1.1新旧更迭是能源发展的必然趋势
能源发展的历史是伴随着人类文明和科技发展的历史，能源转型往往表现为一次能源主导地位的更迭，新能源取代旧能源。世界能源结构曾经历了煤炭代替薪柴、石油代替煤炭两次重大变革，并正在经历从化石能源向可再生能源的变革。
第一次能源变革：由薪柴能源时代进入工业社会的“黑色文明”。工业革命之前，薪柴为主的能源就能满足人类社会烹煮和取暖需求。1769年瓦特发明蒸汽机，随着第一次工业革命带动生产力的发展，薪柴已经不能满足人们对能源的需求。煤炭由于易于开采、燃烧热量高、便于储藏运输等优点，成为驱动蒸汽机的动力源，并于1880年在一次能源消费比例中超过了木柴，成为消费量最大的一次能源。煤炭能源时代是人类社会进入化石能源时代的第一个阶段。
第二次能源变革：由煤炭和蒸汽机时代，步入石油与内燃机的时代。1876 年，奥托发明内燃机，石油作为内燃机的动力正式走上历史舞台。之后福特的T型车和莱特兄弟的飞机革新了人类交通的方式。内燃机在交通运输工具的变革，使石油、天然气需求量快速增长，带动石油化工和天然气行业的发展。石油、天然气逐步成为继煤炭之后最重要的能源品种和化工原料，人类社会进入化石能源时代的第二个阶段“油气时代”。
第三次能源变革（正在进行时）：全球能源正在向高能量密度、绿色化、多元化方向发展。在经济全球化和应对全球气候变化的背景下，为解决的气候变化、供应安全、能源稀缺等问题，全球能源生产和利用正在向更高效、更方便、更清洁、更安全、更可持续的方向发展。互联网及其他前沿信息技术将是本次能源变革中的重要技术平台，以电力系统为核心，能源源互联网可充分利用清洁、高效能源。能源生产者和消费者均是网络的结点，从而能够实现双向转换。新一轮产业革命对能源产生新的需求，技术创新将为能源革命提供工具，同时能源革命支撑经济社会变革。
参考观研天下相关发布的《2018-2023年中国能源金融产业市场规模现状分析及未来发展趋势预测报告》
图：世界能源体系演替情况——各主要能源消费占比变化
以史为鉴，新旧更迭是能源发展的必然趋势，同时能源转型也是经济转型和大国崛起的重要驱动力。但能源转型不是一蹴而就的，新旧能源的更迭往往需要至少半个世纪的时间。总结能源转型的历史，我们得出以下经验：首先，能源转型是经济转型的重要推动力。能源转型将极大促进社会生产力的跨越式发展，从推动蒸汽机转动、开启工业革命时代的煤炭；到驱动内燃机并成为现代工业、运输业血脉的石油；再到以“清洁石化能源”著称的天然气。这些化石能源改变了历史进程，实现了现代化农业，推动了工业化进程，迸发出多种便利快速的交通运输，飞机和纵横交错的交通网将世界连在了一起。
其次，能源转型为大国崛起提供重要契机。第一次能源革命中煤炭的应用，促使18-19世纪的英国成为世界性强国；20世纪第二次能源革命中石油的推广使用，促使美国成为全球经济的霸主，均印证了能源转型对大国崛起的重要意义。在以燃油为主的传统内燃机领域，我国经济社会发展受到能源供应安全、专利技术纠纷等各种制约。新能源的兴起为我国实现强国梦、民族复兴带了重大历史机遇，我国正积极推动向高能量密度、绿色化、多元化方向的第三次能源革命，力争占据能源转型和经济发展的制高点。
同时，历史也印证了能源转型的长期性。一次成功的能源转型至少经过半个世纪以上的时间。但在技术进步的不断促进下，能源演替的速度不断加快，1640-1880年，薪柴作为最主要的世界能源长达240年；之后的84年里，煤炭作为世界最主要能源；预计石油作为世界能源霸主将维持76年；之后，预计天然气将主导世界能源约50年，随后可能被绿色能源所取代。
新能源代替旧能源，没有一次是由于能源的枯竭，煤炭代替薪柴、石油替代煤炭等能源变革过程，均是由科技的进步和突破所推动。本次能源革命不同于以往依赖新能源的发现（煤炭、石油、天然气），而是将依靠科学技术的突破实现变革。同时新能源的变革和发展可能也会面临旧能源利益的纠葛和阻力。在这个过程中，可能出现新旧能源长期共存的局面，石化能源中最清洁的天然气很可能成为过渡性能源。
图：1800-2020世界能源发展趋势（单位：10亿吨油当量）
1.2谁将是未来能源领域的王者？
2030年前能源发展蓝图：清洁替代是全球一次能源供应结构变化的基本趋势，但传统化石能源仍是世界能源的主导。虽然各机构对未来能源消费结构的预测存在一定差异，但均认同清洁能源消费增速要超过化石能源的消费增速这一观点，2030年非化石能源占比将达到20% 。三大化石能源的消费比较均衡，综合各机构的预测结果，2030年煤炭、石油和天然气的消费占比范围分别为18%-27%、24%-33% 和22%-26%。其中，国网能源研究院《能源展望报告》对清洁能源的发展最为乐观，认为受益于储能技术的快速发展，2030年非化石能源的比例将超过30%，而三大化石能源的消费比重大幅下降，其中煤炭下降最为明显，2030年预计将仅占18%，石油和天然气占比均在25%左右。
图：1990-2035年世界能源结构发展趋势
图：1990-2035年世界各类能源消费情况
图：不同机构对2030年全球一次能源消费结构预测
图：1990-2035年天然气消费量发展趋势及预测
图：1990-2035年可再生能源消费量发展趋势及预测
能源演变基本遵循从低能量密度到高能量密度的过程。燃烧薪柴时代，能量密度为10-20MJ/Kg水平；以工业革命为标志，步入煤炭时代后，能量密度逐渐提高到30MJ/Kg以上；第二次工业革命后，进入石油时代，能量密度进一步提高到40MJ/Kg以上；展望未来，进入氢燃料电池时代，能量密度将达到140MJ/Kg水平。从能量密度来看，氢燃料电池可能是人类能够安全使用的终极能源，也是未来能源发展方向之一。
图：各时代标志性能源能量密度
能源更迭替代基本遵循绿色发展的方向。近年来，温室气体引发的全球性气候问题愈发受到关注，低二氧化碳、甲烷和氮排放的能源是未来能源发展的大方向。在各类主要能源中，煤炭的碳排放系数最高，达到0.91kgCO2/kWh；石油低于煤，为0.77kgCO2/kWh。可再生能源（太阳能、风能、生物能等）和天然气是碳排放系数最低的两类能源：天然气发电的碳排放系数为0.51kgCO2/kWh，远低于煤和石油；可再生能源的碳排放系数在0.05kgCO2/kWh以下。传统薪柴的甲烷和氮排放系数最高，达到30kg CH4/TJ和4 kg N2O/TJ；煤炭的氮排放系数达到1.5 kg N2O/TJ，相对较高；车用汽油、柴油和生物质燃料的甲烷排放系数较高，达到3kgCH4/TJ。
图：各类能源碳排放系数
表：各类能源甲烷和氮排放稀疏系数
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