双重变革：第三次国际能源转型

世界能源体系在21世纪发生的第一重变革是非常规石油与天然气资源开采量的爆发式增长。其中，发生在美国的“页岩气革命”成为此轮变革的主要推动者。需要说明的是，“页岩气革命”实际上同时发生在石油与天然气领域，是一场油气领域的整体性革命[20]。在这种情况下，本文将在“页岩气革命”的框架下同时对两者进行探讨。

所谓“页岩油气”资源，指的是“蕴藏在以页岩为主的页岩层系中的石油与天然气资源”。这类资源所在的岩层自然压力低且孔渗性差，对开采有着较高的技术要求，属于典型的非常规油气资源。早在1821年，美国便在阿巴拉契亚盆地（Appalachian Basin）开展了首次商业性页岩气开采。不过，由于技术条件的限制，页岩气的开采量在很长时间里十分有限，在20世纪70年代仅为约20亿立方米，与美国同期近6000亿立方米的天然气消耗量相比几乎可忽略不计[21]。

随着水力压裂法与水平钻井法分别于1981年和2002年被应用于页岩油气开发，该领域的技术瓶颈得以突破，使页岩油气的产量在21世纪初实现了快速增长[22]。在2009年，学界首次使用“页岩气革命”（Shale Gas Revolution）一词来描述这一巨大变革[23]。在天然气领域，美国的天然气产量在1974年达到5594亿立方米后便开始持续下滑，并在1983年减少至4377亿立方米的历史最低点。随后，天然气产量虽出现了持续回升，但速度极为缓慢，在1986—2005年间，产量仅以年均0.6%的速度递增[24]。2005年后，在页岩气开采的带动下，美国天然气产量止跌回升，并于2011年突破了历史最高值。至2017年，美国的天然气产量已经从2005年的约4894亿立方米上升至7345亿立方米。与此同时，页岩气占美国天然气总产量的比重也逐渐上升，由2007年的10.68%上升至2017年的72.5%（参见图1）[25]。

得益于新技术的应用，美国的石油产量也呈现出类似的变化趋势。该国的石油产量在1970年达到了35.2亿桶后便陷入了长期的下滑，这期间只在20世纪70年代末因阿拉斯加与墨西哥湾等油田的投产而得到小幅回升。在2008年，美国的石油产量跌至18.3亿桶的历史最低点。2009年，伴随着“页岩气革命”的爆发，美国的石油产量止跌回升，并于2015年达到了34.3亿桶的高峰，逼近了该国历史最高值。在同一时期，页岩油占美国石油产量的比重也由2009年的11.13%上升至2017年的50.25%（参见图2）[26]。

图1　1971—2017年美国天然气与页岩气生产情况

数据来源：“BP Stats Review 2018 All Data”，BP，June 13，2018，https：//www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/xlsx/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2018-all-data.xlsx；“U.S.Natural Gas Gross Withdrawals from Shale Gas”，U.S.Energy Information Administration，Dec.31，2018，https：//www.eia.gov/dnav/ng/hist/ngm_epg0_fgs_nus_mmcfa.htm.

值得注意的是，其他非常规油气资源的大规模开发也对世界能源版图造成了巨大影响。其中，加拿大在1967年开始了对油砂（一种沥青、沙、富矿黏土和水的混合物）的商业性开采。通过后续处理，这些油砂可被转换为“合成原油”而加以利用。进入21世纪后，随着蒸汽辅助重力泄油（Steam-Assisted Gravity Drainage）与蒸汽吞吐（Cyclic Steam Stimulation）等技术的成熟与开采成本的降低，加拿大的油砂开采量迅速上升，并使加拿大的产油量在2017年达到了平均每日495.8万桶，成为世界第四大产油国[27]。而巴西则在同一时期开始了对盐下层石油（一种埋藏在厚岩石层与盐层之下的深海石油资源）的大规模开采。开采此类石油资源面临的主要挑战来自其埋藏的巨大深度以及由此带来的压力。2007年，巴西国家石油公司（Petrobras）与英国天然气集团（BG Group）在图皮（Tupi）海域约5486米的水下发现了约50亿～80亿桶石油资源，深度远超美国能源信息署（EIA）定义超深水钻探标准（仅为1524米）。2009年，巴西开始了盐下层石油的商业性开采。至2016年，其产量已达平均每日102万桶，约占该国石油产量的40%[28]。此外，委内瑞拉的超重油也是值得关注的对象。该国的大部分石油资源均以超重质原油的形式富集在奥里诺科重油带（Orinoco Belt）。由于超重质原油极为黏稠，在开采时需要加入水和乳化剂以促使其流动。该国对这一资源的商业性开发始于1983年。20世纪90年代以来，奥里诺科重油带的石油产量逐渐增加。2005年，委内瑞拉国家石油公司（PDVSA）出台了“石油播种计划”（Oil Sowing Plan），旨在通过增加对超重质原油开发活动的投资增加本国非常规石油的产量。该国计划在2019年将超重质原油的产量提升至每日400万桶[29]。

