第3章　绿色建筑与可再生能源

3.1　全球能源资源概况

随着技术的发展，能源的消耗呈现快速和显著的增长。19世纪后半叶，人类从依赖于木料为主要能源过渡到煤炭；20世纪中期，再进入石油时代，人均耗能量与经济因素直接相关，气候、人口密度、工业类型等因素也起着重要作用[1]。在全球面临能源危机的形势下，理清当前的能源资源状况，才能够把握将来的能源发展趋势。

3.1.1　能源分类

能源资源是指为人类提供能量的天然物质。它既包括煤、石油、天然气、水能等传统能源，也包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、核能等新能源。能源资源是一种综合的自然资源。

能源有各种不同的分类方式。根据人类开发利用历史的长短，可分为常规能源和新能源；根据能源消耗后是否可恢复供应的性质，可分为不可再生能源和可再生能源；根据是否经过转换利用，可分为一次能源和二次能源。一次能源是从自然界直接取得可直接利用的能源，如传统的化石燃料（如原煤、原油），也包括一些可再生能源（如水能、风能、太阳能等）。二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源，如电力、蒸汽、汽油、柴油、酒精、沼气等。

从上面的分类可见，各种分类方法有所交叉。以可再生能源为例，它属于一次能源，除上述的水能、风能、太阳能之外，还包括生物质能、地热能和海洋能。新能源相对于常规能源，定义为新近发现和开发利用的，相关技术可能尚未成熟而有待研究发展的能源，如核能、油页岩等。油页岩属于非常规油气资源，因储量丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的替代能源，它与石油、天然气、煤一样都是不可再生的化石能源。可再生能源中除了水电之外基本都属于新能源。近年来，规模最大的新能源供应当属非常规油气资源[2]。非常规油气资源开发主要出现在高度竞争的北美能源行业。按照英国石油公司（BP）2014世界能源统计年鉴，如果我们把十年前尚不存在的燃料定义为“新燃料”，那么各种“新燃料”的总和，包括各种可再生能源，在2013年度的全球一次能源生产增长中的比重高达81％。

3.1.2　能源储量

根据上述趋势我们可以看到：虽然新能源、“新燃料”在近年的全球能源供应中比重增长最快，但石油、煤炭、天然气仍然是世界上最重要的能源，迄今为止三者之和仍超过一次能源供应总额的80％[2]。如果将天然气凝析油、天然气液体产品（NGL）的储量数据计算在内，并加上原油储量，石油是地球上储量最丰富的常规能源。世界上主要能源资源的基本情况如下：

截至2013年底，世界石油探明储量为16879亿桶，满足53.3年的全球生产需要。南美洲的委内瑞拉石油储量达到2983亿桶，占世界总储量的17.8％，位居世界第一。OPEC成员国继续保有主要储量，占全球石油探明储量的71.9％。中南美洲的储产比仍为全球最高。在过去的十年中，世界石油探明储量上调，即亿桶。

27％35002013年底，全球天然气探明储量为185.7万亿m3，可保证55.7年的全球生产需要。在2012年探明储量比前一年底下降0.3％后，2013年较之2012年增长了0.2％，是美国的增长额7.1％造成了全球2013年的净增长局面。伊朗和俄罗斯拥有世界最大的天然气探明储量，分别为33.8万亿m3和31.3万亿m3，占世界总储量的18.2％和16.8％。

2013年底煤炭探明储量约为8915.31亿t，满足113年的全球生产需要，是目前为止化石燃料中储产比最高的燃料。欧洲及欧亚大陆的煤炭储量最大，其中探明储量最多的国家是美国，储量为2372.95亿t，占世界总储量的26.6％，俄罗斯和中国的储量次之。

3.1.3　能源生产和消费

进入21世纪的第二个十年，在全球经济增长放缓的背景下，全球能源消费增速总的来说呈下降形势。如2012年，全球一次能源消费增长1.8％，远低于过去十年2.6％的平均增速，2013年全球一次能源消费增长2.3％，仍低于过去十年2.5％的平均增速，从区域来看，除了个别区域如2012年的非洲、2013年的北美地区，其他地区的一次能源消费增速也低于历史平均水平。2013年，石油仍是全球主导燃料，占全球能源消耗的32.9％，但石油的市场份额自2000年后连续下滑，达到50年来的最低值。全球能源消费的净增长主要来自新兴经济体，中国保持了最大的能源消费净增量。欧盟及日本的能源消费量跌至近20年来的最低值。

全球自1988年以来的石油生产和消费增长情况如图3-1所示。2013年世界石油产量增长仅为0.6％，即55万桶/日，低于全球石油消费增幅的一半，虽然新兴经济体贡献了净增长，美国仍然是石油消费和生产的最大增长国。2013年全球石油消费增长1.4％，即140万桶/日，与历史平均值持平。中国自1999年以来成为全球石油消费的最大增量国，但这一地位在2013年被美国取代。2014年迄今为止，由于美国需求的增长幅度减小及中国需求的进一步放缓，全球石油需求增长减速。

