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  2008能源技术展望(执行摘要)
 
  发布时间:2009/4/14  所属期数:2009.1    被阅览数:5839次  
 

 
 

2008 Energy Technology Perspectives

国际能源署

引言

    能源领域正面临一系列严峻的挑战。从现在到2050年,全球经济预计将增长四倍,而像中国和印度这样的发展中国家,预计增速将接近十倍。这种增长将带来巨大的经济效益,会使人民生活水平得到巨大提高,但同时也会带来更大的能源消费。如果无法消除经济增长与能源需求之间相互影响的关系并且减少对化石燃料的需求,那么自然资源和环境必将面临无法承受的巨大压力。

    自《能源技术展望2006》出版以来,全球二氧化碳(CO2)排放量和石油需求量的稳步上升,比先前的预测高出了7%。在往常的基准情景下,今天的精确预测显示,如果排除政策变化和主要的供给约束,到2050年,石油需求将增长70%, 二氧化碳排放量将增长130%。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的估计,如果二氧化碳排放量增长达到上述比率,全球平均气温将升高6°C(最终稳定水平),甚至更高,这将对我们生活的方方面造成重大影响,对自然环境造成不可逆转的改变。

    能源供给和利用方式需要一场全球性的变革。能源的高效利用是这场变革的核心要求。我们必须大规模开发可再生能源、核能和二氧化碳捕获和储存技术(CCS),大力发展无碳运输。相关的国家政策必需转变,创建一个产业决策者可以依赖的高水平的长期稳定政策以促进未来低碳技术的发展是尤为重要的。预测到2050年,全球二氧化碳排放量中来自于经合组织成员国的排放量有望少于三分之一,主要经济体之间的空前紧密合作也十分关键。

    简而言之,在未来几十年内,世界能源经济必须进行改革。本报告旨在说明如何进行改革。它对现有以及先进的清洁能源技术的现状和前景进行了深度评估,并为这些技术组合所产生的不同结果提供了情景分析。《能源技术展望2008》也为我们指出了将会做出巨大贡献的17项技术的全球发展方向,同时展示了释放其完全潜能的时机及我们为此所要作出的努力。

    我们的情景分析只涉及与能源有关的二氧化碳排放,这类排放量占人为温室气体排放量的绝大部分。虽然最终对气候变化的影响主要取决于与能源相关的排放量的多少,但在一定程度上,也与其它排放量能否同样减少有关。本报告涵盖了对另外一种重要温室气体——甲烷的相关研究。

    本报告所采用的分析方法利用了国际能源署(IEA)秘书处的模型分析研究以及国际能源署(IEA)国际能源技术合作网络中心所提供的专门技术。《能源技术展望2008》是国际能源署(IEA)出版的《世界能源展望2007》的参考书籍,采取相同的基准情景推至2030年并扩展到2050年。目前的研究以2007年11月在曼谷公布的IPCC第四次评估报告为参考,发展并推进了《能源技术展望2006》的相关研究。该版本提到了几种不同的情景。《能源技术展望2008》的“ACT系列情景”显示了如何让全球的二氧化碳排放量在2050年之前恢复到现在的水平。《能源技术展望2008》的“BLUE系列情景”把到2050年二氧化碳(CO2)排放量减少50%作为目标。该摘要仅集中于每套情景的一个情景,即“ACT Map”和“BLUE Map”情景。

ACT系列情景

    到2050年应用现有的或正在开发中的先进技术能够将全球二氧化碳排放量恢复到现在水平。预计其排放顶峰在2020到2030年间。该ACT Map情景意味着广泛地利用这些已完全商业化运营的技术,其边际成本为50美元(每减少排放一吨二氧化碳)。这一努力对一些与能源相关的活动影响深远。相对一个未安装碳捕获和碳储存(CCS)装置的燃煤电厂,新电厂的生产成本约是前者的两倍。该成本是两年前的《能源技术展望2006》中预测费用的两倍,这主要源于二氧化碳排放趋势的加速和一些工程费用的加倍上涨,部分取决于美元贬值。

