劉之琳，李江濤，唐 偉，張成龍

(國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司，北京市昌平區(qū)，102211)

每年全球有十余家不同機(jī)構(gòu)都會(huì)發(fā)布“全球能源展望”，其中絕大部分都采用了情景展望的方式。2020年至今，在全球應(yīng)對(duì)氣候變化下的溫升控制目標(biāo)和新冠肺炎疫情影響下，各機(jī)構(gòu)全球能源展望出現(xiàn)了一些新變化。全球能源展望報(bào)告的發(fā)布機(jī)構(gòu)主要包括國(guó)際能源組織(包括國(guó)際能源署(IEA)、國(guó)際可再生能源署(IRENA)等)、各國(guó)能源研究和咨詢機(jī)構(gòu)(包括美國(guó)能源信息署(EIA)、日本能源經(jīng)濟(jì)研究所(IEEJ)等)、能源公司(包括英國(guó)石油公司(BP)、殼牌石油公司(Shell)等)。國(guó)內(nèi)開展能源展望的研究機(jī)構(gòu)主要有國(guó)網(wǎng)能源研究院(SGERI)、中國(guó)石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織等。各個(gè)組織在呈現(xiàn)各自的能源展望時(shí)，必然會(huì)從不同的立場(chǎng)出發(fā)。筆者基于對(duì)各個(gè)報(bào)告的情景設(shè)置與展望結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，分析世界能源發(fā)展的未來趨勢(shì)。

1 情景設(shè)置

對(duì)11家主要機(jī)構(gòu)在2021年12月之前發(fā)布的全球世界能源展望報(bào)告中的27個(gè)情景進(jìn)行聚類，如表1所示。此27個(gè)情景又大致可分為3類。

(1)第一類情景為延續(xù)發(fā)展，設(shè)計(jì)的思路是“延續(xù)當(dāng)前，未來走向何方”，主要是延續(xù)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、能源政策導(dǎo)向、技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)新趨勢(shì)或有限的新政策假設(shè)。主要包括IEA 既定政策情景(IEA STEPS)、IRENA基準(zhǔn)情景(IRENA BES)、WEC硬搖滾(WEC HR)、EIA參考情景(EIA RE)、IEEJ參考情景(IEEJ RE)、BP一切如常情景(BP BAU)、OPEC參考情景(OPEC RE)、Equinor競(jìng)爭(zhēng)情景(Equinor RV)、SGERI基準(zhǔn)情景(SGERI RE)。

(2)第二類情景為變革轉(zhuǎn)向，設(shè)計(jì)思路是“采取行動(dòng)，未來轉(zhuǎn)向何處”，主要通過變革行動(dòng)推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型，研判全球能源發(fā)展的未來圖景。主要包括IEA宣布承諾情景(IEA APS)、IRENA已規(guī)劃能源情景(IRENA PES)、WEC現(xiàn)代爵士樂(WEC MJ)、IEEJ先進(jìn)技術(shù)(IEEJ ATS)、Equinor改革情景(Equinor RF)、Shell島嶼(Shell IL)、SGERI凈零承諾情景(SGERI NZC)。

(3)第三類情景為目標(biāo)倒逼(2 ℃/1.5 ℃)，設(shè)計(jì)思路是“目標(biāo)導(dǎo)向，未來如何實(shí)現(xiàn)”，主要是以應(yīng)對(duì)氣候變化、大氣污染防治、實(shí)現(xiàn)能源普及為目標(biāo)，探索倒逼機(jī)制下，將全球平均溫升控制在2 ℃和1.5 ℃的全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的可行路徑。其中目標(biāo)倒逼2 ℃情景包括IEA可持續(xù)發(fā)展情景(IEA SDS)、WEC未完成的交響樂(WEC US)、BP快速轉(zhuǎn)型情景(BP Rapid)、IEEJ循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)情景(IEEJ CCE)、Equinor再平衡情景(Equinor RB)、Shell波浪(Shell WV)、SGERI 2 ℃情景(SGERI 2℃)；目標(biāo)倒逼(1.5 ℃)情景包括IEA2050年凈零排放情景(IEA NZE)、IRENA轉(zhuǎn)型能源情景(IRENA TES)、BP凈零情景(BP NZ)、Shell天空(Shell SK1.5)、GEI碳中和情景(GEI)。