同样，全球25年来的天然气生产和消费增长情况如图3-2所示。2013年世界天然气产量增长1.1％，远低于过去十年2.5％的平均生产增长率。其中美国保持了世界主要生产国的地位，俄罗斯和中国的天然气共同达到最大的生产增量，天然气消费方面，2013年增长率为1.4％，低于历史平均值2.6％，最大消费增量为中国和美国，占81％的全球消费增长量。天然气已占据23.7％的一次能源消费总量。

全球1988—2013年的煤炭生产和消费增长情况如图3-3所示。2013年全球煤炭产量增长仅为0.8％，为2002年以来最低，中国达到其自2000以来的最小生产增长率，仅为1.2％。近年来煤炭消费增长趋缓，连续低于过去十年的平均水平，如2013的增长率为3％，低于过去十年3.9％的平均水平，但煤炭仍是消费增速最快的化石燃料。非经合组织国家的煤炭消费增长3.7％，低于历史平均水平，仍占据全球增长的89％。尽管中国煤炭消费增长绝对值为2008年来最低，但仍占全球煤炭消费增长的67％。煤炭在全球一次能源消费中所占比重为30.1％，达到了1970年以来的最高水平。

全球核能发电量在日本福岛核电站事故后经历了连年下降，2013年重回增长态势，但仅为0.9％，核能发电增长主要出现在美国、中国和加拿大。日本仍处于下降趋势，下降率为18.6％，自2010年以来已减少了95％的核电。总体上，核电在能源消费中的比重降到1984年以来的最小值，仅占全球能源消费的4.4％。

2013年全球水力发电量增长2.9％，低于历史平均水平，以中国和印度为主，亚太地区占78％的全球水电增长量。水力发电量占全球能源消费的6.7％，也是有史以来的最高份额。

2013年可再生能源在发电和交通方面持续增长，在全球能源消费中所占比例从十年前的0.8％升至2.7％。用于发电的可再生能源增长16.3％，其发电量占全球发电总量的5.3％，而占全球能源消费量的2.2％，相当于水电的1/3。中国贡献了可再生能源利用的最大增量，美国次之。风力发电（+20.7％）再次占全球可再生能源发电量增长的一半以上，太阳能发电增长更为迅速（+33％），但其基数较小。全球生物燃料生产增长6.1％，低于历史平均水平，巴西和美国为生物燃料的最主要生产者。

3.1.4　能源价格

市场经济的能源价格受供求关系的影响，而供求关系中的供或求的变化都可以导致能源价格的突然变化。能源危机（通常涉及石油、电力或其他自然资源）是指因为能源供应短缺、价格上涨而影响经济。例如，电力生产价格的上涨导致生产成本的增加；石油产品价格的上涨增加了交通工具的使用成本，降低了消费者的信心。但是在有些情况下，危机可能是市场的流通不畅而导致，例如一些经济学家认为价格控制在1973年的能源危机加剧状况中起了重要作用。因此，合理运用能源的价格政策可促进生产，鼓励节约，使能源尽可能地获得充分、合理、有效的利用。

图3-4～图3-6所示为三大化石能源价格在近20年来错综复杂的走势。煤炭价格连续两年在所有地区都下滑，其余能源价格除北美地区外，在其他地区均呈上升态势。布伦特原油（Brent）作为国际原油价格基准，其年均价格自2009年来节节攀升，直到2014年才略有放缓，但基本保持着最高纪录——连续三年在每桶100美元以上。随着美国石油产量自2011年以来持续走高，使得美国西德州中质原油（WTI）比布伦特原油（Brent）的价格要低，且近三年的价差尤为显著。

天然气价格连年波动，2012年，欧洲和亚洲的天然气价格有所上涨，但北美的天然气产量的增长使得其价格下跌，2013年，天然气价格在北美和英国上涨，但其余地区均下跌。总体情况类似于世界原油价格，北美天然气价格仍明显低于世界其他地方，尽管这一差距在缩小。

3.1.5　能源和碳排放

人类活动导致了温室气体的排放，其中最主要的来源是能源消耗，另外一小部分来源于农业（主要为家畜和作物栽培中产生的CH4和N2O，以及非能源消耗的工业过程中产生的氟化物气体和N2O）。也就是说，以燃料燃烧产生CO2为主的能源消耗排放，占据了全球温室气体人为排放来源近70％的份额[3]，如图3-7所示。

全球经济的不断增长导致了能源需求的不断增加，2012年全球一次能源总供应是1971年的两倍多，主要依赖于化石燃料的增长。从前几节的数据也可以看到化石燃料还是占据世界能源供应的主导地位。尽管非化石能源（如核能和水能）也在逐渐增长，但相对来说在过去40多年内，化石燃料占世界能源供应的比重几乎不变，在2012年达到了82％的全球一次能源供应量。

从图3-8可以看出，自工业革命开始，燃料燃烧产生的CO2排放量呈指数级增长，到2010年急剧增长到32Gt。不断增长的能源需求，特别是化石燃料是CO2排放量上升的关键因素。