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IEA《世界能源展望 2021》提要

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国科学院先进能源科技战略情报研究中心 发布时间:2021-11-26 浏览:

中国储能网讯:近日,国际能源署(IEA)发布《世界能源展望2021》报告指出,新能源经济正在全球兴起,但其发展速度还不足以到2050年实现净零排放。报告认为,即使太阳能和风能装机规模不断增长,今年全球煤炭消费量仍增长强劲,导致碳排放量将达到历史第二大增长幅度。目前全球政府承诺目标情景与2050净零排放情景之间存在明显差异,这表明世界如果要在本世纪中叶达到净零排放,就需要做出更高要求的减排承诺。报告要点如下:

一、随着清洁能源技术的快速发展,新的能源经济格局正在形成

2020年,尽管受疫情影响全球经济下滑,但风能和太阳能光伏等可再生能源的新增装机容量实现了20年来的最大增长幅度,电动汽车销售量也创下了新的历史记录。电力的可靠性和可负担性对人们生活各方面起到关键作用。当前电力占能源终端消费的20%,按照净零排放情景,到2050年电力将占全球终端能源消费的50%左右。清洁技术已成为电力和各种能源终端应用的首选技术,在大多数地区,太阳能光伏或风能已成为最便宜的新能源发电来源。巨大的清洁技术市场成为国际投资者竞争的新领域。数字技术在整合新能源系统方面将发挥至关重要的作用,管理和维护电力和交通系统有效运行所需的平台和数据成为新能源经济的核心。清洁电气化是全球能源经济转型初期的主要议题,需要加快推进尚未市场化的清洁能源技术的创新开发。能源清洁低碳转型将改变全球贸易和资本的流向,氢和关键矿物(如锂、钴、铜和稀土元素)在全球能源相关贸易中所占份额将不断增加。

按照净零排放情景,到2030年全球清洁能源投资将增加到4万亿美元/年,较目前水平增加两倍以上。到2050年,风力涡轮机、太阳能电池板、锂离子电池、电解槽和燃料电池的年度市场规模将增至1.2万亿美元,是2020年的10倍,其中电池占最大份额(60%以上)。到2050年,将有超过30亿辆电动汽车投运。发达经济体和中国一直在建立研发中心,增加清洁能源创新支出。随着全球清洁能源部署规模的扩大,在净零排放情景中,到2050年亚太地区将占清洁能源市场规模的45%。各国政府也在积极吸引更多的创新人才。中国、日本和美国均将能源技术研发和创新视为未来几年技术竞争的关键领域。

注:STEPS为既定政策情景,NZE为净零排放情景

图1 2020-2050年按技术类别和地区划分的清洁能源技术市场规模(单位:十亿美元)

二、不同情景模型下全球气候变化差异明显,当前政策框架和措施尚无法实现已承诺目标

在既定政策情景中,全球能源相关和工业过程CO2排放量在2021年迅速反弹,到2030年将上升至360亿吨;在承诺目标情景中,碳排放量将在2025年左右达到峰值,到2030年降至略低于340亿吨;而在净零排放情景中,碳排放量在2030年将降至210亿吨。到2030年,既定政策情景和承诺目标情景之间碳排放量相差26亿吨,这表明已宣布的净零排放承诺与已出台的政策框架和具体措施间仍存在差距,需要更可靠的政策和长期计划作为支撑。然而,即使实现承诺目标仍无法达到净零排放,到2030年承诺目标情景与净零排放情景之间的碳排放量相差120亿吨,如果算上甲烷排放,两者间的差距将达到140亿吨CO2当量。

承诺目标情景中各国碳排放轨迹差异明显。到2030年,发达经济体的碳排放量将下降约三分之一(即35亿吨),但新兴经济体和发展中经济体碳排放量将上升约10%(即25亿吨)。这将导致全球贸易和其他紧张局势显现,也将阻碍全球尽可能经济有效地实现净零排放,因为实现净零排放在很大程度上依赖于各国政府的共同努力。

