法国加拿大美国俄罗斯澳大利亚最主要的能源
法国
法国在能源方面最大的特征是核能大国。一次能源中有4成多是核能,并向多个国家出口电力。另一方面,法国国内资源贫乏,石油、天然气和煤炭的大部分都要依靠进口。
其能源政策的基本方针是,能源自给、实现有竞争力的能源价格、削减温室气体、向全体国民提供能源等,其中心措施为推进核能。
法国也在推进采用可再生能源。
欧洲风力能源协会的调查结果显示,2010年法国采用了108.6万千瓦的风力发电设备,2010年年底发电规模达到了566万千瓦。2009年的装机容量规模在欧洲仅次於西班牙和德国,累计规模也排名第四。
法国政府一直从潜在能力、供电能力及景观等方面考虑,指定可建设风力发电设施的地区。从地区来看,在北部的皮卡第(Picardie)、洛兰(Lorraine),中部Centre地区,西北部布列塔尼(Bretagne)等地区,采用风力发电发展较快,在今后的计划中,也是在这些地区以及香槟-阿登地区(champagne-ardenne)的预定建设项目多。
法国今后将继续扩大利用可再生能源。法国政府描绘了这样一幅蓝图,到2020年使风力发电的采用规模扩大到2500万千瓦,把其培育成可与水力发电相媲美的电力资源。
加拿大
加拿大河流和湖泊众多,这也使得该国成为世界第二大水力发电国家,全国能源的60%都来自水 力发电。不过目前加拿大的水力发电仍有很大的潜力可挖。根据加拿大今年2月的一份报告,该国从2011年到2030年间将投入3475亿加元用於建设新的电力设施。而根据以往的经验,很大一部分投入将用於建设水力发电站上。
加拿大还是世界上第六大利用风能发电的国家。近两年来,加拿大风能发电经历了大幅度的发展。到2011年12月,加拿大风能发电约达5177兆瓦,风能发电约占加拿大电力需求的2%。加拿大风能协会预计,在15年的时间内该国风能发电能翻10番,在电力需求的比例能占到20%。到2050年,风能工业预计将给加拿大创造52000个新的工作岗位。
美国
美国再生能源发电占新发电容量比重渐增。美国联邦能源管理委员会(Federal Energy Regulatory Commission, FERC)能源计画办公室最近公布的”能源结构更新”资料显示,2013年10月份太阳能、生质能源和风力合计的新发电容量为694百万瓦,占全部新上线发电的99.3%。
10月份的新发电容量中以12座共504百万瓦容量的新太阳能发电站占72.1%居先,其後为4座生质发电站(124百万瓦,占17.7%)和2座风力发电场(66百万瓦,占9.4%)。
2013年前10个月内再生能源(生质、地热、太阳能、水力和风力发电)共占新发电容量的32.8%,比燃煤发电(1,543百万瓦,12.5%)、燃油发电(36百万瓦,0.3%)高出很多。
2013年1月至10月太阳能发电占新发电容量的20.5%(2,528百万瓦),是上年度同期(1,257百万瓦)的两倍多。然而,天燃气则以6,625百万瓦的新发电容量占53.7%居前。
2013年前10个月的各能源全部17,008百万瓦新发电容量则较上年度同期的12,327百万瓦衰退27.5%之多。
至目前为止,再生能源约占全美营运发电容量的16%,包括:水力为8.3%、风力为5.21%、生质为1.32%、太阳能为0.59%、地热为0.33%,大於核能(9.22%)和燃油(4.06%)两项的合计。
另外,美国能源部的美国能源资讯署发行的最近一期电力月刊(Electric Power Monthly)指出,2013年前三季,再生能源发电占净发电的12.95%(水力--6.90%、风力--4.03%、生质--1.40% 、地热--0.41%、太阳能--0.21%)。
俄罗斯
除核电外,俄罗斯的其他非化石能源模式也方兴未艾。“俄罗斯可再生能源潜力巨大。”
俄罗斯每年产生1亿吨生物废料用于发电,目前,这些生物质能可产生3亿兆瓦时的电量。另外尽管俄罗斯不是世界上太阳能最丰富的国家,但小型太阳能发电机却广受欢迎。他们在自己住宅或别墅安装太阳能装置。
水电在俄罗斯电力结构中起到很大作用,被视为保证国家统一电力系统可靠性的关键因素。俄罗斯已投入运行的水电装机容量为49.7吉瓦,其中装机容量大于10兆瓦的水电站有85座。为了实现到2020年水电装机达60吉瓦的国家电力战略目标,俄罗斯国有水力发电公司正在加大水电开发力度。
而虽然俄罗斯拥有巨大的非化石能源潜力,但正在运行或待建的项目屈指可数。阻碍俄非化石能源发展的因素来自多方面。首先,受丰富的传统能源石油、天然气的影响,俄政府很难改变原有的能源结构,非化石能源领域缺乏先进技术和专业人才。其次,政策上,缺少相应的财政机制和优惠的税收政策。再者,可再生能源也有自己的劣势,如光伏发电受昼夜和季节变化影响较大;生物质发电占地面积大、效率低等。另外,建设非化石能源电厂要比建设常规火电厂造价昂贵,投资回报期也长。
近几年,在世界范围内可再生能源技术蓬勃发展,许多国家都走向了自己的非化石能源时代。眼看各国争先恐后地发展非化石能源,俄罗斯也不甘人后。为达到非化石能源战略预定目标,俄政府计划在2020年前拨出3万亿卢布用于发展可再生能源发电。其中,5000亿卢布为国家预算资金,2.5万亿卢布为私人投资者资金,未来装机能力将达200亿瓦。其中,80亿瓦装机能力主要是生物质发电;70亿瓦为风能发电;40亿瓦为小型水力发电;10亿瓦为小型模块式发电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电等。俄罗斯能源部也称,目前正在制定可再生能源等一系列相关法律条例,用于扶持太阳能、风能和生物发电。
澳大利亚
澳大利亚得天独厚的自然资源,为其发展清洁能源奠定了雄厚物质基础。澳拥有100余座水电站;建有61个风电场、1353个风力发电机组,总装机容量约为2500兆瓦。作为全球光照资源最为丰富的国家(90%以上的地面光照强度超过1950千瓦时/平方米),其太阳能发电特别是光伏产业的发展潜力巨大。2011年,光伏发电能力达1.4吉瓦,其中新增837兆瓦,成为世界光伏增量最大的十个市场之一。澳大利亚的生物质、波能和热岩地热等资源也十分丰富。
澳大利亚是首个提出“可再生能源目标”的国家。到2020年,可再生能源发电量在总发电量中的比重要从目前的8%提升至20%,即达到45000吉瓦时。权威机构据此预测,未来10年内,澳大利亚的可再生能源发电规模至少应达到20吉瓦(其中光伏安装容量将达到5吉瓦),是现有规模的5倍,将创造360亿澳元的投资机会。
它同时是全球利用太阳能能源最为广泛与先进的国家之一,太阳能技术被广泛的应用在工业,农业,民用设施等领域。自1990年代开始後,澳洲大量兴建太阳能发电厂以取代核电站的作用,太阳能能源与风力发电在全国被大力推广。此外墨尔本亦是世界上第一个使用太阳能动力供给城市交通灯以及储存太阳能供应路灯电力的城市。
在疫情爆发之初,也就是2月中下旬那会儿,我向业界的多位人士请教对“2020年中国车市”的看法。后经我系统地分析整理后得出一个大多数人比较认同的观点:2020年,中国车市将分为上下半场。上半场主要受疫情影响,车市将受到重创。而车市回归正常得等到下半场,也就是下半年。
随着时间地推移,这一观点的准确性逐渐得到了验证。其中最主要的一个依据是,中国汽车工业协会在4月初时也曾预测,今年下半年的整体车市将恢复到去年同期水平。事实上,4月份中国汽车产销量已经均超过200万辆,可以认为基本恢复到疫情前的水平。具体数据显示,4月份全国汽车产销分别完成210.2万辆和207万辆,环比增长46.6%和43.5%,同比分别增长2.3%和4.4%。4月份的月增速为今年以来的首次增长,单月销量更是结束了连续21个月的同比下降。
车市向好是大势所趋。尽管如此,我认为,若考虑到五一小长假以及6月的追加消费,2020年因疫情影响影响的车市会提前结束,而今年下半年的车市在国家刺激消费政策、网络直播售车、厂家大幅度优惠等多因素的助推下,会更早一些。
当下时至5月下旬,也恰逢全国两会期间(5月21-28日),汽车界的代表和委员为汽车行业的良性发展提出了很多比较好的参考建议。有人说,这些车企代表/委员所提出的问题,主要是为自己所在的车企谋求政策利好,多少有点“私心”所在。但我不这么认为,原因有二。第一,这些主流的车企是中国车市的主要参与者,个体的发展势必对整个汽车行业发展产生影响,甚至,某些龙头企业的发展方向可以认为就是中国汽车产业发展大方向的微观缩影。第二,单就这些议案/提案的具体内容来看,也确确实实是当前汽车行业当务之急所需要解决的问题。
本文将围绕新能源汽车展开讨论。
2020年两会 汽车界70% 的话题是新能源汽车
在收集到的十位汽车界人大代表/政协委员的议案/提案中,有7位对当下的新能源汽车发展提出了相关建议。显然,新能源汽车已然已经成为当下和未来汽车发展的主要方向。
本届两会上,关于新能源汽车的建议分别有:全国人大代表、广汽集团董事长曾庆洪提出的“加快粤港澳大湾区新能源汽车产业集群建设”;全国政协委员,北汽集团党委书记、董事长徐和谊的两份提案,《以汽车为新型基础设施推动智慧城市建设》和《以产融结合新模式推进新能源汽车产业行稳致远》;长安汽车总裁朱华荣提出的《关于进一步促进中国新能源汽车可持续、高质量发展的建议》;全国人大代表、奇瑞汽车股份有限公司党委书记、董事长尹同跃也重点关注新能源汽车产业发展;长城汽车总裁王凤英提出的《关于加快实现节能减排战略目标 促进社会和谐 鼓励小型电动车发展的建议》、《关于大力推动氢能产业持续健康发展 促进能源和动力转型升级的建议》;全国政协委员、宁德时代新能源科技有限公司董事长兼首席运营官曾毓群对新能源产业提出《关于加快电化学储能新型基础设施建设 引领全球能源变革的提案》和《全力推进工程机械和重卡等公共服务领域车辆电动化 打赢蓝天保卫战形成全球产业高地的提案》;浙江合众新能源汽车有限公司董事长方运舟提出了关于加快出台新能源汽车一揽子支持政策促进新能源汽车稳定健康发展的建议。
