全球能源产业链运行特征与发展趋势分析

全球能源供应链与化石能源的空间分布高度相关，与空间链具有一致性。

1.全球油气产业链运行特征与演变趋势

油气产业链从生产过程看，包含上游的油气资源勘探与开采、中游的储运以及下游的炼化和分销。从供应链看，中游储运主要以管道和海运等大宗渠道输送原油和天然气，而下游分销则主要依赖海陆散运渠道输送成品油及石化产品。从价值链的角度看，上游勘探开采附加值较高，产品从原油、粗加工、精加工，到产出成品油和各类石化产品，附加值逐级提升，但末端产品随品质和技术含量不同，附加值差异巨大。产业价值链总体呈现“微笑曲线”形态。

在地缘政治不确定性和交通电气化同时影响下，油气产业链智能化升级提升开采效率。全球油气资源分布的集中性及其产品在全球应用的广泛性，决定了油气产业链成为全球化程度最高，也是对地缘政治最为敏感的能源产业链。目前全球石油探明储量62%分布于中东和俄罗斯等政治敏感区；全球石油消费量的74%需要通过进口，而其中近 70%需要通过霍尔木兹海峡、马六甲海峡、苏伊士运河等海运要塞，渠道高度集中，一旦出现突发情况导致断航将会对全球石油供应造成严重冲击，供应链风险巨大。

2021 年 3 月“长赐”轮堵塞苏伊士运河、2022 年俄乌冲突等事件，都对国际油气价格造成冲击。随着逆全球化浪潮下国际地缘政治不确定性提升，供应保障受到高度关注。但交通等领域的电气化趋势导致石油消费在全球一次能源中的占比持续下降，2020 年约为 31%，比 2000 年下降近 10 个百分点，削弱了石油资源的长期价值。在这样的背景下，国际油气企业普遍加大了上游勘探开采环节数字化智能化升级的投入，以最低的成本提升资源回采效率，扩充可用的资源。

油气产业链上的主要企业包括以“七姐妹”为代表的一体化跨国石油公司（IOC）、各国政府主导的国家石油公司（NOC）、参与产业链部分环节的专业化企业，以及提供各个环节设备和服务的配套企业。这些企业的国际竞争力和国别分布，决定了一国油气产业的整体竞争力。 分国别看，美国的油气产业链发展成熟度领先全球，是现代化产业链的标杆。美国油气产业链上游的能源开采公司包括埃克森美孚、雪佛龙、康菲石油等；油服公司包括斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯等；下游炼化行业包括瓦莱罗能源、马拉松石化、菲利普 66 等。二次甚至三次开采技术应用普及，平均采收率达到60-80%远高于全球平均采收率约 34%。此外，美国非常规油气勘探开采技术的发展使美国石油储量翻番，成为全球最大储量国，解决了能源对外依赖的问题。下游石油炼化加工企业在全球市场竞争力较高，2020 年成品油出口 607 亿美元，占全球成品油总贸易量的 14%，位列全球第一。石化技术和工程公司包括UOP、KBR、Bechtel、Fluor 等；新材料和精细化工公司包括陶氏、杜邦、伊斯曼、亨斯曼等，为石化产业多元化、高端化发展提供了有力支撑。此外，美国还有大量中小型的创新型公司，在工程技术、管道、页岩气开发、能源输出等领域均聚集有全球最顶级的公司。

2.全球煤炭产业链运行特征与演变趋势

煤炭是蕴藏量最丰富、分布最广泛的化石能源，分布在美国、俄罗斯、澳大利亚、中国和印度，合计占全球探明储量的76%，其中美国占 23%。煤炭埋藏浅、开采技术相对简单，各国煤炭产业链技术普遍较成熟，相对于油气产业链独立性较高。2020 年全球煤炭产量 76 亿吨，而国际贸易规模约13 亿吨，占比约17%。我国煤炭生产和消费规模均为全球最高，比第二名印度高约5倍。

从生产过程看，煤炭产业链包含上游资源勘探开采以及洗选，中游储运，以及下游的煤化工或直接应用于电力、工业等部门。从供应链看，煤炭国际贸易以干散货海运为主，内陆短距离运输则以铁路为主。由于地中海周边及中东地区资源分布较少，海运航道开阔畅通，同时贸易占比较低，因此供应链风险远低于油气产业链。从价值链的角度看，煤炭能源使用的附加值由热值等品味决定，但投入石油化工产出气态、液态燃料及工业品后，附加值明显提升。行业总体价值链呈以下特点：上游勘探开采附加值较高；生产过程中，从原煤、洗煤、粗加工、精加工，到产出各类煤化工产品，附加值逐级提升；末端产品随品质和技术含量不同，附加值差异巨大。价值链总体呈前低后高的“微笑曲线”形态。