图2　1971—2017年美国石油与页岩油生产情况

数据来源：“U.S.Field Production of Crude Oil”，U.S.Energy Information Administration，Dec.31，2018 https：//www.eia.gov/dnav/pet/hist/Leaf Handler.ashx？n=pet&s=mcrfpus1&f=a；“U.S.Tight Oil Production”，U.S.Energy Information Administration，Dec.31，2018，https：//www.eia.gov/energyexplained/data/U.S.%20tight%20oil%20production.xlsx.

非常规油气资源的大规模开发对世界能源格局造成了重大影响，具体表现为两点：世界油气资源供应量的日益充足与供应源的逐渐多元化。从油气资源供应的绝对值角度上看，世界油气资源探明储量在21世纪初曾稳定在约1.3万亿桶与150万亿立方米。随着非常规油气资源的大规模开发与利用，世界油气储量于2007年进入了新一轮增长期（参见图3）。与此同时，油气资源的开采量也同步上升，分别由2000年的每日7490.7万桶、2.4万亿立方米，上升至2017年的每日9264.9万桶、3.7万亿立方米[30]。有机构认为，凭现有的石油资源便可满足全球2050年的能源消费[31]。油气资源供应充裕的直接后果便是能源价格的大幅下跌。从图4可以看出，除了在2009年因世界性的经济危机而出现了短暂的下滑外，国际油气价格在2000—2014年一直维持高位运行。2015年，随着“页岩气革命”的爆发，能源价格大幅下跌。根据国际能源机构（IEA）的预测，由于供应较为充足，在2030年之前，世界石油价格将不会出现大规模的上涨，预计价格区间将维持在每桶50～70美元[32]。

从油气资源供应的地域分布上看，非常规油气资源的大规模开发利用也促使世界能源供应的多元化。从历史上看，北美地区曾是世界主要的油气进口区。该地区油气进口量的最高峰为2007年的平均每日1146万桶与493亿立方米。不过，在非传统油气资源的带动下，该地区进口量逐步降低。2016年，北美地区石油与天然气的总进口量仅为每日457万桶与196亿立方米。2015年，北美地区甚至实现了小规模的天然气净出口[33]。预计北美地区在2020年便可实现油气资源的自给自足，并逐渐成为国际油气市场重要的出口源（参见图5）。由此可见，世界油气生产中心西移的趋势正日渐明朗。

世界能源体系发生的第二重变革是可再生能源产业的稳步发展。与非常规油气资源的大规模开发主要依靠技术突破不同，可再生能源产业发展的主要推动力源于政策引导与技术突破的共同作用。

