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能源转型展望:全球和区域预测2050

2018-11-28 11:34
ERR能研微讯
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越来越多的太阳能光伏发电和风力发电装置的安装能力加剧了这种情况,能量损失可以忽略不计。电动汽车成为汽车市场的主流后,这种效率趋势将进一步提升,因为它们消耗了ICEV所用能源的四分之一; 在预测期内,电气化程度提高了道路行业的年度能源效率提升,达到每年3.4%。

其他运输子行业以及建筑和制造行业的电气化速度将比道路行业慢,因此他们不会在能源效率方面获得类似的额外提升。尽管如此,这些行业的年平均能效改进每年在0.9%和2.0%之间变化。

我们预测的能效提升率不仅取决于新的燃烧系统、电池开发和3D打印等其他工程创新,还取决于自动化和数字化,如制造工艺改进,建造设计和运营等关键推动因素。

能源转型展望:全球和区域预测2050

2018年亮点 -新的是什么?

2018年版的ETO中,我们进一步完善了我们的模型,考虑了我们模型的新的和更准确的来源,以及过去一年的变化,包括最近的技术进步,修订的政府目标,不断发展的监管制度和标准,其他外部顾问意见,客户和用户反馈,以及可用的实际历史发展和数据。

使用此更新的输入,Outlook中的详细信息按预期略有变化。改进我们的模型已经导致前述已经呈现的更新的需求和供应图片。

总体而言,所描述的结果与ETO 2017的结果类似,包括主要结论,即2030年后最终需求趋于平稳以及满足需求的主要供应量达到峰值(图10)。话虽如此,在2018年版本的展望中,电气化更具侵略性(运营商能源需求增加到45%,2017年项目为40%)-在2050年总能源需求略高(6%).在我们的预测期的前15年,需求也增长得更快。

能源转型展望:全球和区域预测2050

在我们展望的这个(2018年)版本中,到2050年建筑业的能源需求基本没有变化,但结果更加细致;制造需求有所增加,这是由于制造业生产与二级经济部门相关的精细建模;随着重型汽车部分电力的增加,运输能源需求略有下降。

ETO 2018的2050年能源结构预测大致类似于去年的预测,煤炭的份额略高,石油略低,化石燃料和非化石类别各占能源总供应量的一半。由于煤炭和天然气的使用量增加,到2050年的累计二氧化碳排放量预测比一年前的预测高出10%。

在我们展望的第二版中,我们将能源系统模型扩展到几个领域,包括电网和电网成本的细节,氢的作用分析以及数字化对转型影响的评估。

仍然存在不确定性

与情景相反,预测的确定性特征可能给人一种与“最佳估计”未来相关的不确定性很小的印象。相反,能源转型的速度和性质存在巨大而重要的不确定性。

因此,我们的主要ETO报告包括敏感性分析,突出了既不确定又重要的问题。我们还分析了与我们的展望与其他预测不一致的假设相关的不确定性。

例如,如果联合国人口增长的中等案例证明是正确的,那么2050年全球人口将比我们假设的高出6%。我们的模型表明,能源需求因此将比人口增长略微增加(5%),在所有能源之间相当均匀地分配,尽管太阳能光伏发电的增长比其他能源更有利。

“我们的展望包括敏感性分析,突出了既不确定又重要的问题。”

我们发现生产率假设具有类似的敏感性,其中较高或较低的生产率增长率不会在转型或能源结构的速度上产生相当大的变化。区域碳价的小幅上涨不会对能源需求产生太大影响,但能源结构将发生变化,排放量将大幅减少。能源使用中最显著的变化来自能源效率的提高。

能源结构的最大变化来自不断变化的可再生能源成本学习率。

影响电动汽增长和建筑物电气化的行为变化也很重要,可以大大改变过渡的步伐。

资源限制

当然,工业和社会的电气化将增加对相关资源(如铝和铜)以及锂和钴的需求。大多数基本金属供应充足,近期对锂储量的担忧随着更多矿床的发现而逐渐消退。有计划增加产量,虽然需要13%的年均供应增长来满足我们预测的能源转型,但我们相信这是可以实现的。钴资源仍然是一个问题,但新的电池技术将需要发展以解决这个问题,同时增加勘探和更可持续的钴储量提取。尽管存在可能的限制,我们认为这些可能会被技术发展所克服,因此资源限制不会对我们预测的过渡造成不可逾越的障碍。

