文献阅读 | COVID-19引起的低电力需求和市场限制将持续降低二氧化碳排放

题目

COVID-19-induced low power demand and market forces starkly reduce CO₂ emissions

作者

Christoph Bertram, Gunnar Luderer, Felix Creutzig, Nico Bauer, Falko Ueckerdt, Aman Malik & Ottmar Edenhofer

期刊

Nature Climate Change

时间

08 February 2021

一作

单位

Potsdam Institute for Climate Impact Research, Member of the Leibniz Association, Potsdam, Germany

链接

https://www.nature.com/articles/s41558-021-00987-x

研究结果

在COVID-19疫情流行并对能源系统和碳排放造成影响之前，电力行业正处于动态转型过程。虽然大多数国家主要使用化石燃料（大部分是煤和天然气）发电，但仍是可再生能源主导着全球发电量的增长（图1a,b）。2010年初，风能和太阳能的使用还集中在少数得到政策有力支持的市场，但近年来随着技术成本下降和性能改善，应用更加普遍广泛。

图1. 2011-2014年全球发电和二氧化碳排放：（a）年绝对值；（b）单个低碳技术发电量的年变化；（c）2011-2024年的电力部门排放；（d）定性分析全球电力部门的二氧化碳排放变化的关键因素

疫情流行期间，由于工业、商业等部门的活动限制和整体经济衰退，电力需求略有下降，电力部门排放也随之减少。到2020年9月末的实时数据显示：2019年印度、美国和欧洲的电力市场二氧化碳总排放占全球排放量的34%；与2019年相比，2020年每月电力需求已经下降20%，所排放的二氧化碳减少了50%（图2）。基于不同发电技术的能力组合的优劣顺序，可以得知：如果电力需求下降，发电可变成本最高的工厂将首先关闭。化石燃料发电厂由于燃料成本的存在，发电可变成本较高，而可再生能源和核能发电的可变成本较低，因此在需求减少时将会被首先选择。这种选择顺序会导致二氧化碳排放和电力需求的下降不对称，排放下降更为明显。

图2. 2020年的月度电力需求和排放（与2019年相比）

在化石燃料发电厂，尽管天然气成本较高，但是燃煤发电的降幅高于天然气发电，加速了经济合作与发展组织（OECD）国家煤炭消费的下降趋势。这是因为疫情期间的整体经济低迷降低了所有行业对天然气的需求，导致天然气现货市场价格下跌。尽管煤炭价格也有所下降，但是对燃煤发电的可变成本影响较小，因为煤炭开采、运输成本以及维护成本的所占比例更高。并且欧盟碳排放交易系统（EU- ETS）中相对稳定的排放价格也支持电力部门从煤炭转向天然气，进一步降低了燃煤发电的竞争力。基于国际货币基金组织（IMF）对2020年国内生产总值的预测，并逐年减少低碳发电每年的增加量图（1b），本文估计电力部门每年的二氧化碳排放量将比2019年减少6.8%[4.9-9.0%]（图1c），高于Le Quere等人1.5%[0.3-3.1%]的估计。预计全球电力部门在2021-2024年每年减少7.5%[5.3-10.1%]，由于大多数国家化石发电的大幅减少，尽管部分被中国的电力增长抵消，中国从2019年的37%上升到2020年的39%。如果低碳发电（风能、太阳能、核能和水能发电）的年净增加量超过电力需求的增长，化石能源发电总量就会下降。在过去十年中，除2015年和2019年，低碳发电的年度需求增长略高于新增的低碳发电（图1b）。国际货币基金组织对《世界经济展望》的最新估计表示， 2021年GDP水平将与2019年持平。基于经济增长和电力需求之间的强相关性，2021年的电力需求可能同2019年水平相当。如果低碳发电的增加超过未来的电力需求增长，那么电力部门排放可能在2018年达到历史峰值。如果自2022年后，低碳发电的增加速度持续上升，并假设2022-2024年的需求增长率恢复到过去几年的平均水平，那么化石能源发电将发生从增长到减少的结构性转变。所以自2018年，二氧化碳排放量将持续下降，在COVID-19流行期间加速下降。如果电力需求增长更快或者低碳增加率大幅放缓，那么化石燃料发电可能会持续增长到2024年，但几乎不会达到2018年的峰值水平，除非电力需求增长非常高或者低碳增加率非常低。各种市场因素都会对预测产生影响（图1d），例如供应链的中断、资本投资的减少以及国际技术合作的减少，都会影响低碳发电和能效技术的应用。由于技术的快速变革和气候变化目标的限制，现有的扩建燃煤电厂的计划面临着资产搁置的风险。目前来说，煤炭发电市场份额大幅下降。未来煤炭的低弹性导致项目更难获得融资，随着风能、太阳能和储能技术的成本持续下降，可再生能源项目将更具吸引力。

研究方法

年度发电量的预测

基于国际货币基金组织对GDP的预测，估计2020年和2021年的电力总需求和总发电量。假设电力需求对GDP的弹性为0.6，2022-2024年的需求预测按照2011-2019年的平均增速，结果与国际能源署的政策情景的年需求增长率相当。2020-2024年增加的低碳发电量的预测基于2017-2019年的线性趋势，其中2020年减少40%，因为2020年上半年核电产量的观测数据下降，以及3-4月可再生能源设施的中断。在2020-2024年的二氧化碳排放的预测中，本文分析了化石燃料发电量的不确定性（由总需求增长和低碳发电量决定）和化石燃料发电组成及其排放强度的不确定性。图1a、b中间三条轨迹（红色和内灰色线）均基于化石燃料发电变化的中等估计值，较高的灰色线假设化石燃料的排放强度保持在2019年的水平，低的灰线假设所有减少的发电量都被燃煤发电所占用，中间的红线则假设：替代化石发电的排放强度是化石发电强度与燃煤发电强度之间的平均值。假设2020-2024年化石燃料发电量分别比中等估计高（或低）200、400、800、1200和1600TWh，以得出极高（和极低）的排放。这反映了电力需求和低碳发电增长的不确定性，并随着时间的推移而增加。极高估计是假定化石燃料发电的排放强度不变，而极低的估计是假定所有的减排都来自燃煤发电。

编辑：张思露

排版：张思露 江琴

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