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全球新能源开发面临的机遇和挑战

2018年02月07日 13:31    来源: 期货日报    

  传统能源领域总投资额呈下降趋势

  

 

  A 全球范围可再生能源正逐步替代传统能源

  2016年9月20日,国际能源署(IEA)在北京发布的《2016年世界能源投资展望》宣称:“化石燃料在能源供应领域依旧占据主导地位,但是投资流向显示了能源系统的重新定位。”该报告认为,2000年以来,除2009年外,全球能源领域的投资一直呈现增长态势。截至2014年,全球对煤炭、石油、天然气等传统化石能源的研发和生产投资额增长近两倍,而对太阳能、风能等可再生能源的投资额增长近3倍。2015年,全球能源投资结构比例为:石油天然气(上下游合计)占总投资额的46%,电力(发电加电网)占37%,煤炭开采及运输占4%。全球在石油、天然气和煤炭领域的总投资额同比下降18%,这种趋势今后将持续。

  2015年,全球电力总投资额为6920亿美元,电网、常规发电和可再生发电的比例分别为14%、7%和16%,可再生发电的投资额为2950亿美元,是常规发电投资额的230%。上述报告明确提出:可再生能源发电的增量已超过全球电力需求的增量。也就是说,全球新增电力的需求完全可以被可再生能源发电的增量满足。全球可再生能源发展速度并没有明显减缓,逐步替代传统常规高碳高风险能源发电的进程不可避免。

  中国煤炭消费量见顶回落。中国的能源消费结构中,煤炭占比超过60%,是典型的高碳能源结构,中国因而成为全球第一的煤炭消费国和第一的二氧化碳排放国。而随着“三去一降一补”政策的强力推进,钢铁、水泥等用煤大户逐步去产能,其用煤量在2013年基本见顶。预计到2020年,中国一次能源消费总量为45亿吨标准煤,其中煤炭消费量降为32亿吨,甚至低至30亿吨,意味着2020年中国煤炭消费量比2013年再降10%以上,这将成为全球能源转型的决定性因素之一。

  美国石油消费量见顶回落。虽然中国原油进口量超过美国,但美国仍是全球第一石油消费大国,其原油消费占比高出中国60%。美国石油消费60%以上为汽车用油,近10年持续不断的技术进步推动汽车能源效率大幅提高,平均单位油耗里程增加40%,进而导致石油消费量见顶回落。

  2016年7月11—12日,美国能源情报署在华盛顿召开“2016 EIA能源大会”,业界领袖、政府官员和学界精英的上千人参会。会议公布的数据表明,美国轻型车、中型车和重卡日均消费石油1100万桶,占整个交通领域石油消费量的81%,占一次能源消费总量的23%,成为绝对的石油消费最大领域。不过,全美交通运输行业的石油消费已于2006—2007年见顶,日均约1480万桶。2008年次贷危机以后,轻型车销量触底,2009年不足1100万,随后逐步回升,至2015年,创历史新高1750万,但石油消费量仍维持下降趋势。按奥巴马政府的规划,2017年轻型汽车能效为36.6英里/加仑,2025年要达到54.5英里/加仑。

  欧洲天然气消费量见顶回落。欧洲与北美是全球主要的天然气需求市场。2005年,欧洲天然气消费量为10935.5亿立方米,而到2015年,降至10034.6亿立方米。此外,2016 年,全球天然气消费量增加630亿立方米,增幅为1.5%,低于2.3%的10年平均水平。欧洲、北美天然气消费量分别占全球消费总量的29.1%和27.3%。欧洲需求量占比逐年下降,缘自近年来经济发展放缓,更源自低碳环保政策推动可再生能源快速发展。

