过去十年,全球太阳能发电尽管占比从低于0.01%到增至2%以上。各研究机构关于太阳能发电的未来发展预测,尽管模式不同但都相当乐观,认为未来几十年,太阳能发电将随着制造成本的进一步下降保持增长,增速暂时无法确定。BP的Sky模式预测,2040年,全球太阳能发电可达1.2万太瓦时,太阳能发电将占全球总发电量的26%以上。国际能源署的相关预测也认为,这个比例将达到21%~22%。各机构都认为,2040年,亚太地区仍将在太阳能发电领域独领风骚。根据历史数据和未来发展趋势,中国、印度和非洲是最具太阳能发电潜力的国家和地区。虽然太阳能等可再生能源发展速度惊人,但在未来的能源结构中,化石能源依然是主角。太阳能这类低碳、绿色的能源形式正一步步壮大,会随着其相关技术成本的下降而逐渐成为能源结构中重要的补充。本版文图除署名外由卢雪梅提供
被新冠肺炎疫情笼罩的2020年,能源的未来发展显得前所未有的扑朔迷离。总部位于美国华盛顿的未来资源研究院以《能源转型抑或能源新增》为题的报告,梳理了全球主要几家能源或经济研究机构的最新能源预测,更以日本学者茅阳一的碳排放公式为主线,对太阳能的未来发展寄予厚望。太阳能能否成为环境与经济发展难题的最优解?现在断言为时尚早,但根据其以往的发展势头和未来的发展空间,其在增速上确实风头无两。
太阳能发电未来可期
过去十年,全球太阳能发电占比从低于0.01%到增至2%以上,个位数数据虽然看上去并不醒目,但实际上增幅是巨大的。各研究机构的不同模式关于太阳能发电的未来发展预测都相当乐观,认为未来几十年,太阳能发电将随着其制造成本的进一步下降而保持增长,但因不确定因素过多,增速暂时无法确定。
各研究机构对此进行的预测结论也存在较大差异。主要有两个原因,一是预测时需要对技术发展速度做出准确性较高的假设,而这一点在实际操作中很难实现。以太阳能技术的发展和页岩油气的勘探开发为例:太阳能技术的发展速度和页岩油气勘探开发技术的突破都不曾被预见到,从而也无法对其进行有效预测。二是太阳能的发展与各国政府的政策关系很大,政策力度越大,太阳能的发展速度也就越快,而政策是相对频繁变化的因素,这就为预测增加了难度。
对当前的预测结果进行比较可以发现,BP的Sky模式得出的太阳能发展速度最快,其称,2040年时,全球太阳能发电可达1.2万太瓦时,并将在其后几十年继续快速增长。除了BP,Equinor(挪威国家石油公司)和国际能源署(IEA)的激进气候模式也都看好太阳能发电前景,并得出了相当乐观的预测结论,认为其将实现快速增长。从政策演变模式看,彭博新能源财经的预测结果显然最乐观。BP的SKY模式认为,到2040年,太阳能发电将占全球总发电量的26%以上。国际能源署的相关预测也认为,这个比例将达到21%~22%。
从区域来看,以中国和日本为首的亚太地区,太阳能发电增长将最快。2018年,亚太地区的太阳能发电量占全球太阳能发电总量的43%。各机构都认为,2040年时,亚太地区仍将在太阳能发电领域独领风骚,国际能源署的既定政策模式得出的太阳能发电全球占比将增至65%,美国能源信息署(EIA)是64%。另外,2018年,欧洲和欧亚地区太阳能发电全球占比为24%。但据所有机构的不同模式预测,2040年时,这两个地区的太阳能发电全球占比将出现下降,仅占8%~12%。
中东的太阳能发电占比则将从2018年的1%增至2040年的3%(最悲观预测)或11%(最乐观预测)。非洲2018年的太阳能发电全球占比仅为2%,国际能源署和美国能源信息署非常不看好非洲的太阳能发展,分别得出2040年时仅占全球太阳能发电总量的2%和3%的预测。BP的预测为7%,其他几家机构认为可以达到8%。
