基于C02减排目标的2050年全球能源需求展望

 朱发根，单葆国，马丁，刘小聪，李江涛

 (国网能源研究院，北京  102209）

摘要：分析展望中长期能源需求，研究和提出相应的能源可持续发展战略，一直是国内外相关机构和学者研究的热点领域。应用时间序列、趋势外推、计量经济、能源系统（平衡）分析等模拟技术掏建了全球能源需求分析模型。在此基础上，以2050年能源消费产生的CO2,减排50%为目标设计了2℃情景，对该情景的能源需求进行了分析展望。研究显示：2℃情景下亚太地区特别是印度是全球能源需求增长的重要驱动力，全球一次能源需求总量将在2045年后趋近饱和：一次能源需求结构将实现由化石能源为主向非化石能源为主的转型，非水可再生能源快速发展是这一转型的主要动力；电能替代是终端能源消费结构变化的主旋律，电力将取代石油成为第一大终端用能。

关键词：减排目标：能源需求；模型；展望

0引言

 在全球CO2排放持续攀升的背景下，气候变化对全球经济社会和能源可持续发展的影响日益凸显，如何在21世纪中叶将气温升高控制在2℃以内，已成为人类亟须解决的重大命题。能源消费是全球C02排放的主要来源，因此，分析展望中长期能源需求，进而研究和提出相应的能源可持续发展战略，已成为国内外相关机构和学者研究的热点领域。

 从国内外相关研究采用的分析技术和模型来看，在过去数十年里，全球范围内先后诞生了世界能源模型(WEM)、国家能源模型系统(NEMS)等一批颇具代表性和影响力的模型[3-4]，这些模型有的被视作核心竞争力、为开发者所“独占”使用；有的允许付费应用，但其模型结构、参数没有考虑全球各地区的实际差异，第三方应用效果不够好。本文试图结合C02减排及气候变化的背景，根据全球主要地区能源经济环境系统的要素特征及相关数据，构建全球能源需求分析模型，对2050年的全球能源需求进行展望。

1模型原理

 建模的基本思路与逻辑为从经济社会发展到终端能源需求、从终端能源需求到一次能源供应、从一次能源供应到能源环境排放。模型采用模拟技术构建，具体技术包括时间序列、趋势外推、计量经济、单位产品能耗分析、单位产值能耗分析、周转能耗分析、能源系统（平衡）分析等，模型应用的方法为情景分析法。

模型综合考虑影响全球能源供需的经济增长、产业发展、人口增长、技术进步、能源政策等重大因素．据此设计相应的经济社会发展情景，并应用各种模拟技术计算分部门、分品种终端能源需求。接下来，考虑发电、供热、炼油、炼焦等加工转换环节．以全球温升控制2℃目标下的C02减排为基础，以能源供需平衡、能源资源、环境容量、生产能力、加工转换能力、清洁能源发展目标、投资成本等为约束，模拟计算分品种一次能源供需。在此基础上，根据分品种一次能源消费及排放因子核算CO，排放，并将结果反馈至终端能源和一次能源的计算求解，直至满足模型设定的排放目标。模型架构如图1所示。

2 3情景设计

根据政府间气候变化专门委员会(intergovernmental panel on climate change, IPCC)第五次评估第一工作组报告，只有实现减排力度最大的RCP2.6 (representative concentration pathway,RCP,浓度路径)情景才有较大可能在21世纪将气温升高控制在2℃以内，而要实现该情景．2050年前年均CO2排放要比1990年的水平低15%—96%。尽管未来各个年份的C02排放预算难以精确给出，但一般倾向于，到2050年C02排放至少要降至1990年的50%左右、累计排放不超过0.8～1.2万亿t，本文认同这一减排曰标，并考虑到化石能源消费是主要的C02排放源，以化石能源消费产生的CO，排放量减半为目标设计了相应的2℃情景。主要情景参数如表1所示。

3结果分析

3.1  一次能源需求

 展望期内（2014-2050年，下同），全球一次能源需求将由201亿t标准煤增长至291亿t标准煤．年均增长1.0%．增速不到21世纪前13年(2.4%)的一半。全球一次能源需求增速将逐渐放缓．2045年后需求总量将基本稳定在290亿t标准煤左右的水平上。

 2014-2050年．全球一次能源消费增量的90%以上来自亚太和非洲。展望期内，欧洲和北美能源消费量将减少超过10%，亚太、中南美、中东的能源消费量将分别增长80%、70%和60%左右，非洲则将增长近200%。由于基数大、增长快．亚太地区作为世界能源消费重心的地位进一步凸显．占全球的比重由约40%提高至500/0左右。亚太地区中，印度将逐渐取代中国成为世界能源消费增长的引擎，展望期内，印度将贡献全球增量的29.3%．较中罔高出约13个百分点，2040年后，印度的能源消费总量将超过美国．如图2所示。