报告利用温室气体引起气候变化评估模型(MGICC)进行了详细分析,结果显示。在既定政策情景中,全球平均地表温度将在2030年左右上升超过1.5℃,到2050年碳排放量若为320亿吨,到2100年平均地表温度将上升2.6℃;承诺目标情景中,到2050年碳排放量将为210亿吨,到2100年平均地表温度将上升2.1℃;两种情景下2100年后全球地表温度均将继续上升,因为全球还未实现净零排放。在净零排放情景下,到2050年全球将实现净零排放,温升将略高于1.5℃,到2100年温升将降至1.4℃左右;在可持续发展情景下,到2050年全球温升将在1.7℃左右,到2070年全球将实现净零排放,到2100年温升将在1.6℃左右。

注:STEPS为既定政策情景,APS为承诺目标情景,SDS为可持续发展情景,NZE为净零排放情景

图2 2000-2100年不同情景模型下全球地表温度上升变化(单位:℃)

三、加快电气化、提高能效、减少甲烷排放以及推动清洁能源创新,将有助于将全球温升控制在1.5℃以内

大力推进能源终端用能的清洁电气化。清洁电力结构、扩大终端用电,在能源清洁转型中将发挥核心作用。2020年全球电力部门碳排放量为123亿吨(占能源相关总排放量的36%),高于其他任何部门。煤炭仍然是全球最大的单一电力来源,提供了全球1/3以上的电力供应,同时贡献了电力部门碳排放量近3/4。相较于承诺目标情景,在净零排放情景下,更快的电力脱碳将减少50亿吨碳排放量,占两者碳排放差距的40%。要实现电力部门快速脱碳,就需要大规模部署低碳发电。承诺目标情景下,到2030年可再生能源在全球发电量中占比将从2020年的近30%增加到约45%,但较净零排放情景仍低15个百分点。核电、水电、生物质发电、地热发电都是重要的可调度低排放发电来源,但目前新增低排放电力主要来自太阳能和风能。此外降低现有发电的碳排放也是实现全球电力部门脱碳面临的一大挑战。因此,需要停止对新建燃煤电厂投资;对现有电厂进行改造、升级或淘汰高排放电厂;扩大电网规模,发展包括储能在内的所有灵活性技术。随着电网的快速扩张和现代化改造,在承诺目标情景下,到2030年公共事业规模电化学储能装机容量较2020年将增加18倍,而在净零排放情景下将增加30多倍。随着终端用电需求增长以及交通和供热设备电气化,电力消费将大幅增加。发达经济体和中国正大力扩大电动汽车市场规模,在净零排放情景下,到2030年电动汽车在全球汽车总销量中占比将超过60%。此外,热泵将取代燃煤锅炉,推动建筑部门电气化。

不断提高能源效率。在净零排放情景下,2020-2030年间全球能源强度每年将下降4%,是前十年降幅的两倍多,如果能源效率不能提高,到2030年终端能源消费将增加约三分之一,大大增加能源供应脱碳的成本和难度。与承诺目标情景相比,在净零排放情景下,能效的提高将导致到2030年减少13亿吨碳排放量,这主要集中在交通运输和建筑部门。通过数字技术和材料优化升级将再减少13亿吨碳排放量(主要由工业部门贡献);行为方式的改变将再减少10亿吨碳排放量(主要由交通运输部门贡献);而通过电器改造升级以及制定更严格的能效标准,建筑部门将再减少5亿吨碳排放量。

持续推进甲烷减排。当前全球气温上升的30%是由甲烷造成,快速和持续减少甲烷排放是短期内控制气候变暖、改善空气质量的关键。能源部门是当前甲烷排放的最大来源之一,2020年全球化石燃料排放了约1.2亿吨甲烷,相当于35亿吨CO2排放。仅仅通过减少化石燃料的使用,并不能长期有效地解决甲烷排放问题,还需各国实施一套完整的政策工具,包括:甲烷泄漏检测和修复要求;主要技术标准和禁止非紧急甲烷排放;实施绩效标准或征收排放税;更健全的监测和核查制度;先进的卫星观测等技术。在净零排放情景下,2020-2030年间所有化石燃料甲烷排放量将减少75%左右,其中三分之一来自化石燃料使用量减少,其余大部分来自快速部署减排措施和技术。

大力推动清洁能源创新。在净零排放情景下,到2050年几乎一半的减排来自于目前尚处于示范或原型阶段的技术,因此,当前各国需加大对先进电池、低碳燃料、电解槽和直接空气碳捕集等关键技术的支持力度,通过国际合作实现成本的降低,并为新技术进入市场铺平道路。净零排放情景下,约需投入900亿美元公共资金以在2030年前完成一系列示范项目,而目前已宣布的预算只有250亿美元。近期政策支持应以尽快部署关键创新技术和发展支持性基础设施为目标。

