2040年世界能源供需展望
——基于《BP世界能源展望(2019年版)》

李洪言 趙 朔 劉 飛 李 雷 代曉東

中國石油大學勝利學院油氣工程學院儲運工程系, 山東 東營 257061

0 前言

2019年4月，英國BP公司發表了《BP世界能源展望(2019年版)》(以下簡稱《展望》)報告[1],報告中基于漸進轉型、快速轉型等不同情景進行展望,《展望》中對過去1995-2017年和將來2017-2040年的能源供需情況進行了對比分析。本文基于漸進轉型情景下進行分析,預測至2040年世界能源供需的發展情況。

1 一次能源

1.1 全世界一次能源需求增速逐步減慢

目前,一次能源的種類包括煤炭、石油、天然氣、核能、水電和可再生能源。隨著生產總值的穩步增長和經濟的持續發展,全世界能源需求持續增長,但能源需求增速下降。2017年全世界能源強度為119 t油當量/百萬美元,在漸進轉型的情境下,預計2040年為76 t油當量/百萬美元,增速從1995-2017年年均-1.5%降至2017-2040年年均-1.9%。全世界一次能源消費量在2017年為1.35×1010t油當量,至2040年將達到1.79×1010t油當量,增速同比年均從2.1%降至1.2%[2-7]。

從地區一次能源消費情況看:能源需求增加最快的國家是中國和印度,在能源結構中煤炭占比相對較高,中國、印度的消費量占比預計在2040年分別達到22%和11%,在2017-2040年間,年均增長分別為1.1%和4.2%見表1。在展望開始,美國和歐盟能源結構已經實現多元化,預計2040年消費量占比分別為8%和12%,展望期間,歐盟年均呈現-0.6%增長。

表1 2017-2040年主要地區一次能源消費情況

地區2040年消費總量/104 t油當量占比/(%)消費增量/104 t油當量增量變化/(%)年變化率/(%)中國4 01722885281.1印度1 928111 1741564.2美國2 22312-12-10.0歐盟1 4758-215-13-0.6中東1 3918494551.9俄羅斯75045270.3巴西4853191652.2世界17 8661004 355321.2

從能源種類上看:與煤炭和石油相比,可再生能源和天然氣的重要性不斷提高,將持續向綠色低碳能源系統轉變，見表2。預計至2040年,一次能源的增量中可再生能源和天然氣占85%，其中,可再生能源的增長最快(年均7.1%),占一次能源比例的15%;天然氣比煤炭和石油增長更快,年均增長分別為1.7%、-0.1%、0.3%。展望末期天然氣在一次能源中的比例(占比26%)將超過煤炭(占比20%)，向石油(占比27%)接近。

表2 2017-2040年能源種類消費情況

能源種類2040年消費總量/104 t油當量占比/(%)消費增量/104 t油當量增量變化/(%)年變化率/(%)石油4 8602732370.3天然氣4 617261 461461.7煤炭3 62520-106-3-0.1核能7704173291.1水電1 2457327361.3可再生能源2 748152 1773817.1

在快速轉型的情形下:2040年全世界一次能源消費量為1.64×1010t油當量,從過去20年年均增速2.1%降至2017-2040年年均增速0.8%，見表3～4。從地區一次能源消費情況看:預計2040年,中國、印度消費量占比分別達到23%和10%,年均增長為0.7%和3.3%;美國和歐盟消費量占比分別達到13%和8%,年均呈現-0.3%和-1.1%的增長。

石油和煤炭消費量急速下降(比較表1與表4),特別是煤炭消費量在2017-2040年年均增速-5.3%,主要原因是基于快速轉型情景下“更低碳排放”的要求,預計到2040年,碳排放量減少45%左右。此情況下,核能、水電和可再生能源的增長將更快,年均增長分別為2.3%、1.9%和9.6%。

表3 快速轉型情景下,2017-2040年主要地區一次能源消費情況

地區2040年消費總量/104 t油當量占比/(%)消費增量/104 t油當量增量變化/(%)年變化率/(%)中國3 70023568180.7印度1 588108351113.3美國2 07513-159-7-0.3歐盟1 3028-387-23-1.1中東1 3438446501.8俄羅斯71341520.1巴西4373142481.7世界16 3901002 879210.8

