赛迪译丛：《清洁能源转型的安全性》

-1-2021年11月15日第36期总第509期清洁能源转型的安全性【译者按】今年7月，国际能源署首次发布《清洁能源转型的安全性》。报告指出在清洁能源转型的总体背景下，特别是在实现净零排放的过程中能源安全的决定性因素也在不断演变,因此各国政府和工业部门要尤其警惕新兴的能源安全问题。报告重点论述了新兴能源安全问题及清洁能源安全转型的八项关键原则，并就促进国际合作，特别是二十国集团（G20）的内部合作，提出了相关建议。赛迪智库节能与环保研究所对该报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。【关键词】电力系统能源转型安全数字技术 -2-一、全球能源行业正在经历一场根本性变革在实现净零排放的道路上，能源安全的重要性日益增加。当前，确保以合适的价格、稳定地提供燃料及相关关键能源商品是各国最基本的能源政策目标。然而，随着清洁能源转型的推进，传统的能源安全风险不但尚未消除，新的问题也随之出现。所涉及的能源安全问题包括能源供应可能出现中断、进而引发价格波动，且需从原来确保燃料供应转向确保关键矿物供应。此外，随着电气化程度越来越高，电力安全问题也越来越重要。二、清洁能源安全转型的八项关键原则（一）提高能源效率是实现清洁能源安全转型的“第一动力”。能源效率是“第一燃料”，用更少的能源做更多的事情是能源安全的基础。能源效率是实现减排目标和支持终端应用电气化的关键支柱。这是各国家和地区近期或长期实现能源安全的一项具有成本效益的战略。迄今为止节能及相关行为的转变速度远远无法满足需要，应进一步加强并拓展能效技术与利用。目前，建筑、交通、电力和工业过程都有诸多节能解决方案，这些成熟的技术方法将对碳减排起到关键作用。预计到2050年，世界人口将增长40%，而能源消费量将较目前减少8%。鉴于近年来全球能效提升速度放缓，未来能效目标和实施进度需大幅提高，持续 -3-降低国内生产总值的能源强度（如图1），智能电网、数字化和相关技术的创新是提高全系统能效的有利工具。此外，大量的资金投入是扩大能效的必要条件。图1：能源效率、太阳能和风能是实现近期减排目标的优先选择来源：国际能源署（2021），《2050年净零排放:全球能源行业路线图》（二）提高电力系统灵活性以实现智能电网全面且完善的可再生能源组合有助于增强能源种类多样性和能源系统恢复力，抵御能源危机。预测到2025年，全球可再生能源发电量将超过燃煤发电量，在成本大幅下降、资源广泛获取和强有力的政策支持下，太阳能光伏和风力发电量将率先实现大 -4-幅增长。目前，对大多数经济体来说，太阳能光伏和风力发电是最具成本效益的清洁电力来源，需不断提高电力系统灵活性以推动其大规模并网，这是保障电力安全的关键因素。目前，无论是化石燃料还是可再生能源，传统发电厂都为电力系统提供了较大的灵活性。燃煤发电厂是中国和印度电力的主要来源；而天然气发电厂是欧洲和美国电力的主要来源；在巴西、加拿大和欧盟等一些国家，水力发电则是当地电力系统贡献最大的来源；而在法国，核能对其电力系统具有重要贡献。在欧洲部分国家，需求响应和储能技术正成为电力系统灵活性的关键因素。未来，各国政府应积极采取行动，推进电力系统基础设施投资，进行燃煤和燃气发电厂改造/转换为生物质共燃发电模式，以更低的负荷系数进行更灵活的供电。推进市场监管改革，激励清洁能源发电，以更低的碳排放巩固电力安全。（三）开发并利用各种低碳发电资源，推进电力供应多样化发展发电系统多样性是能源安全的最佳保障，充分多样化的发电组合可以有效缓解电力供应中断和价格波动带来的风险，维持电力系统安全。风能和太阳能光伏增长推动了全球发电组合的灵活性。水力发电是当今全球最大的低碳电力来源，而土地和水资源的限制是加快建设新水电面临的一个重要障碍，且现有的水力发 -5-电设施老化程度较高，全球超过40%的水力发电设施使用年限超过40年。太阳能热和地热可以提供具有较高年容量因子的可调度电力，但由于近年来投资滞后，新增装机容量不到全球每年新增可再生电力总装机量的1%。