1.5°C的温控目标如何实现？国际可再生能源署披露碳中和技术路线图

撰文 | Penn

编辑 | 郭郭

→这是《环球零碳》的第129篇原创

环球零碳

碳中和领域的《新青年》

摘要：国际可再生能源署的最新报告认为，要实现温控1.5℃目标，电气化和能源效率是能源转型的关键驱动因素，可再生能源、氢气和可持续生物质能将成为这一转型的动力。报告还认为，要达此目的，到2030年全球每年需要5.7 万亿美元的投资。

3月29日，国际可再生能源署（IRENA）在柏林能源转型对话上正式发布了最新版《IRENA 世界能源转型展望：1.5°C 路径》报告。在2021年版本基础上，新版报告提出了世界能源转型的优先领域以及基于现有技术的行动。

在俄乌冲突导致化石燃料价格高企、能源安全问题不断加剧以及气候问题日益严峻的大背景下，报告强调在采取短期干预措施解决当前能源危机的同时，必须坚定不移地关注能源转型的中期和长期目标。报告同时呼吁各国政府加快推进能源转型、发展清洁能源系统，为所有人提供更多、更安全、恢复力更强和可负担的能源。

《联合国气候变化公约》提出，到 2050 年将全球气温上升限制在高于工业化前水平1.5°C。《世界能源转型展望》 提出了实现所有终端脱碳的途径，即以电气化和能源效率为主要驱动力，由可再生能源、绿色氢和可持续的现代生物能源来实现。

根据该报告，使世界保持在1.5°C的道路上，到2030年，需要确保可再生能源在能源总量中所占的比重将从目前的14%上升到40% 左右。这种转变可以通过坚决淘汰煤炭，再加上风能、太阳能、氢能和可持续来源的生物质能的快速扩张来实现。

01

迈向2050年的目标

《展望》的1.5°C路径将电气化和效率定位为能源转型的关键驱动力，由可再生能源、氢能和可持续生物质的发展来实现。值得注意的是，电动汽车被视为能源转型进程的驱动因素，《展望》预计从2021年到2030年，电动汽车的存量预计将增长20倍以上，2030年将达到3.8亿辆以上的电动汽车。

这一途径要求社会生产和消费能源的方式发生巨大变化，到2050年将导致每年减少近370亿吨二氧化碳排放。这些排放的减少可以通过以下六种技术途径实现：

1.

显著增加发电量和直接使用可再生能源电力来实现；

2.

大幅提高能源效率；

3.

终端使用部门(如电动汽车和热泵)的电气化；

4.

清洁氢及其衍生物；

5.

生物能源与碳捕集与封存相结合；

6.

碳捕集与封存的最后一英里使用。

图说：到 2050 年可通过六种技术途径减少二氧化碳排放

注：减排估算包括能源和工艺相关的二氧化碳排放以及非能源使用的排放。

来源：IRENA

从2010年到2020年，全球新投产的公用事业规模的太阳能光伏（PV）发电项目的全球加权平均平准化成本下降了85%。聚光太阳能（CSP）下降了68%；陆上风电下降56%；海上风电下降48%。随着时间的推移，太阳能和风能技术已经巩固了其在新增产能中的主导地位，而且随着最近化石燃料价格的上涨，可再生能源发电的经济前景一片光明。尽管全球在电力部门部署可再生能源方面取得了良好的进展，但终端使用部门已经滞后，工业加工和家庭取暖仍然严重依赖化石气体。在运输部门，石油仍然占主导地位。在这些部门，可再生能源的深入渗透、扩大电气化和提高能源效率可以在缓解对价格和供应安全的担忧方面发挥关键作用。

尽管取得了一些进展，但能源转型远未走上正轨，需要采取激进的行动来改变其目前的轨迹。实现2050年的气候目标取决于2030年之前的充分行动，而未来八年对于加快可再生能源转型至关重要。任何短期的行动不足将进一步减少保持1.5℃气候目标道路上的机会。

图说：跟踪能源系统关键部分的进度

来源：IRENA

02

2030年的优先事项

2022《世界能源转型展望》提出了利用现有可大规模部署的解决方案实现2030年里程碑的优先领域和行动。进展将取决于政治意愿、目标明确的投资和技术组合，以及将这些技术落实到位并优化其经济和社会影响的一揽子政策。以下这些最优先的事项必须同时实现，才能使能源转型朝着1.5℃的目标迈进。

1.

坚决用清洁替代品(尤其是可再生能源)取代煤电至关重要。

2.

逐步淘汰化石燃料资产应与消除市场扭曲和激励能源转型解决方案的措施相结合。

3.

按照政府间气候变化专门委员会(IPCC)的建议，大力发展可再生能源和积极的能效战略是到2030年将排放量减半的最现实途径。

4.

需要进行基础设施升级、现代化和扩建，以提高系统的弹性，并为能够容纳高份额可变可再生能源的多元化和互联系统建立灵活性。

5.

到2030年，绿氢应该会从小众市场进入主流。

6.

到2030年,现代生物能源对满足能源需求(包括对原料的需求)的贡献将增加两倍。

7.

到2030年，汽车销售的大部分应该是电动汽车。

8.

所有新建建筑都要节能，并大幅提高改造率。

9.

需求侧管理将有助于在短期内缓解多重挑战，同时有助于能源和材料供应的长期安全。

10.

