【摘要】技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)規(guī)?；蔷G色能源效率提升、成本下降和裝機(jī)容量快速增加的主要原因。建立以儲(chǔ)能為核心的多種綠色能源互補(bǔ)體系是第三次能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向，儲(chǔ)能、綠色能源、能源智能網(wǎng)等領(lǐng)域的技術(shù)突破將是能源成功轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。先進(jìn)核能技術(shù)與二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)的創(chuàng)新將帶來長期收益，而可控核聚變的技術(shù)突破與商業(yè)化將引發(fā)新的能源革命。資源、人口、環(huán)境、政治與經(jīng)濟(jì)通過技術(shù)的催化與擴(kuò)散，加速能源產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展趨勢。
【關(guān)鍵詞】綠色能源 技術(shù)創(chuàng)新 能源轉(zhuǎn)型 未來能源產(chǎn)業(yè) 【中圖分類號(hào)】F416.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
影響能源發(fā)展的因素有很多，如資源、人口、氣候、環(huán)境、政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等，其中技術(shù)始終是能源發(fā)展中最為活躍和重要的因素，人類歷史上的幾次能源轉(zhuǎn)型都和技術(shù)創(chuàng)新有關(guān)。第一次工業(yè)革命中，正是因?yàn)檎羝麢C(jī)技術(shù)的創(chuàng)新，使煤炭取代薪柴成為主導(dǎo)性能源，實(shí)現(xiàn)了第一次能源轉(zhuǎn)型。第二次工業(yè)革命中，正是因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新，使石油取代煤炭成為主導(dǎo)性能源，實(shí)現(xiàn)了第二次能源轉(zhuǎn)型?；仡櫴澜缒茉窗l(fā)展歷史，人類經(jīng)歷的兩次能源轉(zhuǎn)型都呈現(xiàn)出能量密度不斷上升，能源品質(zhì)從高碳到低碳、從高污染到清潔化的發(fā)展趨勢。當(dāng)前，世界正處在從化石能源向新能源過渡的第三次能源轉(zhuǎn)型中，技術(shù)將會(huì)繼續(xù)發(fā)揮“催化劑”和“倍增器”的作用，影響能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。本文將從技術(shù)創(chuàng)新對(duì)綠色能源的降本效果、儲(chǔ)能效應(yīng)展開分析，并對(duì)碳管理和核能（核聚變和小型核電）技術(shù)創(chuàng)新展開分析，論述綠色能源技術(shù)突破對(duì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響。
技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)綠色能源降本增效、裝機(jī)容量大幅增加
“綠色能源”這一詞匯是伴隨著氣候變化和環(huán)境保護(hù)而逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)，在學(xué)術(shù)上并無明確的科學(xué)界定，更多是作為一種表達(dá)政治政策的話語而出現(xiàn)在政府和企業(yè)的規(guī)劃報(bào)告、媒體的新聞報(bào)道中，與“綠色新政”“綠色發(fā)展”“綠色經(jīng)濟(jì)”等相呼應(yīng)。從自然科學(xué)話語視角來看，能源本身并無黑色能源、綠色能源等色彩之分，主要是因人類生產(chǎn)消費(fèi)能源的方式不同而導(dǎo)致的外部性效果不同。全球環(huán)境政治興起后，煤炭被冠以“黑煤”的身份，成為污染的代名詞，盡管經(jīng)過幾十年的清潔化技術(shù)創(chuàng)新，煤炭的高碳排放依然讓煤電站成為國際氣候合作中極力限制的對(duì)象。未來，當(dāng)二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用時(shí)，煤炭利用不再污染環(huán)境，也就可以擺脫“黑煤”身份。
與綠色能源概念相近的是清潔能源、低碳能源和可再生能源。本文中的綠色能源主要指在現(xiàn)有技術(shù)條件下可大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的、對(duì)環(huán)境友好的、可持續(xù)的能源資源，主要包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮?、綠氫等。核能是一種頗具爭議的能源，相對(duì)傳統(tǒng)能源，核能是一種新能源，能夠提供穩(wěn)定可靠低碳的電力供應(yīng)，但以核裂變方式運(yùn)行的核電站會(huì)產(chǎn)生高放射性廢料，存在安全隱患，而核聚變產(chǎn)生的唯一廢料氦氣不具有放射性，被視為人類未來的“終極能源”，本文將核聚變能源也視為綠色能源。
