基于C02減排目標(biāo)的2050年全球能源需求展望
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
朱發(fā)根，單葆國，馬丁，劉小聰，李江濤
(國網(wǎng)能源研究院，北京 102209）
摘要：分析展望中長(zhǎng)期能源需求，研究和提出相應(yīng)的能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，一直是國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)和學(xué)者研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。應(yīng)用時(shí)間序列、趨勢(shì)外推、計(jì)量經(jīng)濟(jì)、能源系統(tǒng)（平衡）分析等模擬技術(shù)掏建了全球能源需求分析模型。在此基礎(chǔ)上，以2050年能源消費(fèi)產(chǎn)生的CO2,減排50%為目標(biāo)設(shè)計(jì)了2℃情景，對(duì)該情景的能源需求進(jìn)行了分析展望。研究顯示：2℃情景下亞太地區(qū)特別是印度是全球能源需求增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力，全球一次能源需求總量將在2045年后趨近飽和：一次能源需求結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)由化石能源為主向非化石能源為主的轉(zhuǎn)型，非水可再生能源快速發(fā)展是這一轉(zhuǎn)型的主要?jiǎng)恿�；電能替代是終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的主旋律，電力將取代石油成為第一大終端用能。
關(guān)鍵詞：減排目標(biāo)：能源需求；模型；展望
0引言
在全球CO2排放持續(xù)攀升的背景下，氣候變化對(duì)全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)和能源可持續(xù)發(fā)展的影響日益凸顯，如何在21世紀(jì)中葉將氣溫升高控制在2℃以內(nèi)，已成為人類亟須解決的重大命題。能源消費(fèi)是全球C02排放的主要來源，因此，分析展望中長(zhǎng)期能源需求，進(jìn)而研究和提出相應(yīng)的能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，已成為國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)和學(xué)者研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
從國內(nèi)外相關(guān)研究采用的分析技術(shù)和模型來看，在過去數(shù)十年里，全球范圍內(nèi)先后誕生了世界能源模型(WEM)、國家能源模型系統(tǒng)(NEMS)等一批頗具代表性和影響力的模型[3-4]，這些模型有的被視作核心競(jìng)爭(zhēng)力、為開發(fā)者所“獨(dú)占”使用；有的允許付費(fèi)應(yīng)用，但其模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)沒有考慮全球各地區(qū)的實(shí)際差異，第三方應(yīng)用效果不夠好。本文試圖結(jié)合C02減排及氣候變化的背景，根據(jù)全球主要地區(qū)能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)的要素特征及相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建全球能源需求分析模型，對(duì)2050年的全球能源需求進(jìn)行展望。
1模型原理
建模的基本思路與邏輯為從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展到終端能源需求、從終端能源需求到一次能源供應(yīng)、從一次能源供應(yīng)到能源環(huán)境排放。模型采用模擬技術(shù)構(gòu)建，具體技術(shù)包括時(shí)間序列、趨勢(shì)外推、計(jì)量經(jīng)濟(jì)、單位產(chǎn)品能耗分析、單位產(chǎn)值能耗分析、周轉(zhuǎn)能耗分析、能源系統(tǒng)（平衡）分析等，模型應(yīng)用的方法為情景分析法。
