综合能源系统关键技术与典型案例
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1.1.1 国外能源转型概况

2020年6月17日,英国石油公司BP发布2020版《BP世界能源统计年鉴》(以下简称《年鉴》)。《年鉴》显示,2019年全球一次能源利用增速减缓至1.3%,相比2019年增长率(2.8%)有较大降低。在油气方面,天然气消费增长2%,远低于2018年的强劲增速,但在一次能源中的占比(24.2%)仍创新高;石油消费增量为90万桶/天,约增长0.9%,低于历史均速;受经合组织(OECO)国家需求急剧下降的影响,2019年煤炭消费量减少了0.6%,在一次能源中占比降至27%,为过去16年来最低。可再生能源保持强劲增长的态势,增长率创下历史新高,占全球一次能源增长的40%以上,高于其他各类燃料;可再生能源在发电领域的占比达到10.4%,首次超越核电。能源消费所造成的碳排放量增长0.5%,在2018年不同寻常的大幅增长2.1%的基础上略有缓和。不过,2018年和2019年的碳排放量年均增长速度均高于过去十年平均增速,碳排放量持续增长等诸类趋势凸显了全球所面临的巨大挑战。

当前国外能源转型正处于加速推进时期,转型进程呈现出一定的差异化特征,下面对美国、欧洲、日本、俄罗斯等国外主要经济体能源转型情况进行介绍。

1. 美国

1973年第一次石油危机之后,美国开始探索以发展清洁能源为核心的能源转型道路,通过增加清洁能源的生产与应用比例,减少对石油进口的依赖,从而实现能源独立的目标,保障国内能源安全。

在能源转型探索的初级阶段,美国政府主要围绕鼓励生物燃料发展出台相关政策,以减轻交通燃料对石油产品的依赖,但效果并不显著。2005年以来,随着页岩气革命不断推进与可再生能源技术的不断发展,美国在清洁能源转型战略中逐渐明确以天然气和可再生能源作为过渡能源,推动能源结构清洁化。2010—2019年新增发电装机规模中,有超过1/3的规模是燃气装机,其中2018年增加的燃气电厂规模创下14年之最。在美国,燃气发电占比最大,2019年燃气发电量满足了38%的用电需求,而2010年燃气发电占比仅为24%。可再生能源发电量持续增长,水电、风电、太阳能、生物质能和地热在2019年满足了18%的用电需求,而2010年仅满足10%的用电需求。十年间,光伏发电装机增长了80倍,风电发电装机增至原先的3倍以上。煤炭发电量继续减少,计划在未来五年内退役的燃煤电厂不断增加。

美国能源转型取得了良好的效果,在过去的十年中,美国的经济增长25%,但一次能源需求仅增长了6.6%。随着美国可再生能源、天然气、核电等清洁能源产量快速增长,清洁能源消费的比例日益上升,2019年,美国一次能源产量与消费量基本持平,实现了能源独立。

2. 欧洲

欧洲是全球应对气候变化、减少温室气体排放行动的有力倡导者,近年来坚定履行《巴黎协定》承诺。2018年11月,欧盟委员会首次提出2050年实现碳中和的欧洲愿景;2019年3月、12月,欧洲议会与欧洲理事会相继批准了2050年温室气体净零排放的目标;2020年3月,欧盟委员会提交《欧洲气候法》,旨在从法律层面确保欧洲到2050年实现气候中和,该法案为欧盟所有政策设定了目标和努力方向。

欧洲范围内的能源系统转型举措主要包括减少化石能源消费总量、提高能源利用效率、扩大可再生能源利用等方面,被视为经济脱碳的关键驱动力。

欧洲统计局发布的数据显示,2018年,可再生能源在欧盟终端能源消费总量中的占比达到18%,与2017年相比提高了0.5个百分点,是2004年可再生能源占比的两倍以上。自2004年以来,可再生能源占比在所有成员国中都有显著增长。到2018年,瑞典的终端能源消费中一半以上(54.6%)来自可再生能源,其次是芬兰(41.2%)、拉脱维亚(40.3%)、丹麦(36.1%)和奥地利(33.4%);可再生能源占比不足10%的国家仅剩荷兰(7.4%)、马耳他(8.0%)、卢森堡(9.1%)和比利时(9.4%)。可再生能源在终端能源消费中的占比增加对于实现欧盟的气候和能源目标至关重要。