綠色能源是未來能源的發(fā)展趨勢，迎合了第三次能源轉(zhuǎn)型的低碳化和清潔化需求。同時(shí)，第三次能源轉(zhuǎn)型帶動(dòng)能源特別是電力的智能與互聯(lián)，給綠色能源提出了更多的技術(shù)創(chuàng)新要求，而正是因?yàn)榫G色能源持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新的累積效應(yīng)，使得全球的能源結(jié)構(gòu)向著更為低碳、清潔的方向發(fā)展。
太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就是一個(gè)例證。1905年愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，1953年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝備驗(yàn)證了光電效應(yīng)，1973年太陽能技術(shù)創(chuàng)新得以商業(yè)化，現(xiàn)代太陽能工業(yè)開啟發(fā)展步伐，20世紀(jì)90年代德國逐漸形成昂貴的太陽能市場，21世紀(jì)初光伏技術(shù)得到巨額投資，中國光伏電板制造商開始快速增加，太陽能電池板效率開始大幅提高，電池板的價(jià)格大幅下降，2021年中國光伏成本已經(jīng)低于傳統(tǒng)燃煤發(fā)電①。太陽能光伏技術(shù)完成了“發(fā)現(xiàn)→發(fā)明→技術(shù)創(chuàng)新商業(yè)化→規(guī)模擴(kuò)散”全過程。需要說明的是，本文中的技術(shù)創(chuàng)新是指創(chuàng)新全過程，包括“研究與開發(fā)→新的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明（新的產(chǎn)品、新的工藝）→商業(yè)化→創(chuàng)新擴(kuò)散”的全過程。技術(shù)革新與技術(shù)突破都屬于技術(shù)創(chuàng)新，前者是漸進(jìn)的、后者是突變的。全球太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的壯大，既有技術(shù)創(chuàng)新、成本大幅下降的因素，也是全球產(chǎn)業(yè)政策體系推動(dòng)的結(jié)果。2021年全球太陽能光伏發(fā)電量已超過1000TWh，相較于2010年的32.2TWh，實(shí)現(xiàn)了31倍的增長。光伏正在成為世界上大部分地區(qū)新增發(fā)電成本最低的發(fā)電方式之一，預(yù)計(jì)這將推動(dòng)未來幾年的投資。②
風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也提供了例證。人類利用風(fēng)能的歷史久遠(yuǎn)，20世紀(jì)70年代現(xiàn)代風(fēng)能產(chǎn)業(yè)開始出現(xiàn)，并于21世紀(jì)初得到迅速增長。推動(dòng)風(fēng)能發(fā)電增長的因素首先是技術(shù)創(chuàng)新，越來越高的風(fēng)塔、更加智能復(fù)雜的控制系統(tǒng)和更精準(zhǔn)有效的裝機(jī)與天氣預(yù)測模型，反映出持續(xù)的風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新。如太陽能發(fā)電一樣，全球產(chǎn)業(yè)政策體系在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了較大的推動(dòng)作用。2021年全球風(fēng)能發(fā)電量已超過1870TWh，相較于2010年的342.7TWh，實(shí)現(xiàn)了5.5倍的增長，風(fēng)能領(lǐng)先于其它非水可再生能源，2021年發(fā)電量幾乎是所有其他可再生能源發(fā)電量的總和。③
技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)規(guī)模化等多種因素促使綠色能源發(fā)電效率提升、成本下降、裝機(jī)量快速增加，使得第三次世界能源低碳清潔轉(zhuǎn)型的趨勢更加明顯。當(dāng)前多種綠色能源發(fā)電的度電成本已經(jīng)低于燃煤發(fā)電。根據(jù)中金公司發(fā)布的研究報(bào)告，核電、光伏、風(fēng)電、水電度電成本較燃煤發(fā)電分別低5%、17%、25%和34%。2010年—2020年間光伏發(fā)電成本下降89%，受益于規(guī)模效應(yīng)、新材料替換和效率提升，未來10年成本有望再縮減一半，到2060年，光伏發(fā)電成本有望降至較火電低68%，成為最便宜的綠色電源。④
技術(shù)突破奠定綠色能源未來主導(dǎo)能源地位