表1 國(guó)際主要機(jī)構(gòu)世界能源展望情景設(shè)置及描述

續(xù)表1

2 預(yù)測(cè)情景對(duì)比和趨勢(shì)分析

不同機(jī)構(gòu)的全球能源展望報(bào)告展望期不同、側(cè)重點(diǎn)各異、計(jì)算方法有別，筆者選擇2019年為基準(zhǔn)，主要考慮2019年不受新冠肺炎疫情的影響，選取2050年為主要觀察年，部分報(bào)告選擇2040年或2045年為觀察年。聚焦于一次能源消費(fèi)總量、分品種能源消費(fèi)情況、碳排放等，從增長(zhǎng)幅度、結(jié)構(gòu)占比以及排放總量維度進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 能源需求總量

未來20～30 a能源需求增長(zhǎng)速度放緩，并在21世紀(jì)中葉開始趨于平穩(wěn)。不同情景下，2050年一次能源需求較2019年的增長(zhǎng)情況如圖1所示。由圖1可知，在延續(xù)發(fā)展情景下，2050年的全球能源需求除了EIA RE情景外，較2019年增長(zhǎng)12%～30%之間，增長(zhǎng)動(dòng)力依然充沛，但速度放緩。EIA預(yù)計(jì)到2050年，世界能源消耗量將增長(zhǎng)45%，相較于其他展望報(bào)告，EIA RE情景對(duì)亞洲地區(qū)能源需求預(yù)期更高。在變革轉(zhuǎn)向情景下，2050年全球能源需求增長(zhǎng)8%～19%，SGERI NZC情景增長(zhǎng)率為0。但大多數(shù)目標(biāo)倒逼情景下，提高能源效率以降低能源需求強(qiáng)度，全球能源需求增長(zhǎng)得到嚴(yán)格控制，2050年與2019年基本相當(dāng)或略有下降。Shell情景展望中一次能源需求均較高，則是由于能源效率提高并不總能降低能源消耗，如循環(huán)經(jīng)濟(jì)倡議回收聚合物等以降低對(duì)石油的需求，但是將舊材料進(jìn)行加工分解需要消耗更多的能量。

注： WEC*觀察年為2040年，OPEC*觀察年為2045年圖1 不同情景下2050年一次能源需求較2019年的增長(zhǎng)

綜合分析，延續(xù)發(fā)展情景下，能源需求總量仍然增長(zhǎng)，但能源需求增速已較之前有所下降，變革轉(zhuǎn)向情景下2050年全球能源需求在206億～239億t標(biāo)準(zhǔn)煤之間，而目標(biāo)倒逼情景下全球能源需求增長(zhǎng)已放緩甚至有所下降。

2.2 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

未來世界能源結(jié)構(gòu)趨于多元，可再生能源均將出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。在大多數(shù)的延續(xù)發(fā)展情景下，2050年全球化石能源總需求量與2019年水平相近，甚至顯著高于2019年水平。在變革轉(zhuǎn)向和目標(biāo)倒逼情景下，化石能源急劇下降，但是天然氣在大多數(shù)情景下保持增長(zhǎng)?？稍偕茉丛谒星榫爸卸加休^大幅度增長(zhǎng)，特別是在目標(biāo)倒逼情景中。

