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【智库思享】王进:可再生能源的巨大机遇与挑战

来源:北大国发院网 | 作者:王进 | 时间:2021-01-25 | 责编:申罡

文 | 王进 北大国发院EMBA校友


企业首先要抓住趋势,做到战略正确,才能按照企业机制和市场情况得到发展。我所在公司属于风力发电行业,我分享一下到2050年整个行业的未来趋势,分三部分:


能源转型的驱动力和发展需求;


目前的差距及前景;


第三,未来蓝图实现的大致路径。


面向2050年的能源转型


《巴黎协定》确立了明确目标,以工业化前的水平为对标,本世纪结束之前要将全球气温的上升幅度控制在“远低于”2°C的水平,理想情况下控制在1.5°C。这要求各国要从长期目标,国家自主贡献,减缓相应压力,资金,透明度和管理机制上采用一系列行动去完成目标。


中国已是世界第二大经济体,在能源消耗上还有很大的改善空间。中国国家主席龙8国际在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话强调,中国作为负责任的大国,将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值, 2060年前争取实现碳中和。这一承诺被称为“30·60”目标。这一碳排放目标,将大力推动可再生能源发展。


2020年10月14日,以“引领绿色复苏,构筑更好未来”为主题的2020年国际风能大会在北京召开,来自全球400余家风能企业的代表一致通过并联合发布了《风能北京宣言》。宣言提出,在“十四五”规划中,需为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间:保证年均新增装机50GW以上。2025年后,中国风电年均新增装机容量应不低于60GW,到2030年至少达到800GW,到2060年至少达到3000GW。《风能北京宣言》为风电发展确立了路线图。


因此,从大环境上,要实现2050年的气候适应性能源结构,在交通和供热方式都日益电气化的趋势下,必须加大可再生能源发电量和发电比例的增长,到2050年与能源相关的二氧化碳排放量需要减少60%左右。如果再加上直接使用可再生能源带来的额外减少,这一比例将提升到75%。如果再考虑到能源效率的提高,二氧化碳的减排比例要达到90%以上,才能完全实现世界《巴黎协定》的目标。


在这一目标约束下,可再生能源占一次能源供应总量的份额就要从2017年的14%提高到2050年的65%。可再生能源的结构将发生深刻变化,生物能源中可再生能源的份额将从2/3降至1/3,并且在2050年的转型能源方案中,太阳能和风能的份额将大大提高。


在转型目标中,到2050年,整个能源行业的就业岗位可达1亿个,比规划目标高出15%,比当前能源就业总量高出72%,其中大部分是可再生能源领域。我们需要最大限度地发挥能源转型,创造就业的潜力,加大可再生能源劳动力特定知识和技能的培训,采取有效的方法促进劳动力的就业。


在转型目标下,2050年全球GDP将比计划目标高2.4%,累计收益将达到约98万亿美元;贸易对全球GDP增长的贡献只会略高于计划情景下的增幅。全球GDP的累计增长超过改造能源系统的投资成本,增加投资,经济增长和创造就业机会的前景都有助于获得政府支持。


在转型目标下,到2050年全球福利的增长估计将达到13.5%,福利将得到更快,更进一步的改善。大部分福利收益来自社会和环境收益,通过减少空气污染和温室气体排放改善健康状况。


总而言之,能源转型将在全球范围内带来巨大的社会经济利益。由于地区和国家特定的社会经济结构差异以及它们与能源系统的复杂相互作用,最终结果可能有很大的地区差异。


现实和目标存在巨大差距


尽管越来越多的证据表明,气候变化正在对地球造成危害,但人们解决气候变化的愿望与现实间的差距仍然很大。各国间的减排力度仍不均衡,部分国家极力追求净零排放,部分则缺乏持续的政策措施。目前由新冠病毒引发的健康,人道主义,社会和经济危机可能进一步扩大国与国的差距。


近年来,可再生能源份额,GDP的能源密集度以及能源最终用途的电气化都得以改进,但其改进速度并没有使世界走上《巴黎协定》目标的轨道,还需努力减少能源部门以外的排放。化石燃料继续在世界多地产生负面影响,其中包括空气,水和土壤污染严重,以及持续依赖能源进口。


目前,根据世卫组织2020年的数据,空气污染每年导致全球700万人过早死亡。据估计,全球仍有8.4亿人无法使用电力,26亿人无法获得清洁的烹饪燃料,因此世界迫切需要清洁,可持续的能源解决方案。IRENA(全球可再生能源理事会)的《转型能源方案》概述了一条气候友好的途径,与当前水平相比,与能源相关的二氧化碳排放量到2050年将减少70%;到本世纪中期,与能源相关的二氧化碳排放量将达到9.5亿吨。为使世界朝向实现《巴黎协定》规划方向发展,从现在起到2050年,与能源有关的二氧化碳排放量每年需至少减少3.8%,此后还要继续减少。