生物能源（生物质或沼气）可实现燃煤发电的共燃转换，但对于大型燃煤电厂使用生物质能需要专门的设施。核能是仅次于水电的第二大低碳能源，小型模块化机组正推广建设，到2050年全球核电装机容量将翻一番，从而有助于电力行业碳减排。此外，一些G20国家正在引领碳捕集、利用和封存（CCUS）技术的开发和应用。其他低碳燃料，如氨、氢、生物燃料和合成甲烷以及配备CCUS技术的天然气，比直接燃烧化石燃料的碳排放水平更低，从而在减排的同时能够提高电力系统的灵活性。（四）确保现有能源基础设施的高效利用清洁能源转型不仅包括对提高能源效率和新型低碳能源的投资，还包括对现有能源基础设施的有效利用，如现有的油气管道、炼油厂、燃煤电厂、大型水电厂、建筑物和城市其他基础设施。不同地区现有基础设施碳排放水平差异明显，发达经济体的基础设施往往比新兴经济体和发展中经济体的基础设施使用时间更长，尤其在电力行业，如中国燃煤电厂平均使用年限为13年， -6-亚洲其他地区为16年，而欧洲约为35年，美国约为40年。在清洁能源转型中，现有的燃煤和燃气电厂可以提供具有成本效益的选择，以提供充足的电力和辅助服务。为实现对现有基础设施的碳减排，一种选择是为现有传统工厂配备CCUS技术以减少排放，另一个选择是改造和重新利用现有电厂，使用低碳燃料进行共燃发电。截至2019年底，全球只有49个国家（大部分是欧盟成员国）制定了使用可再生能源供热和制冷的国家目标。未来需加速推进可再生能源供热和制冷区域系统转型路径的探索研究，包括以可再生能源为基础的电气化、燃烧可再生气体和可持续的生物质，以及直接利用太阳热能和地热能等措施。（五）推进石油和天然气系统现代化转型虽然在清洁能源转型过程中，石油、天然气和煤炭总体消费量在下降，但这并不意味着没有燃料供应危机。图2显示了2000至2020年间各种燃料的全球供应情况，同时也对2050年净零排放路径进行了展望。由于能效标准、行为方式、政策和电动汽车的发展存在不确定因素，传统能源安全隐患仍然存在（见图3）。虽然传统能源的供应量在减少，但石油和天然气行业与氢能、CCUS技术和海上风能等相关领域合作密切，对于难以脱碳的碳密集型领域，低碳技术的应用仍具有挑战。石油向更清洁能源转型将加速炼油行业的变革，对能源安全产生影响。石油产品结构 -7-将有显著变化，运输部门燃料需求将下降，炼油部门需要适应产品组合的动态变化，确保足够的产品存储能力，以应对未来可能的供应链中断。生物燃料将扩大其在清洁能源转型中的作用，随着其在能源供应中所占的份额越来越大，生物燃料的生产、运输和储存都将面临新的挑战。建立透明的市场和可持续的供应链对确保生物燃料供应安全至关重要。随着世界在清洁能源道路上不断迈进，国际能源署各成员国的石油应急储备系统将继续成为确保石油供应安全的关键工具。图2：2000-2020年固、液、气体燃料全球供应以及2050年净零排放设想来源：国际能源署（2021），《2050年净零排放:全球能源行业路线图》图3：在对全球石油需求的各种设想中，传统安全问题依然存在 -8-来源：国际能源署（2021），《石油2021：分析并预测至2026年》（六）数字化为能源安全提供了机遇但也带来了新的风险数字化正在迅速改变能源系统，利用数字技术能释放更多的需求机会、整合更多可再生能源，电动汽车将采用智能充电等方式实现电力供应和需求的智能平衡，加速清洁能源转型。化石燃料供应链通过数字化技术实现了高度的自动化。但与此同时，互联互通和自动化程度的提高也增加了网络攻击的安全风险。恶意攻击可能导致能源系统设备和进程失去控制，进而造成物理破坏和广泛的能源服务中断。联网设备和分布式能源的不断扩展加剧了能源系统网络安全问题。政府在增强网络安全、抵御攻击事件中将发挥关键作用，包括提高安全意识，与利益相关方合作，不断识别、管理和沟通新出现的漏洞和风险。（七）促进投资多样化是抵御安全风险的最佳选择 -9-目前仍处于试验期的各类低碳技术，需尽快完成研发与部署。