2050年净零排放:全球能源行业路线图

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内容概要
国际能源署(IEA)今年发布的报告《2050年净零排放:全球能源行业路线图》,被IEA署长称为“五十年来最重要的报告之一”。这份报告介绍了全球现有减排政策及成效预测,制定了能源行业2050年实现净零排放的路线图,旨在为加快能源转型步伐,实现巴黎协定制定的本世纪全球温升低于1.5摄氏度的目标,并为将在11月举行的《联合国气候变化框架公约》第二十六次缔约方会议高层谈判提供参考。

 

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碳排放现状及预测

2020年,全球碳排放量达到340亿吨,其中,75%的排放来自能源行业。电力行业占据了全球50%以上的碳排放,并以煤电产生的排放为主;工业领域排放量占30%;交通运输业占10%;建筑业占5%。新兴经济体和发展中国家排放量占全球总排放量的75%。

截至2021年4月23日,已有80多个国家向联合国气候变化框架公约递交了应对气候变化的承诺书,这些国家的碳排放量占全球排放总量的70%。其中,20个国家已将减少碳排放立法或纳入国家发展战略,并制定了长期减排实施计划,这些国家的碳排放量占全球排放总量的40%。

基于上述情况,可从现有政策和兑现承诺两种场景对全球碳排放进行预测:

现有政策场景(The Stated Policies Scenario,STEPS),假设上述已立法或制定国家发展战略的20个国家的长期减排计划能够落实,对全球碳排放进行预测。在现有政策场景下,预计全球碳排放量将从2020年的340亿吨增加到2030年的360亿吨,并维持这一水平到2050年。其中,发达经济体碳排放量将减少1/3;新兴经济体和发展中国家排放量将增加20%。同期,全球煤炭消费量将下降15%,石油和天然气消费量将分别增长25%和50%。全球电力需求将增长80%,可再生能源发电比重将从29%提升至55%。到本世纪末,全球气温将上升2.7摄氏度。

兑现承诺场景(The Announced Pledges Case, APC),假设已递交的应对气候变化承诺书的80多个国家均能兑现减排承诺,对全球碳排放进行预测。在兑现承诺场景下,预计全球碳排放量将从2020年的340亿吨下降至2050年的220亿吨。全球煤炭和石油消费量将分别下降50%和10%,天然气消费量增长10%,其中,中国的煤炭消费量将大幅降低85%。发达经济体燃煤电站有望在2035年前全部退出运行。2020—2050年,全球电力需求将增长100%,电力行业碳排放量将下降60%,可再生能源发电比重将从29%提升至70%。到本世纪末,全球气温上升2.1摄氏度。

然而,按照现有政策和承诺,《巴黎协定》制定的本世纪下半叶实现净零排放及本世纪末全球温升低于1.5摄氏度的目标将无法实现。因此,我们需要采取更积极的政策和措施,加快实现净零排放。

 

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2050年净零排放路线图

 

为分析预测能源及相关行业供需变化和投资需求,按照联合国政府间气候变化专门委员会提出的净零排放目标,报告明确全球净零排放路线图为碳排放量从2020年的340亿吨下降至2030年的210亿吨,并在2050年达到净零排放。净零排放路线图如图1所示。

按不同行业来看,2020—2030年,电力行业碳排放量将下降60%,有望在2040年实现净零排放,且此后均维持负排放的水平。在工业和交通运输领域,2030年碳排放较2020年降低20%,2050年较2020年降低90%。在建筑领域,2030年碳排放较2020年降低40%,2050年较2020年降低95%。发达经济体有望在2045年实现净零排放,新兴经济体和发展中国家预计2050年实现净零排放。发达经济体人均碳排放量将从2020年的8吨/人·年下降至2030年的3.5吨/人·年;新兴经济体和发展中国家人均排放量将从2020年的3.5吨/人·年下降至2030年的2吨/人·年。

 


图1 全球二氧化碳排放及相关措施路线图

 

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电力行业预测

 

发电情况

根据统计,全球2020年发电量为26.8万亿千瓦时。预计到2030年,全球发电量将增至37.3万亿千瓦时,并将于2050年达到71.2万亿千瓦时。

全球2020年可再生能源发电量为7.8万亿千瓦时,占全球发电总量的29%,其中,水力发电占比15%,风力发电占比8%,太阳能发电占比6%。预计到2030年,可再生能源发电量将增至22.8万亿千瓦时,占全球发电总量的61%,其中,水力发电占比12%,风力发电占比24%,太阳能发电占比25%。预计到2050年,可再生能源发电量将达到62.6万亿千瓦时,占全球发电总量的88%,其中,水力发电占比11%,风力发电占比42%,太阳能发电占比35%。

全球2020年化石能源发电量为16.1万亿千瓦时,占全球发电总量的60%,其中,煤电占比35%,天然气发电占比23%,石油发电占比2%。预计到2030年将下降至9.3万亿千瓦时,占全球发电总量的26%,其中,煤电占比8%,天然气发电占比17%,石油发电占比1%。预计到2050年,化石能源发电量将进一步下降至2800亿千瓦时,占全球发电总量的0.4%,其中,煤电占比0%,天然气发电占比0.4%,石油发电占比0%。

2030—2050年,太阳能和风力发电年均新增装机容量将分别达到6亿千瓦和3.4亿千瓦。到2050年,发达经济体太阳能发电装机容量将达到150亿千瓦,风力发电装机容量将突破80亿千瓦;新兴经济体和发展中国家太阳能发电装机容量将突破100亿千瓦,风力发电装机容量将达到55亿千瓦。

