交通用能源低碳转型趋势及机遇

财富 2024-12-05 21:19 北京

原标题：交通用能低碳转型趋势及对国际能源贸易的影响

文/王军张鹏程向征艰刘江蒋小凤，中国石油国际事业中国石油经研院长城钻探工程有限公司华油集团有限公司，国际石油经济2024年第10期

交通部门是能源消费及二氧化碳排放的重点领域。当前交通用能占全球终端能源消费的1/3，交通运输活动产生的碳排放约占全球能源相关碳排放的24%。在主要能源终端使用部门中，交通部门用能多元化程度最低，石油长期占据绝对主导地位（90%），天然气占比约为4.3%，生物质约4.2%，电力约0.5%。其中道路运输消耗了绝大多数与交通运输有关的能源（78%），其次是海运（11%）、航空（8%）及铁路（3%）。

近年来，在全球能源转型加速背景下，交通用能开始向多元化、低碳化方向发展。本文结合中国石油集团经济技术研究院开发的能源展望模型和国际组织的研究成果，分析交通用能变化对近中期国际油气贸易格局带来的影响，以期为行业参与者研判形势提供相关参考，规划发展更具增长潜力的低碳燃料业务，抢占转型先机。

1 交通用能低碳转型进入加速期

近年来，随着低碳燃料（电力、甲醇、天然气等）、零碳燃料（绿色电力制备的氢、氨）以及生物燃料（生物柴油、可持续航煤等）的发展，交通领域的低碳转型逐渐呈现多元路径。从不同交通工具低碳化转型的技术路径看，乘用车以电气化为主，商用车多种低碳路径并行，航空燃料近期依靠生物燃料，远期需要低碳氢衍生的电子燃料，航运则以液化天然气（LNG）和甲醇等低碳燃料最具可行性。

1.1 全球新能源汽车销量和保有量保持较快增长，电气化加速替代公路交通用油

1.1.1电力成为轻型乘用车的主要替代能源

乘用车市场电气化率快速提升。2023年，全球新能源汽车销量约为1439万辆，其中中国、欧洲和美国是三大主要市场，占比分别为59%、25%和10%，新能源汽车渗透率已经分别达到31.6%、23.4%和10%。纯电动汽车占全部新能源汽车销售的69.5%，并将随着技术的成熟和成本的下降长期占据主导地位（见图1）。

国际能源署（IEA）预计，到2030年全球电动汽车销量将增长至4400万辆，年均增长率为16%，在全球新车销售中的占比将从2023年的17.8%提升至50%左右。其中，中国和欧洲渗透率更高，而美国受限于保护主义政策和充电设施建设滞后，渗透率可能不到30%；届时中国电动车保有量将占全球机动车保有量的1/3，欧洲达到1/5。

1.1.2商用车替代燃料更加多元化

在中国、韩国和一些欧洲国家，电动轻型货车、客车和卡车的销售正在快速普及，2023年全球新能源商用车销量达到57.7万辆，市场渗透率分别为轻型货车4.4%、客车3.1%、卡车0.91%。国际能源署预计，到2030年全球轻型电动货车的渗透率将达到30%以上。目前重型商用车的电动化渗透率较低，并且只在某些特定的场景应用，例如港口、钢厂、矿山等。从用能替代的角度看，商用车用能将更趋多元化（见图2）。

bp公司在其2024年发布的能源展望报告中预计，天然气、生物燃料、电和氢能占中型和重型车用能的比例将从2022年约10%增长至2035年的15%以上，基本满足新增用能需求，商用车领域使用石油的总量保持稳定。