表4 快速轉型情景下,2017-2040年能源種類消費情況

能源種類2040年消費總量/104 t油當量占比/(%)消費增量/104 t油當量增量變化/(%)年變化率/(%)石油3 84523-693-15-0.7天然氣4 343261 187381.7煤炭1 0797-2 653-71-5.3核能1 0126416702.3水電1 4039484531.9可再生能源4 708294 1387259.6

1.2 能源生產結構向更低碳系統轉變

隨著美國能源生產的強勁增長以及中國能源供給擴張的放緩,全世界能源的生產結構也在轉變。預計2020年、2030年和2040年一次能源生產總量分別為1.44×1010t油當量、1.6×1010t油當量和1.78×1010t油當量,2020-2030年和2030-2040年分別增長11.1%和11.25%,年均生產增長總量分別為1.2%和1.04%。在漸進轉型情境下,石油、天然氣和可再生能源的增長驅動了美國能源生產的增長,但隨著美國致密油的開采,產量見頂并且逐年降低,能源產量會日益減緩。俄羅斯天然氣產量比例逐漸降低,使俄羅斯占全世界能源產量比例小幅降低(占比5%降至4%),但俄羅斯仍是世界上最大的油氣出口國。在可持續發展的經濟模式下,中國能源生產增長與過去20年相比明顯減緩,在展望期間,可再生能源和核電飛速增長。雖然目前傳統化石能源仍占世界能源主導,但清潔能源消費增速將超過化石能源增速[8]。

2 液體燃料

2.1 液體燃料的供給

2.1.1 美國致密油增長強勁

美國致密油產量不斷增加是世界石油產量增長的主要原因之一。在漸進轉型發展趨勢下,美國未來10年,致密油產量增加接近6.0×106桶/d,到2030年高峰時總產量將接近1.05×107桶/d,預計2040年總產量將降至8.5×106桶/d。由此可知,至2030年,美國液體燃料(致密油和天然氣凝析液)的產量在全世界將起主導作用。在此期間,受其影響,歐佩克國家的液體燃料產量將停滯,僅占市場份額36%,到展望后十年恢復,預計到2040年,石油輸出國組織液體燃料產量約4.4×107桶/d(占市場份額41%)。展望期間,非歐佩克國家液體燃料供給增長6.0×106桶/d,占市場份額59%[1]。

2.1.2 原油產量增長有限

在漸進轉型情景下,全世界液體燃料產量在2040年將達1.08×108桶/d,在展望期間增長1.0×107桶/d,其中,原油和凝析油貢獻了少于3.0×106桶/d的增量。主要增量為天然氣凝析液增長5.0×106桶/d(美國3.0×106桶/d和中東2.0×106桶/d),以及“其他液體燃料”增長(3.0×106桶/d),特別是生物燃料,到2040年生物燃料的貢獻將從2.0×106桶/d增長到4.0×106桶/d,其大部分生產集中在美國和巴西。2000-2040年全世界液體燃料生產量變化趨勢見圖1。

圖1 2000-2040年全世界液體燃料生產量變化趨勢

2.1.3 煉廠產量增長受限

非煉油生產的液體燃料強勁增長使煉廠生產承壓,到20年代中期煉廠生產已逐步平穩,預計到2040年僅增加3.0×106桶/d。而2017-2023年,新規劃加在建煉廠產能共9.0×106桶/d。除此之外,很多新興經濟體,包括中國、印度和中東,過去常按照其需求規劃相應或額外產能，如果這些地區繼續這種實踐,將意味著其他地區需要削減煉廠1.0×107桶/d產能。會使成熟市場中大量煉油廠關閉,例如歐洲、經合組織亞洲國家、以及北美部分地區。

2.2 液體燃料需求

展望期間,液體燃料需求將在逐漸見頂前的一段時間內繼續增長,主要是由于亞洲經濟體快速發展促進需求的增長,經合組織的需求將逐漸下降。在漸進轉型情境下,未來十年左右,全世界液體燃料需求增長1.0×107桶/d,即到2030年左右從9.8×107桶/d增長到1.08×108桶/d，見圖2。交通行業液體燃料消費占比保持在55%,仍在液體燃料需求上占主導地位,預計到2040年,需求將從5.6×107桶/d增長到6.1×107桶/d。非燃燒用石油在展望期間從7.0×106桶/d增長到2040年的2.2×107桶/d,成為需求增長的主要來源,其中,工業和建筑兩個行業的能源消費都比過去放緩,建筑能源消費從年均增長1.5%降至1.1%,到2040年將達到能源消費總量的1/3左右,工業能源消費從年均增長1.95%降至0.85%。