建立以儲(chǔ)能為核心的多種綠色能源互補(bǔ)體系是第三次世界能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向，儲(chǔ)能、綠色能源、能源智能網(wǎng)等領(lǐng)域的技術(shù)突破將是能源轉(zhuǎn)型成功的關(guān)鍵，先進(jìn)核能技術(shù)、CCUS技術(shù)的創(chuàng)新將帶來長期收益，而可控核聚變的技術(shù)突破與商業(yè)化將引發(fā)新的能源革命。
就當(dāng)前技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)化水平而言，太陽能、風(fēng)能是全球裝機(jī)最多也是前景最好的綠色能源，但是太陽能和風(fēng)能因受自然條件影響存在產(chǎn)能波動(dòng)大、隨機(jī)性高的特點(diǎn)，屬于間歇性能源。能源結(jié)構(gòu)中間歇性能源份額的增加，會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定平衡性造成巨大壓力，給間歇性能源電價(jià)帶來波動(dòng)性，同時(shí)也容易造成大量的棄光、棄風(fēng)現(xiàn)象。儲(chǔ)能技術(shù)是解決綠色能源有效利用的關(guān)鍵，可作為電網(wǎng)與供熱系統(tǒng)、燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)、電氣化交通網(wǎng)等的連接橋梁，對(duì)改善間歇性能源的波動(dòng)性和實(shí)現(xiàn)電力供需的一致性非常重要。在未來的低碳能源系統(tǒng)中，綠色能源和儲(chǔ)能的多種靈活性組合，將會(huì)成為最具經(jīng)濟(jì)性的解決方案。因此，在未來的能源開發(fā)中，技術(shù)創(chuàng)新的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)綠色能源供給端、儲(chǔ)能端的降本增效和靈活可靠，發(fā)展以儲(chǔ)能為核心的多種綠色能源互補(bǔ)體系。
儲(chǔ)能技術(shù)分為電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)與物理儲(chǔ)能技術(shù)等。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)包括液流電池、鋰離子電池、鉛炭電池、鈉基電池技術(shù)等，具有位置環(huán)境不受限的靈活優(yōu)勢，在發(fā)電、輸配電和用電過程中均可進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用，更有利于綠色能源的消納。物理儲(chǔ)能技術(shù)包括儲(chǔ)電和儲(chǔ)熱，儲(chǔ)電有抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)電等，相較于電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，物理儲(chǔ)能技術(shù)具有規(guī)模大、成本低、壽命長、環(huán)保等特點(diǎn)，但較易受位置與環(huán)境限制。從技術(shù)特點(diǎn)和當(dāng)前發(fā)展來看，物理儲(chǔ)能更適合于發(fā)電和輸配電過程，化學(xué)儲(chǔ)能更多應(yīng)用于交通領(lǐng)域，尤其是電動(dòng)汽車的電池需求。綠色能源發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的組合對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)形成越來越強(qiáng)的競爭，競爭結(jié)果主要取決于電池技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)電池回收與處理技術(shù)也會(huì)影響這一組合的未來發(fā)展。當(dāng)前在地緣政治和能源安全考量增加的形勢下，電池作為礦物密集能源，鋰、鎳、錳、鈷、稀土等電池原料的獲取也會(huì)影響電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2023年4月，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2023》顯示，截至2022年年底，全球已投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模237.2GW，其中抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比為79.3%，鋰離子電池在新型儲(chǔ)能中的累計(jì)裝機(jī)占比為94.4%。