1.1.3氢能汽车发展仍不温不火

2023年全球氢燃料电池汽车保有量增长20%，约1.54万辆，总量达到8.76万辆，其中约75%为乘用车，25%为商用车。目前，韩国是全球第一大氢能汽车市场，占全球保有量的40%；中国以近2万辆的保有量跃居第二，虽然乘用车仅800辆，但拥有全球95%的氢能商用车（超过1万辆氢能重卡）和80%的氢能公交车（约8000辆）；美国以1.82万辆乘用车位居第三。2023年，全球交通领域用氢总量仅4万吨左右，占氢能需求量的0.04%。由于使用成本较高，预计2030年前氢能在交通领域难以具备可观的石油替代作用（见图3）。

1.2 国际航运业多种燃料市场并存，替代能源整体占比仍较低

根据国际海事组织（IMO）的数据，2022年全球航运业消耗燃料3.2亿吨，对应二氧化碳排放量超过10亿吨，占全球排放的比重接近3%。国际海事组织已经设定了2030年全球航运业碳排放下降20%～30%、2050年前后实现温室气体“净零”排放的目标，并引入了现有船舶能效指数（EEXI）和碳排放强度指数（CII）以加强监管和审核。欧盟碳排放权交易市场2024年起将纳入航运业，2026年起要求航运企业为碳排放购买配额。

近年来，船舶动力燃料正向着多元化、低碳化的方向发展。当前，全球已有6%的船舶在技术上可使用替代燃料，主流替代燃料包括LNG、甲醇、氨、氢以及电池动力（见表1）。

目前LNG燃料应用最为广泛，已覆盖所有水域和船型。截至2023年11月，全球已有114个港口可提供船用LNG加注服务，已有426艘LNG动力船投入营运，同时536艘在建。甲醇、氢能、氨和电力等船舶动力受技术、成本和基础设施等制约仍处于探索或商业示范阶段。甲醇燃料主要应用于国际航运，已进入实船应用阶段；氨燃料动力船处于船型研发和关键装备系统研制阶段；氢燃料电池处于试点阶段，目前全球多国都开展了氢燃料电池试验船的示范运行，2023年中国已有多艘氢燃料电池船用于内河航运，但由于能量密度的局限性，氢燃料目前仅适用于小功率、短航程船舶；近年来锂电池船舶发展迅速，但能量密度低，仅适合短途航线。

今后一段时期，船舶燃料多种路线并行是主流选择。由于传统LNG相对于燃料油的减碳潜力仅为10%～30%，生物质LNG可减排2/3，减排效果有限，因此天然气主要起到近中期过渡燃料的作用。绿色甲醇可实现63%～99%的高比例碳减排，能够满足航运业中长期“净零”碳排放要求。甲醇燃料技术相对成熟，短期内可与LNG并行，中长期远洋船舶将以绿色甲醇和氨为主。截至2023年11月，全球已有近30艘甲醇燃料动力船投入运营，甲醇动力船订单已达到220余艘，全球有120多个港口拥有甲醇储存设施。近期，业界正积极开展氨燃料动力船型及配套装备的研发，2024年2月中国船舶集团有限公司获得来自比利时船东的全球首艘氨燃料动力集装箱船订单，将于2026年交付。bp公司预计，全球海运用能中石油制品的占比将从目前的99%降至2035年的约66%～85%（分别对应“净零”情景和基准情景），2050年进一步降至10%～62%。

1.3 航空业碳减排成为全球性共识，可持续航空燃料进入快速发展期

航空业年碳排放量占全球年碳排放总量的2%。全球航空出行需求增长潜力巨大，预计到2050年还将有75%的增长，由此带来35%的用能增长。2021年，国际航空运输协会（IATA）承诺在2050年之前实现全球民航业“净零”碳排放；2022年，国际民用航空组织（ICAO）更新其气候目标，计划到2050年实现全行业二氧化碳净零排放，由此开启全球航空业碳减排进程。

航空运输可能的替代能源技术主要分为可持续航空燃料（SAF）、氢能和电力3类。可持续航空燃料是现阶段最有可能大规模应用的替代燃料选择。由于电动飞机的技术局限导致航程受限制，氢能被视为民航低碳发展的潜力技术，但氢能客机预计到2040年左右才能进入机队。与传统航空煤油相比，可持续航空燃料碳足迹更低，是在短期内实现航空业“净零”碳排放目标的唯一可行性方案，被世界经济论坛列为“2023年十大新兴技术”之一。