按照既定方案达不到目标,按照转型方案可以进一步推进目标,但是还要深度脱碳方案(Deeper Decarbonization Perspective)才能够加速实现相应的能源转型。在这一过程中,对与二氧化碳的排放,能源需求,化石能源和其他能源的使用都有相应的目标,要求我们实施相应的措施。可再生能源占世界能源的比重须以6倍的速度进行相应的增长。


可再生能源的五大技术支柱


第一支柱:电气化。尽管可再生能源补贴下降,全球GDP增长放缓,但可再生能源发电技术仍在创造低成本和新产能的纪录。在转型目标下,到2050年,电力将成为核心能源载体,终端消费份额将从20%增长至近50%。用电比重增速翻两番,从0.25个百分点提高至1.0个百分点。


在规划目标下,每年必须额外增加1000太瓦时(TW·h)电力需求,相当于日本每年总发电量。需每年新增520GW可再生能源容量。同时,可再生能源发电比例需从26%提高至2030年的57%,到2050年提高至86%。


成本下降加速需求增长,2020年有4/5的光伏和风电项目成本低于任何化石燃料替代品。终端电气化将推动电力需求增长,以满足可再生能源需求。在交通运输领域,全球电动汽车数量将从2019年的790万辆增加至2050年11亿辆以上。


在供暖方面,热能效率提高是传统加热系统的2到4倍,到2050年热泵安装数量将提高10倍。在高效电气化技术转变的同时,能源效率也得以提高。


第二支柱:电力系统灵活性增长。这是对目前电网的考验。风力发电有很大的随机性,而太阳能只能白天发电,随着能源改革和物联网,能源互联网的发展适应需求多变的基础条件,电网会随着需求侧改进而进一步相应发展。


第三支柱:传统可再生能源,包括水电,生物质能源,太阳热能和地热可再生能源均有巨大的规模化潜力,占转型目标中减排来源的四分之一以上。水电可为未来的能源系统带来重要的协同效应。现在还有一定的生物质能,将来还要利用太阳能和风电,这些无污染可再循环的新能源会成为发展的主流。


第四支柱:绿色制氢。通过氢燃料的综合性使用改变对未来环境的影响。氢可为难以直接用电能替代的化石能源领域提供解决方案。氢燃料的年产能可达1.2亿吨(14EJ),几乎全部依靠化石燃料产生,碳足迹很高。2020年初,世界上最大的具有10兆瓦电解槽产能的绿色制氢厂在日本投入运营。绿色氢燃料由可再生能源电力通过电解产生,其成本下降迅速。


未来几年,绿色氢燃料将与化石燃料产生的蓝色氢燃料形成成本竞争。在未来5到15年内,许多地区的绿色氢燃料价格将比蓝色氢燃料更为低廉。氢可进一步加工成碳氢化合物或氨,从而有助于减少航运和航空业的排放。天然气行业也将氢气视为延长现有基础设施寿命且具有前景的解决方案。到2050年,每年将生产160万吨绿色氢,只能满足当今全球5%的能源需求,另外2.5%的需求将由蓝氢来满足,要达到这个产量,必须大幅扩大电解槽规模,从现在起到2050年,每年需要50GW至60GW的新增容量。


最重要的是,使用可再生能源从经济上规模上具备可行性,而且现在已经在逐步地验证。


第五支柱:促进创新,应对挑战。只有通过机制改革和技术创新,成本才能得到大幅度下降。中国今年已经不再补贴太阳能发电,通过市场化的努力,其成本近十年下降90%,现在太阳能发电成本只有原来的10%,未来似乎还有较大的下降空间。


以上这些是实现路径的具体要求。


在投入产出比上,根据相关研究来看,总体来讲,1美元用于能源转型将带来38美元回报,这从经济上支撑未来的能源转型。为了迎接能源转型,中国已经提出“三个转变”和“两个加快”。


“三个转变”指在能源生产环节,从一煤独大向清洁主导,电力供应转换;在能源消费环节,加快电能替代,发展电制燃料产业,提升能源消费品质,提高安全保障能力;在能源配置环节,建设东西部两大同步电网,强化特高压骨干网架,形成“西电东送,北电南供,多能互补,跨国互联”的能源格局。


“两个加快”分别指加快技术创新,推动能源开发,转换,配置,储存,使用等领域的技术创新,装备制造和产业发展;加快市场建设,加快推动构建全国电力市场,形成统一开放,竞争有序的现代化市场体系。


基于上述所有判断,在未来发展过程中,可再生能源,新能源的发展将呈现逐年上升趋势。


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