    完成该任务不但艰巨而且花费巨大。从现在到2050年,能源领域的额外投资估计将达到17万亿美元,即每年平均将投资约4000亿美元,大致与荷兰的国内生产总值(GDP)相当,或占到每年世界GDP总值的0.4%。

BLUE系列情景

    到2050年,其排放量恢复到2005年的水平可能还是不够的。IPCC推断:如果全球温度上升被限定在2°C到2.4°C之间,那么到2050年其温室气体排放量必须降至50%到85%。在2007年的海利根达姆高峰论坛上,八国集团(G8)领导人同意慎重考虑全球50%的二氧化碳

    减排目标。

    到2050年,全球二氧化碳排放量减少50%面临着严峻的挑战。这一情景意味着非常快速的方向转变。花费的成本会很高,而且存在很多不确定性,因为BLUE系列情景所要求应用的技术依然处于发展阶段,它的发展和最终成功都很难预测。尽管ACT系列情景要求苛刻,但BLUE系列情景则要求在能源领域中紧急实施空前的、意义深远的新政策。

    基于对关键技术发展的乐观设想,我们预计,BLUE Map情景需要所有相关技术的应用,包括在完全商业化运营时,每减排一吨二氧化碳花费200美元所需的技术应用。如果这些技术的发展不符合预期,那么每减排一吨所花费的成本可能增加到500美元。因此,从边际角度上看,BLUE Map情景所需要的技术投资至少是ACT Map情景所用最昂贵技术投资的四倍。但BLUE Map情景所需要的技术平均花费是低于边际成本的,大约每减排一吨二氧化碳花费38到117美元范围之内。图ES.1显示的是:二氧化碳减排目标增长超过ACT Map情景达到更高的BLUE Map情景要求的水平时,二氧化碳的减排边际成本如何增长。

    到2050年,BLUE Map情景额外需要的投资约45万亿美元。它们包括额外的研发、没有市场竞争力的技术方面的大量投资(甚至包含二氧化碳激励机制)以及低碳领域的商业投资(二氧化碳激励机制所影响到的)。总体投入每年大约1.1万亿美元,这和现在意大利的GDP总值大体相当,或者说从现在到2050年,平均每年的投入占全球GDP总值的1.1%。该投入反映了经济活动和职业机会的重新定向,不会必然导致GDP的减少。尽管对全球GDP产生影响是必然的,但是具体影响情况很难预测,而且超出了我们的分析范围。

投资收益

    ACT和BLUE系列情景所需要的额外投资是该任务落实之前所要预测到的,它们不能够代表净花费。这是因为在能源效率、可再生能源和核能上的技术投资将减少燃料需求量。在ACT和BLUE系列情景中,到2050年,预计的总的煤炭、石油和天然气的未折现燃料节支总值比额外的技术投资还要多得多(以基准价格为这些燃料定值)。如果我们以3%的贴现率计算,在ACT Map情景中,燃料节约总值将超过额外的投资需求,但在BLUE系列情景中并不是这种状况。如果以10%的贴现率推算,不论在ACT还是BLUE系列情景中,额外投资需求都超过燃料节约总值。

    当然,一些投资是十分符合成本效益的,特别是在能源效率方面的投资。相反,BLUE系列情景中需要的高成本投资范围促使一些投资仅在二氧化碳减排激励机制方面较高时才具有经济性。并不是所有必须的投资都能降低燃料成本,比如碳捕获和碳储存(CCS)方面的投资就将增加生产同等电力所需的煤炭,因为它降低了电厂发电效率。

更加平衡的石油市场

    除了产生的环境效益外,ACT和BLUE系列情景同样给出了更加平衡的石油市场展望。在ACT Map情景中,石油需求继续增长。从现在到2050年,它以12%的增长率增长,该比率大大低于基准增长率。BLUE Map情景同样展示了一个更加不同的市场,2050年的石油需求比现在的水平低27%。在所有的情景中,化石燃料的供应在未来几十年内都需要巨大投资。

