到2050年,139个国家如何能获得100%的可再生能源
根据最近的一项研究,Eviart/Shutterstock的科学家们公布了一份详细的路线图,到2050年将139个国家的可再生能源转移到100%。斯坦福大学的
能源专家报告说,使用风能、太阳能、地热和水(水力发电,(潮汐和波浪)为所有需要电力运作的经济部门供电的能源,包括电网本身、运输、供暖和制冷、工业以及农业、林业和渔业,将大大减少能源消耗,减少空气污染造成的死亡,创造数以百万计的就业机会,斯坦福大学大气与能源项目主任马克·雅各布森在接受《生活科学》杂志采访时说:“稳定能源价格,节省数万亿美元的医疗保健和气候相关费用。我们为139个国家中的每一个制定了各自的计划,这些计划占全球排放总量的99%以上。”。[十大最疯狂的环保理念]
这项研究着眼于世界能源需求,从2012年开始,预测到2050年。2012年,世界用电量为12.105万亿瓦,相当于12.105万亿瓦。研究人员在研究报告中写道,到2050年,如果不发生任何变化,世界将需要20.604tw,而且每个国家都继续采用其目前用于满足能源需求的相同方法。
,但如果这些相同的商业部门转向可再生能源来满足其所有电力需求,世界将需要研究显示,仅需11.804TW就能满足全球电力需求。研究人员称,这是因为电比燃烧更有效。在解释研究要点的视频中,雅各布森举了一个例子:他说,在电动汽车中,80%到82%的电被用于移动汽车;其余的则被浪费为热量。另一方面,在以汽油为动力的汽车中,燃料中只有17%到20%的能量用于移动汽车,其余的能量被浪费为热量,他说,
能源也需要用于开采、提炼和运输化石燃料。因此,转向100%的可再生能源将消除这些能源密集型和环境破坏性的过程,报告作者说,在他们的研究中,雅各布森和他的同事展示了风、水、地热和太阳能如何满足全球对11.804太瓦能源的需求避免到2050年全球气温预计将比工业化前高出2.7华氏度(1.5摄氏度)。研究人员概述了这样做将如何拯救400万至700万人的生命,否则这些人可能死于由空气污染引起的疾病,为各国节省超过20万亿美元的健康和气候成本,雅各布森在接受《生活科学》采访时说:
“对我来说,这似乎是一件不费吹灰之力的事。
”这项研究建立在雅各布森之前的工作基础上,雅各布森开始了他的研究科学家生涯,试图了解空气污染是如何影响气候的。”。他说,在最初的几年里,他专注于解决问题,但到了1999年左右,他开始寻找解决方案。
在2009年,雅各布森和马克·德鲁奇,加州大学伯克利分校交通研究所的研究科学家,雅各布森和德鲁奇在《科学美国人》杂志上发表了一份研究报告,概述了一项为全世界提供100%可再生能源的计划。
在接下来的几年里,致力于在州一级研究这些问题的后续研究,目前研究人员已将这项研究扩展到139个国家。世界上其余59个国家的详细能源数据并不存在,因此无法纳入该研究,科学家们说,“KDSPE”“KDSPs”是向100%可再生能源基础设施过渡的总成本——一个计划将国家首次移至80%可再生能源的计划。到2030年5月,乍一看,le energy似乎有些令人望而却步,但雅各布森和他的团队也计算出了这些数字。
雅各布森说,在所有国家平均起来,建设可再生能源系统(包括储存和传输)的成本是8.9%千瓦时。在一个没有过渡和保持现有化石燃料系统的世界里,成本是9.8美分/千瓦时。
不包括社会成本。
气候变化的价格化石燃料能源伴随着健康和气候相关的成本。作者估计,到2050年,各国每年将在与全球变暖有关的环境、财产和人类健康问题上花费28万亿美元,包括洪水、房地产破坏、农业损失、干旱、野火、热应激和中风、空气污染、流感、疟疾、登革热、饥荒,海洋酸化等等。[气候变化将影响你健康的5种方式]
,如果世界不采取行动应对气候变化,地球两极的冰继续以目前的速度融化,世界7%的海岸线将被淹没,雅各布森说:
雅各布森说,可再生能源的社会总成本——包括健康和气候问题的成本,以及风能、水和太阳能的直接成本——约为化石燃料的四分之一。