2.2.1 煤炭：消費(fèi)量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，甚至需求量歸零

盡管從區(qū)域上有所差異，但是在未來幾十年，幾乎所有情景下全球煤炭需求都會(huì)下降，煤炭占比進(jìn)一步降至20%以下。其中，延續(xù)發(fā)展情景下煤炭占比降至16%～20%。在變革轉(zhuǎn)向情景中，煤炭占比持續(xù)下降，除Shell IL情景，均降至15%以下。Shell的情景設(shè)置主要考慮了較高水平的碳捕獲與封存(CCS)規(guī)模。在目標(biāo)倒逼2 ℃情景中，煤炭需求快速下降，除Shell WV情景外，均降至4%～13%。而目標(biāo)倒逼1.5 ℃下的煤炭占比除Shell SK1.5外，均降至2%～3%，需求量幾乎歸零。

2.2.2 石油：第一大能源品種地位逐步被取代，石油峰值提前到來

2021年，全球石油市場(chǎng)短期內(nèi)正走出低谷向好，但并未恢復(fù)2019年水平，且遠(yuǎn)期發(fā)展空間不容樂觀。在多數(shù)延續(xù)發(fā)展和變革轉(zhuǎn)向情景下，石油仍能保持第一大能源品種地位，未來30 a份額下降較為有限，主要得益于發(fā)展中國(guó)家運(yùn)輸、航空、化工等領(lǐng)域的需求增長(zhǎng)。在目標(biāo)倒逼2 ℃情景下，除IEEJ ATS情景中石油占比保持27%外，2050年石油占比降至14%～23%之間。在目標(biāo)倒逼1.5 ℃情景下下降較為明顯，BP NZ情景中，石油占比只有7%。BP、Equinor等石油巨頭均表示石油峰值將低于預(yù)期提前到來。BP認(rèn)為2019年全球能源需求或是未來30 a的峰值，Equinor預(yù)測(cè)2027-2028年石油消費(fèi)量達(dá)峰，OPEC則表示石油消費(fèi)量將在2040年達(dá)峰。

2.2.3 天然氣：將超越煤炭成為全球第二大能源品種，是全球能源轉(zhuǎn)型的中堅(jiān)力量

在短期內(nèi)，多數(shù)情景都預(yù)計(jì)天然氣快速增長(zhǎng)，天然氣相對(duì)清潔，是可再生能源發(fā)展的重要支撐，也是電力系統(tǒng)靈活性的重要組成。不同情景2050年一次能源分品種結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可知，到2050年，延續(xù)發(fā)展和變革轉(zhuǎn)向情景下天然氣需求增長(zhǎng)較快，目標(biāo)倒逼情景下天然氣需求較早達(dá)峰，目標(biāo)倒逼1.5 ℃情景2050年天然氣占比在10%～13%之間。

注： WEC*觀察年為2040年，OPEC*觀察年為2045年；EIA將水、生物質(zhì)和其他合并；BP、SGERI將生物質(zhì)和其他合并圖2 不同情景2050年一次能源分品種結(jié)構(gòu)

根據(jù)各機(jī)構(gòu)的分析，煤炭消費(fèi)總量最先達(dá)峰，隨后石油峰值也將到來，某些目標(biāo)倒逼情景下，天然氣也將消費(fèi)達(dá)峰，以風(fēng)能和太陽(yáng)能為主的可再生能源增速較快，在所有情景中的占比都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并有可能成為主要能源品種?？傮w而言，能源品種逐漸多元化，大多數(shù)情景下，到2050年，化石燃料仍占主體地位。

