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世界能源构成的时代演进

发布时间:2018-08-28   浏览次数:828次   信息来源:能源杂志

  政府可以在推动能源结构的优化上有所作为,成为能源构成演化的动力之一。这种动力在由石油时代向后石油时代的演化中表现的比较明显。而能源结构优化则必须依靠科技的发展。 

  在能源研究中,不同类型能源的发展历程及其在能源总体构成中的比例是很重要的问题,具体研究有时还要区分能源的产量构成和消费量构成,文中的构成一般均指其消费构成。 

  能源分类涉及多种划分方案,划分方式和术语运用往往有所差异。本文首先划分传统(基础)能源和新能源两类,前者包括化石能能源(煤炭、石油、天然气)和核电、水电等一次电力。新能源包括在生产中规模利用的风能和太阳能(光伏),还有生物质能、地热能。 

  在不同的研究领域,人们按不同的角度将社会和经济发展划分为不同阶段或时代。按能源构成的特点,特别是处于明显优势和主导地位的能源,可将世界/国家的能源发展划分为不同时代。 

  从薪柴时代到煤炭时代 

  学会用火,大大加速了人类的进化,其间生活、生产所用的能源几乎全部来自生物质的木材、秸杆。对水能的利用(如水磨、水车)及其他能源的利用是罕见的,故能源学家无歧义地称之为薪柴时代。 

  木柴烧制的木炭让人们注意到煤炭,其单位体积/重量发出的热量明显高于薪柴。蒸汽机的发明之后,煤炭的使用量明显上升,第一次工业革命爆发。20世纪初,煤炭超越薪柴,在能源构成中占绝对优势,能源进入煤炭时代。如果说长期农业文明的积累带来了大片森林的毁灭和相应地区的荒漠化,那么以煤炭作燃烧和动力的大规模的城市群、大规模的工业和交通则带来对大气的严重污染,环境问题凸显了。 

  石油时代的到来 

  人们对地下矿产资源的采掘促进了对碳氢化合物(petroleum)的认识。由于便于运输、利用,液态的原油(oil)、气态的天然气(gas)相继得到规模应用。需要特别说明的是,petroleum一词在国内外、术语和口语中常被赋予不同的含义。在我们的日常用语中,石油(petroleum)可以是原油、天然气的合称,但在强调是与气态不同的产自地下的液态碳氢化合物、或与天然气并用时,石油一词就仅只指原油(oil)。 

  以内燃机为标志的“第二次工业革命”使人类社会进一步加速发展。石油以其超越煤炭的热载量,配合内燃机走向世界。“二战”后,中东石油新发现使世界石油产量快速增加成为可能,欧美发达国家开始进入石油时代。世界能源构成中煤炭与油气(petroleum)由平分秋色(如20世纪60年代初期)发展到油气占明显优势(如1970年油和气在一次能源中占62.5%、明显超过煤炭占比35.2%),从世界能源整体上看也开始进入石油时代。 

  我们可以从几个代表性年度分析进入石油时代后的能源构成的变化。1950年的一次能源消费构成中,煤、油、气、其他(包括水电、核电)依次为61.1%、27.0%、9.8%、2.1%,1973年石油的比例达到峰值时上列比例数依次为26.0%、50.4%、17.0%、6.6%,这期间煤减少了35.1%、油增加了23.4%、天然气增加7.2%、其他增加4.5%。显然,石油消费的快速增长致使煤消费量比例大幅度降低。 

  作为对比的是,2010年计入新能源的一次能源消费构成中,以上4项的比例数依次为29.5%、33.7%、23.7%、13.1%,2016年这个比例数依次为28.1%、33.3%、24.1%、14.5%,该期间煤炭占比减少了1.4%、油减少了0.4%、天然气增加0.4%、其他增加1.4%。 

  上述全球的统计数据对比说明了几个问题。 

  (1) 天然气的发展明显滞后于石油。从上世纪60年代后期以来才有加快之势,1973年以来天然气发展的速度超过了石油,但直到2016年他在能源构成中的地位仍然明显低于石油,该年天然气占比甚至仍低于煤炭。 