氫儲(chǔ)能是一種新型儲(chǔ)能方式，具有調(diào)節(jié)周期長、儲(chǔ)能容量大的優(yōu)勢，在促進(jìn)可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場景中潛力巨大。氫是宇宙中儲(chǔ)量最為豐富的元素，也是普通燃料中能量密度最高的綠色能源之一，綠氫因其綠色高效的特點(diǎn)而被稱為21世紀(jì)的“終極能源”。然而因?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新少和成本較高等原因，氫能在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的市場規(guī)模一直有限。在全球氣候加速變化的情境下，氫能逐漸被視為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵燃料。氫能產(chǎn)業(yè)全鏈條包括上、中、下游。氫能產(chǎn)業(yè)鏈的上游為制氫，目前世界上多數(shù)氫氣來自對(duì)化石燃料的加工，屬于污染的“灰氫”，在這一制氫過程中采用碳捕集和封存（CCS）技術(shù)可使“灰氫”脫碳后變成“藍(lán)氫”。氫能利用的理想狀態(tài)是“綠氫”，即利用可再生能源通過電解水制氫。目前世界大部分地區(qū)生產(chǎn)“藍(lán)氫”的成本低于“綠氫”。隨著技術(shù)和制造效率的提高，可再生能源和電解槽的價(jià)格將降低，這種成本差異在未來會(huì)進(jìn)一步縮小。氫能產(chǎn)業(yè)鏈的中游為氫儲(chǔ)運(yùn)，有氣態(tài)氫、液氫和固態(tài)氫等儲(chǔ)運(yùn)方式。高壓氣態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)已商業(yè)化，具有體量小、距離短和靈活性高等特征。液氫和固態(tài)氫能量密度極高，運(yùn)輸便捷，是未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模氫能儲(chǔ)運(yùn)的方向。盡管當(dāng)前液氫和固態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)有了較大進(jìn)步，但儲(chǔ)氫密度、安全性和成本之間的平衡關(guān)系尚未解決，離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有距離。氫能產(chǎn)業(yè)鏈的下游為氫應(yīng)用，氫能燃料既可以替代天然氣作為工業(yè)和取暖燃料，又可以為重型卡車和輪船提供能源，還可以通過“綠電→氫→電”的轉(zhuǎn)化方式成為新型儲(chǔ)能手段。英國石油公司（BP）預(yù)測，2030年全球?qū)Φ吞細(xì)洌ㄋ{(lán)氫和綠氫）的需求在30Mtpa—50Mtpa之間，2030年—2050年間全球?qū)Φ吞細(xì)涞男枨髮⒃鲩L10倍，大約為300Mtpa—460Mtpa。2030年全球綠氫占低碳?xì)涞?0%左右，2050年將增加到65%左右。“藍(lán)氫”作為“綠氫”的重要補(bǔ)充提供其余大部分氫。⑤
儲(chǔ)能和氫能的技術(shù)創(chuàng)新前景可以從專利申請(qǐng)中看到趨勢。以專利合作條約（PCT）形式提出的國際申請(qǐng)具有較高的價(jià)值和地位，代表著技術(shù)創(chuàng)新的最新成果，也是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。從2000年—2020年間專利申請(qǐng)看，儲(chǔ)能技術(shù)、氫能技術(shù)、燃料電池、智能電網(wǎng)等位居綠色技術(shù)PCT專利申請(qǐng)前列，并在近年來呈現(xiàn)逐年增加趨勢，預(yù)計(jì)未來儲(chǔ)能和氫能將成為能源領(lǐng)域競爭的重點(diǎn)技術(shù)?？稍偕茉窗l(fā)電領(lǐng)域的PCT專利申請(qǐng)量在2012年達(dá)到頂峰后，開始出現(xiàn)逐年下降趨勢。⑥
核裂變發(fā)電站技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)過70多年的四代發(fā)展。第一代核電站原型堆在于驗(yàn)證核電設(shè)計(jì)技術(shù)和商業(yè)前景。第二代核電站主要為技術(shù)成熟的商業(yè)堆，全球在運(yùn)的核電站絕大部分屬于第二代。第三代核電站安全性、經(jīng)濟(jì)性均較前代有所提高，是未來發(fā)展的主要方向。第四代核電站安全性和經(jīng)濟(jì)性更加優(yōu)越，目前處在原型堆技術(shù)研發(fā)階段。⑦全球能源有5%來自核電。核電的主要缺點(diǎn)是高放射性核廢料存在安全隱患，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠、低碳清潔、成本較低。根據(jù)國際能源署（IEA）公布的數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，2021年，核能消費(fèi)量最大的三個(gè)國家是美國、中國與法國，美國核能消費(fèi)量達(dá)7.4艾焦耳，占全球比例為29%，中國核能消費(fèi)量為3.68艾焦耳，占全球比例為14.5%，法國核能消費(fèi)量為3.43艾焦耳，占全球比例為13.6%。IEA指出，按照零碳方案，到2050年核能發(fā)電量將增加一倍以上，30多個(gè)國家增加了對(duì)核能的使用，21世紀(jì)30年代，每年平均將有30GW的新核電上線，小型模塊化反應(yīng)堆創(chuàng)新技術(shù)將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。⑧