尽管2023年可持续航空燃料在全球航空燃料需求中所占比例仍不到1%，但bp公司预计，到2035年可持续航空燃料使用量将占航空燃料的10%～20%，2050年可持续航空燃料的占比在基准情景和“净零”情景下分别达到20%和80%。国际航空运输协会（IATA）表示，若要达到2050年航空业碳中和，可持续航空燃料将贡献65%的碳减排。

可持续航空燃料的化学性质几乎与传统航空煤油成分相同，因此与机场基础设施和飞机发动机兼容。其技术路线主要有两条，分别是生物燃料和电转液技术（PTL）。前者是由植物油和动物脂肪加工生产的生物航煤，目前占据几乎全部市场份额；后者是将电解水制氢和碳捕集相结合生产碳氢混合液体燃料的新兴可持续航空燃料技术，将成为未来的主流技术。据国际航空运输协会统计，15年来已有超过45家航空公司的37万架次的航班使用了生物航煤。2023年，全球生物航煤产能近370万吨，实际生产140万吨。与传统石油基航空煤油相比，生物航煤全生命周期二氧化碳排放可减少50%～90%，绿电制氢与碳捕集结合理论上可实现“净零”碳排放。

美国、加拿大、挪威等国家作为行业先行者，已经形成规模化的生物航煤市场，建立了从生产、使用到认证的完整产业链。2014年，中国成为世界第四个拥有自主研发生物航煤技术的国家。在各国政策持续完善的乐观预期下，到2030年底，全球可持续航空燃料需求量将从2022年的7亿升/年增长至352亿升/年，年均增速高达63%，占全球航空燃料需求的7.8%[6]，美国和欧洲仍为主要市场。从长期看，因生物质原料的有限性和较高的收集难度，生物航煤发展规模存在上限，由绿氢衍生的合成燃料将更具增长潜力。

综上所述，不同交通工具的低碳转型技术路径存在明显差异，乘用车以电气化为主，商用车多种低碳路径并行，航空主要依靠生物燃料，航运则以LNG和甲醇等低碳燃料最具可行性（见表2）。

2 交通用能低碳转型对全球能源贸易的影响

交通领域是石油需求的主体部分，2023年交通领域石油消耗量约为4230万桶/日，占全球石油总需求的42%。交通领域替代能源的普及和能效提升将推动全球交通用油于2030年前达峰，并将是石油需求在2035年达峰的最主要减量领域。交通用能多元化带来的石油需求下降和低碳燃料的新增贸易需求将对全球能源贸易格局带来深远影响。

2.1 交通用能需求多元化发展加速

替代能源和能效提升正加速交通领域石油需求的达峰。2000年以来，石油占交通用能的比重随着电力、氢能与生物质燃料的快速发展逐步下滑，但仍占据90%左右，处于绝对主导地位，此后新能源汽车较快发展带动交通用能多元化，到2035年石油需求占比将降至86%，到2060年降至55%（见图4）。

2.1.1电力对油品替代潜力最大

随着电动汽车加速发展，保有量占比将从2023年的3.2%增长到2030年的20%以上，电力替代的石油消费量将翻倍增长，从2023年的180万桶/日增至2030年的600万桶/日，是带动全球交通用油需求达峰的最主要因素。

2.1.2生物质燃料保持稳定增长

据国际能源署预测，2030年全球生物质燃料供应折合油当量约为300万桶/日，较2023年增长70万桶/日，2023年—2030年年均增速与之前5年水平相当，都在4%左右。其中，生物航煤的消费增长几乎全部来自发达经济体，生物乙醇和生物柴油消费增加几乎全部来自新兴经济体。