在政策引导上，世界各国政府对可再生能源产业的扶植主要可分为两个阶段。第一个阶段发生在20世纪70年代。随着两次世界性石油危机的爆发，国际社会逐渐意识到传统的化石能源难以保障世界经济的持续发展。为保障能源的供应安全，发达国家开始发展替代能源，其中水电、风能、太阳能与生物质能等可再生能源便是发展的重要对象。其中，美国在1974年通过了首个太阳能法案，标志着现代可再生能源产业的诞生[34]。政策引导的第二个阶段始于20世纪90年代，主要的动因为环境保护。随着工业革命以来人类对化石燃料的大量消费，全球的碳排放量迅速上升。其中，在1950年至1980年碳排放量的跃升式上涨十分引人注目（参见图6）。碳排放量上升造成的一个严重后果就是气候变暖。据统计，在1981—1990年中，全球平均气温相较于一个世纪前上升了约0.48℃，其中，20世纪90年代是自19世纪中期开始温度记录工作以来最温暖的10年。此外，化石燃料燃烧导致的硫化物、氮化物、可吸入颗粒物等污染物排放的上升也引起了人们的广泛关注。1992年通过的《联合国气候变化框架公约》与1997年通过的《京都议定书》为发达国家规定了温室气体的减排义务。此后，可再生能源的发展迎来了第二个发展高峰。

图3　2000—2017年全球石油与天然气探明储量变化情况

数据来源：“BP Stats Review 2018 All Data”，BP，June 13，2018，https：//www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/xlsx/energyeconomics/statistical-review/bp-stats-review-2018-all-data.xlsx.

图4　2000—2017年全球石油与天然气价格变化情况

数据来源：“BP Stats Review 2018 All Data”，BP，June 13，2018，https：//www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/xlsx/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2018-all-data.xlsx.（注：石油价格为布伦特原油现货价格，天然气价格为日本液化天然气到岸价格。）

图5　1985—2035年全球石油与天然气出口量变化情况

数据来源：BP Energy Outlook 2035，London：BP，2015，pp.44，54.（注：负值表示该地区处于净进口状态。）(www.xing528.com)

在技术进步上，可再生能源产业能够稳步发展主要依靠的是运营成本的逐渐降低。目前，可再生能源已经在世界部分地区取得了相较于传统能源的成本优势（参见图7）。其中，太阳能光伏发电的成本降幅最大，发电成本已经降至平均每千瓦时0.12美元。此外，陆上风力发电、海上风力发电、聚光太阳能发电（Concentrating Solar Power）的燃料发电成本（levelised cost of electricity）已经分别降至每千瓦时0.07美元、0.15美元与0.27美元[35]。在液体燃料领域，一些国家与地区生物燃料的生产成本也已经与成品油价格较为接近。例如，2014年阿根廷、东南亚国家与欧盟的生物柴油价格分别为每升0.56～0.72美元、1～1.3美元与1.05～1.3美元；美国与巴西的燃料乙醇价格则分别为每升0.85～1.28美元和0.85～1.28美元[36]。

图6　1700—2000年人类燃烧化石能源产生的碳排放变化情况

数据来源：“Carbon Dioxide”，History Database of Global Environment，Aug.31，2010，http：//themasites.pbl.nl/tridion/en/themasites/hyde/emissiondata/carbondioxide/index-2.html.（注：数值为以二氧化碳排放量计算出的碳元素质量）

图7　2014年全球可再生能源与化石能源发电成本比较

数据来源：高慧、杨艳、饶利波等：《全球可再生能源发展态势分析》，《国际石油经济》，2016年第4期，第4页。

与非传统油气资源开发的爆发式增长不同，可再生能源产业的发展属于长时间稳步推进的过程。从图8可以看出，可再生能源在1965年的消费量仅有约212.2百万吨油当量，占世界一次能源消耗的比重为5.7%。1977—1983年，随着石油等传统能源价格的上升，可再生能源迎来了第一个发展高峰，消费量从342.4百万吨油当量上升至440.6百万吨油当量，所占比重也由5.5%上升至6.6%。随后可再生能源的消费量虽一直维持上升状态，但所占比重却有所下降。2003年后，可再生能源进入了第二个发展高峰，消费量由658.9百万吨油当量上升至2017年的1405.5百万吨油当量，占世界一次能源消耗的比重也同期从6.6%上升至10.4%。除了在消费量上的变化，可再生能源另一个显著的发展是利用形式上的多元化。在20世纪90年代前，水力发电几乎是利用可再生能源唯一手段。随后，风能、太阳能、生物质能等可再生能源形式也逐渐得到了大规模应用（参见图9）[37]。

图8　1965—2017年世界一次能源与可再生能源消耗量变化情况

数据来源：“BP Stats Review 2018 All Data”，BP，June 13，2018，https：//www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/xlsx/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2018-all-data.xlsx.

