全球能源演化史

1、傳統(tǒng)能源的分布Life itself is the most wonderful fairy tale.Hans Christian Andersen世界能源總體形勢正如古話所言：“石油是工業(yè)的血液”，作為重要的基礎能源，石油已然是全世界工業(yè)化國家最重要的能源儲備形勢。全球貨幣格局從“布雷頓森林”體系到“石油美元”體系的轉變，背后實際上反映的是能源范式的轉型。圖 1：全球石油儲備（單位：萬億桶）數(shù)據(jù)來源：Statistical Review of World Energy - BP (2021)，圖 2：全球石油消費（單位：TWh/年）數(shù)據(jù)來源：Statistical Review of Wo

2、rld Energy - BP (2021)，作為重要的戰(zhàn)略儲備資源，自二戰(zhàn)后，石油儲備逐漸成為各國爭相競逐的對象。然而，正如絕大多數(shù)自然資源的分布一樣，石油在世界各國的分布極為不均衡，少數(shù)國家擁有了絕大部分的石油儲藏。其中，尤以中東和北美的潛在儲藏和開采能力為突出。事實上，在美國完成了“頁巖油”技術革命后，就一躍成為了世界上最大的產油國。從人均儲備和生產能力看，中東和北美相對全球其他地區(qū)，同樣占據(jù)了不小的優(yōu)勢。這樣得天獨厚的資源分布，為其工業(yè)化發(fā)展或出口創(chuàng)匯提供了良好的基礎。圖 3：全球原油的主要產地（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World En

3、ergy，圖 4：各國人均產油量（單位：kWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Energy，在原油之外，煤炭也是世界各國工業(yè)化體系中，重要的基礎能源形式。特別的，對尚未完全實現(xiàn)工業(yè)化的發(fā)展中國家而言，煤炭具有價格低廉、存儲和運輸相對便捷、使用方便等優(yōu)點，是提升國家工業(yè)化水平不可或缺的能源供給來源。從供需形勢看，中國毫無疑問的是全球煤炭大國，在生產和消費兩端都占據(jù)著重要地位。近年來，隨著“碳達峰”、“碳中和”目標的提出和推進，中國煤炭的消費水平逐漸穩(wěn)定。但是，“減碳”不是“減生產力”，保持煤價適度穩(wěn)定有其積極意義，因此煤炭生產仍然保持著一定水準。圖 5：

4、全球煤炭的主要產地（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：Statistical Review of World Energy - BP (2021)，圖 6：全球煤炭的主要消費地（單位：TWh）和石油相似，天然氣的全球資源分布極度不均衡，各國的天然氣儲量天差地別。從 產出情況看，美國和俄羅斯是全球天然氣的主要供給方。從天然氣消費情況看，中 美是天然氣的主要使用國，也是近十年來天然氣消費增速保持較高水平的兩個大國。各國天然氣用量的增長，與全球性的節(jié)能減排行動有關。作為煤炭的主要替代能源，天然氣在全球能源綠色化進程中被廣泛用于工業(yè)采暖、生產性鍋爐和熱電廠機組，在緩解能源短缺和降低煤電比例方面，發(fā)揮了重要的作用

5、。圖 7：全球天然氣的主要產地（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：Statistical Review of World Energy - BP (2021)，圖 8：全球天然氣的主要消費地（單位：TWh）人均能源消耗水平是衡量一國工業(yè)化水平和居民生活質量的核心指標。從全球能源的人均消耗使用情況看，發(fā)達國家的能源使用程度遠超發(fā)展中國家，尤以美歐為甚。從全球能源結構看，石油、煤炭和天然氣是當之無愧的世界前三大能源供給來源。同時，隨著近年來技術進步，可再生能源比例持續(xù)上升，但相比傳統(tǒng)能源而言偏低。圖 9：全球人均能源消耗情況（單位：kWh）數(shù)據(jù)來源：Statistical Review of World E