3. 日本

日本作为岛屿国家,国土面积狭小,一次能源极度匮乏,工业生产和日常生活的能源大量依靠进口。受福岛核电站事故影响,核能在日本能源结构中的角色迅速弱化,导致其能源自给率最低时仅为6%~7%,严重威胁本国能源安全。近年来,日本能源转型持续推进和深化,取得了较好的效果。

截至2018年,化石能源占日本一次能源供应总量的87.9%,非水可再生能源供应量同比增长13.4%,占一次能源供应总量的5.6%。受福岛核事件影响,核电占比较2010年大幅下降18.3个百分点,非水可再生能源发电量在此期间大幅增长7.8个百分点,占比达到10.0%,其中光伏增长势头强劲,年平均增速达44.6%。

在能源消费方面,日本电气化水平较高,截至2017年,天然气和电能在日本终端能源消费中的占比分别为10.3%和28.4%。虽然目前氢能消费并未有专业机构进行统计,但受日本政府建设“氢能社会”等政策利好和燃料电池汽车保有量增加的影响,预计未来其消费将会大幅增长,成为构建能源互联网的主要能源之一。

4. 俄罗斯

俄罗斯土地辽阔,资源丰富,化石能源储量和可再生资源量都位居世界前列。尽管俄罗斯国内化石能源储量丰富,但在全球应对气候变化、推动能源结构转型、加快节能减排的大背景下,俄罗斯政府仍提出了一系列可再生能源发展计划。主要目标是:通过发展清洁能源拉动经济增长和促进就业;丰富俄罗斯能源供给种类,为西伯利亚、远东、北极等偏远地区提供更多的能源选择;提高可再生能源电力在国家电力生产结构中的比例,逐步降低天然气、煤炭发电比例;减少能源生产和消费相关碳排放,履行应对气候变化和节能减排的国际责任。

据统计,截至2018年年底,俄罗斯发电装机总容量为243243.2MW,其中,热电站和核电站装机容量分别为164586.6MW和29132.2MW,分别占装机总容量的67.7%和12%;可再生能源发电装机总量为49524.4MW,占装机总容量的20.4%,其中水电、太阳能光伏发电、风力发电的装机容量分别为48506.3MW、834.2MW和183.9MW,分别占发电装机总容量的19.9%、0.3%和0.08%。

虽然俄罗斯当前仍以化石能源为主,但其对氢能的研究也相当重视,早在2017年就制定了氢能产业发展战略,确定了参加氢能试点项目的公司名单,俄罗斯天然气工业公司就位列其中。俄罗斯还相当重视探索利用天然气管道输氢的可行性。据媒体报道,俄罗斯旧天然气管道中最高可混合20%的氢气进行运输,北溪2号一类的新管道中氢气的混输占比可高达70%。在应对欧盟的碳税风险方面,俄罗斯在萨哈林岛进行碳排放配额交易试点,充分发挥俄罗斯森林资源的碳吸收能力,形成区域碳排放交易机制,并与国际贸易体系接轨。

总结国外能源转型主要情况,得出要解决我国能源发展深层次矛盾和问题,关键是要打造以清洁为主导、以电为中心、互联互通的能源互联网,实现能源生产从“以煤为主”向清洁主导转变,能源消费从以化石能源为主向以电为中心转变,能源配置从就地平衡向大范围互联互通转变。除此之外,也要借鉴世界各国的发展经验,加强国际间的交流合作,共同推进能源行业的变革与发展。