四、新兴市场和发展中经济体将占未来能源消费的绝大部分

当前全球还有数亿人无法获得最基本的现代能源。除中国之外的新兴市场和发展中经济体占当今全球人口的三分之二,到2050年将占世界人口增量(20亿)的绝大部分,新兴市场和发展中经济体对全球能源发展趋势将起重要作用。关键清洁能源技术成本下降为新兴市场和发展中经济体发展低碳能源提供了重要机会,但还未表现出终端用能部门跨越式采用低碳技术的趋势。在既定政策情景下,到2030年新兴市场和发展中经济体石油需求较2020年将增加1200万桶/天(增长近30%),天然气需求将增加5200亿立方米(增长近25%),煤炭需求将增加1.6亿吨(增长4%);而发达国家对化石燃料的需求将下降。中国目前在可再生能源基础设施建设方面处于全球领先地位,越来越多的新兴市场和发展中经济体也相继进行了部署示范。既定政策情景中,到2030年可再生能源占新兴市场和发展中经济体(不包括中国)新增电力装机容量的三分之二,而目前这一比例约为50%。在既定政策情景下,新兴市场和发展中经济体的电力需求将快速增长,这主要是由于工业部门电机和电器拥有量的增加。综上所述,新兴市场和发展中经济体将对未来几十年内CO2排放量的增长至关重要。在既定政策情景下,到2050年新兴市场和发展中经济体(不包括中国)的碳排放量将增加55亿吨,其中工业和交通部门碳排放量增幅最大;相比之下,发达经济体碳排放量将减少37亿吨,中国将减少30亿吨。在承诺目标情景下,碳排放量差别更为显著。尽管新兴市场和发展中经济体中只有小部分国家承诺净零排放,但应注意到该地区(不包括中国)的人均碳排放远低于发达国家,承诺目标情景中到2030年其人均排放量不到发达经济体平均水平的一半。

图3 全球主要地区2000年和2030年承诺目标情景下的碳排放总量(单位:十亿吨)和人均碳排放量(单位:吨/人)

五、充分调动公私投资和各种金融激励措施

要实现2050净零排放,需加快推进清洁能源转型相关投资,到2030年实现投资水平增至4万亿美元/年。这将比承诺目标情景投资水平高3/4,其中清洁发电和电力基础设施的年度投资高出1.1万亿美元,建筑、工业和交通部门能效和脱碳投资将高出0.5万亿美元。新兴市场和发展中经济体清洁能源投资的增幅最大。预计70%的清洁能源投资将来自私人开发商、消费者和金融家,根据政府制定的市场信号和政策进行投资,公共财政投入也需增加,并发挥撬动私人投资的作用,以实现排放密集型行业的清洁能源转型。同时,私人开发商和金融家需要增加对新兴市场和发展中经济体的能源转型投资份额。能源投资可分为四类:①低排放领域:零排放(或低排放)能源技术或能源服务的投资,如可再生能源,低排放燃料,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术和直接空气碳捕集技术;②具有减排潜力领域:能够提供或实现零排放能源或能源服务的投资,如电网、终端设备电气化、电器能效、电动汽车等;③能源过渡领域:具有减排效益但本身不提供零排放能源或能源服务的投资,如减少化石燃料使用、天然气锅炉取代燃煤锅炉、翻新发电厂以支持使用低排放燃料共燃、提高波动性可再生能源并网比例的天然气发电厂等;④不减少排放的化石燃料:对不能减少任何排放的化石燃料投资。

六、清洁能源转型需注重以人为本

能源部门清洁转型的目的是改善生活生计,需将就业、公平、包容、可负担性、获取机会和可持续经济发展等诸多环节加以考虑。清洁能源领域的就业将成为劳动力市场中最为活跃的一部分,其增长将大大抵消传统化石燃料供应下降带来的就业减少。在承诺目标情景下,预计到2030年将总共提供1300万个清洁能源相关的就业岗位;而在净零排放情景下,这一数量将翻一倍。各国政府需协调管理方式,最大限度地增加高质量工作岗位和为工人提供学习技能的机会。能源部门转型必须支持社会和经济发展,提高生活质量。预计到2030年,普及电力和清洁烹饪将需要每年430亿美元的投资。针对能源公平和包容性问题,在政策制定时倡导年轻一代参与能源和气候政策讨论,并增加女性参与能源相关工作的比例。此外,能源转型还需全社会的支持与参与,例如公众支持改用电动汽车或热泵,行为方式的改变将贡献4%左右的碳减排量。

