可再生能源的现状与发展前景

本文为春节专题文章——“年度 科技 发展态势总结与展望”的第四篇能源篇。

世界能源领域2019年发展态势

全球油气供应安全风险大幅增加。 全球尤其是中东能源地缘政治冲突加剧，大大增加了油气供应的安全风险。4月，美国宣布终止对伊朗石油进口的制裁豁免，重启对伊朗原油出口的限制。7月，英国在直布罗陀海域扣押了伊朗油轮。随后，伊朗在霍尔木兹海峡查扣一艘英国油轮以示报复。9月，沙特阿美旗下的两处重要石油设施遭无人机袭击，原油产量一度锐减570万桶/日，引发了全球油价短期跳涨。此外，卡塔尔退出石油输出国组织“欧佩克”、叙利亚局势震荡也在一定程度上影响全球的油气供应安全。

动力电池梯次利用商业化加速。 德国大众集团推出一款新型移动充电站，其内部电能存储单元由二次回收的电动车动力电池组成，已在德国率先投放使用。日本本田 汽车 公司与美国电力公司（American Electric Power，AEP）展开合作，共同开发一个能够将废旧电动 汽车 电池集成至AEP电网中的新商业模式。中国北汽鹏龙、北汽新能源等企业合伙在河北省黄骅市实施了北汽鹏龙动力电池梯次利用及资源化项目。

世界能源领域2020年趋势展望

全球能源转型趋势愈发明显。 德国将逐渐停止以煤炭作为电力来源，并将可再生能源的发电比重从现在的38%提升至2030年的65%。法国能源部表示，到2030年要将可再生能源在法国能源结构中的比重提高到40%左右。韩国产业通商资源部公布《第三次能源基本计划》草案，提出力争到2040年将可再生能源占比提高到30%-35%，大幅降低煤炭发电比重。波兰公布2040能源政策草案，拟大幅增加核电和可再生能源在能源结构中的比例，以不断降低对煤炭的依赖。

可再生能源市场前景巨大。 国际能源署发布《可再生能源市场分析和2024年预期》报告称，从2019年到2024年，全球可再生能源装机将增加50%。美国能源信息署发布的《2019年度能源展望》报告指出，未来30年，可再生能源发电量（风力、太阳能、水力）将从2018年的5000亿千瓦时增加到2050年的1.5万亿千瓦时。欧洲风能协会发布《我们的能源，我们的未来》报告称，欧盟现在的海上风电装机容量是20吉瓦，到2050年欧盟海上风电装机容量要达到230至450吉瓦，比现有容量增长10倍以上。英国发布的《海上风电产业战略规划》提出，在2030年前将英国海上风电装机容量提高到3000万千瓦，将海上风力发电量提高到总发电量的30%。

先进核技术商业化应用加速。 根据麻省理工学院报告，先进、非常规的核反应堆将在2030年颠覆当前的核能行业。美国首座小型反应堆纽斯凯尔小堆将于2020年9月完成核管会的设计认证，并将于2026年下半年投入运行。俄罗斯首座浮动式核电厂“罗蒙诺索夫院士”号将于2020年4月开始全面投运。英国投资两亿英镑建造全球首个商用核聚变发电厂，并拟于2040年实现核聚变能源生产的商业化。加拿大启动核能研究倡议，加速推进小型模块堆的研发应用，并计划于2026年前在乔克河（Chalk River）建成首座小堆。

作者简介

张欢欢，国务院发展研究中心国际技术经济研究所 研究四室 研究助理

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、 科技 社会 发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界 科技 、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和 科技 创新洞见。

