张所续
(中国自然资源经济研究院,北京 101149)
能源的生产、分配和利用与人类的经济结构联系密切,成为国家间关系的中心。当前,全球能源系统正在发生根本性变化,能源转型将改变全球权力分配、国家间关系、冲突风险,以及地缘政治不稳定的社会、经济和环境驱动因素。可再生能源已成为技术上可行、经济上有吸引力和可持续的选择,业已成为全球能源格局的中心。可再生能源也将成为民主化的有力工具,因为它分散能源供应,赋予公民、当地社区和城市权力。向可再生能源的持续转变不仅仅是从一种燃料转向另外一种,还将有助于重构21世纪的地缘政治版图。
能源转型涉及深刻的经济、工业和社会转型,仍然存在很大的不确定性。随着可再生能源的快速发展,无法预见哪些技术创新将加速转型。政治选择将影响能源转型的进程和步伐,能源转型在每个国家和部门以不同的速度在发展。向可再生能源的持续转变不仅仅是从一种燃料转向另一种,还涉及对全球能源系统更深入的改革,将对社会、经济和政治产生重大影响。
20世纪,能源需求的平均增长率为3%,与全球GDP的增长率大致相同。近几十年来,能源效率的提高打破了这一联系。到2040年,预计一次能源需求将以每年1%的速度增长。可再生能源与能源效率相结合,将对全球能源转型产生深远的影响。
可再生能源(特别是风能和太阳能)在过去十年中以前所未有的速度增长,其中太阳能和风能增长迅速,而其他能源也正在逐步增长。太阳能和风能有一个共同的特点:生产的电量随天气和时间发生变化,被称为“可变可再生能源”。可再生能源的迅猛发展对电力行业也产生着巨大的影响。自2012年以来,可再生能源增加了比传统能源更多的新发电量。IRENA统计数据显示,2018年新增发电能力的近三分之二来自可再生能源,以可再生能源为基础的发电量以十年来最快的速度增长,增速从2017年的6%提高到2018年的7%。全球可再生能源发电能力达到2351GW,占全球发电量增长的45%[1]。IRENA 2018年预测,到2050年,可再生能源将占能源消耗的三分之二,占发电量的86%。丹麦已经有超过一半的电力来自可变可再生能源。2017年,哥斯达黎加300天的电力供应完全来自可再生能源。
在电力领域可再生能源已经超过了石油、煤炭和天然气在内的化石燃料。根据IEA 2018年统计数据,全球电力需求在2018年增长4%,是2010年以来的最快增速;占最终能源消耗总量的20%,增加的发电量是一次能源需求增长的一半以上;随着终端用户电气化程度的提高,预计其份额将增加;全球发电量达到26.7万亿kW·h,其中煤电10.1万亿kW·h,增长了2.6%,占全球发电量的38%[2](图1)。
图1 2018年全球电力结构
尽管核能是一种低碳技术,但核能的增长前景似乎有限。在20世纪70年代和80年代迅速扩张之后,核电的增长在过去30年中已经放缓。核电在发电中的份额从2000年的17%下降到2018年的10%。据国际原子能机构(IAEA)统计数据,截至2019年6月,有449座核反应堆在30个国家运行,总容量超过398GW。大多数已安装的反应堆位于欧洲、亚洲和北美发达国家,其中,美国拥有97座,总容量98GW;法国58座,总容量63GW[3](图2)。目前,发达经济体中约三分之二的核电站已超过30年,除非延长寿命,否则将被关闭。虽然世界各国核能发展的历史已经证明,核电是新能源中工业成熟、技术先进的清洁能源,但核电的“弃存之争”却一直绵延不断。一些国家正计划逐步淘汰核电,如德国、瑞士、西班牙。特别是日本福岛核事故后,对世界核能发展产生了重大影响。目前,有54座反应堆正在建设中,总容量超过55GW。其中,中国13座(包括台湾2座)、印度7座、俄罗斯6座、韩国5座。据国家能源局数据,2019年中国至少有10台核电机组获批,漳州核电1号、2号机组,惠州太平岭核电1号、2号机组,辽宁徐大堡核电两台机组、江苏田湾核电两台机组获得核准[4]。综合比较而言,核电是优化我国能源结构、兑现减排国际承诺、保障国民经济可持续发展最为有效可行的解决方案,应在确保核能安全的前提下,建立稳定的核运行环境,积极发展核电。