“因此,资源限制不会对我们预测的过渡造成不可逾越的障碍。”

我们已经调查了到2050年我们设想的能源行业的空间限制,并且发现这不是一个重要的问题,尽管它因地区而异。承载陆上风能和太阳能所需的农业用地数量不会造成重大损失,特别是因为土地通常可以继续用于风力发电项目的农业。 将可耕地用于生物量生产需要谨慎管理,以确保其不会取代粮食生产或导致自然栖息地遭到破坏。

突破性的技术

在接下来的32年中,我们可能会看到能够显着影响我们未来能源的突破性技术。这些包括核聚变、超导和合成燃料,或激进的新PV或电池技术。由于我们专注于我们的最佳估计,我们的预测不包括对这些难以预测的外卡的任何量化。

然而,我们会讨论和量化氢气的发展,许多人认为氢气具有改变游戏规则的潜力。然而,我们的建模并不支持氢作为游戏规则改变者;多次转换期间的高成本存储和效率损失可能会在本世纪中叶将氢气的吸收限制在全球年度能源使用量的近半个百分点。

转型的启示者

其他基础设施要求

鉴于我们设想的能源转型,其中电力占混合物的比例越来越大,而天然气是主要的能源载体,因此了解连接供需中所需的基础设施非常重要。

持续需要新的管道将额外的气田连接到现有的天然气网,并且将建造一些连接区域的大型干线管道。然而,在今年的展望中,我们关注快速扩张的液化天然气贸易,这主要受北美页岩气出口和中东石油生产商对天然气出口的战略重点的推动。我们看到北美的液化能力增加了十倍,中东和北非的产能几乎翻了一番。接收这种天然气的再气化设施的最大增长将发生在中国和印度,此外撒哈拉以南非洲地区的也将大量增加。

我们对电力需求增长的预测表明需要大幅提高电网容量(图11)。新的可再生能源站点通常远离现有的一代,因此需要加强许多电网连接。此外,北美和欧洲的老化电网需要现代化。

能源转型展望:全球和区域预测2050

中国和印度主导着电网的扩张,其地理规模也推动了对用于长距离传输的超高压电网系统的需求。关于电网的主要报告中第4.4节详细说明了每个区域所需的容量要求,相关的电网资本支出和运营支出,电压水平和线路类型(例如,AC与DC)。我们对变化的可再生能源产能增加预测还需要更大的储能能力和新技术,以解决当可再生能源取代火力发电站时的电网稳定性问题。

数字化

数字化是当前能源系统不可分割的一部分,也是能源转型的重要工具。改进的控制系统,例如,来自整个能源系统中嵌入式传感器的数据-从发电到输电和配电以及最终用户的工厂和机器-对于实现我们设想的能源转换至关重要。电力系统正处于数字化之中;一个例子是需求-响应,其中基于成本的规则可能使节俭的消费者以及随着电力需求增加而不太需要增加电网的社会受益。

数字化还可以实现更高的资产利用率,更高的能源效率以及实施新业务模式的能力。数字化的影响遍布整个能源系统,其影响力将随着机器学习等先进计算方法的应用而增长。

例如,由于数字化(在轻型车辆子行业中)导致的能源需求减少如图12所示。数字化实现了自动驾驶和乘车共享,从而允许更高的资产利用率,因为私人驾驶汽车被可能会集中使用的公共汽车取代。这导致车辆更小,车辆更新更快。对于传统燃烧车辆而言,这将带来好处,这将使新型节能汽车更快地进入车队。但出于同样的原因,电力推进的转换也将加速。