到2050年,风力和太阳能发电辅以储能装置将成为发电侧的普遍模式,可以显著提升供电灵活性和可靠性。2050年,全球新增储能容量将达到4亿千瓦。

 

图2 全球发电情况预测

 

图3 全球太阳能和风力发电装机预测

 

用电情况

全球2020年电力需求为23.23万亿千瓦时,预计2030年达到32万亿千瓦时,2050年将达到60万亿千瓦时,年均增速为3.2%。其中,新兴经济体和发展中国家占全球新增电力需求的75%,主要驱动因素为人口快速增长、收入水平不断提升、生活水平显著改善及工业化持续加速。同期,发达经济体电力需求增长100%,主要驱动因素是终端能源消费电气化和氢能的大规模生产。

 

碳排放情况

发电领域是全球碳排放的最大来源,占全球排放总量的36%。2020年,全球因发电产生的碳排放高达123亿吨,其中91亿吨来自煤电、27亿吨来自天然气发电、5亿吨来自重油发电。按照路线图的要求,发达经济体电力行业在2035年实现净零排放;新兴经济体和发展中国家电力行业在2040年前实现净零排放。

全球共计8.84亿千瓦装机的次临界煤电机组应当在2030年前退出运行,未经减排改造的煤电机组应当在2040年前全部退出运行,还应在2030—2039年间退运所有的大型重油电站。未经减排改造的天然气电站装机容量在2030年达到顶峰,并在2031—2040年减少90%。未来,碳捕捉技术将广泛应用于火力发电机组,预计2030—2050年,碳捕捉技术将在全球范围累计减少150亿吨碳排放。到2050年,碳捕捉技术将贡献能源领域50%的碳减排量,所有的煤电机组和天然气机组都将安装碳捕捉装置。

 

图4 全球电力需求预测

 

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机遇与挑战

 

存在的机遇

一是实现净零排放能够从根本上改变能源结构,有助于实现巴黎协定制定的本世纪末全球温升小于1.5摄氏度的目标,改善人类生态环境,实现可持续发展。

二是创造大量就业岗位,显著加大能源行业及相关领域的投资,带动全球经济强劲复苏,也能够推动全球制造业的进一步发展,给新兴经济体和发展中国家带来更多的发展机遇。

三是激励能源行业取得重大科技创新和突破,显著降低能源开发和利用成本,从而降低全社会各行业经济负担,尤其是降低终端能源消费方面的经济负担。

四是有助于实现人人享有公平可靠的电力供应的目标,随着电能的生产和传输成本不断下降及覆盖范围的逐步扩大,全球7.9亿无电人口有望享有持续可靠的电力供应。

五是可再生能源占一次能源和终端能源消费比重的不断提升,有利于显著缓解能源进口国的压力,促进这些国家逐步实现能源独立自主,减少或摆脱对外部的依赖。

 

面临的挑战

一是大多数新兴经济体和发展中国家过度依赖公有资本,未能充分引入竞争机制,造成电力行业运转效率低下,抬高了电能生产、运输和使用成本;同时,监管政策不够宽松,打击了私有资本参与电力行业发展的积极性。

二是以能源出口为主要经济支柱的国家,宏观经济基础极有可能会受到较大影响,政府将面临税收下降、财政支出压力增加等多方面的压力,社会稳定无法得到有效保障。

三是部分国家居民长期使用私人交通工具出行,排放量较大的航空业承担了绝大多数国际长途旅行任务,给全球实现净零排放带来严峻挑战。

四是清洁能源科技创新周期长,投资成本较高,不确定性较强,研发及市场化进程通常滞后于快速变化的能源行业的需求,对实现净零排放进度产生影响。

五是可再生能源占比不断提升及其固有的波动性较大的特点,加大了电网系统性风险发生的概率,对电网安全稳定运行提出了更高挑战和要求。

 

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我们的建议

 

一是保证能源安全稳定供应。实现净零排放不能以牺牲国家能源安全为代价,在大力发展可再生能源和低排放能源的同时,要做好能源战略储备,确保能源结构平稳有序改变。同时,各国政府应加大科技创新投入力度,形成创新与低碳排放相互促进的良性发展局面。

二是大力发展可再生能源发电。首先,快速增加成本较低的太阳能和风力发电装机容量。其次,推动海上风力发电的快速发展,使其成本不断降低。再次,确保水力发电保持一定占比。最后,加大“可再生能源发电加储能”模式投入力度,有效应对能源波动对电力供应造成的影响。

三是不断扩大电网规模。加快电网建设进度,及时充分消纳可再生能源。大力建设长距离高压输电线路,以最经济的方式连接能源中心与负荷中心。显著增加配网容量,满足屋顶光伏、电动汽车等领域的快速发展。加快智能电网建设,满足各类智能用电设备的接入需求。

四是保障电网安全稳定运行。在以可再生能源为主的电力系统中,维持少量低碳排放火力发电装机,同时加快建设抽水蓄能电站,提高电网运行灵活性和稳定性。不断取得科技进步,使储能装置能够快速响应电网频率和负荷变化,同时大幅降低储能装置生产和使用成本。

五是切实加强国际合作。广泛建立多边合作机制,加强技术交流和互补。充分考虑全球发展不平衡性,发达国家应在资金和技术上给予其他国家大力支持,争取早日实现全球零净排放。充分发挥不同国家和地区的产业优势,持续降低能源转型成本。建立全球统一的技术标准体系,努力减少资源浪费,提升能源转型经济性。

资料来源:丝路中心(BRICC)

2021年10月18日 20:45
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