大凡從盤古王開天地以來直到英國工業(yè)革命之前,人類利用能源稱之為“柴薪時代”,簡單點說,就是說燒柴獲得熱量。燃燒柴薪排放的二氧化碳不斷被植物吸收又轉(zhuǎn)化為生物質(zhì),不會增加大氣的二氧化碳含量,所以柴薪時代即為用現(xiàn)代時髦語言稱為“碳中和時代”。
隨著人類經(jīng)濟發(fā)展,全球局勢大變。1860年瓦特發(fā)明了改良的蒸汽機,從而大幅提升了人類的生產(chǎn)力水平。到18世紀中葉,英國工業(yè)革命發(fā)展使用熱值高的煤,大氣層中的溫室氣體開始不斷累積增加。(撰文:龐名立)
柴薪時代逐步朝向煤炭時代轉(zhuǎn)化。隨著經(jīng)濟發(fā)展及工業(yè)革命的推進,煤炭在英國能源消費結構中的比重還在增加,1938年時達到歷史峰值(97.7%)。
隨著煤炭消費量和產(chǎn)量的增加,生產(chǎn)成本由于規(guī)模經(jīng)濟而下降。煤炭也以其高熱值、分布廣的優(yōu)點成為全球第一大能源,隨之帶動了鋼鐵、鐵路、軍事等工業(yè)的迅速發(fā)展,大大促進了世界工業(yè)化進程,煤炭時代所推動的世界經(jīng)濟發(fā)展超過了以往數(shù)千年的時間。
1859年,埃德溫·勞倫丁·德雷克(Edwin L. Drake)在美國賓夕法尼亞州建造了第一口商業(yè)油井,但直到將近一個世紀后,石油才成為主要的能源來源。
19世紀末,人們發(fā)明了以汽油和柴油為燃料的內(nèi)燃機,福特成功制造出世界第一輛量產(chǎn)汽車。這一時期,石油以其更高熱值、更易運輸?shù)忍攸c,于20世紀60年代取代了煤炭第一能源的地位,成為第三大主體能源。
由于人類大量使用化石燃料釋放溫室氣體造成大氣暖化。人類必然要求降低二氧化碳的排放。可再生能源是正在進行的能源轉(zhuǎn)型的核心。隨著各國加大減碳排放力度,太陽能和風能發(fā)電能力正在全球范圍內(nèi)擴大。此外,當前的能源轉(zhuǎn)型在規(guī)模和速度上都是前所未有的,全球氣候目標要求到2050年實現(xiàn)凈零排放。這本質(zhì)上意味著化石燃料將在30年內(nèi)完全消失,可再生能源將不可避免地迅速增加。
事實上,能源革命的內(nèi)在邏輯,就是人類文明發(fā)展的需求驅(qū)動—原始社會能源主要滿足生存需求;封建社會人類生活品質(zhì)提高,初級工業(yè)生產(chǎn)使得對能源的需求量大幅提升;工業(yè)革命以來社會文明加快發(fā)展,人類對交通、信息和文化娛樂的需求大幅提升;現(xiàn)代工業(yè)對能源的需求量達到了前所未有的高度。
無論人類是否愿意,這場正在發(fā)生的能源更替都是大勢所趨,別無選擇。這場革命不僅技術挑戰(zhàn)很大,社會和經(jīng)濟成本也都是巨大的。
當今能源消費仍然以化石燃料為主。此表來自BP 2019~2021年報告的數(shù)據(jù)匯總而成,很明顯地看出,中國化石燃料的可采儲量遠低于美國,因此支撐中國經(jīng)濟發(fā)展的原煤、原油和天然氣均需大量進口。
中美兩國化石燃料可采儲量的比較
就拿中國居世界之首的燃煤發(fā)電來說,我們總是認為中國 “富煤”,其實仍然貧煤。
請參見:
原煤國際貿(mào)易報告: http://www.guanghongmall.com/zx/zxbg/20220117/128489.html
中國原煤還可以開采37年:http://www.guanghongmall.com/zx/hyfx/20210118/45348.html
有人認為,中國頁巖氣遠比美國豐富。的確,中國頁巖氣技術可采儲量遠超美國,要注意“頁巖氣技術可采儲量”是畫的一張餅,能不能吃這張餅要看“可采儲量”。這是能源的基本常識。可參見:
當頁巖氣進入能源市場 http://www.scecea.org.cn/show-98-110853-1.html
化石燃料的衍生物很多,如煤制油、煤制氣、甲醇、再生天然氣、電轉(zhuǎn)氣 (Power to gas,簡寫P2G)、液化天然氣和氫能等等。能源市場有個極為簡單的規(guī)矩:無論哪種能源品種要進入市場營銷,其價格必須被用戶接受;否則吹得再兇都沒有用。
我們現(xiàn)在處于能源轉(zhuǎn)型的時代。能源轉(zhuǎn)型是用低碳能源替代化石燃料的持續(xù)過程。能源轉(zhuǎn)型是能源系統(tǒng)在供應和消費方面的重大結構變化。工業(yè)革命是由從(柴薪時代)生物質(zhì)能源到(煤炭時代)煤炭、(石油時代)石油和天然氣的能源轉(zhuǎn)型推動的。向零碳能源過渡需要一場新的革命。
本報告的數(shù)據(jù)來自IRENA 2022年報告,由于中國和美國是世界上最大的經(jīng)濟體,跟世界各國一樣都在追求“Net zero by 2050”。 本文匯總兩大經(jīng)濟體在再生能源方面的進展,單位使用的是裝機容量,以MW表示。
2012~2021年中美兩國再生能源裝機容量(單位:MW)
再生能源發(fā)電在世界各國發(fā)電量的地位參見:
2021年世界各國電力生產(chǎn)、消費及結構報告:http://www.guanghongmall.com/zx/zxbg/20210719/89067.html
由于每年IRENA都有再生能源報告,這里只選2021年的數(shù)據(jù)。
2021年中美兩國再生能源裝機容量(單位:MW)
從表中可以看出:
1、全球再生能源聯(lián)網(wǎng)的裝機容量為3 063 926MW,離網(wǎng)的裝機容量為11 225MW,僅為聯(lián)網(wǎng)的裝機容量的0.4%。
2、美國再生能源聯(lián)網(wǎng)的裝機容量為325 391MW,而中國為1 020 234MW,是美國的3倍。
3、中國再生能源聯(lián)網(wǎng)的裝機容量為1 020 234MW,而離網(wǎng)的為906MW,而美國全部聯(lián)網(wǎng)。
4、全球電力發(fā)電順序為燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電和水力發(fā)電,中國電力發(fā)電順序為燃煤發(fā)電和水力發(fā)電??梢娝Πl(fā)電占再生能源的主導地位。
5、目前再生能源以水力發(fā)電、風力發(fā)電和太陽能發(fā)電為主力,中國均高于美國。
6、目前生物氣和地熱能的裝機容量,中國遠低于美國??蓞⒁姡?/p>
2020年全球地熱發(fā)電報告:http://mm.chinapower.com.cn/zx/zxbg/20210112/43993.html
7、海洋能是全球能源開發(fā)的軟肋,但是西歐國家有所進展,只能說是實驗性的,均未大規(guī)模生產(chǎn)。
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