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中国面临的能源危机 我国的可再生能源有着得天独厚的优势，是重要的战略替代能源，对增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境具有重要的作用。积极开发和利用核能、太阳能、风能、电能、生物质能、地热能以及海洋能等可再生能源，是实现我国经济社会可持续发展能源战略的必然选择。 1我国的能源危机与环境危机凸显 1.1中国面临严重的能源短缺危机 我国是一个能源生产大国和消费大国，拥有丰富的化石能源资源。2006年，煤炭保有资源量为10345亿吨，探明剩余可采储量约占全世界的13%，列世界第三位。但是中国的人均能源资源拥有量较低，煤炭和水力资源人均拥有量仅相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源拥有量仅为世界平均水平的1/15左右。能源资源赋存不均衡，开发难度较大，已探明石油、天然气等优质能源储量严重不足。再加上能源利用技术落后，利用低下，在经济高速增长的条件下，我国能源的消耗速度比其他国家更快，能源枯竭的威胁可能来得更早、更严重。因而，日益增长的对外能源需求造成的能源压力迫使我们不得不寻找解决能源危机的突围之路。 1.2不合理的能源结构引发严重的环境危机 我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消费65%左右为煤炭，大量使用煤炭，使 66%的中国城市大气中颗粒物含量以及22%的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。长期以来这种以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污染。伴随着经济的快速发展和能源需求量的持续增长，化石燃料燃烧所产生的温室气体排放给环境造成了越来越沉重的压力。面对当前化石能源消耗带来的严重环境危机，调整能源结构已迫在眉睫。 2发展利用可再生能源是解决中国能源危机的有效途径 可再生能源是可以永续利用的能源，如水能（小水电）、风能、太阳能、生物质能和海洋能等，不存在资源枯竭问题。目前，世界各国都力推可再生能源，中国更应该把握住发展可再生能源的时代走向，争取在可再生能源开发利用上走在世界前列，缓解日益加重的能源危机与环境压力。 2.1中国可再生能源具备良好的资源基础 我国可再生能源品种齐全，数量多，资源基础雄厚。我国小型水电（指≤5万千瓦的水能资源）的可开发量为1.2亿千瓦，目前仅开发了不到 1/4；全国陆地每年接收的太阳辐射能相当于24000亿吨标准煤，如果按陆地面积的1%、平均转换效率按20%计，一年可提供的能量达48亿吨标准煤，相当于2006年全国一次能源消费量（24.6亿吨标准煤）的两倍；我国10m高度层的风能总储量为32亿千瓦，实际可开发为2.53亿千瓦，加上近海（1~15米水深）风力资源，可装机容量达10 亿千瓦；生物质能资源也十分丰富，秸秆等农业废弃物每年约有3.0亿吨标准煤，薪柴资源为1.3 亿吨标准煤，加上城市有机垃圾等，资源总量近7亿吨标准煤。通过品种改良和扩大种植，生物能的资源量可以在此水平上再翻一番。此外，还有地热能和海洋能等，可供大规模长期开发利用。总之，中国可再生能源资源丰富，具有大规模开发的资源条件和技术潜力，可以为未来社会和经济发展提供足够的能源，开发利用可再生能源大有可为。 2.2中国可再生能源具备良好的市场基础 我国可再生能源具有巨大的潜在市场，随着我国经济的进一步发展和全面小康建设的推进，必将对能源供应提出新的要求。同时，我国又是一个农业大国，61%的人口生活在农村，农村能源利用率处于较低水平，每年要消耗6亿多标准煤的能量，其中一半的能源靠作物秸秆和砍伐树木获得，这使得生态环境遭到破坏，荒漠化程度加剧。作为农村能源供应的重要补充，利用可再生能源正在为农村提供气体燃料、提供生活热水、为偏远地区农户解决无电问题等方面发挥重要作用，直接提高农民生活质量和改善农村环境质量。可再生能源的利用是农村能源与环境协调发展重要途径。所以，客观上的迫切需求为可再生能源提供了巨大的市场。 3中国可再生能源开发现状与面临的挑战 3.1中国可再生能源的产业发展已初具规模 20世纪90年代以来，我国的可再生能源开发利用已经取得显著进展。2007年，我国可再生能源利用总量居世界首位。2007年我国小水电利用总量占世界一半，水电勘测、设计、施工、安装和设备制造均达到国际水平，已形成完备的产业体系；2007年，我国光伏电池产量达到100万千瓦，超过日本，位居世界第一；太阳能热水器使用量为5200万平方米，约占全球使用量的40%。据测算，使用1平方米的太阳能热水器每年可节约120千克标准煤。太阳能利用得到快速发展，在能源供应中占10.32%，居第二位；目前全国已建成并网风力发电装机容量57万千瓦，2007年的风电装机容量达到590万千瓦，比2006年增加了330万千瓦2007年，我国可再生能源年开发利用总量折合2.2亿吨标准煤，占一次性能源消费总量的8.5%。