七、通过停建新的燃煤电厂和现有电厂改造逐步淘汰煤炭使用

所有情景模型均显示未来煤炭使用量将迅速下降,既定政策情景下到2030年全球能源系统中无减排能力的煤炭使用量将下降约5%;承诺目标情景下将下降10%;净零排放情景则将下降55%,并在2040年将淘汰全部无减排能力的燃煤发电厂。电力部门逐步淘汰煤炭使用有两种方式:一是停止新建燃煤电厂;二是改造现有设备实现碳减排。第一种方法更容易实现,净零排放情景中已没有新的燃煤发电项目投资计划。七国集团(G7)所有成员国都承诺停止对无减排能力的燃煤电厂进行支持,中国也承诺停止支持在海外新建燃煤电厂。中国的承诺意义重大,按照承诺目标情景,这将导致到2050年取消190吉瓦煤炭项目,使用低排放发电取代这些技术将实现200亿吨的累积碳减排量。对现有燃煤电厂实施减排改造是气候行动的一个更可持续的手段,但对公共政策来说却更为棘手。净零排放情景中,采用三管齐下的方法,在保持电力可靠供应的同时,以经济高效的方式处理排放问题,即通过:CCUS技术改造或生物质/氨等低排放燃料共燃以降低排放;重新调整电力用途,更注重发电充分性和灵活性;直接退役。这将促使到2030年燃煤电厂的排放量较目前减少70亿吨以上。未来十年将需要每年退役90吉瓦的燃煤电厂,到2030年将淘汰40%的燃煤电厂。

八、通过控制大宗商品价格、提高可再生能源发电比例,确保所有家庭都能获得可负担的能源服务

2021年经济复苏导致全球大宗商品市场全面提价,原油价格从2020年中期的20美元/桶增至2021年中期的70美元/桶;天然气现货价格一直持续上涨,2021年下半年达到欧洲历史最高水平;2021年煤炭价格也在需求反弹的推动下出现强劲增长,尤其在亚洲增长最为显著。天然气和煤炭价格的增长导致多个市场电价上涨,尤其在可再生能源产量相对较低的市场。锂、铜等关键矿物的价格也出现强劲增长,接近或高于过去十年的最高水平。按照目前关键矿物现货市场价格,到2030年既定政策情景下清洁能源投资成本将增加4000多亿美元,净零排放情景下清洁能源投资成本将增加7000多亿美元。

在既定政策情景下,发达经济体的家庭平均能源账单将从过去五年的年均3200美元降至2050年的2400美元;新兴市场和发展中经济体由于电力和油气价格以及家电和汽车保有量的上涨,到2050年将增加80%。提高能效、电气化和改用低碳能源均有助于降低能源使用成本,但往往在前期需要付出较大投资。因此需要针对低收入家庭提供有针对性的补贴以减轻其经济负担。

九、能源转型中的不稳定性将导致全球贸易紧张和技术转让限制

能源转型的不稳定性将带来投资不匹配等安全隐患。能源转型将导致一次能源结构发生重大转变,从碳密集型能源转向低碳能源。过去几十年中化石燃料占比一直保持在80%左右;但到2050年,在承诺目标情景中化石燃料份额将降至50%左右,在净零排放情景中其份额将大幅降至略高于20%。石油和天然气等化石燃料需求的减少将带来较大的不确定性。此外,能源转型中燃料需求量的变化将对投资产生重大影响,如果公司和投资者在转型中误判燃料未来需求趋势,将存在市场紧缩或过度投资导致的资产利用不足和搁浅的风险。

能源安全尤其是电力供应可靠性日益成为关注的焦点,因为社会越来越依赖电力来满足其能源需求。在所有情景下,到2050年波动性可再生能源在发电中占比将上升至40%-70%(某些地区甚至更多),远高于目前略低于10%的全球平均水平。风能和太阳能光伏发电受环境影响较大,因此储能、需求响应和可调度的低排放电力对于满足电力供应灵活性要求至关重要。在净零排放情景下,对电力供应灵活性的需求较大:公用事业规模电池储能装机规模将从2020年的不足20吉瓦增加到2050年的超过3000吉瓦以上,并且电力系统中将接入数百万台用户侧灵活性设备,如智能电表、电动汽车和充电基础设施等。