技术革命

    在ACT和BLUE系列情景中,首先列出了在建筑物、电器、运输、工业和发电中的能源效率改进所代表的最大和最小的投资节支。其次是制定与发电除碳化相关的措施。可以通过联合可再生能源、核能和在化石燃料工厂中使用CCS等综合措施来达到目标。不论其最终目标如何,在这些领域的行动都是迫切和必须的。特别重要的是在未来几十年内,避免锁定应用低效率技术。在BLUE Map情景中,像选择工业领域中CCS的应用和交通替代燃料等高成本投入都是必须的。图表ES.2说明了BLUE Map情景中二氧化碳减排来源与基准情景比较的情形。政策制定者应该谨记实施改革需要长时间,并且每个国家优先考虑的事项由于各国国情有所差异而各有不同。减少能源领域的甲烷排放量,也同样是应对气候变化战略的一个重要组成部分,因为这会为近期以较低成本减少温室气体排放创造重要契机。

建筑物和电器

    ACT系列情景可能成为现实,它利用了目前在建筑物和电器方面得到广泛应用并且经济上相对可行(在生命周期成本的基础上)的相关技术。但BLUE系列情景要求的是更新更快的技术。在一些案例中,至少在最初推广期,相对于高二氧化碳减排成本,技术仅仅因其经济可行而存在。推广普及低能耗的建筑,甚至零能耗的节能建筑是该情景的一部分。政策对建筑物和电器能效标准的影响是巨大的。建筑外表组合材料、热泵、太阳能热利用、高效电器以及节能灯的应用,将会大大降低建筑能耗,并且会转向以再生能源和低碳电力作为燃料源。相对于ACT Map情景的2.6万亿美元投资,BLUE Map 情景在住宅和服务部门建筑上需要额外投资7.4万亿美元。

电力行业

    在 ACT Map 情景或者 BLUE Map 情景中,二氧化碳的捕获和储存(CCS)对于电力和工业上二氧化碳的节支都是最重要的单一新技术。在两种情景中,它分别占到了总二氧化碳节支的14%和19%,BLUE Map 情景包含了针对工业和燃气发电中更高成本投入的CCS应用。可再生能源发电将得到大力加强,特别是风电、光伏发电、太阳能和生物质能发电。在 BLUE Map 情景中,到2050年,全球电力的46%来源于可再生能源。与基准情景相比,BLUE Map 情景中可再生能源技术在所有相关产业中的应用,会使二氧化碳节支21%。从现在到2050年,按每年32吉瓦(1吉瓦等于10亿瓦)的装机能力推算,大规模的转用核能会降低6%的二氧化碳排放。这两种技术在基准情景技术中都扮演着重要角色。BLUE Map 情景中,核能占到了发电能力的将近1/4,水电占将近一半。图ES.3说明了每种情景所需要的年发电能力增长率。

    本书考虑了有关发电的一系列情景,至于每个国家选择哪种确切的CCS、可再生能源以及核能组合方式来满足其无碳发电目标,他们自身有相当程度的灵活性。在ACT Map情景中,总的额外电力(不计输配投资)投资总计7000亿美元,在 BLUE Map情景中占3.6万亿美元。这些投资金额是综合每单元产能的较高资本支出和电力产量下降(终端电力节支)1/5的共同结果。BLUE系列情景中,早期大量的资本设备被报废,同时在一些燃煤电厂的技术寿命终结之前,有1/3不适合CCS的设备被淘汰。它对于大量依靠煤炭的国家来说是巨大进步,但也是需要谨慎管理的必然阶段。

交通运输

    在ACT Map情景中,通过对主要传统交通工具提升效率和增加混合动力车等方法可以使运输行业中的能源和排放量得到节支。在低碳历程中,生物燃料扮演了部分角色,主要作为替代汽油的燃料驱动汽车。这对于目前抑制大重型交通工具的发展趋势来说是必要的。

    BLUE Map情景对于交通运输领域更具挑战性,它要求交通工具达到严格的除碳标准,这是对内燃机迄今为止成本最高的改造。在可持续的作物种植范围内,低碳生物燃料有望在BLUE Map情景中扮演重要角色。陆运、船运和空运是生物燃料的主要使用者,其它一些非碳氢化合物的选择很可能对于这些运输方式是昂贵的。同时,电力电池和氢燃料成为小汽车的主要替代燃料,在这个阶段上是很难判断这些技术中的哪个或者哪种组合是最具竞争力的。基于对技术发展和减少成本方面乐观公正的预测,到2050年,电力和燃料电池为主的新能源汽车费用将比传统能源汽车高出约6500美元。在BLUE Map情景中,到2050年,将近十亿的电力和燃料电池汽车将在路上行驶。交通方面的投资是几个情景中最大的单一领域投资。交通领域的附加投资在BLUE Map情景中达33万亿美元,在ACT Map情景中达17万亿美元。