我国是一个农业大国，生物质能材料来源广泛，生物质发电装机容量已达到相当规模，农村年产沼气102亿立方米，相当于1600万吨煤；沼气工程实现了标准化生产，沼气技术服务体系已比较完善；另外我们在可再生能源利用技术上取得很大突破，相当一批技术已发展到商业化初始阶段。 3.2中国可再生能源发展面临的挑战 3.2.1政策障碍 国家和政府的法律政策导向对可再生能源发展起着至关重要的作用，但是我国可再生能源的相关政策体系还不完整，经济激励力度较弱，政策的稳定性和协调性差，还没有形成支持可再生能源持续发展的长效机制。我国可再生能源的立法比较晚，法律体系不健全，仅出台了一部《中华人民共和国可再生能源法》。此外，各地方缺乏相应的法律政策，不能很好地贯彻中央的政策，形成促进可再生能源产业发展良好的政策环境。 3.2.2资金障碍 我国可再生能源在2007年已达到12亿美元，仅次于德国，居世界第二。但我国的新能源发展并没有纳入政府各级财政拨款渠道；与金融机构和发展中国家政府的金融政策和法规联系不到位，使本来很值得信赖的项目与商业应用也缺乏信贷和风险投资。 3.2.3技术障碍 技术开发能力与产业体系薄弱，关键技术掌握得少。除水电、太阳能热利用、沼气外，其它可再生能源技术水平较低，缺乏自主技术研发能力，设备制造能力弱，技术和设备生产主要依赖进口，技术水平和生产能力与国外先进水平差距较大。同时，可再生能源的资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善，人才培养不能满足市场快速发展的需要，没有形成支撑可再生能源产业发展的技术服务体系。 3.2.4市场障碍 由于可再生能源开发难度大，开发市场化起步晚，所以商品化程度低，产业化薄弱。市场经验不足阻碍着可再生能源工业有效地提供产品和服务，存在普遍的产品质量问题和服务问题，市场法规不足和缺少工业标准的风险抑制着需求增长。长期以来，我国可再生能源发展缺乏明确的发展目标，缺乏连续稳定的市场需求。虽然国家支持可再生能源发展的力度逐步加大，但由于缺乏强制性的可再生能源市场保障政策，没有形成稳定的市场需求，可再生能源发展缺少持续的市场拉动。市场障碍阻碍着可再生能源产业链条的形成和发展。 4中国可再生能源的突围之路 4.1将可再生能源战略纳入国家能源战略 可再生能源比重的提升传递着“绿色经济”正在兴起的信息，2012年《京都议定书》到期后，新的温室气体减排机制将进一步促进绿色经济的全面发展。如何面对“后京都议定书时代”，可再生能源成了我们势在必行的发展之路。 可再生能源是我国能源优先发展的领域。可再生能源的开发利用，对增加能源供给、改善能源结构、促进环境保护具有重要作用，是解决能源供需矛盾和实现可持续发展的战略选择。《可再生能源中长期发展规划》中提出到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%，到2020年达到15%的发展目标。由科技部主持的《中国后续能源发展战略研究》对到本世纪中期我国能源需求进行了预测。从预测结果看，若采用生态驱动方案，到2050年可再生能源将成为能源结构的主角之一，达到30%以上。因此，我国发展可再生能源的战略目标将是：最大限度地提高能源供给能力，满足实现全面建设小康的要求，改善能源结构，实现能源多样化，建立可持续的、安全的能源供应体系。 4.2切实加强法律保障 各级政府应切实加强政策扶持力度，尽快建立规范的保障制度，实行政府问责制。应完善可再生能源法律制度，尽快建立可再生能源相关的法律法规体系，加快出台《可再生能源促进法》、《循环经济法》等促进可再生能源发展的法律法规。为增加可再生能源供应、规范可再生能源市场、优化能源结构、维护可再生能源发展提供法律保障，这也是我国能源发展的必然要求。 4.3建立多渠道的开发机制 开发利用新能源和可再生能源是当今国际一大热点，要抓住当前大好时机，将自主创新与技术引进，建立和形成以国内制造为主的装备能力。一是各级政府要从财政上支持新能源的开发，积极吸引和引导社会、企业、个人投资可再生能源，促进可再生能源的开发利用。二是要进一步拓宽合作领域，加强与国际组织和机构的联系与合作，提倡双边、多边合作研究及合作生产。加强人与技术信息交流。采取切实措施，为吸引国际机构和社会团体、企业家和个人来华投资、独资或合资开办各种新能源和可再生能源实体创造条件。 4.4培育可再生能源市场 一是在中央、地方提供政策支持的基础上，鼓励企业打破限制，实行横向联合，积极引进新工艺、新技术，不断提高产品质量，降低成本，扩大销路。二是鼓励有条件的企业和个人开办新能源技术服务公司，为消费者提供新能源技术产品的安装、调试、维修保障服务，同时政府应为这些公司的技术人员提供技术培训，提高其技术业务水平，逐步培育起持续稳定的可再生能源市场。三是加强建立可再生能源技术产品的评价指标体系，产品的检测和质量认证体系，建立国家级质量监测系统，建立健全市场保障机制，同时形成支撑可再生能源产业发展的技术服务体系。激励新能源消费，完善促进可再生能源开发利用的市场环境，逐渐培育起持续稳定的可再生能源市场。