2.3 電力供需

雖然能效提升會(huì)減緩用電增長(zhǎng)，但受工業(yè)化進(jìn)程、電氣化加速、城市化發(fā)展等因素驅(qū)動(dòng)，全球電力需求將保持快速增長(zhǎng)。不同情景2050年發(fā)電量及分品種結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖3可知，在延續(xù)發(fā)展情景下，國(guó)際主要機(jī)構(gòu)預(yù)期2050年全球電力需求約為當(dāng)前的1.5～1.8倍，全球電能占終端能源需求的比重大多數(shù)在22%～26%之間；在變革轉(zhuǎn)向情景下，除了Shell IL情景，2050年全球電力需求約為當(dāng)前的1.7～2.0倍，2050年電氣化水平在25%～37%；在目標(biāo)倒逼情景下，全球電力需求大幅增長(zhǎng)，IEA NZE、BP NZ、Shell SK1.5、SGERI 2℃情景電力需求達(dá)到了當(dāng)前的2.6、2.2、2.4和2.6倍，呈現(xiàn)出明顯的加速提升態(tài)勢(shì)，在目標(biāo)倒逼2 ℃情景下，2050年電氣化水平基本達(dá)到27%～40%；而在目標(biāo)倒逼1.5 ℃情景下，電氣化水平得到了大幅提升，基本達(dá)到了43%～51%，提高電氣化水平已成為減排目標(biāo)的核心舉措，構(gòu)建以新能源發(fā)電為主體的電力結(jié)構(gòu)將是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段。但是IEEJ ATS情景中，得益于能源效率提高，預(yù)期電力需求水平相對(duì)較低。

圖3 不同情景2050年發(fā)電量及分品種結(jié)構(gòu)

化石燃料發(fā)電占比持續(xù)走低，可再生能源可滿足新增電力需求。在延續(xù)發(fā)展和變革轉(zhuǎn)向情景中，化石能源仍然繼續(xù)是全球電力的重要來源，除個(gè)別情景外，化石能源發(fā)電占比可達(dá)32%～58%，煤炭使用量幾乎保持不變，而石油使用量則在總體上接近于零，燃?xì)獍l(fā)電占比則有一定程度的上升。在目標(biāo)倒逼2 ℃情景下，多數(shù)情景下，2050年化石能源發(fā)電占比降至16%～34%，非水可再生能源占比達(dá)到39%～60%；在目標(biāo)倒逼1.5 ℃情景下化石能源發(fā)電占比最低降至2%，非水可再生發(fā)電占比高達(dá)78%。

綜合分析，在所有預(yù)測(cè)情景下，終端能源電氣化水平提高都將刺激電力需求增長(zhǎng)，所有情景下煤炭發(fā)電量占比都會(huì)下降，大多數(shù)情景下天然氣發(fā)電量占比提升，可再生能源發(fā)電量所占份額則快速增長(zhǎng)。提升電氣化水平和大力發(fā)展可再生能源發(fā)電成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要路徑。

2.4 碳排放

延續(xù)發(fā)展政策無法實(shí)現(xiàn)全球溫升控制，需在能源政策、能效提升以及技術(shù)創(chuàng)新等方面加大力度并綜合施策。為了實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》中提出的長(zhǎng)期氣候目標(biāo)，能源相關(guān)的二氧化碳排放量需要大幅下降。不同情景2050年能源相關(guān)碳排放如圖4所示，延續(xù)發(fā)展和變革轉(zhuǎn)向情景表明，目前所做出的努力還不能滿足為實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)的減排要求。

圖4 不同情景2050年能源相關(guān)碳排放

新冠肺炎疫情大流行對(duì)2020年的能源需求產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，全球二氧化碳排放量減少了5.1%。 2021年，盡管可再生能源發(fā)電量實(shí)現(xiàn)了有史以來最大的年度增加，但惡劣的天氣和能源市場(chǎng)條件加劇了能源需求的復(fù)蘇，導(dǎo)致燃煤量大幅反彈，IEA數(shù)據(jù)顯示，2021年碳排放量較2020年增加了超過20億t，且超過了2019年新冠肺炎疫情大流行前的水平。