煤炭产业在清洁化、智能化生产转型的要求下，正在形成“两头翘起”的价值链形态，煤炭粗放开采、洗选、直接燃烧的传统模式面临变革。煤炭是目前全球消费规模最大的能源，同时也是最高碳的能源。在低碳转型的持续深化下，各国普遍下调煤炭在一次能源中的占比，加大煤炭高效利用的技术装备投入。这给煤炭产业注入了全新的动力，推动产业链向两端发展。一是上游煤炭机械装备的研发投入力度加大，国外领先企业技术优势逐渐凸显，市占率明显提升；同时下游高效燃煤技术和煤化工产能也较快增长。IPCC 报告显示，未来十年，化石能源仍将占据一次能源供给的 70%以上，优化传统能源使用效率、实现清洁高效利用，有望为全球碳减排目标贡献 30%。此外，顺应能源结构的转变，煤化工，尤其是精加工制油、气以及非能源化原料的产业链不断延伸，煤炭产业非能化利用占比提升。

分国别看，美国煤炭产业链发展均衡成熟，资源开采与利用效率均领先全球。2020 年美国煤炭产销量分别为4.9 亿吨和9.24EJ，均位列全球第三。产业链上游勘探开采环节技术领先，综合回采率达到 80~90%，而相比之下我国大型煤矿平均回采率约50%1。较高的回采率极大地扩充了美国可利用的煤炭资源，加强资源保障。下游煤炭清洁高校燃烧技术同样领先。美国GE 公司最先掌握超（超）临界燃煤技术，目前美国投运超临界及以上机组170余台，平均效率位于世界前列。

3.全球电力产业链运行特征与演变趋势

电力供应具有很强的公共服务属性，同时电网系统与国家安全有着密切联系，目前全球电力供应以本土化发展为主，2020年全球跨国输电量占总发电量的 5.7%。分国别看，中、美、印、俄、日是全球前五大电力生产和消费国。 从生产过程看，电力产业链包含发、输、配、售、用五个环节，其中发电和售电可引入市场竞争，而输配环节具有自然垄断属性，各国普遍以政府垄断经营为主。随着可再生能源的发展，发电端多元化、市场化运营比例不断提升；用电端综合能源服务行业也在全球快速发展。从供应链的角度看，电力供应主要由电网稳健性决定。关键的决定因素包括发电端稳定性（可再生能源占比）、电网调峰能力、电网调度灵活性以及电力市场有效性等多重因素。电力价值链主要体现在各生产过程的高效性和稳健性，这也意味着装备和软件水平决定着一国电力产业链国际竞争力。

可再生能源高比例并网条件下，保障电网稳健安全，是电力产业面临的最大挑战。全球能源电气化程度不断加深，2020 年终端能源消费结构中，电力占比升至 20%，IRENA 预计到2050 年将达到 45%。电力系统受到越来越多关注的同时，也因可再生能源的大比例接入而承受着越来越大的压力。2020 年全球非水可再生能源发电占比达到了12%，EIA预测到2050年这一比例将超过60%。可再生能源具有波动性的特征，高比例可再生能源并网发电对电力产业发输配售用各个环节的灵活性与韧性都提出了挑战。提升智能化、灵活性和弹性，是电力产业链现代化发展的方向。

受电力体制机制影响，各国电力产业的企业链形态存在较大差异。美国发电端市场化程度较高，因此形成了庞大的私营发电企业集群，涉及核电、煤电、气电等多种电源；欧洲和日本依托强大的工业基础和科技实力，以及较严格的环境标准，培育出全球领先的发电装备、电气设备企业，形成了强大的产业集群；而中国在主干电网建设方面长期重点投入，构建起全球最大、硬件水平最为领先的电网系统的同时，也培育出领先全球的电网设备产业集群。但是在自动化控制、调度等软件和管理技术上仍存在较明显的短板。 分国别看，德国可再生能源和电力产业链的发展，以及两者的协同方面均领先全球，科技装备国际竞争力强，产业链现代化程度高。2020 年德国非水可再生能源发电占比37%，远高于全球平均的 11%，在主要经济体中名列前茅。但值得注意的是，德国在电力消费持续增长和可再生能源发电占比持续提升的情况下，2009—2020 年用于调峰的装机规模下降约40%，电网供需平衡能力与效率不断提升。灵活高效的市场体系推动电力和可再生能源产业链协同优化，也培育了电力供需预测产业和技术。目前德国市场主流的 5 家电力预测服务公司向全球提供预测服务，市场份额合计超过 50%。据德国电网运营商 NEXT 统计，目前德国风电预测的误差约 2-4%，光伏误差 5-7%，大大减少了可再生能源引起的系统平衡费用。

