38太瓦時,僅占9.32%。
2004年以來,不包括大型水電的全球可再生能源投資累計超過3.2萬億美元,不僅大幅超過傳統(tǒng)能源的投資,且連續(xù)九年保持在2000億美元以上,其中2017、2018年分別為3263億和2889億美元。
消除能源貧困提升幸福指數(shù),只能由傳統(tǒng)化石能源承擔(dān)重任
消除能源貧困,提升幸福指數(shù),是人類社會長期要為之奮斗的目標(biāo)。雖然可再生能源成本不斷下降,競爭力逐漸增加,但能源轉(zhuǎn)換的歷史說明,人類社會進(jìn)步需要的是高效能源,當(dāng)前各種熱捧的新能源,都無法承擔(dān)未來人類社會主體能源的重任。
(一)高效能源推動了人類社會的進(jìn)步,人類社會進(jìn)步需要的是高效能源
人類社會能源使用經(jīng)歷了三個時期,分別為薪柴時期、煤炭時期、石油時期,與之相對應(yīng)的社會發(fā)展階段分別為農(nóng)業(yè)社會、工業(yè)社會和現(xiàn)代社會。正是能源使用的革命,使得工業(yè)革命200多年來,人類社會的面貌發(fā)生了前所未有的變化,超過了過去所有時代的總和。
高效率能源替代低效率能源,是人類社會能源轉(zhuǎn)換的內(nèi)在規(guī)律,具體表現(xiàn)在單位質(zhì)量的不同燃料完全燃燒后所釋放熱量的差異,同樣質(zhì)量的煤炭熱值比薪柴高,石油比煤炭高;能源的使用方式上,水車、風(fēng)車被蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和電動機(jī)所取代,并由此高生產(chǎn)力替代低生產(chǎn)力。
高效能源的出現(xiàn),提供了支撐高水平生產(chǎn)方式所必需的能源規(guī)模和質(zhì)量,高水平的生產(chǎn)方式客觀要求與高效能源相匹配。正是由于人類社會發(fā)展與能源消費(fèi)之間存在如此的內(nèi)在關(guān)系,決定了今天石油、煤炭和天然氣等化石能源,成為人類社會的主體能源,今后也只有更高效的能源才能成為人類社會的主體能源。
人類社會主體能源的轉(zhuǎn)型,是一個漫長的過程。煤炭代替生物質(zhì)的第一次能源轉(zhuǎn)型耗時約70年,油氣超過煤炭的第二次能源轉(zhuǎn)型耗時約50年。19世紀(jì)末20世紀(jì)初,石油用了45年時間從1%的占比增長到世界能源的10%;20世紀(jì)初,天然氣用了超過50年才達(dá)到10%。能源轉(zhuǎn)型緩慢變化主要原因,是由于能源系統(tǒng)需要大量的資本投入,而全球能源消費(fèi)由長壽命周期的機(jī)器和建筑所主導(dǎo),其中汽車保有時間一般為10年以上,發(fā)電廠可以運(yùn)行超過30年。
(二)兩個80%,決定了消除能源貧困的普通人解決方案
世界銀行統(tǒng)計,2018年,全球GDP總量為85.79萬億美元,年中人口數(shù)量為75.94億人,人均GDP為11297美元。其中,84.06%人均GDP在平均水平之下,49.1%人口處于中下收入和低收入狀態(tài)。
2018年,世界人均一次能源消費(fèi)為76吉焦。分地區(qū)看,由美、加和墨西哥組成的北美地區(qū)最高,為人均239.8吉焦;俄羅斯和中亞地區(qū)次之,為人均160.9吉焦;中東第三,為人均148.5吉焦;非洲排名最后,僅為人均15吉焦,只有世界平均水平的19.74%;包括我國在內(nèi)的亞太地區(qū),人均60.2吉焦,為平均水平的80.27%,其中我國人均一次能源消費(fèi)為96.9吉焦耳,高于世界平均水平。
人類發(fā)展和能源消費(fèi)之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。聯(lián)合國人類發(fā)展指數(shù)標(biāo)明,在100吉焦水平以上,人均能源消費(fèi)與人類發(fā)展和幸福有很強(qiáng)的相關(guān)性,而超過這一水平后相關(guān)性逐漸減小。以這一指標(biāo)來衡量,目前全人類都沒有達(dá)到人均100吉焦的水平,其中大約80%的人口生活在人均能源消費(fèi)低于100吉焦的國家和地區(qū)。
12億人口的非洲要擺脫能源消費(fèi)的極貧狀態(tài),全球人均能源消費(fèi)要逐步達(dá)到100吉焦,能源供應(yīng)不僅要充足,更要廉價,即提升人類社會幸福指數(shù),需要的是能源發(fā)展的“普遍人解決方案”。