6、nergy - BP (2021)，圖 10：全球主要能源構成（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Energy，從各經濟的資源稟賦看，千差萬別的能源結構決定了各國的工業(yè)化方式和“雙碳”進程必然具有天然的差異性。例如，對中國而言，煤炭是我國主要的能源供應，因此電力供應和未來的“雙碳”推進必須要立足以煤為主的基本國情。對美國而言，天然氣在其能源結構中占比較高，因此其能源清潔化程度天然要高于其他國家。從能源消費結構看，世界范圍內傳統(tǒng)能源的使用量或已進入拐點階段，與之相對的是綠色能源逐漸在能源供應方面，承擔了更為吃重的角色。圖 11：主要經濟體能源結

7、構（單位：%）數(shù)據(jù)來源：Statistical Review of World Energy - BP (2021)，圖 12：全球能源消費結構（單位：TWh）傳統(tǒng)能源與碳排放傳統(tǒng)能源盡管在過去百年間的全球工業(yè)化進程中風光無限，但過度的開采和使用終非長久之計。并且，傳統(tǒng)能源有其無法克服的天然缺陷：偏高的碳排放。圖 13：全球低碳能源在能源結構的占比（單位：%）數(shù)據(jù)來源：Statistical Review of World Energy - BP (2021)，圖 14：全球可再生能源在能源結構的占比（單位：%）相比于早期工業(yè)化時代，二戰(zhàn)后全球氣溫的異常程度顯著抬升，并且中樞持續(xù)上移，這與全球

8、工業(yè)化所累計的溫室氣體不無關系。從氣溫偏離正常值區(qū)間的地域分布看，北半球氣溫異動大于南半球，亞歐相比北美更為突出。圖 15：全球平均氣溫異常值（單位：攝氏度）數(shù)據(jù)來源：Hadley Centre，圖 16：氣溫異常值的全球分布（單位：攝氏度）數(shù)據(jù)來源：Berkeley Earth，從二氧化碳的演化史看，歷史上絕大部分時期，二氧化碳的濃度呈現(xiàn)了周期性的變化。然而，人類的工業(yè)化進程打破了這一歷史規(guī)律在工業(yè)化大規(guī)模全球推行后，世界范圍內的二氧化碳濃度以前所未有的速度快速拔升，并迅速突破歷史極值，且至今未見拐點。圖 17：二氧化碳濃度變遷（單位：ppm）數(shù)據(jù)來源：NOAA，圖 18：全球碳排放結構（單

9、位：十億噸）數(shù)據(jù)來源：NOAA，為了避免世界陷入溫室氣體排放困境，綠色能源的推廣和全球治理逐漸在各大經濟體間達成共識。通過限制碳排放和能源結構改造，氣候壓力有望得到緩解。圖 19：年化溫室氣體排放（單位：Gt）數(shù)據(jù)來源：NOAA，圖 20：北美的碳中和承諾分布情況數(shù)據(jù)來源：NOAA，然而，控制全球氣溫上行的任務依然是艱巨的，即便是為了微幅降低氣溫上升，全 球的碳減排壓力仍然是巨大的，所將付出的經濟成本也十分可觀。事實上，清潔能 源的推動和能源結構轉型，始終面臨著某種權衡短期經濟成本和長期環(huán)境收益，該如何選擇和如何平衡。長期收益和短期成本的經濟決策本就是一個復雜的政策科學命題，再疊加全球各國的工

10、業(yè)化水平差異和能源自然稟賦差異，這一決策的難度又提升了好幾個數(shù)量級。全球合作是必不可少的，但除此以外，一些強有力的監(jiān)管措施、為了確保氣候目標最終實現(xiàn)的制度安排以及合理可行的激勵政策，都必須及時落地。同時，“根據(jù)形勢確定任務”這一原則不能丟棄，各經濟體應保持定期會晤，以確保有足夠的能力應對氣候變化的新情況。圖 21：將全球氣溫上升控制在 1.5 攝氏度以下的碳減排路徑（單位：十億噸）數(shù)據(jù)來源：IPPC SR15，圖 22：將全球氣溫上升控制在 2.0 攝氏度以下的碳減排路徑（單位：十億噸）數(shù)據(jù)來源：IPPC SR15，從發(fā)展經濟學的視角看，工業(yè)化是提升一國國力和經濟實力的重要方式。然而，工業(yè)化也

