能源转型中未来主力能源发展方向探析

能源转型中未来主力能源发展方向探析

席楚妍

国网太原供电公司 山西省太原市 030001

摘要：自21世纪以来，世界各国正在开启新一轮的能源转型和探索未来主力能源发展方向。从能源生产环节来看，多样化的新能源通过转换成电力得到开发与利用，再电气化的发展正在通过大规模开发和利用可再生能源向电能形式转换得以体现；从终端消费环节来看，再电气化的发展正在通过电能对化石能源的深度替代得以体现。

关键词：能源转型；主力能源；发展

1 能源发展面临的形势

全球能源结构正在发生转变，气候变化、环境污染、资源紧张三大能源发展面临的问题已经促使各国不得不为全球能源发展战略问题而达成一致意见。随着2016年《巴黎协定》的生效，世界各国均已非常重视新一轮能源转型的必要性和意义，旨在将全球气温升温控制在2℃范围内。在这种非常艰巨的情况下，中国还是提出新能源生产和消费革命的战略目标，与此同时提出未来以指导构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

新技术的发展在一定程度上促进了能源转型。当前，以云大物移、AI、5G为代表的科技革命和产业变革方向，正在重塑能源电力的产业格局和管理模式，在能源供给侧重点实施清洁能源替代战略，能源消费侧则通过实施再电气化电能替代战略，能源电力开发、生产和消费的全部过程和各个环节都将呈现出新的能源产业形态和特征，最终将实现以清洁能源主导、电为中心的能源新格局。

1.1 世界各国能源发展战略

新能源在一定程度上将极大可能成为未来全球主要能源，欧盟早在10年前提出的“3个20%”的目标将基本上会在2020年实现。到21世纪30年代，以新能源为主的可再生能源提高到45%，碳排放减少40%。到21世纪50年代，受新能源发展的影响，将会实现碳排放减少80%～95%。美国可再生能源工业2010年2月发布，美国2025年国家可再生电力使用标准（RES）将达25%,21世纪中叶将在2005年的基础上温室气体减排80%。日本在《新国家能源战略》中提出，到21世纪中叶实现50%的新能源比例，通过提高能源利用效率、发展新能源，使2050年温室气体在2013年的基础上减排80%。中国也于2019年第三季度初提出了在次年实现非化石能源占一次能源消费比例达到15%的发展目标，单位GDP的CO2气体排放比2005年CO2气体排放低40%～45%，预计到21世纪30年代，CO2气体排放将达到峰值，之后呈现下降趋势。因此可见，以控制温室气体为战略目标，已经成为各国共识，新能源将越来越成为能源供应重点。

1.2 全球一次能源结构及趋势

可再生能源消费一直在增长，British Petroleum发布消息称，2018年全球一次能源消费总量已达1.386 5×1010 t油当量，同比2017年的1.351 1×1010 t石油当量增长2.9%。其中，各种化石能源品类消费均有所增长（煤炭的消费增长为1.4%，石油的消费增长为1.5%，天然气的消费增长5.3%）。可再生能源的发电增长达14.5%（远高于煤电的3.0%和气电的3.9%）。

多元化持续推向低碳转型，推动能源系统低碳转型，要努力推进电力系统脱碳化，积极探索发展风光可再生电力、推进燃料转换、“化石能源发电+CCS”等多种电力系统脱碳化路径。另外，能源转型不仅仅包括电气化，还包括提高能源综合利用效率、节约能源消费等领域，以及发展生物质能源（包含脱碳天然气）、氢能等其他能源，需提供一个更加多元化的低碳转型方案。

2 未来主力能源研究

2.1 新能源定义

新能源技术已经成熟，并在一些领域得到推广应用，但国际上尚未形成新能源的统一定义，不同国家、地区和组织对于新能源的界定不尽相同。结合联合国、国际可再生能源机构、国际能源署、中国电力百科全书、百度百科等关于新能源定义相关描述总结提出新能源定义：新能源相对于传统能源而言是指在新技术基础上加以开发利用的一种能源，包括非水可再生能源和非常规能源两大类。

2.2 全球新能源发展预测

据权威机构研究，全球能源储量中的全球化石能源可采储量预计约1.2×1012 t标准煤，其中，传统能源煤炭、石油、天然气分别约占52%、28%、20%。全球风力发电能和太阳光伏能资源每年的理论蕴藏量分别约为0.6×1012 t标准煤和4.5×1013 t标准煤。风能和太阳能每年的理论蕴藏总量是化石能源总量的38倍左右。