“在其他世界,你可以将社会总成本降低约75%,“他说。”研究显示,这项技术的成本效益是巨大的。
几个国家已经开始转向可再生能源组合,以满足所有商业部门100%的电力需求。名单中包括塔吉克斯坦(76.0%)、巴拉圭(58.9%)、挪威(35.8%)、瑞典(20.7%)、哥斯达黎加(19.1%)、瑞士(19.0%)、格鲁吉亚(18.7%)、黑山(18.4%)和冰岛(17.3%)。
到目前为止,美国的可再生能源发电量仅占其总发电量的4.2%。但研究人员称,中国有优势。这项研究发现,像美国这样的国家,每人口拥有更多的土地,将有最容易的时间进行过渡。预计最困难的国家是那些地理位置小但人口众多的国家。据雅各布森说,新加坡、直布罗陀和香港等国家将面临100个可再生能源面临的最大挑战。“KDSPE”“KDSPS”仍有解决问题的方法。他补充说,这些地区可以转向海上风能,也可以与邻国交换能源。
“有了这些信息,我们给各国带来了信心,相信它们能够自给自足,”雅各布森说我希望不同的国家能在2050年和2030年分别承诺100%和80%的可再生能源。
这项研究于8月23日在线发表在《焦耳》杂志上。
最初发表在《生命科学》上。
一、世界能源消费现状和趋势
据美国能源部能源情报署《国际能源展望2004》基准状态预测,全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量,世界能源消费在2001-2025年将增加54%。日本、欧盟等能源机构预计,全球能源消费峰值将出现在2020-2030年。全球化石能源的枯竭是不可避免的,将在本世纪内基本开采殆尽。《BP世界能源统计2006》的数据表明,全球石油探明储量可供生产40多年,天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年。国际能源署2005年分析认为,到2030年世界能源需求将增长60%,届时仍将有“足够”的资源可满足需求。预测未来石油需求增长的大多数将来自运输部门,运输部门占全球石油需求的份额将从现在的47%增加到2030年的54%。同时指出,C02排放也将增多,减排温室气体是一个严峻的挑战。
国际能源署认为,中东将增加投资以扩增常规石油资源产能,非常规石油资源如油砂等将得到加快开发利用,氢能将有少量应用,可再生能源将有更大发展潜力。到2030年,替代能源尤其是可再生能源,不仅将成为不可或缺的重要能源,而且将成为降低温室气体排放的重要举措。作为全球能源市场日趋重要的一个组成部分,目前中国的能源消费已占世界能源消费总量的13.6%,世界能源消费将越来越向中国和亚太地区聚集。
据预测,目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比分别为约80、15和近50,大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右,均早于全球化石能源枯竭速度。未来5-10年,中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量,原油和天然气的生产则不能满足需求,特别是原油的缺口最大。注重能源资源的节约,提高能源利用效率,加快可再生能源的开发利用,对于中国来说既重要又迫切。
二、世界可再生能源发展趋势
世界大部分国家能源供应不足,各国努力寻求稳定充足的能源供应,都对发展能源的战略决策给予极大的重视,其中可再生能源的开发与利用尤为引人注目。化石能源的利用会产生温室效应,污染环境等,这一系列问题都使可再生能源在全球范围内升温。
从目前世界各国既定能源战略来看,大规模的开发利用可再生能源,已成为未来各国能源战略的重要组成部分。自上个世纪90年代以来可再生能源发展很快,世界上许多国家都把可再生能源作为能源政策的基础。从世界可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展最快,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。