构建新能源汽车产业集群
我国尚未形成新能源汽车产业集群,各企业间技术、资源协同有待提高;外资品牌汽车进入中国促使行业竞争加快;新能源汽车产业的发展在使用、售后、接受度等方面仍存在许多问题;汽车零部件产业链发展不够成熟。
为此,曾庆洪建议:做好科学规划布局,构建粤港澳大湾区新能源汽车产业集群;加大技术投入,加强我国汽车产业协同,提高新能源汽车整体行业竞争力;加强新能源汽车配套建设。抓住新能源汽车发展和粤港澳大湾区发展优势的机遇,带动新能源汽车产业的高效发展。
政府主导创建动力电池产业引导基金
徐和谊认为,汽车产业将会是现代智慧城市的新型基础设施,成为智能城市的AI细胞。在新能源汽车领域,建议政府主导创建动力电池产业引导基金,对全产业链进行创新金融支持,统筹和放大动力电池全生命周期价值。1)建议成立由政府引导资金为主、新能源汽车产业链资本为辅的专项电池产业引导基金,探索构建“电池与整车资产分离模式”下的产业运营模式,即电池与整车并未物理分离,可面向传统充电模式和换电模式。2)建议引导基金采取PPP(政府和社会资本合作)等创新模式持有管理电池资产,并将中央和地方政府现有补贴资金共同纳入引导基金。3)建议由引导基金为主,创建动力电池资产管理运营平台(围绕网约车等特定场景业务进行率先试点),负责全生命周期电池资产产权管理和价值运营业务,包括车端使用、梯次利用和回收再循环;4)建议引导基金与电网、化工等领域国有资本共同创建平台公司,布局梯次利用、回收再循环产业。
高质量发展新能源汽车
朱华荣认为,我国新能源汽车产业发展取得了多方面成就,但也面临市场竞争日益加剧、发展动力亟待转换、核心技术供给不足、质量保障体系有待完善、产业生态尚不健全等新形势、新问题。当前,新能源汽车仍然为政策主导型市场,存在私家车需求尚未激发等问题。为此,在《关于进一步促进中国新能源汽车可持续、高质量发展的建议》中,朱华荣建议:审视新能源产业发展战略,优化顶层政策导向;改善新能源使用环境,激发消费新能源汽车动力;继续加大对使用新能源车的鼓励。
取消NEV正积分结转的相关条件限制
尹同跃认为,《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》规定新能源正积分不可结转,在新起草的《办法》修正案中,拟规定NEV正积分可结转,但设置了仅可结转三年,每次结转按50%扣减积分数量和可结转的前置条件等方面的限制。这对于传统车企发展新能源汽车产业的积极性会造成一定影响。因此,尹同跃建议取消对NEV正积分结转的相关条件限制,以提高传统汽车企业发展新能源汽车产业的积极性。
此外,当前,新能源汽车大约三年就有非常大的技术突破,实际行驶寿命15万公里就面临着淘汰与报废,而其基础核心零部件系统,如电驱动、电机、电池、铝基车骨架等,仍具有很高的重复再使用价值。尹同跃建议:一、国家推动新能源汽车基础高价值零部件延长在役寿命工程,将再制造归入国家战略性新兴产业。二、出台政策允许整车制造企业回收低续航新能源汽车,经升级改造后视同新车销售;三、允许回收铝合金及复合材料车身以及电池、电机、电控等新能源汽车三电系统,纳入再制造再回收体系。
打通乘用车和商用车的积分
尹同跃还提出,中国对于碳排放较大的商用车尚未制定积分管理政策,建议打通乘用车和商用车的积分,将轻型商用车(N1类)与乘用车双积分管理办法(基本为M1类车)相融合,统筹制定为轻型汽车双积分管理办法。
发展小型电动车
王凤英认为,近年来,小型电动车技术、品质不断提升,相比中大型电动车更为经济环保,更符合现阶段大城市低收入家庭及小城镇居民短途出行需求和购买能力。小型电动车的发展具有重大的经济和生态价值,对保障国家能源安全、实现全面小康战略目标具有重要意义。然而,受行业政策、行业认知等因素影响,小型电动车发展受到一定阻碍,市场份额大幅下降。在新的历史阶段,有必要重新思考新能源汽车产业的发展方向,寻求新的增长点助力整个产业持续平稳向上,在促进经济增长的同时带动社会进步。为此,建议:确立小型电动车产品标准;制定以降低能耗为导向的新能源汽车补贴标准;给予小型电动车税费优惠;加强动力电池回收利用管理,凸显小型电动车优势。
鼓励发展氢燃料电池汽车
此外,王凤英对氢气的发展也做了建议。
认为,氢气来源广泛,适合大规模生产、储存和运输,将可再生能源电解水制氢与燃料电池发电相结合,可为交通运输和电力等行业提供高效清洁的电能和热能,在我国能源转型升级和新旧动能转换过程中,起到不可或缺的能源载体作用。目前,我国氢能产业在基础研究、核心材料、关键部件、制造工艺和集成控制等方面还落后于国际先进水平,氢能产业链、标准和法规还有待进一步完善。以上诸多因素制约着我国氢能产业大规模商业化推广,急需国家顶层设计规划和政策引导,解决整个氢能产业链中存在的问题。建议:一、政府引导加大氢燃料电池基础科研投入,突破核心材料和关键部件的技术瓶颈,促进产品国产化;二、鼓励、推动各地因地制宜开展氢能示范应用,鼓励地方政府创新激励方式,推动大规模产业集群的形成;三、通过政策引导社会资本投入,鼓励能源企业牵头建立稳定、便利、低成本的氢能供应体系;四、完善标准法规建设,加快氢气纳入能源管理体系后的管理细则制定;五、制定国家级顶层氢能规划,合理规划加氢站,制定长期稳定的燃料电池汽车发展政策。
加大储能建设
作为国内最大的动力电池生产企业,宁的时代曾毓群认为,新基建的蓬勃发展,对电化学储能新型基础设施的建设提出了更高要求。曾毓群委员表示,“新基建”以数字化、智能化为发力点,而储能则是这些变革的能量基础。以锂电池为主导的电化学储能场地条件限制小、选址布局灵活,近年来在安全性、能量转换效率、经济性等方面均取得了重大突破,完美适配5G基站建设备电、可再生能源发电消纳和新能源汽车充电对提升线路输配容量的要求。
过去十年,锂电池性能提高了3倍,成本下降了90%,在储能领域的商业化应用条件基本成熟。但其大规模推广还存在政策和标准上的问题,如储能参与电力市场交易缺乏明确和稳定的价格机制、审批和管理缺乏统一的规则、储能行业标准规范尚不完善等。
曾毓群委员建议,强化顶层设计,将储能纳入国家能源发展规划,明确储能的法律地位;建立价格机制,准许电网侧储能纳入电网规划,进入输配电成本核算;完善标准和管理体系,确保储能产业安全可持续发展;建设吉瓦时级大型储能示范站,引领全球能源转型,塑造中国制造新名片。
推广工程机械和重卡的电动化
我国工程机械和重卡保有量近1500万台,这两类车辆油耗大,污染重,每年石油消耗量相当于2亿辆小轿车。快速推广工程机械和重卡的电动化,对于打赢蓝天保卫战,保障国家能源安全,有力对冲经济下行压力,打造世界级的装备产业高地具有重要意义。
曾毓群委员认为,在技术上,我国已经有完全能够替代工程机械领域的发动机和部分液压传动系统,在商业模式上,通过车电分离、电池租赁模式可解决用户对购置成本、里程等担心。以 5吨装载机为例,电动化后每年可节省能源费用20万元。
总体来看,国内企业虽然在工程机械和重卡电动化产业链上有优势,但初期发展信心不足,曾毓群委员建议,一要开展示范工程加速推广应用,二要建立相关标准法规引导技术发展,三要巩固我国核心零部件的领先地位,四要制定政策鼓励商业模式创新,从而引导产业快速发展,抢占国际竞争制高点。
继续鼓励新能源汽车的发展
在国家一系列鼓励和支持政策的扶持下,经过近十年的发展,我国新能源汽车产业取得了显著的成绩,形成了先发优势,成为了世界的领跑者。截止至2019年底,全国新能源汽车保有量达381万辆,占汽车总量的1.46%。我国新能源汽车已由示范推广转变为产业化落地,逐步进入市场化发展阶段,这与国家的政策推动和扶持是分不开的。但新能源汽车产业还存在很多问题。
新能源汽车产业存在的主要问题:1、行业技术更新快,产品无规模效应,利润微薄甚至亏损。新政策发布,对新能源汽车行业的技术进步起到了很好的推动作用,但新补贴政策的出台对企业发展也会产生压力;目前,新能源汽车几乎没有盈利空间,主要靠政策补贴支持,只有极少数企业产量达到一定规模且有实力摊销成本,可以赢取一点利润;大部分企业处于亏损状态。2、新能源汽车关键系统供应链资源紧张,成本居高不下。由于行业发展太快,产业配套环境尚不成熟,导致新能源汽车整体供应链资源紧张,汽车厂商抢夺资源的状况也较为明显,造成核心零部件价格居高不下。3、新能源汽车品牌溢价能力不足,二手车残值率低。
由于受众面窄,产品本身不易流通,外加三电系统老化、补贴政策和产品更新换代等因素,三年车龄的新能源汽车综合保值率仅为47.5%,整个产业体系仍需进一步提升。4、充电等基础设施建设不完善,影响新能源汽车使用的便利性。充电基础设施建设的规模不足;已建成的充电桩主要分布在在郊县等偏远地段,中心城区的数量相对少,充电基础设施空间分布不合理;充电桩的维护不到位,部分地区出现“故障桩”、“僵尸桩”。要支持新能源汽车稳定发展,必须打破充电基础设施的制约。
新能源汽车产业才刚刚起步,面临的问题更多,成本高、品牌溢价能力、基础设施建设滞后、以及新能源汽车企业底子薄等因素,2020年新能源汽车企业面临着生死存亡,我国新能源汽车产业也会面临着停滞或倒退。基于行业现状和发展趋势,结合今年疫情的影响。
为此,方运舟认为对新能源汽车支持政策建议:1、大力推进对公市场使用新能源汽车。2、放开城市新能源汽车限购指标。3、支持新能源汽车下乡,拓展农村市场。4、积极推进路权、电价、停车、高速收费等方面给予新能源汽车优惠。5、延长国补政策退坡时间,加快资金结算。6、给予金融、税费及资金支持。7、给予新能源汽车企业专项研发资金支持,助力技术升级。