我国的能源结构问题历来受到政府的重视.第一,煤炭在终端能源消费中所占比例过大是我国能源效率低下的一个重要原因,故优化能源结构有利于提高我国的能源利用效率.第二,我国能源结构不合理也带来了相关问题,如环境恶化与能源供给的安全性问题.前者主要由CO2、SO2过度排放所引起,后者主要由油气对外依存度不断提高所致.第三,能源结构是与能源消费总量密切相关的,过去二十多年里我国能源结构的改善是在能源消费总量持续增长的前提下进行的,而且未来数十年里我国能源消费总量仍将有较大幅度的增长,这无疑为我国能源结构的进一步改善增加了难度.总的来说,能源消费总量控制、环境保护、提高能源利用效率、保证能源供给安全等构成了我国能源结构改善的种种制约因素.本论文以能源结构为中心,首先在三要素生产函数的框架下研究了能源消费总量的影响因素接着探讨了能源价格对能源结构的影响机制其次分析了能源价格、能源结构对能源效率的影响机制然后以上海为例从城市这一层面分析了一次能源结构的演变趋势最后分析了可再生能源对于改善能源结构的作用,主要是可再生能源的实施障碍及国外绿色证书市场机制对我国的借鉴意义.通过对以上问题的研究,本论文得到了以下结论 1.关于能源与资本、劳动之间的要素替代关系1 所有要素的自价格弹性均为负,而能源的自价格弹性最小,表明能源需求量受能源自身价格的影响相对较小.2要素间的交叉价格弹性为正,表明资本、劳动与能源任何两种要素皆为替代品.就替代程度而言,能源可被资本与劳动替代的程度较小.这可能有两方面的原因一是与我国经济发展的重工业化有关.二是与我国能源价格的市场化改革有关,意味着我国的能源价格相对偏低,以致诱发了对能源的过度需求.2.关于能源价格对能源结构的影响价格是影响能源结构的重要变量之一.运用超对数成本份额函数,本论文我国制造业的能源间替代特性作了计量检验,研究发现 1电力的自价格弹性为负石油和煤炭的自价格弹性为正.2从交叉价格弹性来看,电力与石油是替代品,煤炭与石油则是互补品从弹性大小来看,电力和煤炭、电力和石油之间的替代性是很弱的,即相互之间的价格效应是极小的.这一结果进一步支持了前述论点,即我国能源价格扭曲,经济增长对能源的需求具有刚性.3.关于能源价格、能源结构对能源效率的作用机制能源价格的相对上升对于降低能源强度具有积极的作用 1从自价格弹性来看,能源相对价格的提高降低了制造业的总能源强度.另外,油价上升降低了石油强度,电价上升降低了电力强度.2一次能源的结构变化对于能源强度的下降具有积极的影响.其中,煤炭比例下降显著降低了制造业的总能源强度,同时也显著降低了电力强度石油比例上升则显著降低了石油强度.3此外,FDl的增长、产业结构调整、所有制改革等因素对于我国制造业能源强度的下降也有积极的贡献. 4.关于上海一次能源消费结构的变化趋势2006-2010年间,上海市一次能源消费结构中比重最大的仍为煤炭,但煤炭消费比重将有较大幅度的下降,约为6个百分点石油在全市能源消费中所占的比例将保持稳定天然气在全市能源消费中所占的比例将有较大的提高市外来电及其它能源如风能等在全市能源消费中所占的比例也将有一定程度的提高.从能源供给的安全性与经济性的角度来看,未来较长时期内煤炭的主体地位是不可替代的. 5.关于可再生能源的开发利用可再生能源的大规模开发利用是优化我国能源结构的一项重要举措,对于提高我国能源利用效率、避免环境恶化有着重要意义.目前,我国可再生能源的发展面临许多障碍,其中技术不成熟、成本高是关键制约因素,同时也需要政策扶持、社会参与.国外的绿色证书交易市场对于我国大力发展可再生能源具有一定的借鉴意义.综上所述,我国能源结构的改善有赖于多种手段并举,包括提高能源相对价格、调整能源间比价、大力发展可再生能源等.