全球范围内非OECD国家人均用能较快上升，但仍将低于OECD国家。展望期内，全球人均能源需求将由2014年的2.7 t标准煤增至2035年的3.0 t标准煤，之后基本稳定在该水平线上。到2050年，美国、俄罗斯的人均能源需求均超过6.0 t标准煤，处于第1集团：欧盟、日本和中东地区的人均用能为4.5—5.0 t标准煤．处于第2集团：中国、南非、巴西和其他北美地区的人均用能为3.5～4.5 t标准煤，处于第3集团；印度、其他国家和地区人均用能的增长幅度相对较大．但仍低于3.5 t标准煤，处于第4集团。如图3所示。

全球能源消费强度下降将超过一半，中同仍将显著高于世界平均水平。展望期内，全球能源消费强度将由2014年的3.4 t标准煤／万美元（2005年价）降至2050年的1.6 t标准煤／万美元。到2050年，日本、欧盟、美国的能源消费强度分别低至0.7 t标准煤／万美元、0.7 t标准煤／万美元和0.8 t标准煤／／万美元，较世界平均水平低50%以上：中国、印度的能源消费强度则分别高达2.3 t标准煤／万美元、2.6 t标准煤／万美元，较世界平均水平高50%~60%：俄罗斯、其他非洲的能源消费强度最高，均超过2.7 t标准煤／万美元。如图4所示。

展望期内，全球一次能源消费结构将实现由化石能源为主向非化石能源为主的转型，化石能源消费比重将由77.5%降至27.3%．其中煤炭需求将在2025年前达峰，由21世纪前13年增幅最大的化石能源变为降幅最多的燃料，展望期内年均负增长4.1%。石油需求将在2030年前达峰，展望期年均负增长2.1%。天然气需求将在2040年左右达峰，展望期年均负增长0.2%。非水可冉生能源则是展望期内增长最快的能源，年均增速为5.6%．水能与核能年均分别增长1.8%和2.1%．增速也高于一次能源消费增速。如图5所示。

3.2终端能源需求

展望期内．终端能源消费将由1 33亿t标准煤增至152亿t标准煤，年均增长0.4%．增速不到一次能源的一半．终端能源占一次能源消费的比重由65.8%降至52.1%．主要原凶是一次能源更多用于发电而非直接用于终端。分阶段看，全球终端能源消费总量将在2040年左右达峰．之后稳步下降。如图6所示。

 展望期内．居民和商业用能将山46.4亿t标准煤增加至63.3亿t标准煤，年均增长约1.0%．二者将贡献终端能源消费增量的80%以上，到2050年二者占终端用能的比重将超过40.0%；工业用能年均增长o.s%．将在2040年左右达峰，其中钢铁、建材、有色金属等高耗能行业用能多在2030年前后达峰：交通用能在2035年之前将保持增长，之后，由于电动汽车大范同普及、铁路电气化和轨道交通持续快速发展，交通领域的能源效率将大幅改进．能源消费将进入负增长通道。

电能替代是展望期内终端能源消费结构变化的主旋律，展望期内．终端消费部门的电气化水平将持续上升，电能消费增长的速度明显快于其他能源品种．电能占终端能源消费的比重由18.4%提高到53.9%，如图7所示，电能在2040年之前将超过石油成为第一大终端用能：太阳能直接热利用的占比也将有所上升，由0.3%增至4.6%：煤炭、石油、天然气等传统化石能源的份额则将持续下降，特别是在2035年后将快速萎缩，到2050年将较展望期初将减少超过一半．占终端能源消费的比重由66.0%降至31.2%。

终端及一次能源的细分结构可进一步通过能流图来分析（见图8）。从2050年的世界能流图来看，在终端能源需求侧，工业用能的一半以上是电力，油气也占一定的份额，交通运输用能的80%以上是电力和石油，商业和其他行业的用能需求主要是电力，居民生活则主要使用电能、天然气和其他能源（主要是生物质能）；在一次能源供应侧，水能、核能、风能、太阳能和其他非水可再生能源的利用形式主要是发电（少量用于供热），煤、油、气等传统化石能源则大部分用于终端消费（用作燃料或非能利用）。

4结论

 本文基于2050年能源消费产生的C02减排50%的目标，设计了2℃情景，对该情景下的能源需求进行了分析展望。研究显示：(1)展望期内全球一次能源需求将增加近一半．需求总量将在2045年后趋近饱和；(2)亚太地区特别是印度是全球能源需求增长的重要驱动力，印度将逐渐取代中国成为世界能源消费增长的引擎．将贡献全球增量的29.3%；(3)全球一次能源消费结构将实现由化石能源为主向非化石能源为主的转型．非水可再生能源快速发展是这一转型的核心驱动力：(4)电能替代是展望期内终端能源消费结构变化的主旋律．电力将在2040年之前超过石油成为第一大终端用能。