  B 特朗普政府可能大幅削减对新能源的支持

  美国传统能源政策“变卦”。1882年,英国在全球首先建成使用燃煤发电而引领工业革命。2017年4月21日,英国首次全天24小时实现无燃煤供电,并计划2025年前淘汰燃煤发电。此外,美国煤炭消耗量也在2008年创历史纪录后逐级回落,至2016年,燃煤发电消费量下降35%,创1984年以来的最低水平。然而,新当选总统特朗普在竞选宣言中力主重振美国煤炭业,呼吁勘探开发化石能源,减少环境监管,取消奥巴马政府对能源行业的限制,废除美国环境保护署旨在限制燃煤电厂碳排放的清洁能源计划。特朗普的5000亿美元基建投资有望落地,政府未来可能大幅削减对新能源的支持。2017年6月1日,特朗普宣布美国将退出《巴黎协定》。最大燃煤需求负增长的美国,未来需求增长将一举转负为正,预示着全球煤炭大周期将重启。

  传统能源出口现行体制稳定。化石能源是俄罗斯政治和经济稳定的基础,专家层面几乎从未研讨过“经济脱碳”。普京总统多次明确表示,新开油气田对俄罗斯经济稳定和大国前景至关重要。大多数俄罗斯精英人士视气候变化为机遇,认定气候变暖和北极融冰将使俄罗斯获得更多的能源。石油输出国组织(OPEC)成员伊朗、伊拉克、阿尔及利亚、尼日利亚、委内瑞拉等以及非OPEC产油国阿曼等,其经济、政治和基础设施规划完全建立在油气资源出口之上,许多传统产油国虽然正式支持《巴黎协定》,但减少或停止油、气出口的意愿并不高。要满足《巴黎协定》就必须现在开始转型,否则到2050年全球碳排放量减少80%—90%的目标根本不可能实现。在此背景下,国际合作应对气候变化进展缓慢。加上美国缺席和“开倒车”,未来全球新能源开发面临诸多不确定性。

  多数新能源的前期开发都是资本密集型,随着时间的推移和集约化效能的积累,运营成本才会降到低于传统能源的水平。与以化石燃料为基础的经济恰好相反,由于带有一定的公益性质,新能源开发的资本回收期较长,故全球流动性收紧也直接影响新能源开发的投资需求。创新固然重要,传统的政治经济体制也需正常维系。新能源应用增长还会对基础设施拓展和运营、商业模式、能源市场和跨境能源流动以及国家战略、与能源有关的合作与冲突模式产生重大影响。如德国因大批量安装屋顶太阳能光伏电池板,大大降低了现有电力供应商的市场份额,已经为能源价格带来负面影响,并在附加电力投资方面给邻国造成了负担。

  传统能源需求增量整体攀升。除了出口国意愿,进口国态度同样重要。Wind的数据显示,2015年,全球煤炭需求增量整体攀升,包括澳洲、西班牙、荷兰等发达国家已经加入需求增长行列,以印度、印尼、越南、马来西亚、菲律宾等国为首的南亚、东南亚更成为全球煤炭需求的新增长点,该地区人口约20 亿,能源消费存在很大的发展空间。

  C 技术瓶颈和市场机制制约新能源开发利用

  将传统的自然能源转化为电力,是第二次工业革命的标志性成果。煤炭、石油以及天然气等传统能源,由于其资源的有限性,都只能是人类文明进程和能源开发史中的“过客”,只有便于转化和传输的电能,才能成为人类生活不可或缺的“伴侣”。

  发电侧与用电侧不匹配引发弃风、弃光、弃水现象。电力难以储存,发电侧与用电侧必须相匹配,而新能源的发电侧受到资源不可控和天气、昼夜、季节、丰枯水、天体运行等自然条件的影响,经常出现波动性、间歇性、随机性和弱可控性,电能质量也会派生频率、电压等一系列问题。这时候,发电量过剩,就会受制于“储存”和“传输”等瓶颈,导致新能源从规模化生产供给到高效率应用消化之间不协调不匹配,进而引发电量大于电力系统最大传输电量和负荷消纳电量的弃风、弃光、弃水现象。