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白皮书
2月16日,俄罗斯经济发展部发布《俄罗斯和国外高新技术发展白皮书》。白皮书根据俄罗斯政府第一副总理安德烈·别洛乌索夫指示,由经济发展部与国立高等经济大学、国家技术创意中心、权威部委、头部企业联合拟定,研究了世界人工智能、物联网、5G网络、量子计算、量子通信、分布式账本技术、电能传输与分布式智慧能源系统技术、电能储存系统制造技术、新材料和新物质技术、未来航天系统共10个领域的现状和发展趋势,分析了俄罗斯在上述领域与领先国家存在的差距、具备的优势和不足以及未来面临的风险。鉴于涉及国家机密,俄罗斯政府为大型企业确定的16个发展方向中的某些方向,比如新一代微电子与电子元件制造、量子传感器等未被纳入白皮书。
人工智能
2015~2019年,全世界人工智能领域相关的专利申请数量从2.25万项增长到6.37万项。俄罗斯申请者每年提交的申请数量大约为100~140项。在人工智能领域相关 科技 论文发表总量中,俄罗斯作者的比重为1.5%(2020年数据)。专利和论文发表数量方面领先的是中国和美国。
2021年,美国政府对人工智能领域研究和发明的投入为15亿美元,到2026年将增加到320亿美元。但是人工智能技术发展的主要方向却由美国的大型数字化集团掌握:亚马逊公司(2020年投入427亿美元),Alphabet公司(276亿美元),微软公司(193亿美元),苹果公司(187亿美元),Meta Platforms公司(原Facebook公司,185亿美元)。中国的投入不详,但是仅阿里巴巴、腾讯和百度三家公司2020年的研发总投入就达到160亿美元。
以人工智能为基础的最为庞大的市场包括生物统计系统(全世界市场总容量为366亿美元),不同自主化水平的航空和公路交通(分别为274亿美元和233亿美元)。俄罗斯国内主要的人工智能研发企业有Yandex公司、VisionLabs公司、NtechLab公司、俄罗斯储蓄银行、VK公司、МТ公司、天然气工业石油公司、卡巴斯基实验室。
白皮书作者指出,俄罗斯在人工智能领域的优势是拥有超级计算机。定期更新的世界500强超级计算机榜单2021版中,俄罗斯共有7台超级计算机入围,其中Yandex公司的“切尔沃年基斯”超级计算机在计算能力上排名第19位。俄罗斯研发企业能够制造世界级产品,但是必须刺激部门用户的需求。俄罗斯在该领域的主要短板是在电子元件方面比较落后。
物联网
与物联网领域相关的全世界发明专利申请总数中,俄罗斯占0.2%,科学论文发表数量的比重占1.5%。对该领域投入最多的是中国和美国。2020年全世界物联网的总投入为7420亿美元,据IDC预测,2024年前这一指数将以每年11.3%的平均速度增长。
该领域的世界头部企业包括美国的微软Azure、亚马逊AWS、IBM Watson、PTC、谷歌云、思科,中国的阿里云和百度。俄罗斯的公司有МТС公司、“信号旗”通信公司、Megafon电信公司、俄罗斯电信、俄罗斯技术集团等。物联网正在进入工业、农业和住房公用事业等行业,用于生态监测、消防安全、气象监测等领域。与国外竞争者相比,俄罗斯企业的主要优势是功能更加强大的软件、更为高效的数据处理算法、数据存储和监测领域的解决方案以及支持俄语用户等。劣势是主要的硬件解决方案基于国外元件制造。
5G网络
在全世界5G移动通信网相关的发明专利申请总数和科学论文发表总量中,俄罗斯分别占0.1%(2019年)和1.8%(2020年)。5G基础设施建设主要是由大型通信运营商的设备生产商负责:中国的华为和中兴,瑞典的爱立信、芬兰的诺基亚和韩国的三星。上述企业占据了全世界移动通信设备市场份额的95%。2020年,它们的总投入达300多亿美元。到2026年底,5G市场总容量可能增长100多倍,达6679亿美元。
与物联网和人工智能相结合,5G网能够保障 社会 经济部门和领域向更高的技术发展水平过渡,这将提高劳动生产率、提高生产和服务的质量和灵活性、降低事故率等。现在,已经出现了巨大差距:美国、中国和韩国5G的注入水平已达15%~20%,而俄罗斯国内这种技术仅仅在部分试点区域内得到落实,而这些试点的真正启动还要等到2024年。届时,无论是在5G网络基础设施发展水平,还是基于这些基础设施的服务准备程度方面,差距可能达到极限。
量子计算
全世界与量子计算领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占1.5%(2019年数据)和4.7%(2020年数据)。从总体指数看,该领域的领先者是中国和美国。量子计算的世界市场正处于形成阶段。最近5年,其市场容量将达到10~20亿美元,再往后15~30年可能增长到4500~8500亿美元。无论国家,还是大型集团都在对该领域技术的发展进行投资,特别是美国的谷歌、IBM、微软、霍尼韦尔公司。俄罗斯国内从事该领域技术发展的企业有俄罗斯原子能集团、俄罗斯量子中心和高校。
据评估,在量子计算领域,与世界领先国家相比,俄罗斯在技术上落后7~10年。到2025年~2030年,量子计算机大规模应用的时候,俄罗斯的非量子技术优势将不复存在。但是当前的工作用量子设备暂时还不能超越传统的超级计算机(量子优势指的是量子计算机解决某些特殊任务的速度要比传统计算系统的速度高出数个数量级)。
量子通信全世界与量子通信领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占1.1%(2019年数据)和4.4%(2020年数据)。而且在大气和太空通信线路方面,俄罗斯占50%。目前,美国、欧洲、英国、日本、中国和俄罗斯正在布设多节点干线和城市光纤量子网络。俄罗斯从事相关工作的是俄罗斯铁路、俄罗斯电信等公司。
量子通信
对于工业来说意义重大,因为该领域的技术可以保证基于量子物理的基本规律保护数字数据,这在网络威胁增长以及量子计算机研制有望(借助量子计算将可以在很短的时间内破译现有的加密算法)的情况下颇具现实意义。
分布式账本技术
全世界与分布式账本技术领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占0.2%(2019年数据)和2.1%(2020年数据)。该领域的领先者是美国和中国。申请专利数量最多的公司包括中国的阿里巴巴、腾讯 科技 和杭州复杂美 科技 公司以及美国的IBM和英国的nChain公司。据预测,到2030年,分布式账本技术的应用可能保证全世界国内生产总值增长大约1.8万亿美元,其中有9600亿美元来自供应链管理,商品与服务监测领域,4300亿美元来自金融领域。俄罗斯国内应用这种技术的单位有联邦税务局、俄罗斯储蓄银行、诺里尔斯克镍公司、天然气工业石油公司等。
电力传输技术和分布式智慧能源系统技术
能源过渡是世界经济日程上的优先事项之一。欧盟各国、中国和美国已经宣布向碳中和能源过渡。许多国家制定了提高可再生能源在能源平衡表中比重的计划。
全世界与电力传输技术、分布式智慧能源系统领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占0.8%(2019年数据)和2%(2020年数据)。该领域的领先者是中国、日本和美国。在俄罗斯国内,很多企业从事该领域的产品和元件生产,比如俄罗斯网络、俄罗斯原子能集团等公司。根据众多路线图、战略文件和规划文件定下的目标,到2035年基于可再生能源的发电总量将达12吉瓦;到2030年电动交通工具的生产总量将提升到73万辆,并为其配套建设充电基础设施等。
电能储存系统制造技术
储能系统(各种蓄电池等)研制技术领域,俄罗斯提交的专利申请数量和 科技 论文发表数量分别占全世界的1.2%(2019年)和2.2%(2020年)。已有20多个国家宣布将禁止使用内燃发动机类 汽车 ,包括挪威(从2025年开始),德国(从2030年开始),法国(从2040年开始),英国(从2050年开始)以及斯洛文尼亚、比利时、印度、新加坡等国。从专利申请和 科技 论文发表数量来看,俄罗斯在氢技术领域做出了更加突出的贡献。俄罗斯原子能集团正在仔细研究俄罗斯“吉工厂”——锂离子蓄电池生产工厂建设项目。
新材料和新物质技术
全世界与新材料和新物质技术(超轻材料、超固体材料和记忆材料等)领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占0.8%(2019年数据)和4.3%(2020年数据)。世界上从事这些技术开发的有大型电动交通工具生产商(特斯拉、大众、梅赛德斯、宝马、丰田)和金属产品制造商等。各经济部门应用最为急需和需求最大的是增材制造、聚合复合材料、稀土金属及其产品获取技术、锂技术等。俄罗斯在该领域的最大优势是稀土金属获取技术(2019年占世界申请专利数量的4.9%)。世界上最大的稀土设备进口国是中国和美国。俄罗斯的稀土金属储备占世界储量的比重大约为17%,探明原料总量位列中国之后排在世界的第2位,但是开采量仅在世界上排名第7位。
未来航天技术
全世界与未来航天技术领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占3.9%(2019年数据)和5.1%(2020年数据)。根据这两项指标,占据世界领先地位的是中国和美国。俄罗斯在未来地理信息系统研制(29%)和新一代航天器制造技术领域(4.2%)的专利数量占有最大份额。