(三)低密度和間隙性的本質(zhì),決定新能源承擔(dān)不了主體能源
一般意義上的新能源或可再生能源,指的是可以在自然界循環(huán)再生、取之不盡、用之不竭的能源資源,主要包括太陽能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能、地?zé)崮艿取?/p>
太陽能和風(fēng)能是新能源的典型代表,取代傳統(tǒng)能源的途徑主要有四個:發(fā)電、供熱/供冷、交通燃料以及偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村的能源供應(yīng),其中發(fā)電是最主要、規(guī)模最大的用途。理論上,太陽能可提供全球所需全部能源,可利用的風(fēng)能比地球上可開發(fā)利用的水能總量要大10倍。但是,可再生能源基本上都是低密度、低效的,存在間歇性等天然不足,被稱為波動性可再生能源,只能對其因地制宜進(jìn)行開發(fā)和利用。
目前,風(fēng)光等新能源占世界一次能源消費(fèi)總量低于5%,占發(fā)電總量低于10%。雖然成本會持續(xù)下降,但研究界基本一致的結(jié)論是,風(fēng)光等波動性可再生能源發(fā)電量超過20%以后,系統(tǒng)性成本將會明顯上升;而達(dá)到50%,僅備用電源一項的成本就會大幅攀升。
氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì),構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。海水中的氫全部提取,總熱量比地球上所有化石燃料釋放的熱量還大9000倍。氫能是目前已知最干凈的能源,理論上可以稱之為終極能源。
不過,氫能是二次能源,需要使用其他能源來制備。當(dāng)前,主要有化石燃料熱化學(xué)制氫和電解水制氫兩種主流技術(shù)。目前,西歐地區(qū)94%的氫產(chǎn)量來自化石燃料,其中,54%是天然氣制氫,31%是石油制氫,9%是煤制氫,無論是化石燃料制氫還是電解水制氫,生產(chǎn)過程中都會排放大量二氧化碳。有機(jī)構(gòu)正在嘗試,直接利用非化石燃料生產(chǎn)的電(水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電等)進(jìn)行電解水制氫。
簡單的常識告訴我們,不論采用什么樣的技術(shù)路線,只要氫能的成本或增加值大于或小于生產(chǎn)用能源,就沒有經(jīng)濟(jì)性,也沒有大規(guī)模使用或推廣的可能,這同樣適用于全部其他新能源或可再生能源。
2018年,全球煤炭占發(fā)電用能源的37.95%,天然氣占23.23%,石油占3.02%,合計為64.2%;從我國看,煤炭占發(fā)電用能源的66.54%,天然氣占3.14%,石油占0.15%,合計為69.83%。無論是世界或我國,三大化石能源是發(fā)電的絕對主力,其中煤炭位居第一。因此,即使不考慮新能源汽車及電池生產(chǎn)和后續(xù)處理過程中產(chǎn)生的污染,發(fā)展并推廣充電式新能源汽車,沒有任何的積極意義。
從能源終端使用看,目前工業(yè)行業(yè)(包括非燃燒使用)消費(fèi)了全球能源的約一半,其次是建筑消費(fèi)了29%,第三是交通消費(fèi)的21%,其中用于發(fā)電的能源占一次能源消費(fèi)的43%。石油提供了交通能源需求的94%,是交通的絕對主導(dǎo)能源。
截止目前,世界主要機(jī)構(gòu)發(fā)布的13份能源展望報告基本一致的結(jié)論是:雖然所有預(yù)測均顯示可再生能源的份額將出現(xiàn)增長,且增長主要來源于對發(fā)電的貢獻(xiàn),但2040年一次能源消費(fèi)中化石能源占比,高的為74%-79%,低的為60%-62%,仍是未來人類社會的主體能源。其中,原油仍然是能源結(jié)構(gòu)中最大的單一燃料來源,天然氣將成為第二大來源,全球煤炭需求仍將持續(xù)增長,僅西方的煤炭消費(fèi)量繼續(xù)下降,但東方的煤炭消費(fèi)會繼續(xù)增長,并仍將承擔(dān)基荷電源的責(zé)任。
這一看法雖然有點殘酷,但應(yīng)該是基于對能源發(fā)展規(guī)律認(rèn)識的較為客觀的預(yù)測,雖然還帶有一定的情懷成份,不過很大的可能,它將是人類社會未來相當(dāng)長時間,必須面對的殘酷的能源消費(fèi)的現(xiàn)實!
責(zé)任編輯: 李穎