圖2 不同行業液體燃料的需求量變化

2.2.1 非煉廠生產供給液體燃料需求增長

在漸進轉型情景下,液體燃料需求增長由液化石油氣和石腦油需求增長主導,2040年液化石油氣和石腦油由煉廠生產8.7×105桶/d,由非煉廠生產5.57×106桶/d。液化石油氣、石腦油和汽油很大程度由天然氣凝析液和生物乙醇滿足，僅有煤油的增量主要是來自煉廠。

2.2.2 石油需求總體穩定下降

2017年,石油仍是最主要能源,占一次能源消費總量34%。發展中國家(如中國、印度等)石油需求保持增長,但歐盟、美國和日本等石油消費保持基本穩定,并有所下降[3],預計到2030年,中國石油需求達到峰值,之后將穩中有降[9]。在漸進轉型情景下,預計到2040年，石油消費量4.86×109t油當量,在一次能源消費總量中占比27%(年均0.3%),與2017年相比占比下降了7%,但從整體來講,到2040年世界能源系統中石油仍占據重要地位,需求量8.0×107～1.3×108桶/d。

3 天然氣

3.1 天然氣產量增長強勁

天然氣低成本供應充足,預計2040年天然氣產量53 700×108m3,展望期間天然氣產量增長16 900×108m3(46%),年均增長1.7%。對天然氣產量的增長起主導作用的有美國和中東(包括卡塔爾和伊朗),2040年天然氣增產分別為3 500×108m3和4 250×108m3(占展望期間天然氣產量近一半的增量);另外,中國和俄羅斯的天然氣產量也大幅增長,2040年天然氣增量分別為2 250×108m3和2 000×108m3。

3.2 天然氣需求市場廣闊

依據2015年通過的《巴黎協定》,各國制定減排目標,推動能源結構的調整[6],天然氣作為新興的低碳能源,需求增長快速,2017年在世界一次能源消費量中占比23%,過去20年間,天然氣消費量年均增速2.5%。在漸進轉型情景下,預計2040年天然氣需求量4.62×109t油當量,占比26%,成為世界第二大能源。在2017-2040年間,年均增長率為1.7%,即2017-2040年期間增長46%,增長速度比石油和煤炭都快,是唯一在展望期間增長較快的石化能源。天然氣市場需求廣闊,中國《“十三五”能源規劃》中指出:中國能源消費中天然氣占比在2020年達10%,2030年占比達15%;美國、中東、俄羅斯、非洲、歐洲等國家和地區天然氣需求都有增長[7-8]，見圖3。

圖3 2017-2040年天然氣需求和生產增長

分行業看:工業及電力行業的增長對天然氣需求增長起到了主導作用。在漸進轉型情景下,到2040年工業行業天然氣用量達到17 647×108m3,在2017-2040年期間增長了50%;全世界電力需求的總體上升驅動天然氣需求上升,電力行業天然氣用量20 588×108m3,從過去20年增速167%到展望期間增速46%,但增量放緩,展望期間電力行業使用天然氣的占比保持在20%左右;盡管交通領域天然氣需求增長200%,但是至2040年天然氣需求量僅1 765×108m3,需求增量為1 177×108m3,需求增量相比工業和電力較小，見圖4。

圖4 1990-2040年各行業天然氣需求量增長趨勢

分行業分區域看:發展中經濟體(尤其是天然氣資源豐富的中東和非洲)持續工業化主導了展望期間工業天然氣需求的增長,展望期間,中東電力行業、工業天然氣用量增長分別為885×108m3和1 154×108m3;非洲電力行業、工業天然氣用量增長分別為1 000×108m3和538×108m3;部分地區的煤改,特別是中國也導致工業天然氣需求增長,電力行業、工業天然氣用量增長分別為1 000×108m3和1 538×108m3，見表5。

表5 2017-2040年各行業各區域消費增長

(109 m3)