图2 截至2019年6月全球核反应堆排名前十的国家概况
全球能源转型的主要特征是向可再生能源转型,成本下降、技术创新等有利趋势将推动可再生能源的快速部署。
随着可再生能源技术成本的下降,可再生能源已成为推动变革的主要力量。彭博新能源财经(BNEF)统计数据显示,自2010年以来,陆上风电、太阳能光伏和海上风电的成本分别下降了49%、84%和56%;自2012年以来,锂离子蓄电池成本下降了76%,人们相信在2020年中期电动和传统车辆将以可比价格出售[5]。由于成本下降,对可再生技术的投资越来越受到企业的关注,清洁能源投资也连续五年超过3000亿美元,2018年投资为3331亿美元[6]。国际可再生能源署(IRENA)2019年最新研究数据表明,集中太阳能发电(CSP)的全球平均电力成本同比下降了26%,其次是生物能源(-14%)、太阳能光伏发电(PV)(-13%)和陆上风电(-13%)、水电(-12%)、地热(-1%)和海上风电(-1%)[7]。可再生能源成本的下降,进一步提高了可再生能源的成本竞争力,进而促进了可再生能源的快速部署。
化石燃料造成的空气污染和气候变化等问题,使政府、企业、投资者和公众都认识到全球经济脱碳的必要性。据世界卫生组织估计,全球每10人中有9人在呼吸污染的空气,每年有700万人死于空气污染,空气污染成为危害人类健康和福祉的第四大死因。气候变化也对人类和地球的生态系统构成了威胁。由于能源行业排放量占全球排放量的三分之二,大多数通往低碳经济的途径都需要快速部署可再生能源并将能源效率提高一倍。最近的IPCC报告提出,为防止长期或不可逆转的变化,包括重要生态系统的丧失,需要将温度上升限制在最高1.5℃[7]。IRENA的分析表明,可再生能源的部署与提高能源效率相结合,为减少90%的能源行业排放量提供了最具成本效益的方式。
技术创新在加快可再生能源在电力行业的部署方面发挥了重要作用。专利率表明,清洁能源技术领域的技术创新比化石燃料和核能等传统能源领域更多。长远来看,下一代生物燃料和电解产生的可再生氢将使可再生能源扩展到越来越多的难以电气化的行业,如航空、航运和重工业。数字化和储能的创新也开辟了新的领域。智能电网、物联网、大数据和人工智能等新数字技术正在能源行业得到应用,加速了可再生能源在新兴智能发电和配电系统中的使用。储能技术的创新,对风能和太阳能等可变可再生能源至关重要。电池(包括电动汽车中的蓄电池)有望成为重要的储能技术。
投资者通过转变投资方向,加速推动了能源转型。Divest Invest、IIGCC、AIGCC、Ceres、IGCC 等组织联合成立了气候变化全球投资者联盟(GIC)并发起CA100+倡议,鼓励企业快速从化石燃料向可持续能源转型来解决气候变化问题(表1)。此外,挪威主权财富基金(Norwegian Sovereign Wealth Fund)及汇丰银行(HSBC)等也采取措施剥离煤炭业务。世界银行等一些主要的多边开发银行,不再为煤炭投资提供资金。安联(Allianz)和安盛(AXA)等全球保险公司宣布,将逐步取消特定煤炭项目的保险范围。在投资者的压力下,荷兰皇家壳牌(Shell)公司制定了到2035年将其净碳足迹(包括消费者的排放量)减少20%左右的计划。丹麦前石油和天然气公司Orsted已出售了其化石燃料资产,并承诺在2023年之前将其排放量在2006年的水平上削减96%。埃克森美孚(Exxon Mobil)、雪佛龙(Chevron)、英国石油(BP)、挪威国家石油(Equinor)等也采取了措施。