拥有这些技术储备的国家将获得长期的战略竞争力。未来航天技术的运用为农业、林业、矿产资源开采、建筑、交通和物流、信息和通信、教育、国家管理等领域附加值的增长开辟了巨大机会。俄罗斯正在国家2022~2030年航天信息技术综合发展规划框架下发展这些技术。该规划的落实应该能够保证卫星通信、数字广播和高速访问互联网覆盖俄罗斯全境,包括北极地区和北方海路,促进发展物联网服务(马拉松物联网)和地球遥测服务。
风险
毫无疑问,从上述技术领域的大部分参数看,美国和中国已经与其他国家拉开了很大距离。从研究人员发表论文的积极性指标看,俄罗斯的排名分布于第7、8到19位之间;从专利申请积极性指标看,俄罗斯的排名位于第4、6到第20~30位之间。如果中国发表一篇 科技 论文平均需要两项专利申请的话,那么俄罗斯的这种比例关系约为1:5。
配件和设备严重依赖进口(包括开展研究和发明工作所必需的设备),高水平专业人员不足,新兴公司数量极低(与领先国家相比)和独角兽企业——私营高 科技 公司(市场价值超过10亿美元的公司)实际上的完全缺失阻碍了俄罗斯技术的发展。在这种情况下,俄罗斯大学和科研机构,包括预算拨款的机构在内,它们的大部分创意和发明流向了国外,并以高加价产品和服务的形式返回俄罗斯。
世界上这些新技术市场形成过程中的先行者是苹果、微软、谷歌、亚马逊、特斯拉、Meta、英伟达、腾讯、三星、阿里巴巴、SpaceX等大型公司。俄罗斯参与上述进程的公司都是有国家股份参与的大型公司,包括俄罗斯储蓄银行、俄罗斯电信、俄罗斯原子能集团、俄罗斯国家航天集团、俄罗斯网络、俄罗斯石油、俄罗斯铁路、天然气工业公司。目前,如果没有国家的积极协调和支持,俄罗斯企业进军国外市场的梦想就无法实现。同时,需要强调的是,当代世界,即使是最强大的“玩家”也需要采用开放创新商业模式开展业务,组建可以将资本价值扩大数倍的财团和生态系统。
今日读《2018世界能源统计年鉴》和《BP世界能源展望2018版》,整理成阅读笔记以便日后查阅。
2017年, 全球能源需求增长了2.2%, 高于16年的1.2%, 高于十年平均的1.7%。中国能源消费增长3.1%, 连续17年成为全球能源消费增量最大的国家。
石油
1、全球石油消费增长1.8%, 即170万桶/日, 连续第三年超过十年平均增速 (1.2%) 。 中国 (50万桶/日) 和美国 (19万桶/日) 贡献了最多的增量。
2、过去10年间,中南美洲探明了更多的石油。
天然气
1、天然气消费增长了960亿立方米, 上升3%, 是2010年以来的最快增速。消费增长主要来自中国 (310亿立方米) 、 中东 (280亿立方米) 、 欧洲 (260亿立方米) 。 美国的天然气消费下降了1.2% (110亿立方米) 。
2、中国天然气消费增速超过15%, 约占全球天然气消费增长的1/3。 如此快速的扩张归功于中国政府打出的一套力度空前的组合拳, 通过胡萝卜加大棒的策略鼓励工业和住宅用户进行 “煤改气” 或 “煤改电” , 而多数用户选择了 “煤改气” 。尽管受此政策影响的300万户家庭吸引了更多眼球, 但实际上 工业用户 “煤改气”的量更大。预计中国的天然气需求在今年继续强劲增长, 但在未来几年应该不会出现像去年那样大的增幅。
3、过去10年间,独联体国家及亚太地区探明了更多的天然气。
煤炭
1、煤炭消费增长了2500万吨油当量, 上升1%, 是2013年以来的首次增长。煤炭消费增长主要来自印度 (1800万吨油当量) , 中国的煤炭消费在连续三年(2014-2016年) 下降后出现小幅反弹 (400万吨油当量) 。 经合组织国家煤炭消费连续第四年下降 (-400万吨油当量)。
2、亚洲的煤多,所以许多发展中国家依然依赖煤炭作为主要能源。
可再生能源、 水电和核能
1、可再生能源发电增长了17%, 高于十年平均值, 也是有记录以来的最大年增长(6900万吨油当量) 。 可再生能源增量的一半以上来源于风电 , 太阳能虽然在可再生能源中占比仅21%, 却贡献了超过三分之一的增量。
2、中国的可再生能源发电增长了 2500万吨油当量 , 打破了此前的增长记录。如果把2017年所有国家不同一次能源消费的增量进行排序, 中国的天然气和可再生能源将分列第一和第二。
3、水电增长近0.9%, 相比之下十年平均值为2.9%。 中国水力发电的增量为自2011年以来最低, 欧洲则下降了10.5% (-1600万吨当量) 。
4、全球核电增长了1.1%。 中国 (800万吨油当量) 和日本 (300万吨油当量) 的增长一定程度上被韩国 (-300万吨油当量) 和中国台湾 (-200万吨油当量) 所抵消。
5、2017年太阳能发电装机容量增长约100吉瓦, 仅中国就贡献超过50吉瓦。去年 全球太阳能发电量增长超过三分之一 , 增长主要源于政策支持, 也得益于太阳能发电成本持续走低。 太阳能发电成本已经普遍低于5美分/千瓦时。
发电
1、2017年, 全球一次能源消费有40%用于发电, 使电力成为最大的用能行业。去年发电量增长了2.8%, 接近十年平均值。 94%的增长来自新兴经济体, 经合组织国家的发电量自2010年以来基本没有增长。 发电量增长的近一半来自可再生能源 (49%) , 剩下主要来自于煤炭 (44%) 。可再生能源在发电结构中的占比从7.4%提升至8.4%。
2、不同地区的能源结构差异比较大。
3、平均来看,世界发电的主要来源依然是煤炭。
关键材料-钴和锂
1、自2010年以来, 钴产量年均增速仅为0.9%, 而锂产量同期年均增长 6.8%。
2、2017年, 钴的价格几乎翻了一倍, 碳酸锂的价格上升37%。
3、钴产量及储量
3、锂产量及储量
小结
经济背景
1、在渐进转型的情景下,全球GDP预计年均增长3.25%,主要有发展中国家所驱动。超过80%的世界生产增长由新兴经济体驱动,中国和印度占此增长的一半以上。
2、人口增长也是世界经济增长的驱动因素之一,2040年的人口有望达到92亿,新增的17亿人口主要由非洲及除中国外的亚洲国家所贡献,中国进入老年化阶段,人口总量将逐步下降。到2040年,全球城市化的趋势依然会延续,因为新增的人口主要集中在城市的中心地带。 大部分的城市化增长发生在非洲,预计非洲的新增人口占世界的近一半,其中有近6亿新增人口属于城市人口,占全球总增长的三分之一。 可惜的是,由于非洲的生产率低下,人口的爆炸性增长却不能反映在GDP的增长上,其对世界增长的贡献度不足10%,因而难以有效拉动对能源的需求。
3、全球经济日益繁荣驱动能源需求的增长部分被迅速下降的能源强度所抵消,全球能源需求年均增速从过去20年的超过2%,下降至1.3%左右。 到2040年,尽管全球GDP增长超过一倍,但世界能源消费仅增长33%左右,显著低于过去25年的年均增速。
分行业需求-工业
1、总体来看,目前的能源结构中,工业(包括能源的非燃烧使用)占据一半份额,民用和商用建筑占了29%,交通领域占了20%。
2、在工业领域,由于中国的快速工业化接近尾声,未来的工业能源消费增长将明显放缓。中国工业能源需求的增长,在过去15年增长了三倍,未来中国经济将由能源密集型工业行业(如钢铁和水泥)转向较低能源密度的服务业和面向消费者的行业,并因此造成工业能源需求增长的停滞。而且,有一部分工业生产会转向低收入经济体, 包括印度在内的亚洲、非洲的新兴市场国家一起构成工业能源消费增长的约70%。
(注:工业不包括能源的非燃烧使用)
3、工业能源结构中, 天然气和电力满足了全部工业能源的增量需求 ,而伴随着煤改气的普及,尤其在中国,到2040年煤炭所提供的工业能源比例从目前的三分之一下降到不足四分之一。
4、能源的非燃料使用将具有更显著的重要性。非燃料使用是指作为石油化工产品的原料、润滑剂、沥青等用途。在未来,工业行业除非燃烧使用外的消耗增速将放缓至年均1.0%的水平,而非燃烧使用增速却能保持在年均1.9%的水平,使得2040年的能源非燃料使用,在总工业增长需求中的比重上升至近20%。其中,石油占能源非燃料使用增长的三分之二,天然气占所剩的大部分份额。
分行业需求-建筑
1、在建筑领域, 能源消费的增长主要由亚洲贡献,最大的能源种类为电力。
2、建筑能源需求增长的驱动力是 人口增加和经济发达程度增加 ,人们不断追求更加舒适的生活和工作。 亚洲、非洲和中东总计占建筑行业能源使用增长的90% 。
3、建筑行业几乎所有新增能源需求是使用电力给 空间降温和为电器功能 。
分行业需求-交通
1、到2040年,全球对公路、航空和海运的客运及货运服务需求将增加两倍以上,不过由于能源效率提高,对能源的需求仅会增长25%。在道路交通方面,机动车保有量和交通需求上升的影响被效率提升所抵消,但卡车的能源需求增长强劲。 由于卡车的效率提升相对缓慢,导致其在交通行业内消费的能源份额增加。同时,航空客运交通增长也很强劲。
(注:非公路包括航空、海运和铁路;汽车包括两轮和三轮车辆)
2、未来在交通领域,石油依然占主导地位,但可替代能源尤其是天然气和电力的使用逐渐增长。预期到2040年,石油需求占比从目前的94%下降至85%左右,天然气、电力和“其他”类能源各占交通能源需求的5%。
天然气的增长集中于液化天然气在长途货运和海上交通的使用。
电力的增长集中于乘用车和轻型客车的使用。
“其他”种类能源主要是生物燃料,而氢能仅在交通中能源中占很小一部分。 氢能的前景在2040年前后才有看头,能否进一步发展取决于氢能在长途道路货运供能上与液体燃料和电力的竞争力。
3、到2040年,乘用车总量大幅增长(增长至20亿辆),同时电动车数量增加(超过3亿辆),车辆效率显著提升。届时,PHEV和BEV的总量大致持平。展望期间,在监管和政府目标的驱动下,全球汽车总体效率将年均提高2-3%。