4.全球可再生能源产业链运行特征与变化趋势

现有技术下，可实现大规模产业化应用的可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、潮汐能、地热能等。IEA《可再生能源市场报告 2021》指出，2020 年全球可再生能源装机增长约 280GW，比 2019 年增长 45%，占新增总量的80%。分地区看，中国占比超 80%以上；分品种看，风电占比超90%。可再生能源最主要的应用场景为并网或离网发电，发电成本是决定可再生能源发展规模的核心因素，目前全球生物质、地热、水电、光伏和陆上风电都可实现平价发电，实际成本受资源条件、技术装备和运维技术影响，差异较大。

从生产过程看，可再生能源发电的生产过程短，很大程度上可以视为电力产业链的上游发电环节。但其自身产业链应包含装备制造、系统集成、工程建设和运维。这决定了可再生能源产业链形态接近装备制造业，即专业细分、全球化布局。从供应链看，可再生能源生产具有较强的属地性，通过并网或就地消纳的形式输出。但装备制造环节的供应链全球化程度较高。从价值链的角度看，可再生能源产品高度标准化，国际竞争力与全球价值链定位很大程度上取决于核心技术装备、软件系统及管理运营水平。

产业链上的主要企业分布与可再生能源开发利用的空间分布耦合，形成了三个主要集群：欧洲具备全产业链，从组件、整机，到后端开发，都有较大的技术优势；中国产业集群聚焦装备整机和开发利用；美国产业集群则侧重开发端。

随着可再生能源技术创新进入活跃期，全球技术竞争全面升级。从新增国际专利数看，2010 年以来全球能源技术创新进入旺盛期，新增专利数显著高于其他门类。相比于传统化石能源产业，新能源产业链结构更接近制造业：产业链高度细分、拉长，全球化、一体化程度加深；科技装备在产业链上的地位明显提升。随着新能源、新技术的推广应用，国际技术博弈和技术本身的不确定性都会对产业链稳健性造成新的冲击。为此，各国能源企业均加大创新投入，竞争技术高地，提升对产业链的掌控能力。发达经济体为保持领先地位，能源技术垄断、出口限制频发。尽管以中国为代表的发展中经济体在低碳能源技术的应用规模上领先全球，但是在基础科技的原发创新方面，依然与主要发达经济体存在较大的差距。全球低碳能源技术PCE专利申请数位列前 15 的申请人，均为欧、美、日、韩企业。

总体而言，随着能源科技革命和低碳转型的持续深化，全球能源产业以“资源驱动”和“市场驱动”为主导的基本形态正在受到根本性的挑战，传统化石能源的资源供给、供应链等问题在逆全球化和地缘政治风险中持续凸显，与全球气候治理目标的矛盾也日益尖锐，各主要经济体“碳中和”愿景目标的提出，为化石能源文明的最终终结敲响了警钟。来自技术创新的驱动力正在推动能源产业的突破性变革，分布式、可再生能源叠加数字智能技术的新型能源系统快速发展，在提升能源多样性、减缓气候影响的同时，也给全球能源产业链的重塑带来了更多可能。在能源供需从集中走向分散，从单一能源形态走向多能融合的变革过程中，能源产业链的形态必须适应新的能源供需体系特征，从全球化到区域化、从板块化到一体化的重塑将是我国提升能源产业链现代化水平的新的着力点。对我国而言，能源系统要达到安全可控、绿色低碳、经济高效的三重目标，仍然面临地缘政治风险加剧、技术竞争日趋激烈、双碳目标压力巨大、可再生能源消纳瓶颈等一系列问题，在能源系统转型的长期进程中，需要在推动主导能源供应链坚强可靠的同时，逐渐向价值链高端升级，突破关键技术创新和产业链缺环、打造多能协同的新兴能源产业链。