近日，國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）發(fā)布《世界能源轉(zhuǎn)型展望：1.5℃路徑》報告預(yù)覽版，概述了推動能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，構(gòu)建一個可持續(xù)、有韌性和包容的能源系統(tǒng)，以實現(xiàn)“巴黎氣候協(xié)定”目標、應(yīng)對氣候變化的潛在可行性途徑。報告強調(diào)了技術(shù)選擇、投資需求和社會經(jīng)濟等多種因素會對潛在途徑產(chǎn)生影響，并探討了上述因素的作用。主要內(nèi)容如下：
一、為達到1.5℃情景目標，全球須在2050年前實現(xiàn)凈零排放
盡管使用清潔、經(jīng)濟和可持續(xù)能源已成為廣泛共識，但2014-2019年間，全球能源相關(guān)碳排放量依舊每年增加1.3%。2020年，由于新冠肺炎疫情全球大流行，全球碳排放下降了7%，但短時間內(nèi)碳排放將反彈。過去幾年，得益于政策的支持以及技術(shù)和系統(tǒng)的創(chuàng)新，能源部門已開始進行能源轉(zhuǎn)型，可再生能源技術(shù)正在主導(dǎo)全球新增發(fā)電裝機市場。隨著2019年可再生能源部署的增加（全球新增規(guī)模約176吉瓦），2020年將是風(fēng)能和太陽能光伏市場創(chuàng)紀錄增長的一年，目前的市場預(yù)測顯示將分別新增約71吉瓦和115吉瓦。全球交通電氣化轉(zhuǎn)型持續(xù)推進，與2019年相比，2020年全球電動汽車銷量增長43%達到329萬輛，占全球新車銷量的4.2%。關(guān)鍵核心技術(shù)如電池組成本迅速下降，從2018年的平均181美元/千瓦時降至2020年的137美元/千瓦時（最低甚至低于100美元/千瓦時）。
然而，全球能源轉(zhuǎn)型速度遠低于實現(xiàn)“巴黎氣候協(xié)定”所需的速度，根據(jù)當前各國制定的政策承諾（即IRENA的“已規(guī)劃能源情景”），全球排放量將趨于穩(wěn)定并在2050年略有下降。然而，如果現(xiàn)有政策沒有完全實施，未來三十年碳排放量可能上升27%。總體而言，已規(guī)劃能源情景減排速度遠低于1.5℃情景[1]。人為CO2排放中能源部門占到80%，因此其將在脫碳過程中發(fā)揮核心作用。為在2050年達到凈零排放，CO2排放量必須年均減少3.5%。1.5℃情景表明，這一減排速率是可以實現(xiàn)的，但極具挑戰(zhàn)性，需要在多方面采取緊急行動?？稍偕茉丛诿撎寂χ袑l(fā)揮關(guān)鍵作用。2050年90%以上的減排方案涉及可再生能源。在既有能源政策情景中，預(yù)計2050年的年排放量將達到365億噸。在1.5℃情景下，碳排放需要降至凈零，這要求所有部門都需要實現(xiàn)幾乎凈零排放。因此電力、供熱和工業(yè)等部門還需要更多努力，通過負排放實現(xiàn)額外的碳減排量。
二、能源系統(tǒng)脫碳所需的技術(shù)組合大多數(shù)都存在，但仍需開發(fā)創(chuàng)新的減排方案