11、不可避免的帶來碳排放增長的問題。諸多實證研究表明，人均 GDP 的增長往往意味著更高的人均碳排放，并且這一過程是不可逆的。事實上，更高的人均 GDP通常意味著更好的人均資源占用，而現(xiàn)代生活中必不可少的電，其主要供給正是來自于碳排放較高的化石能源。圖 23：人均 GDP 和碳排放的關系（單位：美元、噸）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，圖 24：電力供應的能源結構（單位：%）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，可再生能源的演進Sometimes accompanied sometimes alone, stay awesome all the time.New York New York整體發(fā)展態(tài)勢關于可再生能源的議題，從上

12、世紀六十年代起就不斷的引發(fā)爭議，支持者認為可再生能源通常意味著資源的循環(huán)使用，因而具有更高的清潔度；反對者認為，可再生能源僅僅是在使用環(huán)節(jié)實現(xiàn)了“清潔”，但生產乃至能源全生命周期的碳排放水平可能并不低。從演化趨勢看，目前全球最重要的可再生能源是水力相關的能源供應。圖 25：全球可再生能源總體分布（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of Global Energy，圖 26：主要新能源的增長態(tài)勢（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of Global Energy，從能源更迭的結構看，以美國為代表的發(fā)達經濟體在化石能源的消費方面，

13、居于全球領先地位。但與此同時，在新能源對傳統(tǒng)能源的替代方面，發(fā)達經濟體也走在世界前列。從地域分布看，北美地區(qū)的新能源人均覆蓋使用程度較高。圖 27：人均化石能源消費（單位：kWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of Global Energy，圖 28：人均新能源消費（單位：MWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of Global Energy，作為能源轉換的主要形式，電力消費情況無疑是最值得關注的議題。從經濟體內部電力建設情況看，人均 GDP 與通電比例呈現(xiàn)正相關關系，表明經濟水平的提升往往會伴隨居民生活的電氣化。從電力消費結構看，發(fā)達經濟體人

14、均用電量較高，主要能源供應來源較為多樣化，核電、水電和天然氣供電是重要的能源載體；對發(fā)展中經濟體來說，供電的能源結構相對單一，且大多偏向于傳統(tǒng)能源。圖 29：2021 年全球人均電力消費情況（單位：kWh）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，圖 30：人均 GDP 與通電比例（單位：美元、%）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，新能源的安全性和清潔性，是其相對傳統(tǒng)能源的最大優(yōu)勢，也是其被環(huán)保組織推崇的重要原因。從安全性看，核能、水能、風能和光能的單位能源事故死亡率遠遠低于以煤炭、石油為代表的傳統(tǒng)能源；從溫室氣體排放角度看，傳統(tǒng)能源的排放是新能源的百倍以上。綜合安全和環(huán)保因素，發(fā)展新能源的迫切性和必要性得以驗證。圖 31：各類

15、能源生產過程的事故死亡率估計（單位：次/TWh）數(shù)據(jù)來源：Sovacool et al. (2016)，圖 32：溫室氣體排放相對比例（單位：噸）數(shù)據(jù)來源：Sovacool et al. (2016)，水力能源的演化水電是可再生能源中最為古老、歷史最為悠久的形式，也是目前全球各經濟體采用率最高的清潔能源種類。從生產總量看，中國在水電建設和生產方面領先全球，年生產水電超過 1200TWh，相比美國、法國等傳統(tǒng)發(fā)達國家具有顯著的優(yōu)勢。同時，在新興經濟體中，印度的水電建設也較為突出。從人均消費使用水平看，中國由于廣大的人口基數(shù)，此前總量建設的優(yōu)勢相對下降，加拿大位居前列；南美多國因其自然條件有利于水