工业

    工业制造业直接或间接地占到了全球能源消耗和二氧化碳排放总量的1/3以上。钢铁和水泥工业占到工业总排放量的将近一半;化学和石化工业也是较大的排放来源。近几年来,由于需要控制能源成本,重工业在能效改进中创下了良好记录。未来的效率提升幅度仍有巨大潜力。特别是对于现在能源强度较低的工业,在向更高效的动力驱动系统和热电联产(CHP)系统的应用中将会有显著表现。类似潜力同样存在于各种产业的技术革新以及CCS应用中。

    较大幅度地降低工业二氧化碳排放是很难达到的。在ACT Map情景中,2050年,与能源相关的二氧化碳排放量将比2005年高出63%。而在BLUE Map情景中,这一比例却比今天的水平还低22%, 这在很大程度上应归因于能源强度集中的大工厂对CCS技术的广泛应用。在BLUE Map情景中,每年直接和间接减排大约10吉吨(Gt,1Gt等于10亿吨)的二氧化碳具有重大意义。BLUEMap 情景需要超过基准情景2.5万亿美元的额外投资以升级钢铁、水泥和造纸等工业装备来增加CCS的应用。

能效趋势

    相比近年来的能效趋势,大幅度的改进是必要的。经合组织国家的能源效率一直以低于每年1%的比率改进。近一段时间,在20世纪70年代以来的石油价格出现震荡之后,该比率急剧下跌。ACT Map情景要求全球能源效率每年增长1.4%,BLUE Map情景要求这一比率达到1.7%。尽管这一百分比的差别似乎很小,但两种情景相差的0.3百分比将导致2050年15.44亿吨油当量的额外终端能源节支,这占到了今天世界总能耗的20%。

研究、开发和演示

    BLUE情景所需要的一些技术现在还不可用。其他很多技术都需要进行长期改进,并在成本降低方面做进一步研究。因此我们需要在研究、开发和示范方面加大努力。但是相对于上个世纪70和80年代的投入,公共和私营部门在能源研究与开发上的投入已经降低,现在稳定在一个相对较低的水平上。除了投入达GDP0.08%的日本以外,许多经合组织国家的花费少于GDP总值的0.03%。同时,私营能源部门在研究与开发上的投入目前已经超过公共部门。其详细信息虽然很难确定,但独立的研究表明公共部门的研究和开发投入需要增长到现在水平的2到10倍。我们虽然不能设定一个确定的目标,但是不论是在推进新技术发展和减少已有的花费方面,研究和开发都明显需要一个强劲的推动力。长远的、高效的低成本解决方案对决定性技术如光伏发电、先进燃煤电厂、先进生物燃料、二氧化碳捕获和储存以及电力电池、燃料电池和氢燃料生产等的发展有重大影响。即使能引发大的增长,但对其研究和开发的投入仍然是相对适度的,具有代表性的是其比全面示范以及应用的成本要低一个量级。对能源研究开发进行良好引导可以促进对资金的有效利用。

    新技术的大规模示范同样需要政府支持,以此降低第一阶段的商业化运营风险。而且全面推广示范具有CCS设备的燃煤电厂是非常迫切的。地质学、物理、化学、材料学、生物化学、纳米技术和应用数学等基础科学研究能够在关键性的领域引发技术突破。加强基础科学研究以及技术人员的基础科学培训具有重大意义。

科技利用以及教育

    大多数新兴技术的成本高于现有技术的成本。只有通过市场部署带动的科学技术教育,新兴技术的成本才能得以降低,产品才能更适应市场需求。政府必须加强科技利用计划。太阳能和生物燃料等第二代可再生能源就是具有巨大潜力的新兴技术。在ACT Map情景中,我们估计从现在到2050年间,开展新技术的应用需要2.8万亿美元的额外费用(高于市场价值)。在BLUE Map情景中,这一费用是7万亿美元。