IRENA提出的1.5°C情景考慮了當今已被證實的成熟技術(shù)，以及仍在開發(fā)中、到2050年可能發(fā)揮重要作用的創(chuàng)新技術(shù)。例如在可再生能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，海上可再生能源，如海上浮動式風(fēng)力發(fā)電和新興的海洋能源技術(shù)可以支持可持續(xù)的長期發(fā)展，并推動藍色經(jīng)濟繁榮發(fā)展。終端應(yīng)用領(lǐng)域也需要創(chuàng)新，從電氣化交通（如遠程電動卡車）和電力合成制燃料（如綠氫制氨和甲醇），到傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)過程（綠氫煉鋼）以及綠色建筑（如智能建筑的能源管理和凈零排放建筑）。到2050年，電力將成為主要的能源消費形式，在終端能源消費總量中占比將從現(xiàn)在的21%上升到50%以上。預(yù)計2050年90%的電力需求將由可再生能源提供，6%由天然氣提供，剩下的由核能提供。
三、可再生能源、電氣化和能效是能源轉(zhuǎn)型的三大主要支柱
全球能源轉(zhuǎn)型中最重要的協(xié)同作用是越來越多地使用低成本可再生能源技術(shù)，以及在交通運輸和供熱制冷行業(yè)中更廣泛地使用電力。電氣化轉(zhuǎn)型能夠讓用能終端使用零碳電力來代替化石燃料，從而顯著提高能源供應(yīng)系統(tǒng)的整體效率，如電動汽車比內(nèi)燃機效率更高，水力發(fā)電比天然氣發(fā)電效率更高。
在1.5℃情景下，可再生能源在一次能源中的份額必須從2018年的14%增長到2050年的74%。在此期間，由于能效提升和可再生能源部署規(guī)模增長，一次能源供應(yīng)趨于穩(wěn)定。在未來的十幾年里，循環(huán)經(jīng)濟將發(fā)揮越來越重要的作用，有助于減少能耗，提高資源使用率；同時受到創(chuàng)新驅(qū)動，工業(yè)部門的材料利用率將得到進一步提高。先進的數(shù)字通信技術(shù)以及連通性的增強將使重型貨物的運輸?shù)靡詢?yōu)化（如交通管理的效率提高，貨運整體能耗減少）。技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展也將促使工業(yè)生產(chǎn)過程發(fā)生根本性變革，如從傳統(tǒng)的能源密集型煉鋼轉(zhuǎn)向采用綠氫的綠色煉鋼。電弧爐的廣泛使用可以使鋼鐵行業(yè)遷往成本相對低廉且可再生能源豐富的地區(qū)。上述轉(zhuǎn)變還可能對地緣政治和全球經(jīng)濟產(chǎn)生影響。在1.5℃情景下，能源強度的年度改善速度需從2019年的1.2%提高到3%。終端用能部門的電氣化轉(zhuǎn)型和使用可再生能源將發(fā)揮重要作用。到2050年，可再生能源（包括可再生燃料和基于生物質(zhì)的除碳技術(shù)）、電氣化和能效將貢獻90%以上的CO2減排量。
四、到2050年發(fā)電量需增至三倍，且可再生能源電力占比需達到90%
在1.5℃情景下，終端用能部門的的快速電氣化以及綠色制氫技術(shù)的興起將推動電力需求的增加。到2050年，發(fā)電量將是當前水平的3倍，可再生能源在總發(fā)電量中占比將達到90%，遠高于2018年的25%。其余的電力主要來自天然氣（約6%）和核能（約4%）。風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電組合中占主導(dǎo)地位，到2050年將提供電力需求總量的63%。其他成熟的可再生能源技術(shù)（如水電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、太陽能熱發(fā)電）和新興技術(shù)（如海洋能發(fā)電）也將在電力部門脫碳方面發(fā)揮重要作用。
與此同時，可再生能源裝機容量需從目前的2500吉瓦增加到2050年的27700吉瓦，意味著每年需新增840吉瓦，遠高于近年來年均200吉瓦的增量。太陽能光伏和風(fēng)能（包括陸上風(fēng)能和海上風(fēng)能）將成為這一增長趨勢的主要貢獻者。到2050年，太陽能光伏裝機容量將超過14000吉瓦，風(fēng)能裝機容量將超過8100吉瓦。其余的增長主要來自水電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、太陽能熱發(fā)電以及海洋能發(fā)電。