3.3 天然氣貿易活躍

3.3.1 液化天然氣貿易增長迅速

液化天然氣供應持續增長,在全世界天然氣貿易中占比也不斷增加,并在2020年末將領先管道氣。展望期間管道天然氣貿易增長2 000×108m3,液化天然氣貿易增長5 000×108m3,到2040年液化天然氣的供應量將占總需求的15%以上。

在漸進轉型趨勢下,2017-2040年液化天然氣貿易從4 000×108m3增長到9 000×108m3,實現翻倍增長。展望期間,北美引領液化天然氣出口的增長,從195×108m3增長至2 146×108m3,中東、非洲和俄羅斯分別增長976×108、781×108和634×108m3。隨著市場的逐漸成熟,美國和卡塔爾將成為兩大液化天然氣出口中心,到2040年兩國占全世界液化天然氣出口總量的40%，見圖5。

圖5 2017-2040年世界液化天然氣出口量增長趨勢

亞洲仍是全世界液化天然氣的主要進口方[9],但進口結構有所變化，到2040年中國進口1 366×108m3、印度進口1 171×108m3，其他亞洲國家進口2 000×108m3,進口量有望占進口量的一半,將超過老牌進口大國日本和韓國(共進口1 660×108m3),但歐洲仍是重要的需求市場(進口1 268×108m3)，見圖6。

圖6 2017-2040年全球液化天然氣進口量變化趨勢

3.3.2 天然氣出口多樣性增加

管道氣和液化天然氣之間的競爭隨著液化天然氣供給的增加不斷加劇,在歐洲和中國尤為嚴重。在漸進轉型情景下,天然氣在歐洲的產量下降40%,致使到2040年歐洲對外天然氣依賴程度增加到約75%，見圖7～8。

圖7 歐洲天然氣供給量變化趨勢

圖8 中國天然氣供給量變化趨勢

歐洲現有的基礎設施支持歐洲大幅提升其液化天然氣或管道氣的進口量,到2040年,從俄羅斯進口2 430×108m3,占總需求量的41%。在中國,雖然國內天然氣產量大幅提升,到2040年增長至3 643×108m3,增長了112.5%,但對天然氣的需求增長速度仍大于供應增長速度,預計到2040年,對進口的依存度將超過40%,大約一半的進口增量將由俄羅斯(供給643×108m3)和其他獨聯體國家(供給679×108m3)的管道氣來提供,剩余增量來自液化天然氣(供給143×108m3)。

4 煤炭需求大幅放緩

世界能源正在去煤炭化,全世界煤炭消費增速雖比過去大幅放緩,但由印度和亞洲其他國家的增長抵消。2017年,世界煤炭產量7.549×109t,在世界一次能源總量中占比28%,略有上漲,到2020年左右世界煤炭需求達到峰值,然后逐漸緩慢下降。在漸進轉型情景下,預計2040年煤炭需求量3.63×109t油當量,在世界一次能源總量中占比下降到20%,年均增量-0.1%,可見,全世界煤炭消耗維持在現有水平。在過去20多年,煤炭是能源需求增長的最大來源(增長68%,年均增長2.4%)[10-13]。

分地區看:2017年中國煤炭產量3.445×109t,預計2020年前,中國煤炭仍將小幅增長[13],見圖9。在漸進轉型趨勢下,中國繼續主導全世界煤炭市場,展望期間中國更平衡和更可持續的經濟增長,使煤炭在能源占比中大幅降低,從60%降低至35%,其中煤炭減少的總量由天然氣和可再生能源的增量所抵消,全世界煤炭市場將轉變為使用更潔凈和更低碳的能源。

圖9 分地區煤炭消費量變化趨勢

由于印度和其他亞洲新興經濟體的發展,其電力需求量增大,使煤炭需求量增加,印度是煤炭消費增長最大的市場,印度電力行業煤炭在展望期間需求增長3.44×108t油當量,煤炭比例僅小幅下降。預計到2040年,印度的煤炭消費將占全世界煤炭消費總量的25%。

在展望開始階段,多元化的能源結構在歐盟和美國就已實現,石油及煤炭使用量不斷減少,煤炭年均降幅都超過2%,這些將由可再生能源使用的增加所抵消,在美國還包含天然氣。日本煤炭消費正逐年下降,年均下降1.66%[14-15]。