  (2)近年来,与煤炭、石油比例的降低相对应的是天然气和其他能源比例的提高。这之中新能源(主要是光伏和风力发电)贡献在2005年以来才有明显增大,其占整个能源的比例由2010年1.3%提高到2016年的3.2%,而只计作为商品的生物质燃料2016年仅占一次能源消费的0.04%。 

  (3)能源构成中各类的占比变化可有起伏。最明显的是煤炭在总体下降的背景上2005至2015年间有回升。这也体现了发展的不平衡性,他主要是由发展中国家(主要是中国)能源消费量快速上升且以煤炭为主所造成。 

  (4)随着时间的推移,煤炭、石油比例的降低并不意味着其数量的降低。煤炭消费的峰值到2014年才出现、直到现在石油消费量仍然整体呈增势。 

  我们可以按油、气地位的相对变化把石油(petroleum)时代再细分为两个时期,他们各以原油、天然气为主。以此,直到现在从全球角度上也仍然没能进入“天然气的时期”。 

  深入考察一下在能源构成优化方面走在前面的国家。2016年北美自贸区3国合计的石油、天然气所占比例分别为37.5%、30.8%,同年欧洲和独联体国家合计石油、天然气所占比例分别为37.5%、32.3%。以上述两地区合计2016年石油、天然气所占比例分别为34.1%、32.1%,油的比例仍大于气。 

  纵观全球,到2016年天然气消费量超过石油的只有俄罗斯、土库曼、乌兹别克、白罗斯、乌克兰、卡塔尔、阿联酋、马来西亚等国,其中除白俄罗斯和乌克兰是输气管线的途经国外,都是传统的天然气生产和出口国。因此,只能说少部分国家进入了天然气时期。我们可以从消费量和占一次能源消费的比例石油趋降、天然气趋升来预测未来全球可能进入“天然气的时期”,但直到2016年,数字表明不可能在短期内(如2025年前)使天然气所占比例超过石油。按照2017年BP的预测,这个转变点可能在2040年左右出现。某些人所说的近期是“天然气黄金时代”,只能理解为是天然气大(加速)发展的时期。 

  从煤炭时代到石油时代是化石能源消费成数量级增长的时代,也是人类文明和生产力快速发展的时代。但随着人类向大自然的索取以加速度增加,带来日益加重的环境破坏。除煤炭燃烧带来的肉眼可见颗粒物(如PM10)之外,各种化石能源的累积还带来可吸入颗粒物(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,他们的“光化学反应”产生的酸雨、霾、温室效应等对环境造成更严重的破坏。随着人类的愈发追求健康,能源发展与环境友好的呼声越来越强烈,环保与否成为几乎可与生产力发展水平相并列的能源构成的约束性条件。 

  随着科技的巨大进步、生产力迅速发展,人们开始预测:与经济的持续发展,与计算机、云数据、机器人普及性应用相对应,特别是为满足环保要求,应该出现促使出现一个能源的新时代。现阶段的新能源主要指风力、太阳能发电,在一些国家还包括地热、生物质能、垃圾发电等。目前仍在实验室研究、甚至基础理论研究的更高效新能源将陆续进入商业性运营。纵观21世纪后期的能源构成,可能仍以基础能源为主体,化石能源与非化石能源并举,多种新能源在发展中占越来越大的份额。对此,能被普遍接受的名称当属“后石油时代”。 

  能源构成的演化特点 

  随着人类对生活质量要求越来越高,特别是生产力的高度发展,也要求能源构成向不断优化的方向发展,即要能源的生产(供应)和使用(消费)方式更高效、方便、环保。高效体现在单位体积/重量能源的发热量上,也体现在生产和使用所需的成本和收益的对比上。方便体现在易获得,更突出体现在载能体的运输储存上,后者对移动中的使用者特别重要。能源构成优化还体现在二次能源越来越广泛深入的应用上。目前已很少见到不经过加工转化而直接应用的一次能源。大量的一次能源被转换成电力,相当部分的原油、天然气被转化成种类繁多的油品和化工产品,部分天然气也被加工成能量密度更大、更方便运输的液化气(LNG)。 