  近年来,中国新能源发展步伐加快,水电装机持续增加,风电、太阳能光伏新增装机量双列全球第一。2014年,中国占全球风电总装机容量的31%,体量相当于美国的两倍。至2014年年底,中国水电、风电、光伏发电总装机分别为3亿千瓦、9581万千瓦、2428万千瓦,可再生能源发电装机占全部电力装机的1/3,较2010年同期增长67%。不过,在此过程中,新能源发电中的弃风、弃光、弃水问题同样引人注目。

  2016年,中国弃风电量达497亿千瓦时,超过三峡全年发电量的1/2,全国平均弃风率为17%,甘肃、新疆、吉林等地更是达43%、38%和30%。水电大省四川,2016年的调峰弃水电量为142亿千瓦时,相当于全省全年8000多万人口生活用电量的40%,同比增长四成,创5年来的新高。

  从深层次看,“三弃”现象透视出:其一,现行电力发展、调度和运行模式很大程度上延续了传统方式,不适应新能源开发的需要,无法保障新能源发电优先上网;其二,电源电网统筹协调不足,水电、风电、光伏开发投产主要集中在西部低负荷地区,电力输送通道建设进度、输送容量等技术能力都难以满足新能源输电需求;其三,传统的电力供需市场化程度低,电力体制改革未完成,大量自备电厂不承担电力调峰责任,辅助服务机制不健全。电网企业既拥有独家买卖电的特权,又能通过下属电力调度机构直接组织协调电力系统运行,拥有电网所有权和经营、输电权,其垄断性不利于市场主体自由公平交易。

  储能技术成为下一轮能源革命的突破口。2016年美国能源部的《正在发生革命》提出,燃料电池、电网端储能电池、能源管理系统正在成为革命性改变的新兴技术。IEA的《世界能源投资报告》显示,自2010年以来,电网侧电池储能投资增长10倍,是电网投资增长最快的领域,也是匹配可再生能源发电快速增长的刚需投资。该报告还认为,2015年,储能投资总量为100亿美元,不算太多,但过去几年一直保持着10%的年增长率,是全球能源投资增长最快的领域。从10亿美元到100亿美元和从100亿美元到1000亿美元,相同的都是10倍的增长,但100亿美元和1000亿美元规模效应的影响则完全不同。人类社会发展正在进入比工业文明更先进的“储电文明”时代。

  D 新能源开发中安全问题不容忽视

  太阳能受制于昼夜、阴雨、光照条件,风电受制于季节性风力风向问题,水电受制于枯水丰水期和天体运动引发的潮汐现象,核能发电的产量最稳定、投入产出比最大。当前,核能发电量已占比全球发电总量的16%。不过,其潜在的辐射泄漏也成为新能源开发中最大的风险。上世纪50年代至今,核能60多年发展史上出现了较为严重的三次事故。

  美国三哩岛核事故。1979年3月28日凌晨4时,美国宾夕法尼亚州首府哈里斯堡东南的三哩岛核电厂因人为操作失误和机械故障引发核反应堆堆芯熔化事件。虽未造成人员死亡和大规模放射性泄漏,周边约14.4万人撤离后不到1个月几乎全部返回原住地,但作为史上第一次核事故被各国媒体报道,加深了民众对核能的恐慌,也触发了西方反核的潮流,使反核成为环保人士的工作目标之一。

  苏联切尔诺贝利核事故。1986年4月26日凌晨,距乌克兰首都基辅130公里的切尔诺贝利核电站4号机组在一次安全试验中,为达到试验计划的功率,超出运行规程限制,将保证反应堆安全的控制棒提出,为避免反应堆自动停堆还切除了部分保护系统。之后,因堆芯功率暴涨,温度急剧上升,控制棒管道变形无法插回控制棒。至此,反应堆失控,堆内蒸汽压力瞬间提升,全过程仅8分钟就导致蒸汽爆炸,所有放射性物质全部释放,引发30多处大火,烈火中5%—30%的放射性物质随风扩散到欧洲大部分地区,其辐射当量超过广岛原子弹400倍,直接受辐射尘污染面积达20万平方公里。现场200多人因遭受高剂量辐射送往医院急救,其中134人患急性放射性综合征,28人死亡。曾参加一线抢险的60万军民中,事故发生4年后5000多人去世,20年后6万人去世,另有16.5万人不同程度致残。1986—2000年,约35万的乌克兰、俄罗斯、白俄罗斯等地居民被迫迁离家园。