太陽能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能將為工業(yè)生產(chǎn)過程、烹飪、建筑供暖提供能量，并為交通運輸部門提供動力燃料。在1.5℃情景下，可再生能源的直接使用需求將從2018年的44艾焦增長至2050的77艾焦。在工業(yè)和交通領(lǐng)域，生物質(zhì)能將是重要的燃料來源，到2050年現(xiàn)代生物能源在終端能源消費中的占比將從目前的1.5%左右增至17%。生物質(zhì)能主要應(yīng)用領(lǐng)域包括為航空和航運部門提供先進生物燃料，為化學(xué)工業(yè)提供可再生燃料和原料，以及為特定的工業(yè)部門供熱。此外，生物質(zhì)能結(jié)合碳捕集與封存技術(shù)（BECCS）還將用于電力和熱力生產(chǎn)以及一些工業(yè)過程（如水泥生產(chǎn)）。IRENA分析發(fā)現(xiàn)，可以在不引起森林砍伐或破壞土地生態(tài)環(huán)境的情況下實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一次生物質(zhì)原料收集，但需要在全球建立健全的監(jiān)管、認證和監(jiān)測體系，以確保生物質(zhì)供應(yīng)的環(huán)境、社會和經(jīng)濟可持續(xù)性。
五、電力系統(tǒng)需變得更加靈活，因為波動性可再生能源發(fā)電占比將達到63%
波動性可再生能源（VRE）將是未來電力主要來源，因此電力系統(tǒng)靈活性將是高比例集成耦合VRE的關(guān)鍵因素。到2030年，VRE在總發(fā)電量中的份額將達到42%。到2050年，73%的裝機容量和63%的發(fā)電量將來自VRE（主要是太陽能光伏和風(fēng)能），而目前其在全球總裝機容量和發(fā)電量的占比分別僅為15%和17%。因此，需進一步創(chuàng)新改進升級當前技術(shù)才能實現(xiàn)上述目標。世界各國在VRE消納方面已取得一些較好進展：2019年，VRE在丹麥發(fā)電結(jié)構(gòu)中的占比超過50%（其中風(fēng)電占47%，光伏發(fā)電占3%），在立陶宛發(fā)電結(jié)構(gòu)中占比超過40%，在德國發(fā)電結(jié)構(gòu)中的占比超過34%（其中風(fēng)電占23%，光伏發(fā)電占11%）。需要進行系統(tǒng)性創(chuàng)新，包括商業(yè)模式、市場、監(jiān)管和系統(tǒng)運行等多方面整體性創(chuàng)新，以增強電力系統(tǒng)的靈活性，消納比例不斷上升的VRE。IRENA充分考慮到不同國家和地區(qū)電力系統(tǒng)的具體情況，已經(jīng)提出了30種潛在的電力系統(tǒng)靈活性改善方案，這些方案還可以相互組合形成全面的解決方案。隨著越來越多的國家設(shè)立高比例甚至100%可再生能源電力系統(tǒng)的目標，采用系統(tǒng)性的創(chuàng)新方法將變得更加重要。
未來的智能電力系統(tǒng)將會集成極高比例的VRE，因此需要在電網(wǎng)和靈活性措施（如儲能）方面進行大量投資，預(yù)計到2050年對VRE的年投資額將增長近兩倍，從2019年的2750億美元增長到7300億美元。
六、電力將成為關(guān)鍵能源載體，到2050年占終端能源消費的50%以上