在所有能源利用技術(shù)的創(chuàng)新前景中，核聚變技術(shù)的突破可能引發(fā)劇烈的沖擊效應(yīng)。核聚變使用氘和氚，反應(yīng)后產(chǎn)生的氦氣不具有放射性，氘可以從海水中提取，一升海水中的氘聚變釋放能量達(dá)到300升汽油燃燒當(dāng)量。人類從1952年第一顆氫彈爆炸后就開始了可控核聚變的研究，此后發(fā)明了托卡馬克裝置，2007年成立了國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆組織（ITER），2021年在中國，全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）成功實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，2022年中國新一代“人造太陽”（HL-2M）裝置等離子體電流突破100萬安培（1兆安），同年美國科研人員在勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室“國家點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)設(shè)施”進(jìn)行了歷史上首次可控核聚變實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了凈能量增益的技術(shù)突破。經(jīng)過幾十年的研究，全球可控核聚變技術(shù)創(chuàng)新已取得長足進(jìn)步，私人資本大舉進(jìn)入可控核聚變領(lǐng)域，但真正商業(yè)化運(yùn)行可能還需要幾十年的努力?？梢灶A(yù)見的是，一旦可控核聚變技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破和大規(guī)模商業(yè)化，人類現(xiàn)有的用能結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生顛覆性的變化。
自工業(yè)革命以來，全球化石燃料的使用量隨著GDP的增長而增長，幾十年來化石燃料在全球能源結(jié)構(gòu)中占比一直高居80%，即使到2050年仍將略高于60%。全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量將在2025年達(dá)到370億噸的峰值，到2050年回落到320億噸。⑨在這一過程中，CCUS技術(shù)將發(fā)揮重要作用。CCUS技術(shù)是指可以在實(shí)現(xiàn)全球能源和氣候目標(biāo)方面發(fā)揮重要和多樣化作用的技術(shù)，該技術(shù)通過化學(xué)吸附、物理分離等技術(shù)，從使用化石或生物質(zhì)燃料的大型發(fā)電或工業(yè)設(shè)施捕獲二氧化碳，也可以直接從大氣中捕獲。捕獲的二氧化碳將通過管道、船舶、鐵路或卡車進(jìn)行壓縮和運(yùn)輸，以待后續(xù)應(yīng)用，或注入深層地質(zhì)構(gòu)造（包括枯竭的油氣藏或鹽化層）永久儲(chǔ)存。目前，全球的CCUS設(shè)施每年可以捕獲超過40Mt的二氧化碳。⑩CCUS的貢獻(xiàn)將隨著時(shí)間的推移而增長，并擴(kuò)展到全球能源系統(tǒng)的幾乎所有部分。
技術(shù)擴(kuò)散催化能源產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展趨勢
技術(shù)對(duì)能源的發(fā)展具有關(guān)鍵性影響，具體到能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還需要考量資源、人口、氣候、環(huán)境、政治與經(jīng)濟(jì)等其它因素。具體而言，資源的蘊(yùn)藏和經(jīng)濟(jì)可采、人口對(duì)能源的需求與偏好、環(huán)境對(duì)能源活動(dòng)的容納度、政治訴求與政策體系、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與趨勢等，都對(duì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展施加各種影響。技術(shù)創(chuàng)新主要是圍繞上述需求而開展，并通過技術(shù)擴(kuò)散發(fā)揮作用。
從資源與環(huán)境角度來看，化石能源不可再生，只會(huì)逐漸減少。歷史上屢次出現(xiàn)的“石油峰值論”就是對(duì)化石能源枯竭的擔(dān)憂。圍繞化石能源的技術(shù)創(chuàng)新時(shí)間最長、底蘊(yùn)最厚、成果最多，但依然擺脫不了化石能源終會(huì)枯竭的命運(yùn)，盡管頁巖氣（油）革命延緩了這一進(jìn)程?；茉词褂眠^程中會(huì)排放大量的二氧化碳，這也被認(rèn)為是造成當(dāng)今氣候變化的罪魁禍?zhǔn)?。人類?duì)石油的擔(dān)憂由原來的供應(yīng)峰值變成了需求峰值——對(duì)石油的消費(fèi)何時(shí)才能達(dá)峰？枯竭趨勢和高碳排放促使化石能源終將從主導(dǎo)性能源地位退下，被迅速崛起的可再生能源替代。可再生能源擁有契合當(dāng)今世界能源需求的多種優(yōu)勢：不會(huì)枯竭、清潔、低碳等，將會(huì)成為未來能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)力量。