要尽可能使用一切低碳技术，以安全且成本最优的方式实现气候目标，就要求各国政府必须进行战略性引导，并增加研发投入。清洁能源技术的研发、试验和运用将有助于抵消创新技术的不确定性，从而提高创新技术的可用性，并提升能源安全。解决现有能源相关基础设施的排放问题，同时充分利用其系统价值，是实现清洁能源安全转型的关键要素。国际能源署在《2020世界能源展望》中进行了详细分析，并表示能源基础设施若继续像过去一样运行，全球温度将持续升高1.65°C。如图4所示，许多G20国家的能源供应均以化石燃料为主。现有能源基础设施的转型面临着重大挑战，同时也是重要的投资点。图4：按来源划分，2019年G20各国能源供应总量 -10-来源：国际能源署（2021），《世界能源收支》政策制定者需对现有资产的存量和价值进行全面评估，并据此制定一个框架，以激励持有资产者妥善解决排放问题、环境影响及安全问题。例如对现有基础设施资产进行改造和再利用，减少对群体的不利影响。（八）在清洁能源转型过程中注重以人为本能源转型无疑将对某些行业或群体产生不同程度的影响（如图5）。以人为本的能源转型将构建一个更加包容、公平的社会。 -11-随着越来越多的国家加速推进能源清洁转型，人们日常生活将发生诸多变化，需不断推进公众对能源清洁转型的支持，以加强能源供应和获取的安全性和可靠性。政府需制定政策，降低能源获取成本，特别是对条件贫困的人群，以普遍获得更清洁的空气和更健康的生活条件。此外，需要开拓新的就业渠道，创造可持续的就业和职业，为就职于传统能源行业的从业人员提供新的就业机会。图5：依据《2050年净零排放》设想，2019年和2030年全球能源行业就业岗位情况来源：国际能源署（2021），《2050年净零排放：全球能源行业路线图》三、几点建议一是G20各国应开展具有建设性的对话和合作，以有效落实能源效率政策和措施。G20各国应立即采取行动，在短期内推动 -12-一项重大举措，以挖掘出所有可用技术的潜在效能。这些国家应加大政府合作力度，以筹集资金，加强效率标准，扩大数字化和其他措施，进而实现到2030年的目标，即能源强度需每年降低4%，而这一数字是过去20年平均值的三倍。2030年之后，仍需继续注重能源效率，将其作为降低所有终端使用行业能源消耗的一种具有成本效益的根本办法，并在未来使用低碳能源时抵御技术和政策上的不确定性。二是加快对太阳能光伏和风能的利用。有助于加快可再生能源利用的政府行动包括：制定有效的政策和监管框架，必要时提供有利的财政激励措施，以及提供拍卖、采购方案等市场发展工具。要促进对可再生能源发电的利用，需将其安全纳入电力系统，并得到社会认可。为加快变革，重要的是要拥有强大的电网、可调度的发电厂、存储技术以及需求响应措施，以提供灵活、有弹性的电力系统。在清洁能源道路上，现有的低碳可调度发电源是电力系统运行的重要驱动力。在某些情况下，延长这些发电厂的寿命可能不失为经济有效的选择。而在其他情况下，可以对一些发电厂进行改造或另作它用，以促进向清洁能源的转型，例如，在燃煤电厂中可以混合燃烧生物质或氨气。此外，区域电力市场一体化和互联也可以提高利用效率，从而确保电力系统的弹性和韧性。 -13-三是G20各国需推动加大对清洁发电、网络基础设施和终端使用行业的投资。扶持性基础设施和技术对于变革能源系统至关重要。对此，各国政府将发挥决定性作用，提供战略远景、政策信号和公共财政支持，以刺激私人行为体采取行动，并促进创新。在制定政策时，需要向市场发出明确信号，以刺激新的商业模式和私人支出。为大规模基础设施调动资本需要各部门之间更加紧密地合作，包括开发商、投资者、公共金融机构和各国政府等。私人倡议和资本对清洁能源转型至关重要，然而，世界各地的大多数能源投资仍然只是在响应政府设定的条件。四是在清洁能源转型期间，G20国家须时刻警惕化石燃料的供应安全。由于投资不足，化石燃料供应减少的速度可能会超过需求下降的速度，从而造成供不应求。此外，化石燃料供应可能将集中