世界可再生能源發(fā)展態(tài)勢

高 慧 楊 艷 焦 姣 邱茂鑫 劉知鑫 趙 旭

中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院

所謂可再生能源，是指煤炭、石油、天然氣、核能以外可再生的一次能源，如太陽能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能、海洋溫差能、地?zé)崮艿?。由于煤炭、石油、天然氣等化石能源稀缺且不可再生，價(jià)格多變且開采、加工和消費(fèi)過程會(huì)產(chǎn)生顯著的環(huán)境影響，在人們對環(huán)境保護(hù)日益關(guān)注的當(dāng)今，許多國家開展了可再生能源開發(fā)利用實(shí)踐，部分已經(jīng)達(dá)到技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐漸趨于合理，對化石能源形成了替代。可再生能源的快速發(fā)展和規(guī)?；檬鞘澜缒茉辞鍧嵉吞嫁D(zhuǎn)型的主要手段之一，受到各國關(guān)注。

1 可再生能源持續(xù)快速發(fā)展

21世紀(jì)以來，世界可再生能源經(jīng)歷了持續(xù)的快速發(fā)展。根據(jù)21世紀(jì)可再生能源政策網(wǎng)(REN21，Renewable Energy Policy Network for the 21stCentury)的統(tǒng)計(jì)，2017年世界可再生能源在一次能源消費(fèi)總量中所占比例達(dá)到18.2%，其中現(xiàn)代可再生能源占10.4%，傳統(tǒng)的可再生能源利用(包含伐薪取柴、生物沼氣等)占7.8%[1]。根據(jù)BP公司《能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒》，在世界能源消費(fèi)總量不斷增長的形勢下，現(xiàn)代可再生能源在一次能源消費(fèi)中占比從2009年的7.7%增至2017年的10.4%[2](圖1)。

圖1 2006—2017年全球一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化

自20世紀(jì)90年代開始，全球多家能源公司、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、公共組織對可再生能源的未來發(fā)展趨勢做過預(yù)測和研判。由于各家機(jī)構(gòu)政治立場、訴求和采納的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)各不相同，對未來社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、人口、環(huán)境等維度的觀點(diǎn)和假設(shè)差異頗大，預(yù)測數(shù)值也大相徑庭(表1)[3]。石油公司對可再生能源未來占比的預(yù)測數(shù)值通常較為保守，例如BP曾預(yù)測2035年世界可再生能源占比為15%，?？松梨谠A(yù)測2040年可再生能源占比為15%，中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院在2017年曾預(yù)測2050年世界可再生能源占比達(dá)23%[4]。與石油公司形成鮮明對比的是，環(huán)保組織的預(yù)測較為樂觀甚至激進(jìn)，例如綠色和平組織(Green Peace)和世界自然基金會(huì)(WWF)對2050年世界可再生能源消費(fèi)占比的預(yù)測數(shù)值分別為82%和100%。

表1 不同公司與機(jī)構(gòu)對可再生能源未來占比的預(yù)測

就目前發(fā)展情況看，全球可再生能源產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)張、技術(shù)進(jìn)步和成本下降顯著，促使可再生能源在一次能源中的消費(fèi)占比超越了以往部分公司和機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)期預(yù)測數(shù)值，并對多個(gè)國家的能源消費(fèi)管理產(chǎn)生了顯著影響。

2 風(fēng)力發(fā)電和太陽能光 伏發(fā)電引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

可再生能源的利用途徑主要包括發(fā)電、供熱和供冷、液體燃料以及偏遠(yuǎn)地區(qū)能源供應(yīng)，其中發(fā)電是最主要、規(guī)模最大、最能替代化石能源的用途。全球可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量從2004年的814GW增加到2017年的2195GW，年均增長7.9%[1]。從發(fā)展規(guī)模來看，水電、太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電占絕對領(lǐng)先地位(圖2)。由于大部分國家水能利用率較高，今后在水電裝機(jī)容量方面難以出現(xiàn)大規(guī)模增長，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電大力推動(dòng)了整個(gè)可再生能源產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。自2014年開始，全球每年可再生能源新增發(fā)電裝機(jī)容量均超過煤炭發(fā)電和天然氣發(fā)電新增容量之和[1]。截至2017年底，全球發(fā)電裝機(jī)容量中有26.5%來自可再生能源[1]，我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)占比為35.8%[4]。

圖2 2004—2017年全球可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量變化

2.1 風(fēng)力發(fā)電

除水電以外的各類型可再生能源發(fā)電利用途徑中，風(fēng)力發(fā)電在整體發(fā)展規(guī)模和成本方面最具優(yōu)勢，也曾是多年來最被看好的利用方式。2017年全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到539GW，中國占據(jù)領(lǐng)先地位，裝機(jī)容量占全球的34.9%，歐洲占31.4%，美國占16.5%(圖3)[1]。