由于往年的预测都低估了近年来太阳能相关制造成本下降的速度,许多机构的新预测都在原有预测基础上进行了调整。2010年,全球太阳能发电量为33太瓦时,美国能源信息署在此基础上在其2011年的预测报告中提出,到2020年,全球太阳能发电量将实现4倍的增长,达到134太瓦时。但2018年全球太阳能发电就已达到900太瓦时,远远超出预测。实际上,对于多数能源形式而言,预言十年出现成倍增长都已是相当大胆的预测,而太阳能发电相关制造和安装成本的下降仍超出多数机构的预期。事实胜于雄辩,各家机构过去对太阳能发电的发展预测显然都过于保守。可以说,太阳能发电以其不俗的发展速度某种程度上拓宽了各研究机构的预测视野。
中国、印度和非洲——未来最具发展潜力的地区
根据历史数据和未来发展趋势,中国、印度和非洲既是最具太阳能发电潜力的国家和地区,又分别代表着处于不同经济发展阶段的国家和地区对太阳能发电的不同需求。我国经历了多年的经济快速发展和能源需求剧增后,未来经济发展速度可能放缓,对绿色能源的需求有所增加。印度也同样经历了经济的快速发展,未来的能源需求增长将加速,尤其是对煤炭的需求。非洲的能源需求增速相对缓慢,传统生物质能仍将占主导地位,石油和天然气在能源结构中的占比将出现上升。
中国
我国近几十年经济快速发展伴随着能源需求激增,但各机构预测表明,未来25年,我国一次能源需求增长将放缓,其中煤炭因不符合环保要求,降幅最大。对于2040年的预测,各机构比较一致地给出了下降的结论,尤其是在国际能源署的既定政策模式和可持续发展模式下,我国的煤炭需求将出现快速下降。与此同时,我国的油气需求在2030年前都将呈持续增长态势,2030~2040年增长将放缓。此前,我国对天然气需求的增幅都超过了机构的预测,为此,各机构也进行了相应调整。
国际能源署2019年曾预测,在当前政策模式下,2030年我国的天然气需求将增至1.8万兆英热单位。过去十年,受国家政策和成本下降的双重利好影响,我国在包括水力、风能和太阳能等可再生能源的利用方面也取得了长足的进步,预测显示,这一趋势将持续到2040年。而根据国际能源署的当前政策模式,我国的风能和太阳能将在能源结构中占更大比重,可再生能源消费将在2035年达到1万兆英热单位。这些变化将对我国控制温室气体排放和治理空气污染起到积极作用。
尽管如此,所有机构的预测都表明,在我国的能源结构中,煤炭仍将占重要地位;油气消费也增长迅速,在不同模式下,可增长两倍或三倍不等,但其地位仍次于煤炭。从增长比例来看,可再生能源,尤其是太阳能,是我国增长最快的能源板块,各机构给出了未来20年将在2015年的基础上增长4~8倍不等的预测,是未来最具潜力的能源领域。
印度
印度也经历了与中国类似的经济高速增长,各机构都认为,印度未来20~25年的能源需求将出现大幅增长。
印度的一次能源需求也超出多数机构的预期,迫使国际能源署持续上调其对印度的煤炭、油气需求预测。国际能源署的当前政策模式预测显示,到2040年,印度的煤炭消费将达到3.9万兆英热单位,是其石油消费量的两倍。石油和天然气需求增长上调幅度也不低,2019年的预测是2030年的油气需求将分别达到1.5万兆英热单位和5000兆英热单位,而2006年的油气预测值分别是1.1万兆英热单位和3000兆英热单位。
从能源结构占比来看,国际能源署的基准模式和演化政策模式预测,2040年印度的煤炭消费量在其一次能源消费中的占比将从2015年的42%增长为44%~51%。石油占比则不管何种模式预测都将降低,但如果按绝对值计算仍将增长72%~97%。2015年印度的天然气消费在能源结构中占比仅为5%,但各模式预测都表明,这一比例将在2040年达到7%~10%。