IEA預(yù)測，在“現(xiàn)行政策情景”中，化石燃料在全球能源結(jié)構(gòu)中的占比將從目前的80%下降至2050年的60%。煤炭需求將在未來幾年內(nèi)達(dá)峰，石油需求將在21世紀(jì)30年代中期達(dá)峰，天然氣需求在2021年至2030年將增加約5%，隨后將趨于穩(wěn)定。在“已公布的承諾情景”中，電力在能源消費(fèi)中的占比將從2021年的20%上升到2050年的39%，可再生能源發(fā)電量在總發(fā)電量中的比重將從2021年的28%上升至2050年的80%，化石燃料發(fā)電量占比則從2021年的62%下降至2050年的26%。?IEA預(yù)測，未來五年的太陽能光伏產(chǎn)能將逐年增加，2026年將超過天然氣，2027年將超過煤炭，成為全球最大的電力來源?？稍偕茉串a(chǎn)能的增加為世界能源清潔低碳轉(zhuǎn)型帶來了機(jī)遇，但隨著可再生能源占比提高，“可再生能源+儲(chǔ)能”的組合對(duì)儲(chǔ)能電池的原料來源提出了新的挑戰(zhàn)，未來的礦產(chǎn)需求量和價(jià)格將會(huì)迅速增長。電池中鋰的使用推動(dòng)了鋰需求的增長，到2040年鋰的需求將增長25倍至60倍，其中電池用途占鋰總需求的85%—95%。鎳的總需求也將增長2.5倍至4倍，其中65%—80%的增長是由于電動(dòng)汽車電池使用的增加。?全球關(guān)鍵礦石的分布集中于少數(shù)幾個(gè)國家，有些礦石僅分布在兩三個(gè)國家，擁有電池礦物豐富儲(chǔ)藏或生產(chǎn)加工技術(shù)能力的國家和企業(yè)未來將顯著獲益，而大國對(duì)關(guān)鍵礦產(chǎn)的競爭博弈和生產(chǎn)國的資源民族主義行為有可能進(jìn)一步加劇供需失衡，綠色關(guān)鍵金屬供應(yīng)鏈成為能源地緣政治關(guān)注的焦點(diǎn)。全球能源加速轉(zhuǎn)型導(dǎo)致綠色關(guān)鍵金屬需求長期持續(xù)上升，礦產(chǎn)資源豐富的國家將會(huì)獲得更多的能源權(quán)力。
世界能源需求增長還受到人口和經(jīng)濟(jì)增長的影響。伴隨著全球人口增加和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，能源消費(fèi)需求持續(xù)增長，能源質(zhì)量偏好增多。聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2022年11月，全球人口已達(dá)80億，自2010年以來增加了10億，自1998年以來增加了20億。預(yù)計(jì)到2050年全球人口將增加至97億，并可能在21世紀(jì)80年代中期達(dá)到近104億的峰值。人口增加、城市化步伐加快及經(jīng)濟(jì)增長為能源生產(chǎn)提供了持續(xù)的動(dòng)力。根據(jù)BP能源數(shù)據(jù)庫公布的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算所得，全球一次能源消費(fèi)從2000年的396.88艾焦耳上升到2021年的595.15艾焦耳，增長近1.5倍。此外，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不同的國家對(duì)能源利用和能源轉(zhuǎn)型有著不同的態(tài)度和意義。發(fā)展中國家在討論能源轉(zhuǎn)型方案時(shí)往往低估面臨的挑戰(zhàn)和困難，一些發(fā)展必需的清潔能源卻被發(fā)達(dá)國家認(rèn)為是污染的能源。經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的不一致影響了發(fā)展中國家與發(fā)達(dá)國家之間開展氣候國際合作的成效，能源轉(zhuǎn)型變成了發(fā)展權(quán)之爭。
隨著極端天氣增加，氣候變化已成為全球各國政府的核心議題之一。目前聯(lián)合國應(yīng)對(duì)氣候變化的政策框架主要表現(xiàn)為實(shí)施碳中和行動(dòng)計(jì)劃。截至目前，全球超過130個(gè)國家和地區(qū)提出了凈零排放或碳中和的目標(biāo)。在全球氣候變化與碳中和的結(jié)構(gòu)性壓力下，各國政府既要努力實(shí)現(xiàn)零碳目標(biāo)，又要考慮本國能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展韌性。因此，在設(shè)計(jì)制定本國能源政策時(shí)，核心是加快推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，包括提升可再生能源占比，提高能源利用效率，建設(shè)新核電機(jī)組，推進(jìn)CCUS技術(shù)的部署等。除了增加公共資金投入外，政府還需制定政策，鼓勵(lì)民間資本參與清潔能源領(lǐng)域。IEA指出，預(yù)計(jì)到2030年清潔能源投資將從2021年的1.3萬億美元上升至2萬億美元，但是如果要實(shí)現(xiàn)2050年凈零排放目標(biāo)，這一投資額到2030年需達(dá)到4萬億美元。?