监管

    制约新技术的利用并不总是经济因素。克服这些妨碍因素的最有效政策措施通常是精心设计的规定和标准。建筑物、电器和车辆能效方面的严格规定,在所有的情景中都不可或缺。在发达国家和发展中国家,改进能效方面的规定并加强这些规定的执行力度通常是具有吸引力、成本效益高的政策方案,并且可以立即付诸行动。BLUE情景成功的一个关键因素是其为公众所接受,由此实现低能耗和零能耗建筑所要求的标准,以及减少汽车3/4的二氧化碳排放强度。

激励机制

    私营部门投资将一直是技术利用和技术传播的首要推动力。国际能源署(IEA)已经就BLUE情景和ACT情景的潜在影响与来自30个主要国际能源公司的首席技术官进行了讨论。他们强调急需在市场上设计和实施一系列政策措施,为碳减排创造明确可预测的长效经济激励机制。只有以此为依据,企业才能够承担需要巨额投资的项目。

    虽然意识到在某种程度上这是《联合国气候变化框架公约》背景下协商的主题,但这一分析的意图并不是为了明确将来需要什么机制。至于ACT情景,我们做出估计:各国需要完善这些机制,以发挥对技术的激励作用,而当技术完全商业化时,每减排一吨二氧化碳的边际成本为50美元。至于BLUE情景,每减排一吨二氧化碳的边际成本至少是200美元。如果关键技术的进展令人失望,这一数字可能就高达500美元。在全球所有主要经济体内部,的确需要通过各种各样的政策措施来实施这一激励机制。

    当然,对于所有技术并不是都要采取具有相同价值的激励机制。特别是对于BLUE情景而言,制订有针对性的计划可能更适合代价比较昂贵的科学技术。到2020年时,经合组织(OECD)成员国的一揽子措施(可以有各种不同形式)就需要到位;其它主要国家到2030年时也需要出台相应措施。而BLUE情景中就此所设定的期限则更要紧迫得多。为了取得充分效果,平稳过渡,各国必须早早确立对目标和激励机制的预期。

公共舆论

    政府需要发挥舆论引导作用,将举世公认急需处理的气候变化问题与必需上马但又经常受到公众反对的具体项目联系起来。而且各国在处理事情的轻重缓急上也必须有重大改变,只有这样,ACT情景和BLUE情景才可能实现(尤其在BLUE情景中,这种改变更迫在眉睫)。

增进国际间的协作

    国际协作是加快可持续能源技术发展和全球部署的最有效方法,也是不可缺少的方法。目前,开展国际协作所需要的网络已经存在。国际能源署(IEA)本身更是建立了最全面的网络,供全球各地成千上万的能源技术专家开展项目协调。国际协作网络的重要例子还有:欧盟能源技术计划、亚太区合作伙伴计划、碳收集领导人论坛、氢能经济国际合作伙伴计划、第四代核能系统国际论坛、全球核能源合作计划等。这一协作网络需要国际高层决策者强有力的领导。

    本报告为制订关键能源技术的全球路线图进行了最初的尝试。我们已经为能效、发电和运输确定了17项关键技术。这些关键技术在能源技术革命中居于核心地位。报告中对发挥它们潜力所需采取的行动进行了描述,它们都是具体针对各项技术而言的。当然,需采取的行动在某种程度上也取决于各自目前的发展状态。这种路线图对各个部门的工作和各种技术的具体实施效果都能够提供特别有用的指导。国际制作的更完善的路线图,可以将各个主要经济体的能源技术项目聚集在一起,密切咨询相关产业,由此可能形成更为密切的国际协作中心(核心),引领全球能源技术革命取得胜利。为了创造一个更加可持续能源的未来,国际能源署(IEA)愿意向这一努力提供支持。

注:此《能源技术展望2008》执行摘要原文用英语发表。

虽然国际能源署(IEA)尽力确保中文译文忠实于英文原文,但仍难免略有差异。
 
 

 
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