在国际能源署的可持续发展模式下,印度的能源未来预测显得非常理想化:煤炭消费下降(绝对值)27%,在能源结构中的占比降至21%;与此同时,天然气消费占比上升,从2015年的5%增至2040年的20%。石油消费在这一模式下也将增加,但增速远低于其他模式的预测值。尽管如此,石油仍将在2040年成为印度最重要的一次能源,在能源结构中的占比可达23%。而如果按照基准模式和演化政策模式的预测结果,煤炭将占最重要的地位。
从可再生能源方面看,印度的发展相对落后,当前最主要的可再生能源是生物质能,但预测显示,未来其可再生能源需求将由太阳能和风能主导。受过去几年国际油气价格低迷影响,各机构对印度太阳能和风能等可再生能源需求的预测都比较悲观。如国际能源署在2006年和2011年都预测,到2030年,印度可再生能源需求分别为300兆英热单位和500兆英热单位,但2019年将其调整到1900兆英热单位。据国际能源署的当前政策模式对印度2040年的预测,以风能和太阳能为主的现代可再生能源需求将增至3900兆英热单位,在能源结构中的占比将从2015年的0.5%增长为2040年的5%(当前政策模式)~9%(基准模式)。而在其既定政策模式和可持续发展模式下,预测值更高。据其可持续发展模式预测,到2040年,太阳能和风能在印度的能源结构中占比高达16%,印度1/3的电力需求都将来自太阳能。
非洲
非洲大陆上有50多个国家繁衍生息,情况复杂,任何长期预测都不能很好地反映特定局部的发展趋势,但通过比较历史数据和不同模式的预测结果还是能发现一些规律。
数据显示,2015年,生物质能占非洲一次能源需求的一半以上,太阳能等可再生能源在非洲的能源结构中仅占0.1%,这表明非洲大陆仍强烈依赖传统燃料,也从侧面反映非洲大陆在接入现代能源服务体系上还存在极大困难。
国际能源署的当前政策模式预测表明,到2040年,在非洲的能源消费中可再生能源仍将唱主角,将从2015年的1.5万兆英热单位增至2.3万兆英热单位。在此期间,生物质能将增长4200兆英热单位,水力、太阳能等可再生能源将增加3300兆英热单位。根据国际能源署的可持续发展模式,非洲大陆的传统可再生能源消费在一次能源消费中的占比将出现下降,从2015年52%降为2040年的35%~36%。但太阳能等现代可再生能源形式在其能源结构中的占比变化因预测模式不同而各异。当前政策模式预测,到2040年,非洲以太阳能为主的可再生能源消费在能源结构中的占比将增至5%;如果按照可持续发展模式,这个占比则高达20%。
在国际能源署的最新预测中,在当前政策模式下,非洲的油气需求都将出现强劲增长,且远高于该机构2006年和2011年对同一时期的预测。到2035年,非洲的油气需求将分别达到1.2万兆英热单位和9000兆英热单位。
比较各机构的预测结果可以看出,虽然太阳能等可再生能源发展速度惊人,但在未来的能源结构中,煤炭和油气等化石能源依然是主角,煤炭的部分退出大多被天然气所接替,如果没有其他能源利用上的重大突破,在可见的将来,人类还离不开化石能源的驱动。但太阳能这类低碳、绿色的能源形式会随着其相关技术成本的下降而逐渐成为能源结构中重要的补充。
2020年以来疫情的暴发和失控已对全球经济和能源需求产生了巨大的负面影响。疫情阴云之下,人类的行为收敛了很多,可能使2020年成为自《巴黎协定》签订以来首个碳排放量降低的年份。如何在发展经济的同时,善待我们银河系唯一可栖居的珍贵星球,是当前各国政府不得不权衡的难题,也是全人类,特别是能源从业者无可回避的课题。