表1 主要投资机构概况
能源转型将是21世纪重塑地缘政治的主要因素之一。全球能源转型将影响社会、经济和环境因素,这往往是地缘政治不稳定和冲突的根源。煤炭和蒸汽动力推动了工业革命,而工业革命又在19世纪构建了地缘政治格局。从化石燃料向可再生能源的转变将改变全球电力关系,不亚于从木材到煤炭、从煤炭到石油的历史转变。
一个国家在国际体系中的地位受到一系列因素的影响,包括GDP、人口、土地面积、自然资源、地缘战略位置、军事资源和“软实力”。拥有对重要的能源资源和市场的控制权和准入权是一项重要资产,因为它能够保护国家利益,并利用国外的经济和政治影响力。相比之下,没有这些资产的国家的杠杆率较低,而且更容易受到影响。在能源转型背景下,不同国家的表现在很大程度上取决于对化石燃料贸易流量变化的风险程度。同样重要的是他们在清洁能源竞赛中的地位,即成为可再生能源技术领导者的商业竞争。通过分析国家对化石燃料进口的依赖程度以及可再生能源技术专利的累计注册数量,可以看出:
(1)由于页岩革命,美国接近能源自给自足。2017年,美国成为天然气净出口国,预计21世纪20年代中期将成为石油净出口国。美国公司在机器人技术、人工智能和电动汽车等新技术方面占据强势地位,在清洁能源竞赛中处于有利位置。
(2)中国能源安全将从能源转型中获益。中国在制造业以及可再生能源技术方面的创新和部署处于领先地位,是全球可再生能源投资最大的国家,占2017年全球总量的45%以上。目前,仍然高度依赖石油进口,而且一直在稳步增长。
(3)欧洲和日本是非常依赖化石燃料进口的主要经济体。在可再生技术领域也占有重要地位。德国拥有近3.1万项可再生能源专利,德国的“能源转型”使其成为可再生能源部署的领跑者。
(4)过去几年,印度一直是世界上增长最快的经济体之一,使数百万人摆脱了贫困。预计在2024年成为全球人口最多的国家,并在21世纪20年代末超过中国成为世界上最大的能源增长市场。印度制定了雄心勃勃的目标,到2022年装备175GW的可再生能源。
(5)俄罗斯是世界上最大的天然气出口国和第二大石油出口国,在适应日益增长的可再生能源方面可能面临挑战。俄罗斯的经济规模比任何中东产油国都大,也更多样化,但石油和天然气租金约占财政收入的40%。尽管俄罗斯正在加大可再生能源的投入和研发方面的投资,但在可再生能源技术专利方面,仍远远落后于中国和美国。
随着世界向可再生能源转型,将对区域能源格局产生影响。通过对比各地区石燃料净出口和进口占GDP的份额,可以看出:
(1)中东和北非,以及俄罗斯和其他独联体国家,是最容易受到化石燃料收入减少的地区。该地区的化石燃料净出口约占GDP的四分之一以上,出口下降将对其经济增长和国家财政产生影响。为了防止经济崩溃,他们需要调整经济结构,减少对化石燃料的依赖。
(2)撒哈拉以南非洲的大多数国家将受益于减少化石燃料进口和在国内生产可再生能源,非洲国家有一个跨越以化石燃料为中心的独特发展机遇。唯一例外的是该地区的两个最大的石油生产国尼日利亚和安哥拉,由于严重依赖化石燃料租金而面临风险。
(3)小岛屿发展中国家如果采用可再生能源而不是化石燃料,将最有利于其发展。目前,许多小岛屿发展中国家化石燃料进口占GDP的8%,而且小岛屿国家也极易受到气候变化的影响。小岛屿发展中国家拥有充足的可再生能源和技术,可满足其大部分能源需求。支持小岛屿发展中国家可再生能源目标的国际合作正在大幅增加,13个小岛屿发展中国家制定了60%~100%的可再生电力目标。
(4)南亚地区的化石燃料进口占GDP比例超过3%,化石燃料的需求正迅速上升。这些国家将从能源转型中受益,否则化石燃料进口费用的急剧增长将对其经济造成压力。
(5)欧洲、中国和日本目前严重依赖化石燃料进口,但随着可再生能源份额的增长,将增加其能源独立性。日本最依赖进口,其净化石燃料进口量占GDP的5%。