生物燃料是近中期发展确定性较大的低碳燃料。尽管生物燃料面临经济性难题，其原料成本大约是原油价格的2倍，成品价格通常为化石能源产品的1.5倍，短期内不具备与汽柴油的经济竞争力，现阶段的增长主要由政策驱动，一是规定生物柴油在销售柴油中的最低掺混比例，二是对生物柴油生产给予补贴。但与其他先进的脱碳途径相比，生物燃料仍然是更具性价比的碳减排路径，在2030年之前，其成本不到氢能、碳捕集和电子燃料成本的一半。

成品油需求受到电动替代和生物燃料的冲击，增速放缓并将于2030年前达峰，石油市场将迎来结构性转变。炼油行业需要适应燃料消费结构的变化，大型炼油商正加速向生产生物燃料、低碳合成燃料、增加石化产品比例、化工品循环利用等方向转型。

2.1.3氢能及氢衍生燃料将在2030年后发力

发达国家和中国仍将是全球主要的氢能市场，但氢能在交通领域的利用前景不佳。《欧盟氢能战略》提出可再生能源制造的绿氢到2030年达到1000万吨，中国预计到2030年和2050年氢能需求量分别达到3500万吨和6000万吨。搭载氢燃料电池的交通工具相比其他更加成熟的替代技术路线在成本和安全性方面依然不具有竞争力，预计在2030年前仍然处于技术迭代和示范推广阶段。

氢衍生燃料也称电子燃料（e-fuel），即通过电转X（PtX）技术将使用可再生能源电力电解产生的氢气与二氧化碳或氮气合成的各种低碳燃料，包括绿氨、绿色甲醇和非生物源合成柴油（RFNBO）等（见图5）。由于需要配套其他现阶段昂贵的新兴技术，例如绿氢制储和碳捕集技术，预计氢衍生燃料在2030年前难以规模化部署，长期看，其将成为石油基船用和航空燃料的主要替代品。

2.2 低碳液体燃料的贸易需求蓄势待发

2.2.1绿色甲醇产能将迎来较快增长，面临供过于求风险

航运需求掀起一轮绿色甲醇建设高潮。2023年，全球甲醇年产能约为1.8亿吨，几乎完全由煤炭和天然气加工生产，绿色甲醇年产能约为50万吨。根据全球甲醇行业协会（MI）统计的131个生物质制甲醇和电制甲醇项目信息，预计2028年全球绿色甲醇年产能将扩张至1950万吨，占全部甲醇产能的10%左右。截至2023年底，中国规划和在建的绿色甲醇项目共计24个，建成后年总产能约为800万吨。长期来看，随着清洁电力成本的持续下降，以及电解水制氢技术和空气直接捕集二氧化碳技术日益成熟，绿电制甲醇将成为绿色甲醇的主流生产方式。

绿色甲醇产业或将出现供大于求的风险。根据马士基（Maersk）、达飞（CMACGM）等航运巨头在甲醇双燃料集装箱船的船队规模和运量测算，预计2030年航运业绿色甲醇消耗量约为1000万吨，仅为规划产能的一半。而且当前船东均在积极进行双燃料系统改造，新建船舶也以双燃料为主，具有更强的灵活性，绿色甲醇需求存在较大不确定性。在价格与成本方面，当前绿色甲醇价格可达7000元/吨，是船用燃料油的2倍，航运巨头为绿色甲醇燃料付出超高溢价的行为不可持续。按照欧盟碳排放权配额交易价格70欧元/吨测算，绿色甲醇价格需降至3800元/吨的水平，才能在欧洲市场与传统甲醇加碳配额的成本相当。在绿色甲醇缺乏其他应用场景、国际认证标准尚未统一，且市场价格回落的情况下，部分规划产能或将被取消。