一些發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體為未來十年新制定了政策目標(biāo)和政府計(jì)劃，為加速清潔能源發(fā)展奠定了基調(diào)，比如，美國出臺(tái)的《通脹削減法案》、歐盟發(fā)布的重新賦能歐洲計(jì)劃、澳大利亞出臺(tái)的氣候變化法案等。歐盟發(fā)布的重新賦能歐洲計(jì)劃以保障歐盟能源安全為核心，通過節(jié)能、能源進(jìn)口多樣化和加速清潔能源轉(zhuǎn)型以提升能源系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。同時(shí)，歐盟允許成員國在能源轉(zhuǎn)型前可以適度的增加化石能源供給，以更好保障能源安全。
對(duì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，技術(shù)雖然不是決定性因素，但卻是最為重要的因素。人口和經(jīng)濟(jì)的增長需要技術(shù)來開發(fā)、生產(chǎn)更多的資源和能源，資源開發(fā)遭遇環(huán)境壓力也需要技術(shù)創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)能源利用方式的轉(zhuǎn)型，而政治訴求和政策設(shè)計(jì)又極力促進(jìn)技術(shù)擴(kuò)散和大規(guī)模商業(yè)化。在全球?qū)崿F(xiàn)碳中和目標(biāo)的結(jié)構(gòu)性壓力下，國家和企業(yè)都承擔(dān)著推動(dòng)能源清潔化轉(zhuǎn)型、提升能源安全和韌性發(fā)展的任務(wù)，利用好既有優(yōu)勢因素，發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新的催化和倍增效應(yīng)，將影響國家能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，也決定了國家和企業(yè)在未來能源產(chǎn)業(yè)中的地位與權(quán)力。
（作者分別為中國人民大學(xué)國家發(fā)展與戰(zhàn)略研究院副院長、國際能源戰(zhàn)略研究中心主任，中國人民大學(xué)國際關(guān)系學(xué)院教授、博導(dǎo)；中國人民大學(xué)國家發(fā)展與戰(zhàn)略研究院“一帶一路”研究中心研究員）
【注：本文系國家社科重大研究專項(xiàng)“推動(dòng)綠色‘一帶一路’建設(shè)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：18VDL009）與國家社科一般項(xiàng)目“新時(shí)代中國能源外交戰(zhàn)略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：18BGJ024）的階段性成果】
【注釋】
①④邱孝鋒、陳彥、劉俊、王鐘楊：《綠色技術(shù)：技術(shù)突破帶來能源革命》，中金公司網(wǎng)站，2021年3月22日。
②IEA,“Solar PV 2022”, IEA, Paris, https://www.iea.org/reports/solar-pv.
③IEA,“Wind Electricity 2022”, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/wind-electricity.
⑤?BP,“bp Energy Outlook 2023 edition”, https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook.html.
⑥秦阿寧、孫玉玲、王燕鵬、滕飛：《碳中和背景下的國際綠色技術(shù)發(fā)展態(tài)勢分析》，《世界科技研究與發(fā)展》，2021年第4期，第385-402頁。
⑦《世界核電技術(shù)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程？》，國家能源局官網(wǎng)，2022年8月31日。
⑧⑨⑩??IEA ,“World Energy Outlook 2022”, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2022.
責(zé)編/謝帥 美編/楊玲玲
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