4、未来道路交通的能源需求受三大因素的影响: 电动汽车、共享出行和自动驾驶 。
到2040年,乘用车行车公里数有30%是使用电力,显著高于电动车全球汽车总量中的占比15%。更高的比例意味着共享出行中,电动汽车将占据重要地位。此外,届时电动卡车行车公里数的占比将达到15%,主要集中于短途轻型客车。
(注:汽车包括两轮和三轮车辆)
5、液体燃料的需求并不会出现明显的变化。为达到排放标准,汽车制造商的手段包括调整ICE汽车所占销售份额、销售更多的电动汽车;采取减重等方式提升车辆效率。
6、假设在世界范围内,能够实施自2040年起对内燃机汽车销售的禁令,则电动车的销售情况将会更加乐观。到2030年,约三分之一的新售汽车是纯电动车;到2035年,BEV的销售比例会达到三分之二,并在2040年达到100%。另一方面,到2030年,有20%的乘用车行车公里数由电力供能,2040年将达到约三分之二。
分行业需求-电力
1、全球持续电气化,从生产电力的结构上看,可再生能源的重要性持续增加, 在增量当中,可再生能源的比例约占一半 ;天然气与核能的比例保持稳定;煤炭依然是电力的最主要能源来源,到2040年占比依然有近30%。在新增部分中,煤炭的贡献仅为13%,而过去25年中,这一比例是40%。
地区需求
1、可再生能源的普及还看中国和经合组织,而在亚洲其他地区,煤炭发电依然是主流,并占新增发电量的绝大部分。
地区需求-中国
1、中国逐渐向低碳能源转型。至2040年, 可再生能源和核能、水电一起占能源需求增长的80%,可再生能源将接替石油成为中国第二大能源来源 。
地区需求-印度
1、印度将成为全球能源最大的增量市场。不过依然以煤炭作为主要能源,占能源新增需求的45%。为了使全部人口都可以使用电力,将有 超过70%的煤炭消费增量被用于电力行业 。
2、印度的可再生能源增长迅猛,尤其是 太阳能 的增长。
地区需求-美国
1、美国作为全球最大的石油和天然气生产国的地位有所加强。 美国在全球石油(石油和天然气凝析液)生产中的份额从现在的12%上升至2040年的18% ,届时沙特阿拉伯排在第二位,占比13%。 在天然气方面,美国2040年的产量占全球的24% ,届时俄罗斯排在第二位,占比14%。
2、由于美国的能源消耗量也大,因此其净出口在全球贸易份额中的比例不高。同时 美国将失去最大可再生能源生产国的地位 ,其生产比例将从目前的24%下降至2040年的15%。与之相比,届时 中国的可再生能源占比将上升至约30% 。
地区需求-欧盟
1、欧盟继续 引领低碳经济的转型 ,其2040年的碳排放比2016年下降超过35%,单位GDP碳排放是世界均值的一半。到2040年,非化石能源满足欧盟约40%的能源需求,与2016年的25%相比有所提升,远高于世界平均的25%。
能源的供需
1、 2040年的能源结构将呈现前所未有的多元化,届时 石油、天然气、煤炭和非化石能源预计将各提供世界能源的约四分之一 。
(注:非化石能源包括可再生、核能和水电)
能源的供需-石油
1、全球液体燃料(石油、生物燃料和其他液体燃料)的需求增长约1300万桶/日,到2040年达到 1亿9百万桶/日 ,而供应方面主要由美国和石油输出国组织的增产来保障。
2、细分看,交通行业持续主导全球石油需求,占全球需求增长的一半以上。 到2040年,液体燃料的总体增长进入停滞,但非燃烧使用的需求依然会增加。
能源的供需-天然气
1、天然气由于需求广泛(工业化程度和电力需求增加、持续的煤改气),加上低成本供给的增加(美国和中东)和液化天然气供给持续扩张,全球范围内的 可获得性将显著提升 。 在增量当中,美国和中东(卡塔尔和伊朗)占据一半以上的份额。
2、增长的驱动力主要源自 工业和电力行业 。
3、全球贸易进一步繁荣,随着流动性提高,全球价格将更加同步。
能源的供需-煤炭
1、中国和经合组织国家需求下降,印度和亚洲其他国家的需求继续增长,相互抵消后的总体需求平稳。
能源的供需-可再生能源
1、基于风能和太阳能的迅速发展,可再生能源是增长最快的能源来源(年均7.5%),占新增发电量的50%以上。其中,中国是最大的增长来源,新增的可再生能源总量已超过整个经合组织。到2030年,印度将成为第二大增长源。
2、太阳能成本的下降超出预期。在科技的发展与政策的支持下,太阳能的学习曲线以更高的速度下滑。预计累计发电装机每提升一倍,光伏组件成本可下降24%。
能源的供需-核能和水电
1、核能主要靠中国驱动。核能在中国能源需求中的占比从目前的2%将上升至2040年的8%。欧盟和美国的核电站到期且不再进行更换,欧盟年均下降11太瓦时,美国年均下降10太瓦时,导致总体核电增长受阻。
水电靠中国和其他发展中国家驱动。水电年均增长1.3%,合计61太瓦时每年,速度比过去放缓。中国在增长中占比最大,达到16太瓦时每年,其次是南美和中美地区(13太瓦时每年)以及非洲(11太瓦时每年)。
不同报告的观点对比
这两篇报告介绍了各类能源的基本情况,并描绘了世界能源结构变化的可能性。接下来可以在未来的各项增长点中,尝试挖掘一些投资机会。
刺猬偷腥
2018年8月2日
来源:董秀成闲说能源
能源转型,并非易事,但难以逆转。能源转型,一场深刻革命,需要高度重视。能源转型,事关气候变化,是全球性博弈。能源转型,需要借助市场力和技术力。
一、全球能源结构现状决定能源转型将十分艰难
众所周知,能源问题事关人类文明,对人类社会发展具有重大意义。
能源可以划分化石能源和非化石能源,能源转型本质上就是化石能源与非化石能源之间的接替或博弈,也就是哪类能源在能源结构中占据主导地位。
另外,能源又可以划分为可再生能源和不可再生能源,而能源转型也是上述两类能源之间的转化或替代,核心是可再生能源逐渐取代不可再生能源,进而成为主导能源。
可再生能源,也就是那些可以再生的能源,范围十分广泛,主要包括太阳能、风能、水能、海洋能、地热能和生物质能等。
而不可再生能源,是指那些不可再生的能源,消耗一点就减少一点,如果无限消耗下去,最终将消耗殆尽,主要包括煤炭、石油、和核燃料等。
目前,从全球能源结构来看,占比最大的是石油,其次是天然气,再次是煤炭,其余依次为水电、可再生能源和核能等。
但是,总体来看,化石能源在能源结构中仍然占据主导地位。
从全球能源结构来看,2020年化石能源的耗用量占比约为83%,而非化石能源占比比约为13%,从占比上看,化石能源仍然为能源主体。
1.煤炭消费情况
从全球范围来看,煤炭整体消费增速从2003年开始下降,2014年达到高峰,随后便逐步回落,2020年全球煤炭总消费量为151.42艾焦耳。
从煤炭消费区域来看,亚太地区是全球煤炭的主要消费地区,2020年煤炭消费占比接近全球煤炭消费的80%。
而在亚太地区中,中国煤炭消费量最大,2020年在能源消费结构中占比为68%。
目前,中国也是世界最大的煤炭消费国,2020年中国煤炭消费占比为全球煤炭消费总量的54%,因此二氧化碳等温室气体减少排放的难度非常大。
2.石油消费情况
从全球范围来看,石油消费在2000-2019年期间保持稳定增长,年均增长率在1.15%。
从石油消费区域来看,亚太地区目前是全球石油消费的主要地区。
以2020年为例,亚太地区石油消费量占全球石油消费总量的40%,北美地区石油消费占全球石油消费总量的24%,欧洲地区石油消费占全球石油消费总量的16%。
从国家层面看,2020年石油消费最大的国家是美国,其次是中国,再次是欧盟。
3.天然气消费情况
最近十几年,全球天然气产业快速发展,2020年全球天然气消费量较2000年增加了60%,其中增长幅度最大的地区是中东地区。
目前,全球天然气消费量最大的地区为北美地区,其次为亚太带去,其他为欧洲地区、中东地区和前苏联地区等。
2020年,全球天然气消费量最大的国家为美国,其次为俄罗斯,然后是中国,其占亚太地区消费总量三分之一。
在进一步推进降低量的政策大环境下,预计全球天然气消费量保持上升趋势。
4.核能消费情况
进入21世纪以来,全球核能消费逐年下降。
2020年,核能为全球消费量最小的一次能源。
核能对于技术要求较高,主要分布在北美地区、欧洲地区以及亚太地区,在以发展中国家为主的中南美洲及非洲等地区消耗量极少。
由于核能安全事故曾经多次发生,而且导致后果十分严重,因此欧洲部分国家纷纷制定了政策,逐步关停了核电站,并向其他替代能源转移。
2020年,核能消费量最大的两个国家是美国与法国,美国核能消费量达到7.38艾焦耳,占全球比例为30%,而法国核能消费量为3.14艾焦耳,占全球比例为14%。
5.水能消费情况
2020年,全球水电消费量占一次能源的7%。
亚太地区水电消费量增加最为明显,主要增加在中国,其余地区大体保持平稳。
2020年,中国水电消费量最大,共消费11.74艾焦耳,占全球比例为30.77%。
北美地区、南美地区和欧洲地区水电消费量最高的国家分别为加拿大、巴西和挪威,加拿大和巴西水电消费量占其一次能源消费比例超过25%,挪威水电占比接近65%。
6.其他可再生能源情况
最近几十年来,全球可再生能源发展迅速。
2020年,全球可再生能源的消费量为2000年的12倍。
目前,可再生能源消费量最大的地区是亚太地区,最大消费国是中国,其次为美国。
从历史上看,人类任何一次颠覆性的革命都将带来经济和社会的变革,有时候可能带来强烈的不适应性,当然也需要付出时间和成本的巨大代价。
能源转型意味着改变能源格局,而格局改变必然冲击传统能源的既得利益者。
对于既得利益者来说,往往存在惯性思维,惰性而不求变或许早已固化,这其实很正常,也容易让人理解,有谁愿意揭竿而起而革自己的命呢?