风力发电技术成本最接近于常规能源,因而也成为产业化发展最快的清洁能源技术,风电是世界上增长最快的能源,年增长率达27%。国际能源署的研究资料表明,在大力鼓励可再生能源进入能源市场的条件下,到2020年新的可再生能源(不包括传统生物质能和大水电)将占全球能源消费的20%,可再生能源在能源消费中总的比例将达30%,无论从能源安全还是环境要求来看,可再生能源将成为新能源的战略选择。
三、世界部分国家可再生能源发展目标
2004年,美国、德国、英国和法国可再生能源发电占总发电量的比重分别为1%、8%、4.3%和6.8%;到2010年将分别达到7.5%、20.5%、10%和22%;到2020年将都提高到20%以上;到2050年,德国和法国可再生能源发电将达到50%。韩国可再生能源消费比重将由2004年的2.1%提高到2010年的5%。日本和中国的可再生能源消费比重将由2004年的3%和7.5%提高到2010年的10%左右,2020年分别达到20%和15%。
四、世界部分国家可再生能源利用进展
美国正在加大可再生能源研发和利用力度,2005年美国能源部能源研发总投资7.66亿美元,其中可再生能源研发投资占了42%。美国制定了庞大的太阳能发电计划,克林顿政府出台的“百万屋顶计划”将在1997年到2010年里,安装总容量达4.6亿兆瓦的光伏发电系统。
德国新的《可再生能源法》,为投资可再生能源提供了可靠的法律保障。德国制定了《未来投资计划》以促进可再生能源的开发,迄今投入研发经费17.4亿欧元。2004年,德国可再生能源发电量占总发电量的8%,年销售额达100亿欧元。风力发电占可再生能源发电量的54%,太阳能供热器总面积突破600万平方米。法国。法国推出了生物能源发展计划,2007年之前将生物燃料的产量提高3倍,使起成为欧洲生物燃料生产第一大国。具体内容是建设4个生物能源工厂,年均生产能力达到20万吨,生物燃料的总产量将从目前的45万吨上升到125万吨,用于生产生物燃料的作物面积也将达到100万公顷。由于生物燃料目前成本比汽油和柴油贵2倍,法国已出台一系列优惠措施,鼓励生物燃料的生产和消费。
英国把研究海洋风能、潮汐能、波浪能等作为开发新能源的突破口,设立了5000万英镑的专项资金,重点开发海洋能源。不久前,在苏格兰奥克尼群岛的世界首座海洋能量试验场正式启动。英国第一座大型风电场一直在不断发展,目前风电装机总量已达650兆瓦,可满足44万多个家庭的电力需求,近期还将建设10座类似规模的风电场。
日本官方报告,将从2010年正式启动生物能源计划,并与美国和欧盟共同开发可再生能源,建设500个示范区。预计将投资2600亿日元,而与之有关的产品和技术将成为日本新工业战略的重要组成部分。
其他国家和地区。一些发展中国家如中国、印度、印度尼西亚和巴西等国家,越来越重视可再生能源对满足未来发展需求的重要性。中国制定实施了《可再生能源法》,编制了《可再生能源中长期发展规划》,将大力发展可再生能源并确定了明确目标。印度成立了可再生能源部,政府全力推动可再生能源资源的开发利用,目前印度在风电和太阳能利用规模方面已居于世界前列。东盟国家也开始重视可再生能源的开发工作。10个成员国各自都有了发展可再生能源的计划,包括地热、水电、风能、太阳能和来自棕榈或椰子油的植物燃料等。按东盟计划,到2010年各成员国的可再生能源电力将达到2.75万兆瓦,其中印尼、菲律宾和泰国将成为领先者。
国际能源署(IEA)今年发布的《展望》预测了到2030年以前世界的能源需求情况,并且详细描述了石油、天然气、煤炭等三大能源需求增长的具体情况。但在报告中,IEA并未给出一个关于2030年世界能源储量的准确数字,原因在于IEA对世界上各石油公司报告的储量数据的可靠性表示质疑。IEA呼吁各国政府重视储量数据的准确性问题,指出只有在各方共同努力下,建立一套全球普遍认可、透明一致、综合全面的油气储量数据报告系统,才能更好地应对未来长期的能源开发问题。