时至今日，在政策引导与技术突破的双重激励下，可再生能源成为目前国际社会发展的重点能源形式。在2015—2016年各国新增的发电能力中，可再生能源已经超过了传统的化石能源。据统计，2017年风能、太阳能、水力发电等可再生能源的新增装机容量达到了153吉瓦，占世界新增发电能力的59.1%。这一趋势在投资总量的变化上体现得更加明显。可再生能源在发电领域获得的投资在2012年超过了化石能源。各国2016年在可再生能源电站上的投资高达2498亿美元，而同期化石能源与核能得到的投资仅分别为1138亿美元与300亿美元[38]（参见图10）。从国别上看，发展中国家也日渐成为发展可再生能源的主力。2004年，发达国家占到了可再生能源投资总量的79.2%。随后，发展中国家在可再生能源领域的投资比重逐渐增大，并从2015年开始超过了发达国家。2017年，发展中国家在可再生能源领域的投资总额已经达1770亿美元，占比63.2%[39]（参见图11）。目前，可再生能源已经成为人类社会电力的重要来源，已经有约20个国家的可再生能源占发电量比重超过了50%。其中，冰岛已经实现了发电能源的完全可再生化，挪威与巴西也分别有高达96%和85%的电力来自可再生能源[40]。

图9　1965—2017年世界各类可再生能源消耗量变化情况

数据来源：“BP Stats Review 2018 All Data”，BP，June 13 2018，https：//www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/xlsx/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2018-all-data.xlsx.

图10　2008—2016年各能源形式在发电领域获得的投资额比较

数据来源：UNEP，Global Trends in Renewable Energy Investment 2017，Frankfurt School-UNEP Collaborating Centre，2017，p.34.（注：2012年之前化石能源与核电数据缺失）

图11　2004—2017年发达国家与发展中国家在可再生能源领域投资占比变化

数据来源：UNEP，Global Trends in Renewable Energy Investment 2018，Frankfurt School-UNEP Collaborating Centre，2018，p.21.

图12　2015年、2025年与2035年北美地区与中国各能源形式发电成本变化情况

数据来源：BP Energy Outlook 2035，BP，2017，p.42.（注：假设2015年、2025年与2050年建造的电厂生命周期内平均碳价分别为20美元/吨、40美元/吨、60美元/吨）

随着国际社会不断加大投入，可再生能源在未来将会获得进一步发展。根据英国BP公司的预测，可再生能源的发电成本在2015—2035年将进一步降低。以中美两国为例，至2035年风能与太阳能发电将取得相较于传统能源明显的成本优势（参见图12）。与此同时，可再生能源也将成为发电领域增幅最高的能源形式，预计年增长率将达到7.5%。在2015—2035年新增的发电量中，将会有40%来自可再生能源。其在全球发电市场中的份额也将从2015年的约7%增加至将近20%[41]。为实现可再生能源的快速发展，世界各主要国家和组织均出台了一系列激励政策。其中，欧盟早在2007年便通过了《2020气候和能源一揽子计划》（2020 Climate And Energy Package），计划至2020年使可再生能源占到总能源消费的20%。在欧盟于2014年颁布的《2030气候能源政策框架》（Policy Framework for Energy and Climate for 2030）中，该组织计划在2030年将可再生能源占总能源消费的比重进一步提升至27%[42]。美国也在2009年颁布了《美国清洁能源与安全法》（American Clean Energy and Security Act of 2009），规定从2012年起年发电量100万兆瓦时以上的电力供应商要有6%的电力供应来自可再生能源，并逐步将这一比重在2020年增加至20%。2020年，各州的电力供应中也必须有15%以上来自可再生能源。2015年，美国又提出了至2030年将除水力发电外的可再生能源占总发电量的比重提升至20%的目标[43]。此外，一些发展中国家也制定了类似的发展目标。例如，巴西在2015年就宣布将在2030年使可再生能源在能源结构中的比重提升至45%，其中可持续生物质能源的比重将上升至18%，除水电外的其他可再生能源形式将占到总发电量的23%[44]。