2.2.2低碳氨供应能力迎来较快增长

根据国际肥料协会（IFA）的数据，2022年全球氨产量为2.13亿吨，其中98%由化石能源制成，碳排放量占全球的1.8%。根据标普全球（S&PGlobal）公司的数据，2023年用于国际贸易的氨约为1700万吨，占消费量的8%。煤制氨的全生命周期碳排放量高于船用燃油，天然气合成氨的碳减排量约为9%，可再生能源电力制取的绿氨可实现93%～100%的碳减排效果。全球低碳氨产能正在不断增加，主要来自天然气合成氨耦合二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术（蓝氨）和绿电制氢合成氨（绿氨）技术。

据国际氨能协会统计，截至2023年5月，全球低碳氨拟建在建产能为1.65亿吨/年，项目主要分布在澳大利亚、南美、欧洲和中东，预计2023—2030年低碳氨市场复合年增长率将大于8%。国际能源署在《氨技术路线图》中预测，2030年全球低碳氨年产量将达到1500万吨，到2040年进一步增长至7100万吨[10]。标普全球公司预计，全球氨贸易将随之增长，到2040年达到6900万吨左右。未来低碳氨主要出口方有澳大利亚、美国、智利和中东地区；需求方主要是欧洲和日本、韩国，因为欧盟的碳边境调节机制（CBAM）是目前唯一对低碳氨起到激励作用的监管政策，日本和韩国政府计划通过采用氢和氨，应对发电、钢铁和化工等碳排放密集型产业的降碳挑战，并作为航运的低碳选项之一。

2.2.3可持续航空燃料市场以欧美为主

近期，欧美可供应的可持续航空燃料或将无法适应本土需求量的增长，还需从亚太地区进口生物航煤原料或成品。由于美国和欧洲的支持政策较为完善，供给能力将持续提升，预计到2030年美国和欧洲将成为最重要的供应来源地，可持续航空燃料产能分别达到114亿升/年和83亿升/年，将分别占全球产量的50%和36%左右，亚太地区的供给比例相对下降，但跨国贸易规模将明显提升。

2.3 交通领域用能替代对国际能源贸易流向的影响

2.3.1石油进口增量将主要由中国以外的新兴市场贡献

中国和发达国家将成为全球电动汽车销售的主要市场。到2035年，中国、欧洲和北美的电动汽车总销量在世界电动汽车新增销量中的占比为60%～75%。日本及欧洲的发达国家石油消费已进入下滑区间，在交通运输规模保持稳定的情况下，替代燃料使得其石油需求与原油进口量持续下降。美国石油需求接近达峰，而国内产量保持增长，导致原油和成品油出口仍有增长空间，原油进口量持续下降。受益于超预期的新能源汽车普及率和LNG重卡的经济性提升，中国石油消费增速显著放缓，预计2024年仅增长1%，整体石油需求预计于2027年达到7.9亿吨的峰值，较数年前的预测提前了3～4年，石油净进口量也将随之达峰并逐渐降低。未来世界石油需求增长集中在电动车推广困难的发展中国家，炼油产能增长主要在中东、南亚、东南亚地区，因此南亚、东南亚地区原油进口保持增长，非洲、拉美将贡献主要的成品油进口增量。

2.3.2传统农业大国将成为生物燃料主要出口国

目前生物柴油主产国均为油脂油料生产大国，例如美国、巴西、阿根廷，均为全球大豆主产国，生物柴油生产原料以大豆油为主；欧盟国家生物柴油原料以菜籽油为主；印度尼西亚、马来西亚生物柴油原料以棕榈油为主；巴西是传统生物燃料产销大国，叠加海上大油田的开发，将进一步提升其低碳燃料出口潜力。中国是废弃油脂生产大国，废弃油脂是生物柴油的主要原料，2023年中国95%以上的生物柴油均用于出口，随着产业的规范化仍有一定的出口增长潜力。