(6)北美和拉丁美洲加在一起是净中立的。鉴于其国内资源和国际能源贸易,其经济在很大程度上与能源无关。
许多富含化石燃料的国家能够产生相当大的国际影响力。他们可以利用化石燃料租金(化石燃料的生产成本与市场价格之间的差异)为社会经济发展和经济多样化提供资金,显著增强其军事实力。能源转型将对化石燃料价格和相关租金带来压力。如果化石燃料收入下降,这些国家将需要重新考虑其国家优先事项和战略。石油租金通常比天然气租金和煤炭租金大得多。在化石燃料租金占GDP 10%以上的国家中,天然气租金高于石油租金的仅有3个国家:土库曼斯坦、乌兹别克斯坦、特立尼达和多巴哥。蒙古的煤炭租金是最高的;在所有其他国家,包括俄罗斯等大型天然气出口国,石油租金占主导地位。许多石油生产国的国家权威源于石油租金带来的高福利补贴,石油租金的损失可能会在短期内引起痛苦的调整。石油租金的长期下降,可能会导致社会动荡、政治内讧,甚至内部政治动荡可能会对邻国产生影响。此外,高额的石油租金会破坏经济增长、扭曲经济、攫取民主制度、刺激腐败、阻碍国内产业发展、加剧冲突。通过分析各国对化石燃料租金的依赖程度以及人均收入,可以发现:
(1)利比亚、安哥拉、刚果、东帝汶和南苏丹属于高度风险、低弹性的国家。这些国家高度依赖化石燃料租金(通常占其GDP的20%以上),由于他们的人均GDP很低,财政缓冲有限。
(2)沙特、卡塔尔、科威特、阿联酋和文莱属于高度风险、高弹性的国家。这些国家高度依赖化石燃料租金,但有足够的收入和能力适应能源转型。
(3)俄罗斯、伊朗、阿尔及利亚和阿塞拜疆属于适度风险、适度弹性的国家。这些国家风险较大,但他们的经济具有一定的弹性。只要实施有效的政策使经济多元化,就能够管理转型。
(4)马来西亚、巴林、哥伦比亚和挪威属于风险相对较低的国家。这些国家的化石燃料租金不到GDP的10%,因此他们不太容易受到能源转型的影响。
从长远来看,减少对化石燃料的依赖,可以为国民创造一个更加稳定、公平和经济富足的未来。减少对石油租金的依赖,促进经济多样化,一直是许多石油出口国长期的政策目标。近年来,面对新的现实,一些石油输出国已经制定了实现经济多样化和增强其恢复力的战略(表2)。历史上因为提供化石燃料而具有地缘政治影响力的国家可能会看到其全球影响力的下降,除非它们能够为新能源时代重塑经济。
表2 海湾合作委员会国家的多样化计划
世界上超过80%的人生活在化石燃料净进口国,能源安全(以可承受的价格不间断地供应能源)一直是所有能源进口国的关键战略问题。从战略角度看,化石燃料进口国很容易受到石油和天然气出口国可能发生的政治不稳定、恐怖袭击或武装冲突造成的供应中断和价格波动风险的影响。从经济角度看,大部分能源进口国面临货币波动和不稳定的燃料价格的影响,对贸易平衡造成巨大负担,导致国际收支问题。从消费者的角度看,高额的能源进口费用将大量财富转移到国外。能源转型特别是可再生能源的广泛利用,可使大多数国家实现能源独立,大大改善其贸易平衡。开发利用可再生能源的国家可以更好地实现能源安全,例如巴西的乙醇计划为巴西实现能源自给自足发挥了至关重要的作用。增加可再生能源在能源结构中的份额,可以为国家经济提供新的动能。冰岛就是基于可再生能源实现经济转型的成功案例。在可再生能源丰富的地区,实现100%可再生能源供电在技术上是可行的。缺乏国内燃料储备的发展中国家例如小岛屿发展中国家(SIDS),从利用其可再生能源中受益最多。提高能源安全可能会改变出口国和进口国之间的动态关系,还将削弱石油和天然气在国际政治中的作用。