全球新能源资源分布不一，风能分布不均，全球风能资源极丰富区（风功率密度超过400 W/m2的地区）主要分布在北半球，全球太阳能丰富区（辐射总量超过1 700 k W·h/(m2·a)的地区）主要集中在南北纬45°之间。

全球新能源装机情况乐观，截至2018年底，IRENA和WWEA发布，全球风电和太阳能发电总装机容量共为1 081 GW，其中，风力发电总装机容量约为600 GW，太阳能475.5 GW，太阳能光热为5.5 GW。

全球新能源发电量趋增，21世纪40年代，风电的装机容量将占全球能源发电的14.6%，预计发电1 714 GW。太阳能装机容量预计将占全球能源发电的15%，预计发电为3 936 GW（其中，光伏3 922 GW，光热14 GW）。

2.3 中国新能源发展预测

国内新能源规划发展激增，中国一次能源消费总量在2018年已达4.64×109 t标准煤，同比增长3.3%。非煤消费量在能源消费总量中的占比呈现逐年上升趋势，2017年由上年度的39.6%上升至41%。中国计划21世纪30年代实现非化石能源占一次能源消费总量20%的目标，21世纪中叶，中国可再生能源占比将超60%。

中国新能源资源分布不均，风能资源丰富区（陆上50 m高度3级以上）的潜在开发量估值2 380 GW，主要集中在三北地区（约占全国陆上风能资源总量的80%）。中国陆地年太阳辐射能估值为4.9×1012 t标准煤，太阳能资源主要集中在西北地区，开发潜力超过8.5×1013k W·h/a（约占全国的75%）。

中国新能源发电量占比已经非常高，近10年以来，中国风电装机年均增速达34%，太阳能发电装机年均增速高达178%，爆发式的增长致使中国成为全球风电和光伏发电发展最快的国家。截至2018年底，中国风电、光伏发电装机容量合计约358 GW，约占中国电源总容量的19%；中国风电、光伏发电量合计约5.435×1011 k W·h，占总发电量的7.7%，中国新能源装机规模统计结果显示，中国已经位居第二。

中国新能源发电预测乐观，预计2035年中国新能源装机规模将超过煤电成为全国第一大电源，新能源装机容量将达1.43×109 k W，占总装机容量的40%左右；发电量2.7×1012 k W·h，占总发电量的20%左右。2050年，新能源装机容量将达2.75×109 k W，占总装机容量的50%以上；发电量5.8×1012 k W·h，占总发电量的40%。

3 新能源主要发展方向探析

3.1 全球新能源发展趋势

近30年以来，新能源发电效率逐渐提升，风电机组叶片尺寸由25 m逐渐发展至100 m，单机容量由0.5 MW逐渐发展到12 MW。全球光伏电池发电最高效率也在不断提升。美国可再生能源国家实验室（NERL）报告披露，全球太阳电池最高效率逐年提高，截至2019年，双结太阳电池最高效率已达32.8%，平均已高达28.17%。

全球风力发电机组向单机容量大型化和多样化发展，全球光伏电池发电向高效率发展，全球新能源度电成本正在逐步降低。

3.2 中国新能源发展趋势

中国风电装备制造业发展迅速，新能源风电技术不再依赖进口，风电机组单机容量在不断增大。截至2018年底，中国已经自主成功研发大容量的陆上2 MW及以上的风电机组，海上5 MW及以上的新能源发电风电机组已经成为中国新能源风电的主流。2018年全球前十大风电机组整机制造商中，中国有4个，占全球市场份额的29.32%。

中国光伏装备制造业发展也很迅速，新能源光伏发电技术已经处于世界领先水平，不同光伏电池组件的转化效率在16%～35%之间。2018年全球光伏组件出货量排名前十的公司中，中国有9个，占全球市场份额的63%。

随着国内新能源技术的革新与发展，风电和光伏建设周期逐渐缩短，标杆上网电价逐年下降，新能源标杆上网电价趋向竞争形态，新能源平价上网成为必然。

4 结语

随着全球新一轮能源革命转型关键新技术的研发和应用，以风能和太阳能为主的新能源将成为未来的主力能源。在政府指导和企业研发并进的情况下，未来高效率、低成本将是新能源的主要发展方向。