16、利工程建設，人均資源相對較好。圖 33：年化水力能源生產（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Energy，圖 34：各經濟體人均水力能源消費（單位：kWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Energy，從水力能源的使用率看，OECD 成員國的能源結構中，平均水力資源供能的占比約在 5%10%附近，非 OECD 國家的水能占比略高于 OECD 成員國；從發(fā)電結構看，巴西和加拿大兩國對水電的依賴度較高，遠大于 OECD 成員國和一般發(fā)展中經濟體的水電比例。一方面，這固然是資源稟賦決定能源格局的結果，且水電的

17、循環(huán)利用和清潔性確實優(yōu)于傳統(tǒng)能源；但另一方面，水電建設隱含了季節(jié)性波動的調峰成本。圖 35：初級能源供應中水力占比（單位：%）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Energy (2021)，圖 36：各經濟體電力結構中水電占比（單位：%）風力能源的演化作為新能源的核心之一，風能的建設利用，通常是衡量一國新能源技術水平和推進 程度的重要反映。從全球風能生產情況看，發(fā)達經濟體的風力資源建設普遍領先發(fā) 展中經濟體，但中國的風力能源建設水平與發(fā)達經濟體極為接近，且已經超過了美 國。從裝機容量看，中國的風能裝機容量在全球主要經濟體中一枝獨秀，大約是美 國的兩倍，充分顯

18、示了中國在新能源建設的政策支持力度和優(yōu)勢。今年 5 月 30 日， 國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)關于促進新時代新能源高質量發(fā)展實施方案的 通知，明確將風電項目由核準制調整為備案制，相關項目建設力度有望進一步提升。圖 ：全球風能的生產情況（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Energy (2021)，圖 38：風能裝機容量的國別對比（單位：GW）風能由于運用方式環(huán)保且蘊能量較大，各國在清潔能源建設早期通常會給予風電較為優(yōu)惠的政策空間。然而，風能也存在自身缺陷：（1）土地占有率過高，且存在噪音污染；（2）能量轉化過程不穩(wěn)定且不可控；（3）對鳥類

19、生態(tài)存在較大影響等。上述因素限制了全球風電的進一步鋪開建設，即便是英國的風電占比也僅僅剛超過 20%圖 39：基礎能源中風能的占比（單位：%）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，圖 40：發(fā)電結構中風電的比例（單位：%）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，光能的演化光能的建設和利用具有悠久的歷史，然而從裝機容量和生產力度的角度看，全球性的光能建設熱潮從 2010 年后才徐徐展開。中國毫無疑問在光能的建設和利用方面居于世界領先地位，光伏技術的深厚積累和強大的工業(yè)生產能力是中國占據(jù)相關賽道全球領先的核心保障。圖 41：光能生產的國別比較（單位：TWh）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Ene

20、rgy (2021)，圖 42：光能裝機容量的跨國對比（單位：GW）數(shù)據(jù)來源：BP Statistical Review of World Energy (2021)，日本在光能建設方面起步較早，且因為日本自然資源稟賦較弱，因此能源供應的建 設不得不較早的從傳統(tǒng)能源向可再生能源轉型。從初級能源供應和電力供應結構看，日本的光能供能占比分別超過 4%和 8%，居于全球領先地位。新興經濟體中，中國 和印度的光能供能比例較為接近，發(fā)電占比也較為相似?？紤]到中印在火電建設領 域具有相似的路徑，而光能供能天然有不穩(wěn)定性，這一結果并不意外。圖 43：初級能源中光能供應占比（單位：%）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，圖 44：各經濟體供電結構中光伏發(fā)電的比例（單位：%）數(shù)據(jù)來源：世界銀行，其他可再生能源除水力、風能和光能之外，其他形式的可再生能源研發(fā)和建設進度也在逐漸鋪開，較為具有代表性的是生物質能和地