深化能源价格改革不仅是优化我国的能源结构的重要举措,也是提高我国能源效率的重要举措.运用经济手段提高能源的相对价格有多种手段可供选择,其中最为重要的就是对能源及能源密集型产品征税、对能耗少的替代性工艺和产品进行补贴,以及针对能源消费大户的有限量排污权许可交易.当然,价格改革作为一种提高能源效率的有效手段,并不是单独起作用的,应当与结构调整、技术进步同步推进. 本论文的主要创新点如下 1.实证研究了要素间替代关系与能源间替代关系无论是要素间替代关系还是能源间替代关系,基于计量经济学的实证研究在国内未有发现.国外关于此类定量研究相对较多,主要是运用超越对数成本函数建立模型进行计量检验.国外研究主要集中于西方工业国家,而我国作为发展中国家并且处于经济转型期,其市场的完善程度、能源技术水平以及资源禀赋等与发达国家相比有着极大的差异.本论文运用计量方法研究了我国制造业要素间替代关系与能源间替代关系,结果表明,我国与发达国家的差异是显著的.2.运用时间序列数据揭示了能源价格对能源效率的影响机制能源价格与能源效率之间的相关性既是理论问题也是实证问题,但实证研究甚少.尽管国内诸多文献呼吁提高能源价格以改善能源效率,但都是以定性分析为基础的,并没有提供理论解释和实证检验.Birol和Keppler2000运用经济学相关理论阐明,通过经济手段提高能源价格能够改善能源效率,并降低能源强度,但他没有提高实证依据.Coenillie和Fankhatlser2004对中东欧和前苏联一些转型经济国家的比较研究支持了这一观点,但主要是基于经验判断.有启发性的是Fisher-Vanden2004等人所做的实证研究,采用我国2500多家能源密集型大中型工业1997-1999年的面板数据发现,能源相对价格的上升是我国能源强度下降的主要动力,但面板数据所反映的是短期价格效应.而相关研究表明,价格对能源消费的影响具有时滞性,因而长期价格效应与短期价格效应是有差异的.基于这一考虑,本文采用时间序列数据研究了我国能源消费的长期价格效应. 3.将数学模型预测法与情境分析法相结合预测上海市的能源结构变化趋势能源需求预测一般采用的方法有类比法、外推法和因果分析法等.在实际应用中有弹性系数法、趋势外推法、经济部门法、经济计量模型法和能源投入产出分析法等.不同研究对象所采用的方法也不相同,同时各种方法均有其应用局限性.其中,数学模型预测法是根据历年的统计数据分析把握其变化规律,进而预测未来的需求总量,该类方法在各种影响因素基本不变的情况下,预测结果能较为准确而情境分析法则是从分析经济发展与能源消耗的关系入手,对经济发展的不同状况作出假设,进而推断多种假设条件下的能源需求量,该方法逻辑比较清晰.无论采用何种预测方法,现实环境中的突发事件或不可预料因素会影响假设条件的成立,从而降低了预测结果的准确性.因此,本论文将数学模型预测法与情境分析法结合使用,对预测结果作分析比较,有利于提高预测结果的精度.

可再生能源前景广阔，据前瞻产业研究院《2016-2021年中国可再生能源产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》显示，2011-2014年，我国一次能源生产总量增速不断下降，2010年我国一次能源生产总量为29.9亿吨标准煤，同比增长8.7%，为近年来最大增幅根据国家统计局数据显示，2014年，我国一次能源生产总量为36亿吨标准煤，按同比口径仅增长0.5%。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。

从我国能源消费结构来看，近年来，我国的石油消费占比呈逐年下滑趋势煤炭和天然气产量占比呈逐年上升趋势，其中煤炭产量占据我国能源产量的主导地位此外，可再生能源(水电、核电、风电)占比也呈逐年上升趋势。