2.3.3风、光资源丰富地区具有氢能衍生燃料的出口潜力

澳洲和中东北非地区具备丰富的太阳能、风能和土地资源，在利用可再生能源制氢并生产衍生品方面具备先天优势。澳大利亚正积极与德国、新加坡、日本、韩国和英国等拓展氢能合作，加大力度吸引绿氢投资，产品以氨的形式出口。中东北非地区更具备向欧洲和东亚出口低碳氢的成本和区位优势。沙特阿拉伯与阿联酋凭借其成本优势已向日本、韩国出口了4批蓝氨。沙特阿拉伯计划到2030年生产290万吨低碳氢；阿联酋制定了“国家氢能战略”，计划到2031年低碳氢生产能力超过140万吨/年；埃及计划打造北非地区绿氢枢纽，2030年生产150万吨绿氢；阿曼的“绿色氢战略”计划2030年生产至少100万吨绿氢。未来，欧洲计划打造南部氢能走廊，将地中海南部地区生产的绿氢通过管道输往欧洲。

3 对中国国际能源贸易企业的建议

3.1 完善在新兴市场国家的贸易网络建设和业务布局

新兴潜力市场消费增长快、资产价格低，是重要的石油市场接替发展区。开拓新兴潜力市场，是抢占全球终端网络的最后一轮机会。中国国内柴油消费已达峰值，汽油消费也即将达到峰值，国内过剩供应能力需要提前向潜力市场（东南亚、南亚、非洲、拉美等）拓展转移。独立贸易公司近年来通过收购、合作等方式在全球范围内布局物流仓储、终端网络等设施，不断延伸价值链，与贸易协同发展，促进跨区运作，并通过时间差和品质差异获利。油品国际贸易企业争夺稳定有效的市场份额日趋激烈，新兴市场成为销售网络布局的重点。

3.2 加快构建海陆空立体化“绿能”贸易格局

在能源转型与碳减排的大背景下，低碳商品交易成为新兴贸易领域，传统油气贸易向“油气+新能源”组合延伸，低碳燃料、电力和现代能源相结合的综合贸易成为发展方向。生物柴油、氢能等新能源发展迅速，区域价格差异大，贸易商应关注低碳燃料的市场动态和套利机会，基于市场信息优势捕捉新的贸易机遇。

分行业看，全球新能源汽车加速普及，加油站等终端网络贸易下滑趋势明显，充电桩和储能业务成为道路交通领域能源转型的发展方向；国际航运业迎来低碳时代，多种燃料市场并存，替代能源整体占比仍较低，油品国际贸易企业需深入跟踪全球航运碳减排政策变动和替代燃料发展趋势，积极参与生物船舶燃料等新业务发展；航空业碳减排已成为全球性共识，可持续航煤具备碳减排、转型便捷、难以替代等属性，全球需求将于2025年进入快速上涨阶段，生物航煤是近中期的重要发展方向。

3.3 关注多种大宗商品市场的联动效应

粮食安全与能源安全风险交织叠加。当前生物能源投资势头强劲，其原料包括同时作为粮食的玉米、植物油等，导致能源市场与粮食市场的联动影响，例如中国植物油主要依赖进口保障供应，市场化程度很高，国内外价格相关性强，容易受到国际市场的影响。生物燃料产业的发展将带来粮食供应压力，而且生物燃料产业发展受到原油价格影响，强化了部分粮食产品的能源属性，加大了市场供需形势分析的难度，对油品国际贸易企业的大宗市场综合分析与研判能力提出了更高的要求。

3.4 注意防范国际贸易政策风险

能源转型和低碳能源技术已成为大国战略竞争的重要领域。在地缘政治博弈成为西方外交主旋律、全球化遭遇逆流的大背景下，国际贸易更容易受到国家政策的干扰。欧盟、美国等对中国新能源产业的快速崛起心存戒备，近期对中国光伏、新能源汽车、生物燃料等出口进行多种限制和制裁，希望以此长期掌握低碳产业发展和技术标准的主导权，未来欧盟、美国可能对碳足迹认证和绿色燃料标准进行更严格的规范和审查。贸易企业需加强政策环境研判，警惕相关政策变更和合规经营风险。

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