对于能源转型,既得利益者当然是传统化石能源产业,劳动力就业将面临前所未有的巨大压力,已经形成的庞大能源利益集团(尤其是油气利益集团)将受到巨大冲击,进而对能源和金融资本产生强烈冲击。
历史经验告诉我们,能源转型很难在短时间内完成,绝对不可能一蹴而就。
煤炭取代木柴是人类的第一次重大能源转型,时间跨越了两个世纪。
1709年1月,一位名叫亚伯拉罕·达尔比的金属工匠发现了如何利用煤炭“提高炼铁效率”的技术,这可以说是第一次能源转型的开始,然而经过漫长的200年之后,煤炭才取代木柴和废弃物成为世界第一大燃料。
1859年,美国宾夕法尼亚西部开始大规模商业开采石油,预示着第二次能源转型的开始,然而直到20世纪60年代,石油才取代煤炭成为世界头号能源来源。
能源转型过程,需要重构供应链,需要技术创新,而目前第三次能源转型需要的供应链和相关产业确实还没有真正建立起来,这当然需要给人类一定的时间。
当然,人类必须清醒意识到,人类任何新生事物都将面临矛盾和困难,同样能源转型的困难也是显而易见的,人类也切不可以盲目乐观。
客观现实是,全球85%的一次能源仍然来源于化石能源,这些能源构成了一个规模庞大且极其复杂的能源体系,支撑着体量庞大的全球经济。
如果人类改变这个客观现实,那么就肯定遇到诸多问题。
首先,能源转型需要大量的资金,而资金便是一个巨大问题。
目前,各国政府为了应对一次次危机而已经负债累累,是否还有足够的资金来支撑前所未有的能源转型,这本身就是一个大大的问号?
根据权威数据,由于新冠疫情蔓延和肆虐,2020年世界GDP大幅度缩水,主要经济体中除了中国以外,全面出现负增长。
2022年世界经济难以恢复到2019年的水平,而如果新冠疫情控制无力,叠加地缘政治因素,那么世界经济复苏可能会更加缓慢。
新冠疫情带来的全球经济创伤非常惨痛,其对人类的影响及其深远,尤其是大规模的失业潮和大批小微企业的经营困境,构成了一幅伤痕累累的痛苦画卷。
谈到目前全球经济,我有感而发,草写一首词,取名《沁园春-大势》。
股市添霜,
房产失光,
百业萎荒。
见投资渐慢,
消费乏暖;
外需落下,
暮色苍苍。
趋缓能源,
煤油气电,
价飚飘飘盛往芳。
期来岁,
望龙飞凤舞,
四海逍遥。
东西南北红妆,
有华夏精英尽弛张。
睹金砖各国,
尽失牵力;
西欧日美,
经历沧桑。
回望华邦,
朗朗担当,
牵动东西力气刚。
看如今,
有东西逐鹿,
还靠中方。
其次,能源转型需要建立低碳所需的全球供应链。
为了实现2050年“净零排放”的目标,人类需要以前所未有甚至难以想象的速度和规模部署新兴产业或新兴技术,这对于全球供应链构建来说就是巨大的挑战,因为目前支撑能源转型所需供应链的规模严重不足,有些甚至尚未建立起来。
能源转型之难,难于上青天。
人类要实现2050年的目标,全球需要共计1.4万吉瓦的风力和太阳能发电能力,这是现有各类发电站装机容量总和的两倍之多,其困难程度便可想而知。
在实现能源转型过程中,必然带来全球能源产业链的重构。
从原材料的获取和运输,再到使用寿命到期后的弃置处理或回收利用,这些新型供应链的构建必然需要接受政府和投资者的科学评估,分析其可持续发展能力和对社会和环境可能带来的深远影响。
二、能源转型是人类历史上又一次深刻革命
最近几年,我经常参与各种会议,也经常到国外考察和交流。
我无论走到哪里,见到什么样的人,大家讨论的重点似乎已经不再是国际油价,也不是伊朗核问题或朝鲜半岛无核化问题,更不是地缘政治的复杂性和多变性,以往过热的中东地缘政治演变似乎也是持续弱化的话题。
相反,人们关注的话题过多的其实是全球性的能源转型,无论在美国和西欧等西方国家还是在日益崛起的中国,我们看到的惊人一幕都是电动汽车在街道上迅速增加,人们可能难以相信,怎么到处都是。
1.全球能源转型意味着权力转移
权力争夺和权力转移,与能源转型密切关联。
回顾过往,有谁预料到俄乌冲突、亚洲金融危机、全球金融危机、美国页岩革命、电动汽车的迅速发展、太阳能和风能成本的急剧下降、新冠病毒的全球蔓延、美国特朗普总统的任性妄为,如此等等,都十分惊奇地改变了我们所处的这个小小地球。
无容置疑,能源转型确实将给全球政治经济格局带来了巨大的影响,甚至还会影响到世界各国的军事、外交和文化等领域,或许还有可能会加剧国际冲突和地缘政治博弈,进而影响到世界主要经济体的冲突和实力演变。
尤其是中美关系的未来也必然体现到能源转型这个具有全球性、普遍性、博弈性的方面,结果必然会归结到制度冲突,将能源转型逐渐演变到体制、机制、文化、技术、智能网络、金融和商务等诸多方面。
能源转型意味着能源权力的转移,导致全球能源博弈的重点发生重大改变,能源资源国和消费国之间的战略博弈格局将发生根本性的改变。
全球权力转移过程从来都不可能是完全渐进的,演变轨迹更不是线性的,有时也具有不可预见性,因为一件颠覆性事件发生就很有可能影响时代走向,因此才有百年未有之大变局之说,这或许目前的最难以预料的趋势。
2.能源转型当然需要创新,包括技术创新和管理创新
突如其来的事件,影响可能更加深远。
一场突如其来的新冠疫情大爆发,没有人事先预料其发生,但是发生了,而且对人类产生了一场巨大灾难,对全球经济的打击更是难以估量。
人类的正常生活秩序被打烂,众多的人间悲剧造成了,大量的人被迫失业,政府救助的财政压力庞大,众多中小企业生死存亡,有些人因疫而贫,有些国家因疫而陷入困境,多少人希望破灭,多少国家债台高筑,如此灾难,有谁预知呢?
疫情直接导致人们的出行方式,发生了难以想象的很大改变,避免人群聚集,影响出行和社交活动,对教育方式和公司经营模式产生重大冲击。
数字经济在疫情期间得到前所未有的发展机遇,工作方式发生了巨大变化,虚拟世界取代了现实世界,集中办公可以转换为远程办公,面对面教育被网络教学替代,学术论坛、商务会议改在线上举办,交通市场和旅行市场被急剧压缩。
我们有理由预计,在新冠疫情结束之后,上述这种影响还将长期存在,人工智能、机器学习和自动化技术领域的发展将持续改变人类的工作和生活方式,进而改变能源在人类社会中的地位和角色,加快能源转型的步伐。
可以这样说,什么可以让人直接感受到能源转型在路上,电动车开始快速在街道上增加,而且迅速进入大众视野便是最明显的例证。
资本是趋利怪物,资本家往往只看未来,而淡漠当今。
市场任何经济现象均会反应到资本市场上,资本家的眼镜力充满金钱,而资本以获利为本性,可以说,资本市场的反应代表着未来。
目前,全球汽车产业正在经受大调整、大洗礼和大阵痛,其中电动汽车的异军突起就是一个鲜活的现实,虽然电动汽车从目前汽车保有量上显然还没有占据优势,但是市场的渗透率却正在以惊人的速度提高。
在资本市场上,股市一直就是经济、市场或产业发展的晴雨表,股票价格或许可以说明一切问题,可以预示着资本家对未来的预判。
以 2019年为例,销量为36.8万辆,与丰田、通用、福特、等共计4200万辆的销量相比,还似乎没有形成大的气候,然而特斯拉的市值却比这几家传统汽车企业市值的总和还要大,那么问题来了,或许让人充满疑惑。
难道资本家都疯了吗?
资本市场的上述变现,到底说明了什么?
是否意味着能源转型已经成为现实?
化石能源是不是走到头了呢?
大型能源公司路在何方,传统化石能源企业是不是应该静候如何发展?
世界许多国家陆续出台了“燃油车”退市时间表,中国海南省也出台了在2030年禁售燃油车的政策,意味着未来世界各地将禁止燃油车进入销售市场,能源是不是确实在发生根本性的革命,市场是不是在革化石能源的命?
……。
如此等等,伴随着能源转型,问题多如牛毛,疑惑无穷无尽!