  日本福岛核事故。2011年3月11日14时,日本东北部太平洋海域发生9级地震,距离东京270公里的福岛核电站自动开启紧急停堆系统。约30分钟,反应堆自动停堆。成功经受9级地震的冲击后,水泵持续提供冷却水来冷却堆芯余热,以确保安全。然而,1小时后,地震震毁输电塔,导致核电站失去外部电源,用于冷却堆芯余热的水泵停机,应急柴油机启动供电使水泵能续供冷却水。50分钟后,再遭海啸袭击,高15米的海啸将两台应急柴油机淹没,场内紧急备用电池(UPS)可供8小时电力,其间,抢险人员始终找不到另外的紧急电源。及至UPS电源耗尽,堆内水烧成蒸气,熔化燃料棒,放射性物质释放,最终演变为氢气爆炸炸毁反应堆厂房,放射性物质外泄。福岛核电站承受了有史以来最严峻的自然灾害挑战,约1.7万人遭受不同程度的累积辐射剂量,20—30公里内逾15万居民撤离家园。福岛核电站的做法一定程度上证明了核电站防护能力已经提升。

  核武库随时潜在毁灭性威胁。由于核能威力巨大,被广泛应用于各类武器装备,如作为航母、潜艇的动力系统和导弹、炸弹的弹头部位。美、俄两国现有核武器可毁灭全人类上千次,核毁灭的威胁随时游荡在陆地、海洋和天空。2007年9月,一架B-52战略轰炸机在美国上空飞行3个多小时,机上挂载6枚要运往路易斯安那州销毁的核弹,每枚导弹重1.68吨,相当于长崎原子弹的10倍威力。法律严禁下,6枚核弹头居然轻松获批上天,与此相关的两名高官被撤职查办。

  在海上,目前,拥有或能生产航母的国家包括五个常任理事国和西班牙、意大利、日本,核潜艇只有美、俄、法、英、中、印6国能够建造。美、俄(苏)、英、法均发生过核潜艇反应堆系统事故。

  1954年9月—2012年10月,美国的151起核潜艇事故中,由反应堆系统引发的有12起。1963年4月长尾鲨号核潜艇在威尔金松海沟进行深潜试验时突然大量进水,最终沉入2000多米深的海底,艇上160名艇员全部丧生。2005年,旧金山号核潜艇在水下300米途经加罗林群岛时撞上高2000多米未标注的海山。2009年,英国前卫号核潜艇与法国凯旋号核潜艇在大西洋水下相撞,两艇均携带核导弹。2012年5月,美国迈阿密号核潜艇在缅因州朴次矛斯船厂的船坞两次起火,事后查明是一名船厂雇员与女朋友吵架后故意纵火,核潜艇因火灾损坏的修理费高达4亿美元。

  1960年10月—2011年12月,俄(苏)的119起核潜艇事故中,由反应堆系统引发的有28起。2000年8月,库尔斯克号战略核潜艇演习中因鱼雷仓两次意外大爆炸被困于巴伦支海底480英尺深处。虽未携带核武器,但动力系统的核反应堆随时存在核泄漏危险。10艘救援舰艇和战舰在失事地点的营救全部失败,潜艇上130名军人全部遇难。幸好海军大尉阿尔亚波夫及时指挥,开启了核反应堆事故保护系统,避免了核泄漏发生。

  能源格局转型是历史发展的必然。无论面临多大的挑战和风险,新能源都必将开创全球能源市场的崭新天地!

(责任编辑:张海蛟)


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