可再生能源不仅会影响各国之间的力量平衡,还将重新配置联盟和贸易流量,并围绕电网和新商品创造新的相互依赖关系。随着全球对化石燃料的需求下降,建立在化石燃料基础上的联盟可能会减弱。随着全球经济对石油依赖程度的降低,国家之间的双边关系也将发生变化。例如美国和沙特之间的联盟关系,随着对石油依赖的降低可能会发生重大变化。各国也开始重新思考能源外交。日本的外能源战略不再仅仅集中在确保化石燃料的进口上,德国与一些可再生能源地位突出的国家建立了双边能源伙伴关系。国际太阳能联盟、全球地热联盟和创新使命等各种新的联盟和倡议正在涌现,以促进多边合作和具体的可再生技术,加速可再生能源的利用。可再生能源将重新配置国家和地区之间的依赖关系。与化石燃料贸易不同,可再生能源技术的贸易将受到“正常”而非“自然”比较优势的影响。随着能源贸易路线的重新规划,地缘政治版图将呈现新的形式。在一个能够在大多数地方生产能源的世界,一个霸权国家将无法通过控制公海或战略要冲(如霍尔木兹海峡或马六甲海峡)来施加影响。
各国长期以来一直将能源资源作为外交政策的工具,这种做法被称为“能源治理”。石油和天然气的地缘政治影响,不仅被用作伤害或威慑敌人的“大棒”,还被用作奖励盟友并确保他们忠诚的“胡萝卜”。例如委内瑞拉的加勒比计划对加勒比小国的原油和石油产品交付给予大幅折扣,以抵消美国在该地区的影响。能源资源本身不仅是地缘政治竞争的对象,而且也包括其运输路线。例如在20世纪90年代,美国以牺牲与俄罗斯和伊朗的关系为代价,推动巴库-第比利斯-杰伊汉(BTC)管道减少,加强其在该地区的战略影响力。在一个主要由可再生能源驱动的世界,能源转型的结果是降低石油和天然气作为外交政策工具的地缘战略重要性。美国前总统卡特曾说“没有人可以封锁太阳或中断太阳向我们提供能源”。可再生能源的重点可以减少某些冲突的发生,并缓解对重要自然资源的竞争,特别是石油、天然气、水和食物。随着世界能源利用转向可再生能源,化石燃料的重要性相对下降,冲突的发生率和地理位置可能会发生地缘政治上的转变。全球能源转型可能产生和平红利。
能源转型主要是可再生能源的增长,以及未来化石燃料的减少。可再生能源与化石燃料有许多不同特性,可再生能源不同于集中在特定地理位置的化石燃料,在一定程度上降低了当前能源运输瓶颈造成的紧张局势,特别是对全球石油供应至关重要的海上运输要冲;大多数可再生能源以能量流的形式存在,而化石燃料则是以库存形式存在。能源库存只能使用一次,而能量流不会自己耗尽也更难被破坏;可再生能源可以任何规模部署,并能更好地适应分散式的能源生产和消费,这增加了可再生能源的民主化效果;可再生能源的边际成本几乎为零,如太阳能和风能,产能每增加一倍,其成本降低近20%。能够利用新的可再生能源技术的国家可以提高其全球影响力,技术创新领导者也将从全球能源转型中获得最大收益,如果可再生能源技术潜力高的国家能够成为可再生能源或燃料的重要出口国,或者成为可再生技术所必需的全球生产和价值链的一部分,那么这些国家将获得高收益。例如不丹对印度的电力出口占政府收入的27%以上,占其GDP的14%。
一个国家要实现长期稳定和繁荣,就必须实现包容和可持续发展。和平与发展如同一枚硬币的两面,两者都需要政策和制度来应对环境风险,减少不平等现象并确保公平和社会凝聚力。与建立在化石燃料基础上的世界截然不同,由可再生能源驱动的全球能源“低碳”转型将产生重大的地缘政治影响,全球力量结构和部署将产生重大变化。大多数国家将可能实现能源独立,国家力量将变得更加分散。抓住全球能源转型中的机遇,加快可再生能源部署和技术创新的国家(如中国),其在新的能源版图中的影响力将会增加。那些严重依赖化石燃料出口、不适应能源转型的国家将面临风险,并逐渐失去影响力。各国必须为未来的变化做好准备,并制定战略,以加强平稳过渡的前景。尽管困难重重,但通过应对气候变化、治理污染、促进繁荣和可持续发展,能源转型最终将把世界推向正确的方向。虽然无法预测能源转型的确切范围和速度,但其对国家、社区和企业的影响将是深远的。