  正是生产力的发展产生了促进能源构成变化的动力,而能源构成的优化又保障和促进了一次次工业革命带来的生产和社会的大发展、人类文明的巨大进步。 

  笔者在此要强调的是,这种动力转化到能源构成优化主要是通过市场经济的规律、竞争优胜劣汰这双“无形的手”来推动实现。这在资本主义生产方式的萌生,特别是高度发展的过程中表现的特别明显。这就涉及到市场之外的“另一双手”――政府政策的作用问题。政府的正确政策立足于对人类长远和整体利益的认识、立足于社会生产和能源开发利用对与生态环境影响的科学判断,可以做出高于具体的市场运作者、具体的生产和消费者的分析判断。因此,政府可以在推动能源结构的优化上有所作为,成为能源构成演化的动力之一。这种动力在由石油时代向后石油时代的演化中表现的比较明显。 

  近年来中外的实践也提供了不少新的借鉴,突出表现在以下两方面。 

  (1)政府的推动政策应尽可能少地用指标、计划去干预具体的能源运作、强令以某种能源在某个时间去代替另一类能源,而大部分应在依法治国的约束下通过经济政策和环保要求下的市场运作来实现。以最常用的补贴手段为例,应主要支持为发展清洁能源而进行的科研,对新能源生产也以帮助他早日获得市场竞争力为目的。否则拔苗助长、越俎代庖、事倍功半、欲速而不达。 

  (2)政府政策是否符合实际有一个认识过程,要在实践中逐步摸索修正完善,不能“一锤定天下”,更不能对复杂事物“一刀切”。 

  能源构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%)的国家几乎全为北美和欧洲的经济发达国家,尤以北欧的挪威、瑞典、芬兰、丹麦和德国最为典型,其非化石能源主要为风电。挪威、瑞典、法国的核电、水电等一次电力占全部能源的40%以上。换言之,这6国的基础(传统)能源都占绝对优势,可再生(新)能源皆<12%,其中基础能源资源极丰富且近年来经济发展陷于困境的俄罗斯仅为<0.1%。 

  煤炭仍占重要地位的国家主要分布于亚太地区,其总体所占比例为49.4%,明显高于世界均值28.1%。这主要是因为中国(大陆、下同)、印度、日本、韩国、印尼等5个煤炭消费大国的拉动,他们的煤炭所占比例依次为61.8%、56.9%、26.9%、28.5%、35.7%。中国和印度的煤炭消费量分别占世界的50.6%和11.0%,对世界能源消费比例的影响甚大。 

  能源结构优化则必须依靠科技的发展。一个个新理论、新能源的提出,一件件新技术的积累,经过艰苦的探索逐渐走向成熟完善,才可能从实验室经过多次逐渐放大规模的中间性试验而走向工业生产和能源市场。成熟市场平等接受各种创新、探索,允许他们试错、比较,因而能在保证发展中优胜汰劣。 

  新能源新技术不断发展完善的过程在时间上是不均速的,空间上是不平衡的。既然能源构成的优化、能源时代的更替目的是推动经济发展增进人民福祉,那么就要尊重其通过市场优胜汰劣且渐变完成的客观规律,力求减少过大震荡引起的副作用,强调稳健发展、稳中求进。这就可以理解在经历过严重气荒之后,国家发改委主任何立峰在十三届人大记者招待会上所说的要求“能源结构性改革在潜移黙化、波澜不惊中实现华丽转身”的含义。 

  总体上看新能源在初期由于基数小,其增长量并不很大而年增速可很大,而在中后期其年增率必会大幅降低;在一个或一批新能源趋于成熟时也会首先在基础良好的先进地区、领域快速发展。优化的快速发展期会使人感到能源构成在较短期内变化迅速,大家习惯说是“革命”。 


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