我们若不服从自然,我们就不能支配自然。
当然,时代往往会造就奇迹,能源转型过程也不可能是历史的简单重演,尤其在推进过程中不可能复制以往的历史。
从人类进步的视野来看,当今时代的政府政策、金融能力、社会意识和技术创新能力等等要素与几个世纪前相比,早已今非昔比,人类的智慧和能力与以往相比已经无法比拟,能源转型不可能遥遥无期。
尽管能源转型困难重重,但是大趋势已经无法逆转,气候变化和政治压力肯定会推动世界由高碳经济转向低碳经济,这是不以人的意志为转移的必然趋向。
三、能源转型已经超出气候变化范畴
目前,“能源转型”成为全球气候变化的核心议题。
在全球范围内,围绕能源转型和碳排放等议题,国际社会、国内党争、行业之争、企业之争,已经是客观现实,尤其对于国际社会,可谓矛盾多多,明争暗斗,此起彼伏,一场针对能源转型议题的国际博弈正在全面开打。
客观上讲,直到目前,国际气候变化的谈判依然面临困难,任重道远,预计还会面对挑战,因为在全球范围内尚未完全取得一致意见。
联合国气候大会年年召开,但年年吵闹,收获其实还很有限。
在全球气候大会之外,往往是暗流涌动,在科技、资金和贸易等领域竞争激烈,博弈趋势日益加剧,大有“山雨欲来风满楼”的气氛。
在全球气候谈判中,发展中国家也难免卷入到全球碳排放的博弈之中,不得不在国家产出函数中强行增加碳排放的约束条件,而且还需要应对发达国家通过一系列国际规则和国际公权力所强加的额外约束条件。
面临日益严峻的全球气候博弈,发展中国家如何坚守底线,维系自身的经济和社会发展,这就是他们目前面临的严峻考验。
围绕能源转型和碳排放,世界各国将持续博弈,应对全球气候变化任重道远。
在气候博弈中,很显然,目前欧洲走在前沿,日本也比较积极主动。
在能源转型和碳排放博弈中,欧洲作为气候变化的全球引领者,表现显得更加突出,比如燃煤电站在碳排放交易机制下,市场竞争性已经逐步丧失,不得不相继实施关停措施,个别国家还宣布要弃核,今后要逐渐关闭核电厂,不再建设新的核电厂。
但是,对于欧洲大陆来说,围绕着气候变化、温室气体排放和能源转型等诸多问题上,欧洲各国客观上也存在较大的争议或分歧。
以德国、法国和英国为首的西欧国家(老欧洲),似乎站在人类道德伦理的制高点上,试图主导“全球气候治理”格局,而以波兰为代表的的大部分东欧国家(新欧洲)却对气候变化问题采取比较淡漠的态度。
如果仅仅依靠欧洲,无论采取何种激进措施,都无法真正起到关键作用,而不见硝烟的碳排放国际“大战”有可能愈演愈烈。
有些国家,似乎认同气候主义理念,与欧洲有共识,但是左顾右盼,态度不清晰,口号多而务实少,采取比较消极被动的应对措施。
还有某些国家,可能并不太认同气候主义,而是志在本国经济发展,不甘于受二氧化碳减排的制约而牺牲自身的经济发展,而对能源转型和温室气体排放采取措施。
比如,作为二氧化碳排放前四个大国,中国、美国、印度和俄罗斯目前尚未确定一致目标,彼此之间存在冲突或矛盾,博弈将继续持续加剧。
在上述四大国中,目前有明确碳中和的目标的国家只有中国和美国。
作为世界第二大经济体,同时也是世界最大的能源消费大国和二氧化碳排放大国,中国在全球应对气候变化中的角色至关重大,不过中国政府已经制定了应对气候变化的全方位政策体系,坚定了温室气体减排的信心。
中国为世界大国,需要大国担当和全球使命,也提出了2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”,因此火电机组年发电小时数逐年下降,而且在碳交易政策、控制煤炭和价格等制约下,火电企业面临巨大的挑战,未来发展空间正在逐步缩小。
作为世界上二氧化碳第二大排放国,美国在这个问题上表现却出现了反复和矛盾,针对能源转型和碳排放这个议题,共和和民主两党之争加剧。
由于在美国政坛,共和党和民主党竞选剧烈,而且往往轮流坐庄,因此美国政府反复加入或退出相关国际气候协定,确实备受全球关注。
观察美国政治,能源转型和碳排放已经成为美国两党政治博弈的核心议题,你进我退,你来我往,一方积极推动,而另一方却是不屑一顾。
美国是一个世界强国,无论在政治、军事还是经济、文化上都对全球格局演变具有无与伦比的影响力,因此美国政策决定着人类应对气候变化的前途。
在应对气候变化乃至引发的能源转型和碳排放等议题上,预计美国党派之争还将持续下去,目前拜登政府采取积极主动的应对气候变化政策,而一旦共和党再度执政,那么很有可能再度出现政策反复。
对于印度和俄罗斯来说,目前这两个大国尚未提出应对气候变化和碳排放的具体目标,俄罗斯可能是事不关己,高高挂起,而印度似乎是犹豫不决,瞻前顾后,这为全球应对气候变化带来了很大的变数。
四、政治因素不是推动能源转型的决定性力量
从历史发展实践看,能源转型的最主要推动力是市场因素和技术因素。
从能源发展历史经验看,一种能源之所以能够替代另一种能源,其根本力量是市场经济因素和技术进步共同作用的结果,绝对不是由政治因素所决定。
人类社会之所以用煤炭来替代柴薪、用石油来替代煤炭,其关键因素是替代能源与被替代能源相比,在技术和经济上具有可行性和优势。
1.政治力量成为能源转型的推动力
能源转型,政治或许不可能缺位。
从目前来看,人类社会正在处于或者提倡“新能源革命”,试图用新能源来替代传统化石能源,但这种“能源转型热”在很大程度上主要为政治因素所驱动。
政治力,有时候更具有驱动力。
现实上,对于能源转型来说,世界的政治力超越了市场力和技术力,而从“幕后”直接走向“前台”,政府政策扶持成为新能源和可再生能源发展的主要推动力。
能源问题看似是经济问题,但其实也是政治问题。
政治力量往往渲染能源安全和气候变化议题,这本身其实并没有问题,从人类社会“道德、伦理”角度来看,确实值得肯定。
那么,对于全球能源转型,政治力是否应该介入呢?
我个人认为,政治力量肯定要介入到能源转型,但是政治力的介入只不过是为人类社会的能源转型提供了一种压力和紧迫性而已。
或者说,政治力的介入有利于强化人类社会和国际社会应该加快发展新能源的良好意愿和共识,进而形成一种强大的舆论氛围。
政治一旦介入,便存在政治正确问题。
在当今世界,在某些西方国家,政府尤其是某些政府领导人已经陷入到能源革命或能源转型的“神话”或“宗教”陷阱之中。
在欧洲,作为一个政治人物,呢是否提出能源转型或者是否主张发展低碳经济已经成为一个政治问题,能源问题已经演变成为敏感的政治议题或是否“政治正确”的问题。
从个人观点上,我非常反对将政治力与能源问题过度结合在一起。
世界各国的政治力量之所以如此热衷于发展新能源,我们当然可以找出诸多的理由,如确保国家能源安全需要、化石能源排放太多而导致地球气候变化、国家可持续发展需要新能源、化石能源已经逐渐枯竭、石油峰值即将来临等等。
但是,上述这些考虑或观点在很大程度上还缺乏理性的思维,往往都带有较为强烈的“主观”色彩,甚至还是一种非理性的“臆断”而已。
在我看来,美国政府提出“能源独立”战略,日本政府提出“摆脱石油”目标,欧洲提出“放弃化石能源”政策,这些政策宣示在很大程度上可以理解为是“政治口号”而不是经济和社会发展目标。
能源转型和低碳经济能否如期实现,归根结底不是政治问题,而还是技术问题和经济问题,尤其是市场和技术力量能否真正推动这些目标的实现。
人类社会确实需要摆脱对化石能源的依赖,以应对全球气候变化给人类带来的各种挑战,这是我们必须高度重视的大方向。
从政治、安全和道德层面来看,上述逻辑思维绝对值得称颂和肯定,为了应对全球气候变化,人类需要摆脱化石能源,需要实现温室气体“净零”排放的美好目标。
但是,理想和美好的目标,未必就是现实可行的目标,尤其不能依靠政治力量来实现目标,政治家的“纸上谈兵”其实没有实际意义。
2.市场力和技术力是能源转型的真正驱动力
政治力固然不容忽视,但是市场力和技术力才是真正驱动力。
政治力量只有在一种能源快要替代另一种能源之时,提供一种帮助和支持作用,本质上还是要依靠市场和技术创新力量的“借势推力”而已。
我们可以大胆想象,未来能源转型的推动力依然是市场力量和技术力量,而绝对不应该是政治力量,政治主张难以成为真正意义上的推动力。
在本人看来,新能源体系是否能够建立,绝对不会由政府或学者如何鼓吹化石能源枯竭、全球能源安全、气候变化或人类可持续发展等等所决定。
新能源体系的建立,取决于是否出现一种或几种在资源潜力、技术创新、供应能力、使用效能和价格水平等综合指标上能够超越传统化石能源的新能源,取决于新能源体系是否具有市场价值和技术经济的可行性。
本人认为,化石能源是否真正到了发展的“晚期”,目前仍然还是一个未知数。
俄罗斯与乌克兰之间的冲突导致整个欧洲爆发了能源危机,迫使部分欧洲国家重新启用煤炭或核电等措施,足以让我们清醒,化石能源不可能很快寿终尽寝。
目前,在欧洲和美国,化石能源价格暴涨,有人由开始重新审视化石能源,认为化石能源或将持续保持主导能源地位,能源转型将被迫推迟或延缓,甚至可能失败。
当然,上述论调不可能成为主流,我也不赞同这种论调。
暂时发生的现象,并不代表长期的趋势。
我们应该充分认识到,化石能源价格持续上涨或持续下降,并非意味着化石能源的寿命多长或多短,而且价格涨跌其实均具有十分明显的“双重”作用。
一方面,化石能源价格涨或跌,可以促进或抑制新能源开发和能源节约。
另一方面,化石能源价格涨或跌,也可以促进或削弱化石能源自身的勘探与开发的投资动力,而投资有利于延长或缩短化石能源的生命周期。
1、隆基股份 隆基早在2018年就开始关注和布局可再生能源电解制氢,近三年来,与国内、海外知名科研机构、权威专家进行了深入的研发课题合作,在电解制氢装备、光伏制氢等领域形成了技术积累。2021年3月末,隆基股份通过全资子公司隆基绿能创投与上海朱雀投资合资成立西安隆基氢能科技有限公司,进行氢能产业化布局。
2、阳光电源 逆变器龙头阳光电源是国内开展光伏制氢研究最早的光伏上市公司之一。公司表示已经成立了专门的氢能事业部,并与中国科学院大连化学物理研究所在先进PEM电解制氢技术、可再生能源与电解制氢融合、制氢系统优化等方面展开深入合作。 在具体光伏制氢项目方面:2019年7月,阳光电源在山西晋中榆社县签订了一个300MW光伏和50MW制氢综合示范项目;2019年9月,山西省屯留区200MW光伏发电项目(一期)开工暨二期500MW光伏制氢项目签约仪式。
3、宝丰能源 2019年起,高端煤基新材料领军企业宝丰能源开始启动制氢项目。2020年4月,该公司的“太阳能电解水制氢储能及综合应用示范项目”在宁夏宁东基地开工建设。该项目将涉及太阳能电解水制氢、氢气储运、加氢站、氢能交通示范应用、与现代煤化工耦合制高端化工新材料等多个领域。 该项目总投资14亿元,合计年产氢气1.6亿标方/年,副产氧气0.8亿标方/年。预计将实现年销售收入6亿元,每年可减少煤炭资源消耗25.4万吨、减少二氧化碳排放约44.5万吨。当前一期项目正在推进中,是宁夏首个氢能产业项目,也是国内最大的一体化可再生能源制氢储能项目。
4、晶科科技 2019年,晶科科技就表示:“到2025年,“光伏+储能”制氢系统技术的极大进步,将具备大规模应用的经济可行性”。为此,公司国内国外两手布局:在国外,2020年与空气产品公司(AirProducts)签署了战略合作协议,双方在光伏新能源领域展开合作,将“制氢”与“绿电”结合;在国内,公司努力推进可再生能源制氢项目落地实施。
5、大唐集团 2020年8月,为完善中国大唐集团新能源发电就地制氢产业发展布局,由云冈热电公司作为项目具体承担单位开展的6MW光伏就地制氢科技示范项目落户山西省大同市。作为大唐集团重大科技创新的重要依托与可再生能源大规模制氢方面的重要研究平台,该项目正在有序推进中。