在延續(xù)發(fā)展情景下，碳排放維持在穩(wěn)定水平，大致在318億～430億t。在變革轉(zhuǎn)向情景中，碳排放進(jìn)入下行通道，2050年碳排放為210億～340億t，約為2019年前的60%～97%。在目標(biāo)倒逼2 ℃情景下，2050年碳排放為89億～252億t，約為2019年的25%～72%。在目標(biāo)倒逼1.5℃情景下，2050年碳排放約為2019年的0～28%。IEA NZE、BP NZ、GEI和IRENA TES情景中，在2050年碳排放分別降至0、14億、18.7億和100億t。未來10 a繼續(xù)增長(zhǎng)的二氧化碳排放量迫使21世紀(jì)后期碳排放量更大幅度地下降，世界各國(guó)還需要在能源政策、能效提升、技術(shù)創(chuàng)新等方面加大力度并綜合施策。

目前看來，全球能源轉(zhuǎn)型路徑已逐步清晰，各國(guó)正在積極采取行動(dòng)，但是大多數(shù)情景顯示，《巴黎協(xié)定》的氣候目標(biāo)依舊很難實(shí)現(xiàn)，需要更為激進(jìn)的政策和技術(shù)突破，這也與各機(jī)構(gòu)此前版本展望報(bào)告中的說法大致相似。

3 一致性和差異性分析

各機(jī)構(gòu)的展望期和情景設(shè)置差異較大，考慮到能源系統(tǒng)和影響因素較為復(fù)雜，各情景都無法準(zhǔn)確描述到2050年和2100年的發(fā)展趨勢(shì)。筆者通過分析各展望設(shè)置情景和預(yù)測(cè)結(jié)果，尋找對(duì)未來能源發(fā)展的一致性判斷和差異性分析，從不同視角研判未來能源發(fā)展趨勢(shì)。

(1)新冠肺炎疫情短期內(nèi)帶來了巨大的不確定性，但目前能源消費(fèi)需求已恢復(fù)至疫情前水平。疫情使終端用能加速向生活消費(fèi)轉(zhuǎn)移，建筑用能需求占比穩(wěn)步提升，疫情下生產(chǎn)生活方式變革使世界石油需求峰值和化石燃料消費(fèi)峰值提前到來，報(bào)告普遍認(rèn)為能源消費(fèi)在2021-2023年恢復(fù)至疫情前水平。IEA報(bào)告指出，2021年全球能源需求已反彈，相較于疫情前增加4%。但是不平衡的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇對(duì)能源系統(tǒng)產(chǎn)生影響，天然氣、煤炭、石油價(jià)格大幅上漲，化石能源使用量大幅反彈可能會(huì)影響全球復(fù)蘇步伐。

(2)各機(jī)構(gòu)普遍下調(diào)全球能源需求增長(zhǎng)預(yù)期，但達(dá)峰時(shí)間差異較大。長(zhǎng)期來看，經(jīng)濟(jì)和人口增長(zhǎng)仍將推動(dòng)世界能源需求增長(zhǎng)。受能效提升、氣候承諾壓力等因素影響，能源持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)正在逐步被扭轉(zhuǎn)，各機(jī)構(gòu)不同程度下調(diào)對(duì)全球能源需求的長(zhǎng)期預(yù)期，但達(dá)峰時(shí)間差異較大。部分分析認(rèn)為到2050年全球一次能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，如Shell報(bào)告認(rèn)為雖然能效得到提升，但中間環(huán)節(jié)將消費(fèi)更多能源。也有報(bào)告認(rèn)為能源需求將呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，或在幾年內(nèi)達(dá)峰后下降。

(3)化石能源份額持續(xù)下降，對(duì)傳統(tǒng)能源利用仍有爭(zhēng)議。多數(shù)報(bào)告認(rèn)為煤炭需求持續(xù)下降，考慮到電動(dòng)汽車快速普及、燃油效率提升等因素，石油需求達(dá)峰也將提前到來，天然氣雖然還有較大潛力，但化石能源所占份額將持續(xù)下降。但是部分報(bào)告對(duì)傳統(tǒng)能源利用仍有爭(zhēng)議，如Shell認(rèn)為未來碳捕獲與利用技術(shù)將使煤炭仍有一席之地。EIA也認(rèn)為雖然可再生能源能滿足新增用電需求，但是天然氣、煤炭等未來也將用于保證供電可靠性。