能源转型展望:全球和区域预测2050

未来的投资和成本

鉴于变化的规模,能源转型是否会给社会带来无法承受的财政负担? 我们不相信这种情况。

考虑到能源融资需求,我们通过考虑石油、天然气和煤炭的上游和电力相关投资来计算化石燃料的投资。我们估计全球化石燃料年度支出将从2016年的3.4万亿美元大幅下降至2050年的2.1万亿美元。非化石能源支出将出现逆转趋势,从2016年的0.69万亿美元增加到2050年的2.4万亿美元,增长两倍多。电网支出将从2016年的0.49万亿美元增加到2050年的1.5万亿美元。全球能源支出将从2016年的4.5万亿美元增加到2050年的6.0万亿美元,增长33%。但随着GDP同期增长130%,GDP的能源比例将从2016年的5.5%下降到2050年的3.1%,如图13所示。

可再生能源发电和电网的资本支出(资本支出)正在加速增长,并将在2029年之前超过化石行业的新投资。到2050年,全球能源支出的47%将是可再生能源和电网的资本支出,高于2016年的17%。

鉴于可再生能源和电网的资本支出负担较重,能源转型可能仍然具有财务挑战性,但我们的预测表明,不太可能证明在经济上具有破坏性。如果我们选择保持全球GDP用于能源支出的百分比,那么就有足够的空间来加快变革的步伐。

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行业影响

所有行业都将受到能源转型的影响,尤其是DNV GL具有特别强大的足迹。

我们的预测对石油和天然气行业以及发电和相关基础设施行业,尤其是可再生能源子行业具有重大影响。随着能源相关货物的发展和变化,航运业将感受到这种影响。对我们的预测及其对这些部门影响的全面讨论是ETO主要报告的三个详细补充的主题。

重点如下:

电力供应和使用

涉及建立能源行业参与者的重大变化将会扩散和深化。成熟的电力公司和电力供应商正在寻找新的角色和商业模式,并面临石油和天然气公司进入其行业的新竞争。

主导可变可再生能源将成为电力市场和监管的主要因素。到2050年,太阳能和风能-供应世界电力的三分之二以上-将推动电力市场基本面的变化。这需要主要的监管干预:监管惯性可能是扩张速度的主要限制。季节性时间尺度的变化在高纬度地区将是至关重要的。可再生能源还推动“部门耦合”,利用剩余的可再生电力生产氢气或其他气体或液体,同时提供更长时间存储的机会。

在大规模扩建电力网络期间分配风险将会遇到困难。规划和建设电力网络的时间表可能需要网络运营商在相当大的不确定性下做出决策。监管机构需要就搁浅资产的风险和成本的最佳分配做出决策。

油和气

在本世纪中叶之前,天然气的重大投资即将到来。天然气将在2026年迅速取代石油成为世界主要能源。在本世纪中叶之前,天然气将继续保持领先地位。 到2050年,天然气将占全球能源结构的四分之一。

虽然对碳氢化合物的需求将从20世纪20年代中期(石油)和2030年代中期(天然气)下降,但我们预计未来几十年行业活动将保持强劲势头。在需求高峰期过去很久之后,将需要新的油田,以便继续取代枯竭的储量。这些资源可能越来越多地从较小的,技术上更具挑战性的油藏开发,其寿命比目前运行的更短。

在中游和下游天然气行业,我们将越来越重视对我们使用的气体进行脱碳。 预计到2020年中期,绿色气体如沼气和氢气的渗透率将进一步提高。

现在需要加强对数字化的关注,以支持未来更快,更精简和更清洁的石油和天然气行业。行业必须限制竞争成本上限,我们相信行业的数字化转型将在实现这一目标方面发挥重要作用。

对社会的影响

退耦

从历史上看,人口增长和经济增长导致了类似的能源使用扩张模式。然而,我们的模型预测,尽管人口和经济增长持续存在,但能源使用将在未来几十年与碳排放脱钩,能源需求和供应将达到峰值并缓慢下降(图14)。 这种脱节与加速全球范围内的能效增长有关。这主要是由于电力在能源结构中的份额不断增加,其中很大一部分来自可再生能源。