圖3 2008—2016年各國家和地區(qū)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)規(guī)模

2.2 太陽能光伏發(fā)電

太陽能利用主要包括太陽能熱利用和太陽能光伏發(fā)電兩種技術(shù)。全球范圍內(nèi)光伏發(fā)電發(fā)展態(tài)勢最為迅猛。截至2017年底，全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到402W，其中中國占32.6 %，美國占12.7%(圖4)[1]。歐洲曾經(jīng)是太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主要舞臺(tái)，自2013年以來中美兩國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)和規(guī)模取得了顯著的進(jìn)步。

圖4 2008—2017年各國家和地區(qū)太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模

2.3 地?zé)崂?/h3>

全球地?zé)豳Y源總量巨大，是可利用量僅次于太陽能的清潔能源，因此為能源專家所看好。然而，由于開發(fā)成本長期居高不下，地?zé)崂靡?guī)模一直增長緩慢，2008—2017年年均增長比例僅為3.8 %，遠(yuǎn)低于其他可再生能源品種(圖5)。截至2017年底，全球利用地?zé)崮馨l(fā)電和直接利用的總規(guī)模為1700TW·h，其中發(fā)電和直接利用各占一半左右；全球地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)規(guī)模為12.8GW，美國、菲律賓和印度尼西亞發(fā)展規(guī)模最大(圖6)[1]。

圖5 2008—2017年全球地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量

圖6 2017年地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量前6名國家

2.4 生物燃料

生物燃料的主要利用品種是燃料乙醇和生物柴油。受益于各國政策的大力支持，生物燃料自21世紀(jì)初以來經(jīng)歷十余年高速發(fā)展后，其規(guī)模趨于穩(wěn)定，產(chǎn)量增長自2014年開始減緩。2017年全球燃料乙醇總產(chǎn)量達(dá)到1060×108L，美國和巴西是主要的生產(chǎn)和消費(fèi)國；生物柴油產(chǎn)量達(dá)到310×108L，歐洲、美國和巴西擁有主要的產(chǎn)能規(guī)模(圖7、圖8)[1]。

圖7 2008—2017年全球燃料乙醇產(chǎn)量

圖8 2008—2017年全球生物柴油產(chǎn)量

3 可再生能源投資呈現(xiàn)新變化

近年來，全球可再生能源投資呈現(xiàn)出一系列新變化。

首先，在整體投資規(guī)模波動(dòng)性增長的同時(shí)，各種可再生能源投資變化迥異。2006—2016年可再生能源整體投資規(guī)模呈現(xiàn)波動(dòng)性增長[1]，顯著的波峰出現(xiàn)在2008年、2011年和2015年(圖9)。針對各種可再生能源的投資呈現(xiàn)出不同的波動(dòng)趨勢:太陽能發(fā)電投資增長最多，增長320%，這很可能是太陽能發(fā)電發(fā)展速度超越各種機(jī)構(gòu)預(yù)測數(shù)值的根本驅(qū)動(dòng)力；風(fēng)電的投資數(shù)額穩(wěn)定增長，共增長180%；地?zé)岚l(fā)電整體規(guī)模太小，雖然投資總額增長了90%，但對行業(yè)的影響微乎其微；生物質(zhì)發(fā)電和小水電的投資均減半。生物燃料產(chǎn)業(yè)相關(guān)的投資呈現(xiàn)顯著的下降，2016年投資額不及2006年的8%?！堵槭±砉た萍荚u論》統(tǒng)計(jì)了2011—2017年全球能源材料領(lǐng)域的行業(yè)焦點(diǎn)，在太陽能、風(fēng)能、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的研發(fā)和創(chuàng)新呈現(xiàn)波動(dòng)和增長的同時(shí)，生物能源領(lǐng)域卻一直在走向衰落[5]。這一領(lǐng)域的公司普遍未能如期將生產(chǎn)水平提升到與常規(guī)化石燃料相競爭的水平。雖然部分生物能源技術(shù)仍有潛力，但由于其他可再生能源品種的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)步較快，生物燃料的投資和發(fā)展空間被大幅擠占，這恰好解釋了生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模及產(chǎn)能增長停滯的原因。

圖9 2006—2016全球不同品種的可再生能源投資

其次，可再生能源研發(fā)投入占全部投資比重減小，并購趨于活躍，并且針對小規(guī)模分布式產(chǎn)能的投資大幅增長。技術(shù)依賴型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展通常需經(jīng)歷基礎(chǔ)研發(fā)、試驗(yàn)、規(guī)?；a(chǎn)階段。從可再生能源產(chǎn)業(yè)的各個(gè)發(fā)展階段來看，針對項(xiàng)目建設(shè)和發(fā)展階段的投資數(shù)額最大，研發(fā)投入在總投資中的占比不斷下降，從2006年的3.4%降到2016年的2.2%(圖10)。公司并購帶來的投資數(shù)額從2006年到2016年增長了208%，這一趨勢從2014年開始表現(xiàn)尤為顯著，一定程度上顯示出可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)更加成熟。針對小型分布式可再生能源項(xiàng)目的投資從2006年到2016年增長了323%，其增幅遠(yuǎn)超整體投資增幅。分布式能源系統(tǒng)具有靈活、高效、多元化等優(yōu)勢，是世界范圍內(nèi)可再生能源利用的重要方向。