(4)電氣化水平顯著提高，電力需求水平受能源效率影響不容忽視。相較于之前報(bào)告，各機(jī)構(gòu)均調(diào)高了預(yù)期電氣化水平，但是電力需求水平并不一定快速提高，在部分情景下，如IEEJ ATS情景，得益于能源效率提高，預(yù)期電力需求水平相對(duì)較低。

(5)碳達(dá)峰時(shí)間未定，實(shí)現(xiàn)溫控目標(biāo)仍需作出巨大努力。相較于此前版本，各機(jī)構(gòu)均認(rèn)為碳達(dá)峰時(shí)間會(huì)提前，峰值會(huì)降低。Equinor RF情景甚至認(rèn)為2019年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，但是IEA最新報(bào)告顯示2021年碳排放相較于2020年已出現(xiàn)反彈。雖然各機(jī)構(gòu)調(diào)前了對(duì)全球?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰的時(shí)間預(yù)期，但是普遍認(rèn)為當(dāng)前政策和技術(shù)難以滿足全球氣候目標(biāo)需求。為應(yīng)對(duì)氣候變化，實(shí)現(xiàn)全球溫升控制目標(biāo)，各國(guó)需采取更為積極的能源轉(zhuǎn)型政策。

4 結(jié)論與啟示

(1)各種不確定性因素對(duì)未來能源發(fā)展產(chǎn)生較大影響。各機(jī)構(gòu)在進(jìn)行能源展望中均考慮了疫情和溫升控制目標(biāo)的影響，設(shè)置了多種預(yù)測(cè)情景，探索不同條件下潛在的發(fā)展路徑并研判未來能源發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前全球疫情仍在持續(xù)，大宗商品價(jià)格高位波動(dòng)，石油、天然氣等能源原材料供應(yīng)偏緊，俄烏沖突造成地緣政治局勢(shì)緊張，外部環(huán)境更趨復(fù)雜嚴(yán)峻和不確定，多重不確定因素綜合作用，將對(duì)未來能源發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。

(2)能源低碳化轉(zhuǎn)型需化石能源轉(zhuǎn)型與可再生能源發(fā)展雙輪推動(dòng)。化石能源在全球能源消費(fèi)中占比仍然較高，能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵是降低化石能源消費(fèi)比重，但從各機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)來看，大多數(shù)情景下全球能源需求仍在增長(zhǎng)，化石能源消費(fèi)在中期仍有較大空間，并且應(yīng)考慮到疫情后全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和能源危機(jī)下歐洲各國(guó)重新啟用煤炭。我國(guó)資源稟賦條件也決定了煤炭仍將被使用。因此，能源綠色低碳轉(zhuǎn)型不是簡(jiǎn)單地減少化石能源生產(chǎn)，而應(yīng)有更為明確的方案和路線圖進(jìn)行化石能源轉(zhuǎn)型并大力發(fā)展可再生能源。

(3)發(fā)展可再生能源需更加靈活的電力系統(tǒng)。目前可再生能源發(fā)展較快，但是風(fēng)、光等可再生能源的間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的靈活性提出了更高的要求。因此，要實(shí)現(xiàn)可再生能源的快速發(fā)展，除了降低成本以外，還需要推動(dòng)整個(gè)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

(4)實(shí)現(xiàn)碳排放控制目標(biāo)需要積極推動(dòng)技術(shù)革新和制定相關(guān)政策。各機(jī)構(gòu)在進(jìn)行情景設(shè)置時(shí)主要參考了技術(shù)發(fā)展和相關(guān)政策。實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型需要在更廣泛的能源技術(shù)領(lǐng)域取得突破，包括核電、碳捕集與利用和封存、氫能等。同時(shí)政府應(yīng)積極制定能源轉(zhuǎn)型和碳減排政策和路線圖，發(fā)揮引領(lǐng)作用。