能源转型展望:全球和区域预测2050

气候变化

DNV GL的愿景是为安全和可持续的未来产生全球影响。因此,我们支持“巴黎协定”以及几乎所有世界各国将全球变暖限制在远低于工业化前水平2°C以下的努力。 然而,我们的展望并未看到世界有望实现巴黎协定的气候目标。 可能更令人放心的是,制定一个指出未来气候变化的风险和影响大大减少的情景,以及避免对气候系统造成危险的人为干扰的情景; 但这不是我们预测的。

尽管我们的展望是为数不多预测人类能源需求将在未来几十年内达到峰值并且我们将集体开始使用更少能源的情况之一,但与我们的预测相关的排放仍未将地球带入所谓的2°C目标。尽管我们在2050年停止了模型的运行,但在此之后,大气中的二氧化碳排放将持续很长时间。简单的推断表明,第一个无排放年份将是2090年。这产生了一个超调,超出了所谓的2°C碳预算,约为770亿吨二氧化碳,如图15所示。如果出现如此大的超调,问题就不可避免地出现:与我们的预测相关的全球变暖程度如何?

能源转型展望:全球和区域预测2050

我们对引用确定的变暖数字持保留态度,因为这种计算存在相当大的不确定性。有些是与能源有关的不确定因素,包括我们预测中固有的不确定性。其他与能源无关。

它们包括未来的农业、林业和其他土地利用(AFOLU)排放,未知气候临界点和其他非线性地球系统反应-例如,储存在永久冻土中的甲烷-超出了本展望的范围。此外,正在讨论地球的气候敏感性和碳预算的大小。

然而,我们估计我们的预测指向本世纪末的2.6°C地球变暖。

我们对未能达到气候目标的预测迫使我们探索如何缩小我们的预测与“巴黎协定”各方所设想的未来之间的差距。例如,碳价格高得多可能会刺激能源结构的脱碳,以及更多的碳捕获和储存,或者进一步的政策支持可以促进可再生能源的增长。

只有特殊措施的结合才能实现“巴黎协定”。

然而,我们的主要结论是没有任何单一措施可以缩小差距,只有多种特殊措施同步工作才能使我们达成关于气候行动的巴黎协定。

可持续发展目标

关于气候行动的联合国可持续发展目标(SDG)(#13)、水下生命(#14)和陆地生命(#15)为所有其他可持续发展目标设定了环境安全界限。能够迅速实现能源转型,并将二氧化碳排放与经济发展脱钩,是实现构成联合国2030年议程的所有目标的关键。这一雄心必须与SDG#7保持平衡,确保为所有人提供价格合理、可靠、可持续和现代化的能源。

我们预测未来人类能源使用在2032年达到峰值,然后在2050年缓慢下降。今天我们预见到这种情况正在发生,即使世界在SDG#7上取得稳定的积极进展,解决困扰超过10亿人的能源贫困问题。能源需求下降主要是因为经济活动的能源强度正在减速;每人需要的能量更少。但请注意,最终的能源需求减少了,而不是它提供的服务;例如,一个家庭可以安装几个太阳能LED灯,取代单个煤油灯。结果是更亮,使用的能量减少了几个数量级。

我们预测可持续发展目标7.3-到2030年能源效率提高一倍-将无法实现,但我们正在接近正确的水平。我们预测2015 - 2030年每年能源强度每年减少2.0%,并不是2000 - 2015年每年1.3%的历史性增长的两倍。可持续发展目标7.1:“到2030年,确保普遍获得负担得起的、可靠的和现代化的能源服务”,除撒哈拉以南非洲地区外,所有地区都将主要获得电力供应,而现代烹饪和现代水加热的使用将得到改善 但在撒哈拉以南非洲,印度次大陆和东南亚地区不会普遍存在。

尽管在2030年之前几乎没有出现这些错失,但我们再次强调,能源效率是即将到来的能源转型的决定性特征。在接下来的几十年里,能源效率所起的作用将比能源组合的变化更具决定性。

翻译:Bruce

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