清洁能源技术同样面临地缘政治风险所带来的安全问题。在所有情景中,地缘政治影响将从油气转向关键矿物的生产和贸易。到2050年,在既定政策情景下的矿物需求总量几乎增加了两倍;而在净零排放情景下,矿物需求增加了六倍。关键矿物价格的上升或波动性可能导致全球的清洁能源转型更为缓慢或昂贵。关键矿物开采和加工在地域上过于集中,在多数情况下,关键矿物的供应集中在石油和天然气储量较少的国家和地区,意味着许多国家使用进口材料的太阳能电池板、风力涡轮机和电池供应链将很快受到少数矿物资源集中国家的监管变化、贸易限制甚至政治不稳定性的影响。决策者应尽早制定确保矿物安全的综合办法,包括扩大投资和促进技术创新,同时注重材料的回收利用、供应链弹性和可持续性。此外,净零排放情景中,国际氢能贸易(包括氨基燃料)同样将出现供应危机。到2050年,在承诺目标情景下,全球氢能贸易额将增长至1000亿美元左右,高于目前全球煤炭贸易金额;而净零排放情景下,全球氢能贸易额将增长至3000亿美元。因此,氢能进口商和出口商之间缺乏协调,或基础设施和设备生产能力出现瓶颈,都将带来能源供应安全危机。

十、清洁电气化是实现净零排放的核心要素,需将传统化石燃料与低碳燃料合理配比,实现2050气候目标

到2050年各种化石燃料仍将继续为全球能源稳定供应做出重大贡献。石油需求在所有情景中均呈现不同程度的下降:既定政策情景中,石油需求在2035年达到1.04亿桶/天,随后缓慢下降到2050年;承诺目标情景中,全球石油需求在2025年达到峰值(9700万桶/天),并在2050年降至7700万桶/天;净零排放情景中,石油需求在2030年下降至7200万桶/天,并在2050年降至2400万桶/天。用于石化原料是石油需求唯一增长的领域,到2050年全球石油消费量55%将用于制造石化产品。未来五年天然气需求将增加,随后出现明显的下降:在既定政策情景中,天然气需求在2030年增长至4.5万亿立方米(较2020年增长15%),随后到2050年增至5.1万亿立方米;在承诺目标情景中,全球天然气需求在2025年之后很快达到峰值,随后在2050年降至3.85万亿立方米;在净零排放情景中,天然气需求在2025年之后急剧下降,在2050年降至1.75万亿立方米。到2050年,超过50%的天然气用于生产低碳氢,70%的天然气使用将配备CCUS技术。煤炭在所有情景中均呈现需求下降趋势:在既定政策情景中,全球煤炭需求在2025年略有上升,随后开始缓慢下降,到2050年较2020年下降25%,其中2025-2030年,中国煤炭总需求开始下降,发达经济体煤炭使用量大幅下降,主要原因是电力行业需求下降;在承诺目标情景中,2030年全球煤炭需求仅比既定政策情景低6%,但2030年后,尤其是中国煤炭需求迅速下降,2050年全球煤炭需求仅为2020年的一半;在净零排放情景中,到2030年全球煤炭需求下降55%,到2050年下降90%,并且剩余少量煤炭使用中80%配备有CCUS技术。

低排放替代燃料(如现代生物能源和氢基燃料)将对实现净零排放目标发挥关键作用。各国对低排放燃料的支持差别较大:2020年生物燃料使用量略低于200万桶/天,但到2030年,既定政策情景中生物燃料需求将增加一倍,承诺目标情景将增加2.5倍,净零排放情景中将增加3倍。净零排放情景中,到2030年沼气将为全世界4亿人口提供清洁的烹饪途径,沼气需求量将上升至5.5艾焦。另外,当前已有17个国家公布了低碳氢战略,20多个国家正在制定氢能战略。既定政策情景下,到2030年低碳氢和氢基燃料需求将小幅上涨;承诺目标情景和净零排放情景下增长更快。净零排放情景中,2030年低碳氢产量约有一半来自于电解水制氢,一半来自配备有CCUS技术的煤炭和天然气制氢(这一比例因各国差异而有不同)。

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