模型綜合考慮影響全球能源供需的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人口增長(zhǎng)、技術(shù)進(jìn)步、能源政策等重大因素．據(jù)此設(shè)計(jì)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情景，并應(yīng)用各種模擬技術(shù)計(jì)算分部門、分品種終端能源需求。接下來，考慮發(fā)電、供熱、煉油、煉焦等加工轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)．以全球溫升控制2℃目標(biāo)下的C02減排為基礎(chǔ)，以能源供需平衡、能源資源、環(huán)境容量、生產(chǎn)能力、加工轉(zhuǎn)換能力、清潔能源發(fā)展目標(biāo)、投資成本等為約束，模擬計(jì)算分品種一次能源供需。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)分品種一次能源消費(fèi)及排放因子核算CO，排放，并將結(jié)果反饋至終端能源和一次能源的計(jì)算求解，直至滿足模型設(shè)定的排放目標(biāo)。模型架構(gòu)如圖1所示。
2 3情景設(shè)計(jì)
根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)(intergovernmental panel on climate change, IPCC)第五次評(píng)估第一工作組報(bào)告，只有實(shí)現(xiàn)減排力度最大的RCP2.6 (representative concentration pathway,RCP,濃度路徑)情景才有較大可能在21世紀(jì)將氣溫升高控制在2℃以內(nèi)，而要實(shí)現(xiàn)該情景．2050年前年均CO2排放要比1990年的水平低15%—96%。盡管未來各個(gè)年份的C02排放預(yù)算難以精確給出，但一般傾向于，到2050年C02排放至少要降至1990年的50%左右、累計(jì)排放不超過0.8～1.2萬億t，本文認(rèn)同這一減排曰標(biāo)，并考慮到化石能源消費(fèi)是主要的C02排放源，以化石能源消費(fèi)產(chǎn)生的CO，排放量減半為目標(biāo)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的2℃情景。主要情景參數(shù)如表1所示。
3結(jié)果分析
3.1 一次能源需求
展望期內(nèi)（2014-2050年，下同），全球一次能源需求將由201億t標(biāo)準(zhǔn)煤增長(zhǎng)至291億t標(biāo)準(zhǔn)煤．年均增長(zhǎng)1.0%．增速不到21世紀(jì)前13年(2.4%)的一半。全球一次能源需求增速將逐漸放緩．2045年后需求總量將基本穩(wěn)定在290億t標(biāo)準(zhǔn)煤左右的水平上。
2014-2050年．全球一次能源消費(fèi)增量的90%以上來自亞太和非洲。展望期內(nèi)，歐洲和北美能源消費(fèi)量將減少超過10%，亞太、中南美、中東的能源消費(fèi)量將分別增長(zhǎng)80%、70%和60%左右，非洲則將增長(zhǎng)近200%。由于基數(shù)大、增長(zhǎng)快．亞太地區(qū)作為世界能源消費(fèi)重心的地位進(jìn)一步凸顯．占全球的比重由約40%提高至500/0左右。亞太地區(qū)中，印度將逐漸取代中國成為世界能源消費(fèi)增長(zhǎng)的引擎，展望期內(nèi)，印度將貢獻(xiàn)全球增量的29.3%．較中罔高出約13個(gè)百分點(diǎn)，2040年后，印度的能源消費(fèi)總量將超過美國．如圖2所示。
全球范圍內(nèi)非OECD國家人均用能較快上升，但仍將低于OECD國家。展望期內(nèi)，全球人均能源需求將由2014年的2.7 t標(biāo)準(zhǔn)煤增至2035年的3.0 t標(biāo)準(zhǔn)煤，之后基本穩(wěn)定在該水平線上。到2050年，美國、俄羅斯的人均能源需求均超過6.0 t標(biāo)準(zhǔn)煤，處于第1集團(tuán)：歐盟、日本和中東地區(qū)的人均用能為4.5—5.0 t標(biāo)準(zhǔn)煤．處于第2集團(tuán)：中國、南非、巴西和其他北美地區(qū)的人均用能為3.5～4.5 t標(biāo)準(zhǔn)煤，處于第3集團(tuán)；印度、其他國家和地區(qū)人均用能的增長(zhǎng)幅度相對(duì)較大．但仍低于3.5 t標(biāo)準(zhǔn)煤，處于第4集團(tuán)。如圖3所示。
全球能源消費(fèi)強(qiáng)度下降將超過一半，中同仍將顯著高于世界平均水平。展望期內(nèi)，全球能源消費(fèi)強(qiáng)度將由2014年的3.4 t標(biāo)準(zhǔn)煤／萬美元（2005年價(jià)）降至2050年的1.6 t標(biāo)準(zhǔn)煤／萬美元。到2050年，日本、歐盟、美國的能源消費(fèi)強(qiáng)度分別低至0.7 t標(biāo)準(zhǔn)煤／萬美元、0.7 t標(biāo)準(zhǔn)煤／萬美元和0.8 t標(biāo)準(zhǔn)煤／／萬美元，較世界平均水平低50%以上：中國、印度的能源消費(fèi)強(qiáng)度則分別高達(dá)2.3 t標(biāo)準(zhǔn)煤／萬美元、2.6 t標(biāo)準(zhǔn)煤／萬美元，較世界平均水平高50%~60%：俄羅斯、其他非洲的能源消費(fèi)強(qiáng)度最高，均超過2.7 t標(biāo)準(zhǔn)煤／萬美元。如圖4所示。