到2050年，電力將成為最重要的能源消費形式。到2030年，直接電力消費（即直接使用電力，不包括電力合成燃料）在終端能源消費中的份額將超過30%，到2050年這一比例將超過50%，遠高于當前21%的水平。到2030年，綠氫和以綠氫為載體的燃料（如氨和甲醇）在終端能源消費中的占比將達到2%，到2050年，這一比例將進一步增長到7%，而目前這一比例可以忽略不計?？偠灾?，到2050年直接和間接電力消費將占終端能源消費的58%以上。
到2050年，建筑行業(yè)的直接電氣化率最高，將從目前的32%上升到73%；工業(yè)部門直接電氣化率也將增長，從目前的26%上升到35%（加上間接電氣化，2050年電氣化率將接近40%）。而對于供熱制冷部門，熱泵的安裝數(shù)量到2030年將超過1.8億臺，到2050年將接近4億臺。
未來幾十年，交通運輸行業(yè)電氣化率增長最快。到2050年，交通運輸行業(yè)的電氣化率將從目前的1%大幅增長至49%；電動汽車的保有量將從目前的1000萬輛增加到2030年的3.8億輛，到2050年將達到17.8億輛；到2050年電動卡車的保有量將增加到2800萬輛。到2050年，電動汽車將占到全部銷售汽車的80%以上（其中輕型汽車中88%為電動汽車，重型汽車中比例為70%）。技術(shù)創(chuàng)新和大規(guī)模部署將使交通運輸電氣化成本降低，如果目前成本下降趨勢能夠繼續(xù)持續(xù)，到2050年全球大部分道路運輸服務(wù)都可以通過電動汽車來實現(xiàn)具有成本效益的運營。
七、到2050年，氫及其衍生物將占終端能源消費的12%
到2050年，30%的用電量將用于生產(chǎn)綠氫以及衍生物，如電制氨或電制甲醇，氫及其衍生物將占終端能耗的12%左右。為實現(xiàn)這一目標，制氫電解槽的裝機容量需達到5000吉瓦，而目前僅為0.3吉瓦。到2030年，通過使用低成本的可再生能源電力（約20美元/兆瓦時）可使綠氫生產(chǎn)成本與藍氫相當，如果未來十年制氫規(guī)模快速擴大，綠氫生產(chǎn)成本將繼續(xù)下降至1.5美元/千克。
與已規(guī)劃能源情景相比，在1.5℃情景下氫能將分別為工業(yè)和交通運輸部門減少12%和26%的CO2排放量，這為難以通過直接電氣化實現(xiàn)減排的行業(yè)提供了一種潛在的選擇方案。目前，全球每年生產(chǎn)約1.2億噸氫氣（14艾焦），但幾乎都來自化石燃料制氫，綠氫產(chǎn)量占比不足1%。隨著電解槽成本下降以及可再生電力成本的進一步降低，在來5-15年內(nèi)，許多地區(qū)的綠氫成本將低于藍氫成本。在1.5℃情景下，到2050年，氫的需求量將達到6.13億噸（74艾焦），其中三分之二將是綠氫；而生產(chǎn)上述氫所需消耗的電力將接近21000太瓦時，幾乎相當于目前全球電力消費水平。實現(xiàn)上述目標意味著要大規(guī)模部署電解槽，即從當前到2050年，年均電解槽裝機新增容量需達到160吉瓦。安裝速度將從未來幾年的每年新增數(shù)吉瓦開始，到2030年開始顯著上升，到2050年將超過400吉瓦/年。
在交通運輸領(lǐng)域，直接電氣化和氫能將貢獻67%的減排量。在工業(yè)領(lǐng)域，電氣化和氫能將貢獻27%的減排量。在建筑領(lǐng)域，電氣化（直接和間接）是最關(guān)鍵的減排手段，將貢獻超過一半的減排量，其次是能效。創(chuàng)新將有助于推動能源轉(zhuǎn)型，并使能源部門快速脫碳。降低低碳技術(shù)（如綠氫等新興技術(shù)）的成本是創(chuàng)新的首要任務(wù)，一系列新興技術(shù)解決方案將顯著影響能源部門脫碳進程。在創(chuàng)新和規(guī)模經(jīng)濟的推動下，可再生能源成本競爭力將逐步增強。