《展望》预测,到2030年,世界能源需求将不断增长,届时石油仍将是世界的主要消耗能源,核能和可再生能源在世界能源结构中所占的比例较小。《展望》同时警告各国政府,如果他们继续奉行2004年的能源政策的话,全球2030年的能源需求将比目前上升近60%。《展望》也善意地告诉中国政府,到那时中国的能源需求占全球能源需求的比例,将在现在的水平上增加4个百分点,达到16%。
到2030年,全球原油需求将达到1.21亿桶/日,预计年均增长率为1.6%。届时原油主要用于满足交通运输业的需求,其中发展中国家的石油需求将占世界总需求量的2/3,欧佩克国家对世界能源的需求比例将从现在的52%降低到2030年的43%。
在今后10年内,全球天然气消费量将会超过煤炭。到2030年,天然气消费量将是现在的1倍左右,其中50%将以液化天然气的方式供应。
到2030年,煤炭在世界能源结构中所占的比例将与现在的比例持平,仍为22%,但消耗的绝对量增加,煤炭新增需求量将几乎全部用于电力行业。亚洲是煤炭需求增长最大的地区,仅中国和印度两国,就将消耗2002年到2030年世界煤炭需求增量的68%。OECD国家的需求增长不大。
尽管能源需求不断上升,但《展望》强调,世界能源储量还远未陷入枯竭境地。在2030年以前,甚至其后相当长的一段时间内,地球上蕴藏的能源储量足以满足全球的能源需求。如果必要的投资到位,全球常规石油生产在2030年之前还不会达到顶峰,而天然气和煤炭的探明储量比石油还要充裕,未来发现更多油、气、煤资源的潜力还是很可观的。
安全与融资 两大主题
《展望》指出,尽管未来30年甚至更长时间内,全球能源供应足以满足需求,但能源安全将面临更大的风险。
供给系统脆弱 由于目前与日俱增的石油需求仅仅由少数几个产油国来满足,如欧佩克(OPEC)的中东成员国和俄罗斯,《展望》预测,能源进口国和出口国之间的相互依赖关系将越来越强烈,跨地区的石油贸易将不断增长。《展望》称,目前在世界能源生产增长的情况下,非能源国家承担了世界能源加工量的95%,这说明从能源生产地到消费地的贸易在增长。到2030年,世界原油贸易将达到6500万桶/日以上,略高于石油总产量的一半。现在每天有2600万桶的石油经过亚洲的马六甲海峡和波斯湾的霍尔木兹海峡,在未来30年内,通过以上和其他关键通道进行贸易的石油数量将翻番。
活跃的原油贸易加大了多数OECD国家、中国、印度等油气进口大国对进口能源的依存度。到2030年,中国的石油进口量将从现在的每天200万桶增加到每天1000万桶,对进口石油的依赖度将达到74%。对此,IEA长期合作和政策分析主任欧努·温和斯特认为:“一旦石油安全出现问题,例如石油运输关节点出现问题,由海盗、恐怖袭击或者事故等导致管线封闭、油轮停航,将对世界石油供应产生严重影响。因此,维护石油运输节点即国际航道和管线的安全问题日益紧迫,中国等发展中国家要积极应对石油供应可能产生中断的风险。”
融资需求庞大 《展望》认为,要满足全球不断增长的能源消费,新增基础设施的建设需要巨额投资。从2003到2030年,累计需要投资16万亿美元,年均投资达5680亿美元。与2000年全球能源领域实际投入的4130亿美元相比,IEA所做的这一预测值增加了37%(1550亿美元)。
《展望》指出,新增基础设施投资的主要对象是电力行业,将达10万亿美元,占总投资额的60%多。石油和天然气的投资额各为3万亿美元,约占总投资的18%。煤炭需投入约4000亿美元。
欧努·温和斯特说:“由于发展中国家将是产需增长的主力,近一半的全球能源投资将流向这些国家。但同时这些国家在融资方面又面临严峻的挑战,因为相对于他们的经济总量而言,投资需求较大,投资风险也较高。”