展望期內(nèi)，全球一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)由化石能源為主向非化石能源為主的轉(zhuǎn)型，化石能源消費(fèi)比重將由77.5%降至27.3%．其中煤炭需求將在2025年前達(dá)峰，由21世紀(jì)前13年增幅最大的化石能源變?yōu)榻捣疃嗟娜剂�，展望期�?nèi)年均負(fù)增長(zhǎng)4.1%。石油需求將在2030年前達(dá)峰，展望期年均負(fù)增長(zhǎng)2.1%。天然氣需求將在2040年左右達(dá)峰，展望期年均負(fù)增長(zhǎng)0.2%。非水可冉生能源則是展望期內(nèi)增長(zhǎng)最快的能源，年均增速為5.6%．水能與核能年均分別增長(zhǎng)1.8%和2.1%．增速也高于一次能源消費(fèi)增速。如圖5所示。
3.2終端能源需求
展望期內(nèi)．終端能源消費(fèi)將由1 33億t標(biāo)準(zhǔn)煤增至152億t標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長(zhǎng)0.4%．增速不到一次能源的一半．終端能源占一次能源消費(fèi)的比重由65.8%降至52.1%．主要原兇是一次能源更多用于發(fā)電而非直接用于終端。分階段看，全球終端能源消費(fèi)總量將在2040年左右達(dá)峰．之后穩(wěn)步下降。如圖6所示。
展望期內(nèi)．居民和商業(yè)用能將山46.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤增加至63.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長(zhǎng)約1.0%．二者將貢獻(xiàn)終端能源消費(fèi)增量的80%以上，到2050年二者占終端用能的比重將超過40.0%；工業(yè)用能年均增長(zhǎng)o.s%．將在2040年左右達(dá)峰，其中鋼鐵、建材、有色金屬等高耗能行業(yè)用能多在2030年前后達(dá)峰：交通用能在2035年之前將保持增長(zhǎng)，之后，由于電動(dòng)汽車大范同普及、鐵路電氣化和軌道交通持續(xù)快速發(fā)展，交通領(lǐng)域的能源效率將大幅改進(jìn)．能源消費(fèi)將進(jìn)入負(fù)增長(zhǎng)通道。
電能替代是展望期內(nèi)終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的主旋律，展望期內(nèi)．終端消費(fèi)部門的電氣化水平將持續(xù)上升，電能消費(fèi)增長(zhǎng)的速度明顯快于其他能源品種．電能占終端能源消費(fèi)的比重由18.4%提高到53.9%，如圖7所示，電能在2040年之前將超過石油成為第一大終端用能：太陽能直接熱利用的占比也將有所上升，由0.3%增至4.6%：煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源的份額則將持續(xù)下降，特別是在2035年后將快速萎縮，到2050年將較展望期初將減少超過一半．占終端能源消費(fèi)的比重由66.0%降至31.2%。
終端及一次能源的細(xì)分結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步通過能流圖來分析（見圖8）。從2050年的世界能流圖來看，在終端能源需求側(cè)，工業(yè)用能的一半以上是電力，油氣也占一定的份額，交通運(yùn)輸用能的80%以上是電力和石油，商業(yè)和其他行業(yè)的用能需求主要是電力，居民生活則主要使用電能、天然氣和其他能源（主要是生物質(zhì)能）；在一次能源供應(yīng)側(cè)，水能、核能、風(fēng)能、太陽能和其他非水可再生能源的利用形式主要是發(fā)電（少量用于供熱），煤、油、氣等傳統(tǒng)化石能源則大部分用于終端消費(fèi)（用作燃料或非能利用）。
4結(jié)論
本文基于2050年能源消費(fèi)產(chǎn)生的C02減排50%的目標(biāo)，設(shè)計(jì)了2℃情景，對(duì)該情景下的能源需求進(jìn)行了分析展望。研究顯示：(1)展望期內(nèi)全球一次能源需求將增加近一半．需求總量將在2045年后趨近飽和；(2)亞太地區(qū)特別是印度是全球能源需求增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力，印度將逐漸取代中國成為世界能源消費(fèi)增長(zhǎng)的引擎．將貢獻(xiàn)全球增量的29.3%；(3)全球一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)由化石能源為主向非化石能源為主的轉(zhuǎn)型．非水可再生能源快速發(fā)展是這一轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動(dòng)力：(4)電能替代是展望期內(nèi)終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的主旋律．電力將在2040年之前超過石油成為第一大終端用能。