八、降低其余能源和工業(yè)過程相關(guān)碳排放需要利用碳捕集與封存技術(shù)（CCS）以及其他脫碳技術(shù)
到2050年，除使用上述可再生能源和氫能外，仍將消費部分化石燃料，因此化石燃料使用和工業(yè)生產(chǎn)過程仍將會產(chǎn)生一定的碳排放。既需要CCS技術(shù)來減少排放到大氣中的CO2，也需要其他脫碳措施/技術(shù)，并與長期碳封存技術(shù)相結(jié)合，以實現(xiàn)負排放。其他脫碳措施/技術(shù)包括：植樹造林，生物質(zhì)能結(jié)合碳捕集與封存技術(shù)（BECCS），以及直接空氣碳捕集與封存技術(shù)和其他一些目前尚處于試驗階段的方法。BECCS涉及生物質(zhì)燃燒、生物質(zhì)發(fā)酵或生物質(zhì)氣化/熱解，其優(yōu)勢在于，實現(xiàn)CO2排放實際為負排放。
BECCS技術(shù)的應(yīng)用案例很多，包括，利用生物質(zhì)（如木屑顆?；蚋收嵩┌l(fā)電和供熱，其中CO2被捕集和封存；在水泥窯和煉鋼高爐中使用木炭作為燃料并捕集CO2；在以生物質(zhì)為原料的化工廠（如生物乙醇的生產(chǎn)和其他生物塑料制品的生產(chǎn)）進行碳捕集；分離沼氣中的CO2來生產(chǎn)生物甲烷。在1.5℃情景下，BECCS技術(shù)主要在電力、熱電聯(lián)產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)（如水泥）中發(fā)揮重要作用，到2050年利用BECCS技術(shù)每年將捕集和封存近40億噸CO2，而2020年這一數(shù)值不足200萬噸。
在1.5℃情景下，CCS技術(shù)的作用受限，主要應(yīng)用于水泥、鋼鐵、化工生產(chǎn)過程中，而其在工業(yè)/垃圾焚燒等方面并不常用。到2050年，工業(yè)生產(chǎn)和藍氫生產(chǎn)過程的碳捕集量將從目前的4000萬噸/年增長到30億噸/年。BECCS將在發(fā)電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)、特別是水泥和化工行業(yè)發(fā)揮關(guān)鍵作用。到2050年，BECCS將貢獻超過52%的碳捕集量。
九、基于快速的能源轉(zhuǎn)型措施，到2050年化石燃料使用量將減少75%以上
在1.5℃情景下，從2021年到2050年，伴隨著化石燃料消費的持續(xù)走低，化石燃料產(chǎn)量將減少75%以上。在電力和一部分工業(yè)領(lǐng)域，化石燃料仍將發(fā)揮作用，到2050年其仍將占一次能源供應(yīng)的19%。石油和煤炭下降速度最快，而天然氣預(yù)計在2025年左右達到峰值后開始下降。到2050年，天然氣將是最大的化石燃料來源（占化石燃料供應(yīng)總量的70%）；天然氣產(chǎn)量將從目前的4.2萬億立方米下降到2.2萬億立方米，其中70%的天然氣用于電力/熱力以及藍氫生產(chǎn)，其余主要用于工業(yè)領(lǐng)域。到2050年，全球石油產(chǎn)量將較目前水平大幅下降約85%，降至略高于1100萬桶/天，主要用于石化工業(yè)，以及航空和海運。煤炭產(chǎn)量下降幅度更大，2050年全球煤炭產(chǎn)量將從2018年的57.5億噸/年降至近2.4億噸/年。具體來說，到2030年燃煤發(fā)電量較目前水平將大幅下降55%，到2040年將下降75%，到2050年將逐步淘汰。剩余的煤炭需求將主要集中在工業(yè)領(lǐng)域，用于鋼鐵生產(chǎn)（結(jié)合CCS）和化學(xué)品生產(chǎn)。
[1] 1.5℃情景：即到本世紀末，將全球溫升控制在1.5℃以內(nèi).