4 可再生能源生產(chǎn)成本持續(xù)下降

圖10 2006—2016年全球可再生能源產(chǎn)業(yè)各階段及各類型投資

近年來，政策扶持、技術(shù)進(jìn)步及與之相隨的生產(chǎn)規(guī)模快速擴(kuò)張促使大部分可再生能源產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅下降，部分能源品種的成本已經(jīng)可以與化石能源競爭(圖11)。成本降幅最大的是裝機(jī)容量在1MW以上的光伏發(fā)電[1]。光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池，包括傳統(tǒng)成熟的晶硅電池和代表未來發(fā)展方向的薄膜電池。近年來，光伏發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步方向主要包括低成本、高效率、高穩(wěn)定性的光伏電池材料開發(fā)及光伏集成應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。2010—2016年，全球范圍內(nèi)光伏發(fā)電綜合生產(chǎn)成本下降了65%；2016年全球平準(zhǔn)化度電成本為0.05～0.35美元/(kW·h)，平均為0.12美元/(kW·h)[其中中國和印度平均為0.09美元/(kW·h)，OECD國家平均為0.14美元/(kW·h)，其他地區(qū)平均為0.17美元 /(kW·h)][1]。

圖11 2016年全球風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和燃煤發(fā)電成本對比

風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前可再生能源里最具成本競爭力的品種。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要包括風(fēng)能資源評估與預(yù)測、風(fēng)電裝備制造、風(fēng)電儲(chǔ)存及并網(wǎng)技術(shù)等方面。風(fēng)電裝備制造技術(shù)突破是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)的關(guān)鍵。近年來，風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，風(fēng)能利用效率、技術(shù)水平、系統(tǒng)友好性等持續(xù)提升，機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大，單位生產(chǎn)成本不斷降低。1983—2016年，在陸上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模占據(jù)全球87%的前12個(gè)國家，陸上風(fēng)電裝機(jī)容量每翻一番都同時(shí)帶來15%的平準(zhǔn)化度電成本降幅；投資強(qiáng)度從1983年的4880美元/kW降低至2016年的1457美元/kW，降幅高達(dá)70%。2010—2016年，陸上風(fēng)電平準(zhǔn)化度電成本降低了18%，全球平均水平降到0.07美元/(kW·h)，其中，中國和印度的平均成本最低，低至0.065美元/(kW·h)，OECD國家平均為0.074美元/(kW·h)，其他地區(qū)平均為0.083美元 /(kW·h)[1]。

近年來，全球海上風(fēng)電技術(shù)難關(guān)一直沒有攻克，生產(chǎn)成本降速緩慢。2016年，OECD國家的海上風(fēng)電平均平準(zhǔn)化度電成本為0.15美元/(kW·h)，中國處于建設(shè)階段的海上風(fēng)電項(xiàng)目估算成本約為0.16美元/(kW·h)[1]，僅比2010年下降4%。

生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)業(yè)自20世紀(jì)80年代開始發(fā)展，到2016年，以糧食、糖料作物為原料的第一代燃料乙醇生產(chǎn)成本下降約40%，近年來產(chǎn)品成本可同汽油競爭，在美國和巴西的車用燃料市場上占據(jù)一席之地。2000—2016年，以農(nóng)林廢棄物和能源作物為原料的第二代燃料乙醇生產(chǎn)成本降幅也在40%左右，但目前成本依然顯著高于化石燃料，與商業(yè)化生產(chǎn)水平尚有差距[1]。

此外，發(fā)展規(guī)模較小的生物質(zhì)發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電以及產(chǎn)業(yè)高度成熟的水力發(fā)電生產(chǎn)成本自2010年以來幾乎沒有下降，甚至在個(gè)別年份還略有升高[1]。

5 結(jié)束語

未來的世界能源格局將呈現(xiàn)多種能源相互競爭、互為補(bǔ)充、共同發(fā)展的多元化格局。在各國政策和資本的支持下，技術(shù)創(chuàng)新將進(jìn)一步推動(dòng)可再生能源生產(chǎn)成本的降低，全球清潔低碳的發(fā)展要求為可再生能源持續(xù)提供優(yōu)越的發(fā)展環(huán)境，汽車電動(dòng)化、儲(chǔ)能技術(shù)效率不斷提升也為可再生能源的利用提供了更廣闊的舞臺(tái)，可再生能源產(chǎn)業(yè)將獲得更大活力，對世界能源生產(chǎn)和消費(fèi)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。