5 可再生能源需求增長強勁

增長快速的可再生能源(包括風能、太陽能、地熱能、生物質和生物燃料)作為低碳綠色能源,將快速地滲透到全世界的能源體系中,成為世界能源轉型的主要方向[16]。在漸進轉型情景,可再生能源在一次能源中占比從1%增加到10%需要大約25年,滲透速度比以往任何能源都快(石油用了45年,天然氣用了超過50年),2017年可再生能源需求5.71×108t油當量,在世界一次能源總需求消費中占比4%;到2040年可再生能源需求2.75×109t油當量,在一次能源需求占比達15%,年均增速7.1%,增長迅速，見圖10[1]。

圖10 可再生能源在世界能源中的占比

預測到2040年，電力將占全世界能源消耗的40%,可再生能源將占世界總發電量的30%,約占全世界新增發電量的66%,在全世界電力市場份額大幅增長情況下,可再生能源將是未來全世界主要的電力來源。

分別考慮不同能源:在展望期間,風能和太陽能發電顯著增加(分別為5倍和10倍),由于經合組織2030年起禁止傳統煤炭發電,在2030年后主要電力來源將是風能，圖11。據統計,可再生能源在2017年的發電量占全世界總發電量比重的24.5%,占新增凈發電總量的近2/3,太陽能光伏發電量增長了32%,風電增長了10%[15,17],由于成本降低,到2040年全世界電力市場發電量將翻一番。

圖11 可再生能源發電量占比

分地區看:歐盟的可再生能源增長迅速,到2040年,在歐盟電力市場,超過一半來自可再生能源發電，圖12[1]。發展中國家主導了可再生能源的增長,中國的可再生能源增長最快,到2030年印度是增長第二快的國家[4,18]。在全世界可再生能源發電的增量中,中國、印度等亞洲國家占比接近50%。

圖12 分地區可再生能源發電量占比

6 核能和水電需求持續增長

在展望期間,雖然核能和水力發電總量持續增長,但與總發電量相比,仍然較慢,因此這兩者在電力結構中的占比不斷下降。

2017年,核能占世界一次能源消費總量的4%,但仍低于1995年峰值時期的占比6%。目前,美國和歐盟的核電在全世界占比最高,歐盟略有下降,日本核能正高速增長。法國計劃到2025年,將核電發電占比從目前的75%降到50%[19-20]。在漸進轉型情景下,預計2040年全世界核能需求總量7.7×108t油當量,占比4%,展望期間年均增長1.1%,與過去20年相比(年均增長0.6%)增長加快，見表2。中國核能發電量大幅增長,2017年中國核能增長量為7.92×106t油當量,到2040年中國核能發電量還將增長1 000×109kW·h,此時,中國與整個經合組織的水平大致持平[1]。

預計2040年,全世界水電需求總量1.245×109t油當量,占比7%,展望期間水電年平均增長1.3%,與過去20年相比增速(2.2%)大幅降低。在漸進轉型情景下,中國仍是世界上最大的水電需求增長來源國,但水電增長的基礎變得更加廣闊,其他亞洲國家、拉丁美洲和非洲都有實質增長，見圖13。

圖13 分地區年均水電發電量增長

7 結論

針對各種能源情況的發展預測可見,總體而言,隨著生產水平的增長和經濟發展的繁榮,全世界能源需求持續增長,但能源強度加速降低。預計至2040年,全世界能源發展的主要特點:1)全世界一次能源需求增速逐步減慢,向更低碳能源系統轉變;2)化石能源仍是目前到2040年間世界能源的主導,其中美國致密油增長強勁,石油需求總體穩定;全世界天然氣增長強勁,天然氣需求市場廣闊;3)煤炭需求大幅放緩,到2020年左右將出現世界煤炭的峰值;增長最快的能源是可再生能源,2040年在能源需求總量中占比15%、核能(占比4%)和水電(占比7%)持續增長。

目前，中國能源消費水平依然保持強勁增長,能源供需充足,但在展望期間仍以石油、天然氣、煤炭化石燃料為主,因此,二氧化碳減排壓力依然嚴峻。仍需對能源結構繼續優化,加快向再生能源轉型的步伐。