6、亿利洁能 2021年2月份,亿利洁能母公司亿利资源集团与京能集团签订战略合作协议,双方将在光伏制氢等新产业开展深度合作。
7、长城汽车 2021年3月,长城汽车举办了一场氢能战略发布会,表示将采用光伏制氢,再投入30亿元用于氢能领域研发,以达到万套产能规模,并于2025年剑指全球氢能市场占有率前三。
8、新疆库车光伏制氢项目 根据中国石化新闻网2021年3月初的报道,广州(洛阳)工程公司启动了新疆库车光伏制氢项目拿总统筹及可研编制工作。该制氢项目规划建设1000MW光伏发电,辅以当地弃风、弃光等绿电资源,配套建设2万吨/年绿电制氢厂,项目建成后将成为全球最大的绿氢生产项目。项目由广州(洛阳)工程公司作为项目总体院,负责项目拿总,开展输配电系统、电解水制氢、氢气输储及系统配套单元设计,信息产业电子第十一设计研究院负责光伏发电单元设计,中网联合能源服务有限公司负责新疆当地绿电资源整合及交易事项办理。
拓展资料:
1.国际巨头强强联合,制氢项目不断刷新纪录 在国际市场上,光伏制氢已经开始得到落地,比较有名的如日本的福岛氢能源研究基地。该基地为世界上规模最大的可再生能源制氢工厂,占地总面积为22万平方米。其中,18万平方米为光伏发电区域,4万平方米为制氢车间,系统装置具备1万千瓦制氢能力。此外,全球最大的绿氢项目也在刷新纪录。2020年7月,空气产品公司(AirProducts)与ACWAPower(沙特国际电力和水务公司)和NEOM宣布签署协议,将共同投资50亿美元,在沙特阿拉伯建造一个使用可再生能源的世界级绿色氢基氨工厂。该项目定于2025年投产,包括超过4GW太阳能和风能可再生能源电力的创新集成;采用蒂森克虏伯(thyssenkrupp)技术通过电解法日产650吨氢气;利用空气产品公司的技术通过空气分离法生产氮气;采用托普索公司(HaldorTopsoe)的技_年产120万吨绿色氨。据不完全统计:截止2020年底,全球范围内正在开发的13个最大的绿色制氢项目,规模均在吉瓦级别以上,总计达61GW。这些重大项目主要分布在西欧、南美洲、中东、澳大利亚等地。
2.光伏成本大幅降低,国内企业积极布局 目前,煤制氢是中国最成熟、最便宜的制氢方式,其成本约为天然气制氢的70%~80%。可再生能源发电在电解水制氢的成本主要依赖于发电效率及成本,随着风电、光伏发电等产业规模扩大和技术进步,可再生能源制氢成本还有大幅下降的空间。
为了实现人类的可持续发展,我们必须减少CO2及其它有害气体的排放,创造一个绿色家园。从另外一个角度看化石能源的储量有限,根据有关数据分析,再过40年左右,石油将消耗所剩无几;再过60年左右,天然气也将宣布告竭而煤炭资源按目前的消耗量也只能供人类使用200年左右。从人类自身生存环境和能源消耗两方面看,都迫使我们寻找其它可再生能源替代现在的常规化石能源。
新能源是指传统能源之外的各种能源形式。目前技术比较成熟,已经开始大规模利用的新能源是风能、太阳能、沼气、燃料电池这四种。本文介绍沼气、燃料电池等几种发电技术。
1燃料电池
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能,直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时,它可以连续发电。依据电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。按燃料电池所用原始燃料的类型,大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。燃料电池不受卡诺循环限制,能量转换效率高,洁净、无污染、噪声低,模块结构、积木性强、比功率高,既可以集中供电,也适合分散供电。
使用燃料电池发电,是将燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,没有转动部件,理论上能量转换率为100%,装置无论大小实际发电效率可达40%~60%,可以实现热电联产联用,没有输电输热损失,综合能源效率可达80%,装置为集木式结构,容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比,非常灵活。
燃料电池其原理与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部,因此,限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质,只是个催化转换元件。因此燃料电池是名副其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。
燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的特点,它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源,还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源,又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给,还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广,市场前景十分广阔。人们预测,燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四代发电方式,它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。
2005年,从事燃料电池开发的公司总投资额已超过10亿美元。据统计,2005年全球拥有50万个固定的(静止式)燃料电池装置,到2010年,将有250万户家庭使用燃料电池,同时全球拥有60万台燃料电池汽车,占世界汽车生产量的1%。
2沼气发电
沼气具有较高热值,与其他燃气相比,抗爆性能较好,是一种可再生的清洁能源。沼气一般在农村比较多使用,传统上大多利用沼气取暖、炊事和照明。沼气发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项新型沼气利用技术,它将沼气用作发动机燃料,驱动发电机产生电能。由于城市化进程大城市,利用垃圾沼气发电也成为了可再生能源的一大热点。在我国,上海,北京,深圳等大城市正在或准备建立垃圾沼气发电厂。我国第一家垃圾沼气发电厂是在1998年10月,在杭州天子岭垃圾填埋场建成。在我国,目前拥有1000万座沼气池。但总体上沼气应用范围不够广,利用率也比较低。我国城市垃圾量以每年6%~7%的速度递增,而我国90%以上的城市处理垃圾的方式采取的是填埋方式,许多大城市垃圾填埋场日处理垃圾在千吨以上,如果能变废为宝,我国可以明显减少对化石能源的依赖,减少石油进口。
在国外,沼气发电也是蓬勃发展,在2006年12月12日,世界上最大规模的利用垃圾沼气发电站在韩国建成并正式投入运营,发电规模为50MW级,这座沼气发电站生产的电力可为18万户家庭供电,它将替代韩国每年50万桶重油进口。在此之前,全世界50MW级的沼气发电站仅在美国有1座。
随着沼气发电站的容量提高,沼气发电并网运行将会对整个电力系统造成冲击,继电保护相关问题也会随着容量提高而变得突出。文献[沼气发电机并网一次主接线及继电保护配置的探讨]阐述了沼气发电机并网的接线方式及保护配置问题。
3潮汐发电
潮汐能发电的工作原理与一般的水力发电原理差不多。它建筑一条大坝把靠海的河口或者海湾与大海隔开,形成一个大水库,发电机组安装在拦海大坝里面,大部分机器在地面下,利用潮汐涨落的位能差来推动水力涡轮发电机组发电。
潮汐发电与水力发电的原理相似,它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的,也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能,再把机械能转变为电能(发电)的过程。具体地说,由于潮水的流动与河水的流动不同,它是不断变换方向的,因此就使得潮汐发电出现了不同的型式,例如:(1)单库单向型,只能在落潮时发电。(2)单库双向型:在涨、落潮时都能发电。(3)双库双向型:可以连续发电,但经济上不合算,未见实际应用。
世界上第一座潮汐电站是法国的郎斯河口电站,其装机容量为240MW,年均发电量为544GWh。中国沿海已建成9座小型潮汐电站,1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站,也是世界上较大的一座,其总装机容量为3200kW,年发电量为10.70GWh。
世界较大的潮汐电站至今运行正常,证明潮汐发电在技术上是可行的,可是从20世纪80年代至今,近20年来几乎没有建新的潮汐电站,100MW级的潮汐电站没有一个建设投产。没建新的潮汐电站的原因主要是考虑电站的经济性和潮汐大坝对环境的影响。
4地热发电
地球是一个巨大的热仓库。其内部的热能根据科学家的推算,全球潜在地热能源的资源量约4×1013MW,相当于现在全球能耗的45×104倍。地热是一种洁净的可再生能源。地热发电是利用超过沸点的中、高温地热(蒸汽)直接进入并推动汽轮机,并带动发电机发电,或者通过热交换利用地热来加热某种低沸点的工作流体,使之变成蒸气,然后进入并推动汽轮机,带动发电机发电。最近发展起来的“热干研过程法”地热发电法不受地理限制,可以在任何地方进行地热开采。原理是首先将水通过压力泵压入地下4到6km深处,在此处岩石层的温度大约在200℃左右。睡在高温岩石层被加热后通过管道加压被提取到地面并输入一个热交换器中。热交换器推动汽轮发电机将地热转化成电能。而推动汽轮机工作的热水冷冻后再重新输入到地下供循环使用。
世界上第一座地热发电站要算是1904年在意大利的拉德雷诺建成的小型地热电站,它是用地热蒸汽推动涡轮机发电的,但功率很小,只点亮了5盏电灯。后来经过充实发展,目前该电站的装机容量已达548MW。当初这座电站虽然只能点亮5盏电灯,却开创了地热发电的历史。目前世界上最大的地热发电站装机容量已经达到了1000MW,位于美国加利福尼亚盖瑟尔斯。
我国地热发电在新中国成立后开始研究,于1970年,中国科学院在广东省丰顺县汤坑镇邓屋村建起了发电量60kW的地热发电站。这是我国第一座地热试验发电站。1976年,全世界海拔最高的地热发电站在我国羊八井盆地建成发电,现已兴起了一座崭新的地热城,地热开发利用正向综合性方向发展。目前,该电厂已有8台3000kW机组,总装机25MW,年发电量在拉萨电网中占到45%。羊八井地热发电站目前是我国最大的地热发电站。
结束语
本文综述了各种新能源发电技术的原理和研究现状,成本过高是限制它们大量推广应用的瓶颈,因此通过技术革新降低成本将是今后新能源发电技术的重要研究方向。虽然能源发电为未来人类解决能源短缺问题描绘了令人振奋的前景,但要使这幅蓝图真正成为现实的确还面临着诸多问题,需要科学家、研究人员和政府部门等来共同解决。相信随着科技的进步,电路电子器件的发展,新能源发电技术将会发挥出它们巨大的潜力,在电力系统中占据更重要的地位,为人类的持续发展铺平道路。