具体到中国,《展望》预测,从2003年到2030年,中国的能源投资需要2.4万亿美元,占全球能源投资的15%,年均投资约为960亿美元。因此,IEA建议中国采取更严厉的机动车标准,建立更多使用清洁燃料的发电厂。
油价走高 OPEC难获利
对于让人捉摸不透的油价,《展望》称,未来的油价走势仍将保持不稳定状态,这也是导致世界石油供需不确定的主要原因之一。世界原油和成品油价格自1999年以来就急剧攀升,2004年年中更是达到历史最高点。油价高企将造成未来石油日需求量的减少,从现在起到2030年,如果保持平均每桶35美元(根据2000年的价格计算)的高油价,到2030年,全球石油日需求量将比基于低油价(每桶22美元至29美元)假设前提下低15%(1900万桶/日),减少量相当于目前美国的石油消费总量。
此外,《报告》还认为,从长期来看,欧佩克将不会从高油价中获利。因为高油价时期,非欧佩克产油国的石油生产将显著增长,导致欧佩克成员国的市场份额大幅下降。在2003年至2030年期间,如果油价维持在平均每桶35美元的高位,欧佩克国家石油出口累计收入为7500亿美元,比基于低油价假设基础上的预计数字反而低了7个百分点。
厉行节约,持续发展
《展望》认为,如果世界各国能够采取相应的政策,加快高效清洁技术的使用和部署,推动可再生能源发展,则2030年的全球能源需求要比上述推测低10%左右,化石燃料需求的下降幅度更大。
在采取新政策的前提下,到2030年,全球石油需求将达到1280万桶/日,比上述推测低11%,减少的量相当于沙特、阿联酋和尼日利亚目前产量的总和。到2030年,如果OECD国家采取更有力的措施来提高燃料经济性,发展中国家更快部署和使用节能机动车,由此而节约的石油量将占全球石油节约量的2/3。同时这也降低了OECD国家和中国的石油进口依存度。相对于石油而言,煤炭需求的相对下降幅度更大,到2030年将达到24%,节约的煤炭数量相当于目前中国和印度的消费量之和。届时世界天然气需求将降低10%,北美OECD成员国天然气进口需求量减少40%,欧洲天然气进口需求量降低10%,而中国在完成煤改气之后天然气进口则会增加。
据悉,为提高我国能源的使用效率,10月中旬,国务院审议通过了建国以来能源领域的第一个节能中长期专项规划——《节能中长期专项规划》。该规划指出,未来10至20年中,节能工作的重点领域和重点工程分别集中在重点工业、交通运输和建筑、商用与民用领域等3大方面。《规划》提出了我国的节能目标,“十五”期间年均节能率为1.3%,“十一五”期间为2.8%;主要产品(工作量)单位能耗指标到2010年达到或接近20世纪90年代初期时的国际先进水平,2020年达到或接近目前的国际先进水平。
近年来,在我国能量消费结构中,石油消费量所占比重整体呈下滑趋势,煤炭消费量占比则较为稳定。2012年,我国煤炭的消费量稳居第一,占能源消费总量的70.5%;其次是石油,占比为17.6%;天然气的消费量占比为4.0%。
2010-2030年,天然气和非化石燃料的份额将提高,而煤和石油的份额将相应降低,新能源替代传统能源的趋势愈加明显。
2010-2030年,世界一次能源消费预计年均增长1.6%,全球能源消费总量到2030年将增加39%。全球能源消费的增速下降,从过去十年的年均2.5%下降到未来十年的年均2.0%,2020年至2030年间会进一步下降到年均1.3%。
2010-2030年,前瞻预计增长最快的燃料类型是可再生能源(包括生物燃料),2010-2030年间的预期年均增速为8.2%;就化石燃料而言,天然气增速最快,年均增速为2.1%,而石油增速最慢,年均增速为0.7%。
从全球传统能源的储采比来看,在能源消费总量占主要地位的煤炭资源的储采比不断下降。尤其是在我国,煤炭和石油的储采比下降趋势明显。长远的来看,人类目前的可利用的传统能源储量有限,可采年限不断的缩小,能源形势更加严峻;另一方面,随着人类对新能源的开发技术愈加成熟,新能源的消费将逐步超越传统能源,成为能源消费的主导力量。