根据2015年《巴黎气侯协定》做出的《国家决定贡献》，雄心壮志必须足够坚定，以提供方向的确定性和指导投资战略。

11.

需要一套涵盖所有技术途径的全面政策，以在2030年前实现必要的部署水平。

图说：2018-2030年减排

来源：IRENA

03

实现1.5°C气候目标的技术途径和解决方案

为实现2050年的目标，超过90%的解决方案包括通过直接使用可再生能源、电气化、能源效率、绿色氢、生物能源和结合碳捕获和储存(BECCS)的可再生能源。

可再生能源、电气化和能源效率是能源转型的主要支柱。全球能源转型的特点是两个重要行动的协同作用。(1)越来越多地使用低成本的可再生能源技术，(2)更广泛地采用电力为交通和热力的终端应用供电。电气化允许在终端应用中使用无碳的电力来代替化石燃料，并大大改善能源服务供应的整体效率。

到2050年全球达到净零碳排放所需的大部分技术今天已经具备。可再生能源、绿色氢气和现代生物能源将在未来的能源世界中占据主导地位。

1/

可再生能源：电力

到2050年，发电量是2018年的三倍，可再生能源提供的电力占总电力的90%，远高于2019年的26%。为了以所需的速度和规模推进能源转型，需要在2050年前实现电力部门的几乎完全脱碳。风能和太阳能光伏发电引领转型，到2030年将占总发电量的42%（目前仅超过10%），到2050年供应63%的总电力需求；其他成熟的可再生能源技术（如水力、生物能源、地热）和新兴的可再生能源技术（如聚光太阳能、海洋能源）也在世界电力供应脱碳方面发挥重要作用。

发电量将需要从2019年的26900太瓦时扩大到2030年的42100太瓦时以上，其中65%的电力供应来自可再生能源，而2019年仅为26%。具体数据如下：

•

在十年内增加8000吉瓦的可再生能源发电装机容量。

•

陆上风电装机容量3000吉瓦，是2020年的4倍。

•

海上风电装机容量将达到380吉瓦，是2020年的11倍。

•

太阳能光伏装机容量达到5200吉瓦，是2020年的7倍多。

•

水电装机容量增至1500吉瓦，比2020年增长30%。

•

其他可再生技术装机容量将达到750吉瓦，比2020年增长6倍。

图说：1.5°C情景下2018年、2030年、2050年按来源划分的发电量和电力容量（太瓦时/年和吉瓦）。

来源：IRENA

电力系统的灵活性是整合高份额的可再生能源的关键因素，以下技术解决方案是未来保持电力系统的灵活性的发展方向：

•

储能技术是将大量可再生能源纳入电力系统的重要推动力。

•

通过分布式可再生能源管理终端使用部门的负荷和促进自我消费，提高需求方灵活性，并最大限度地降低系统的运行成本。

•

开发创新和替代方法，以减少材料的使用，并在部件的使用后进行再利用和回收。

•

BECCS对于抵消电力和其他部门的剩余排放也是必要的。

2/

终端消费电气化

电力将成为未来清洁能源系统中最主要的能源载体。最终能源消费的直接电气化份额将在2030年达到30%，到2050年超过50%，而2019年仅为21%。到 2030 年，全球终端用能部门的电力需求将比 2019 年水平增长 1.3 倍，达到约 3.1万太瓦时。到 2030 年，电气化在工业、建筑、交通等最终用能部门的份额将分别达到 28%、56%和9%。到2030年，直接电力在最终能源消费总量(TFEC)中的份额必须从21%提高到30%，能效措施的部署必须增加2.5倍。具体措施如下：

•

最终能源总消耗从今天的约390艾焦耳降至370艾焦耳。

•

扩大能源服务电气化，特别是在运输部门。

•

提高能效标准和对现有建筑进行改造。

•

产业流程变革、产业转型和循环经济实践。

图说：在1.5℃情景下，最终使用部门的电气化(直接)

来源：IRENA

3/

能源节约和效率提升

为了实现1.5℃的目标，必须迅速和大幅度提高能源效率，根据这一目标，到2030年，能源强度的改善率将增加到3.1%，几乎是近年来改善率（1.2%）的2.5倍；到2050年，能源效率将占减排量的25%。2020年能源效率的总投资超过2500亿美元，到2030年，对改善能源强度的年均投资必须增加9倍。能源节约和效率提升中必须特别注意建筑物的去碳化，这将需要在节能改造和电气化方面进行重大投资（在这十年中每年1.5万亿美元）。在交通方面，将需要在城市和公路沿线大规模部署电动汽车的智能充电点（每年860亿美元）。

4/

清洁氢能

预计到2030年，清洁氢气将增加到1.54亿吨。这意味着每年对氢气电解槽、基础设施和原料的投资将达到880亿美元。到2050年，氢气及其衍生物将占总减排量的10%。

随着全球经济致力于实现碳中和，具有竞争力的氢气和由氢气衍生的合成燃料（如氨、甲醇和煤油）将为难以通过直接电气化实现脱碳的工业和运输过程提供减排解决方案。

氢气还可以在平衡可再生能源电力供需方面发挥根本作用，吸收短期变化，并作为长期储存的一种选择，帮助平衡各季节的可再生能源变化。在国际可再生能源机构的1.5°C情景中，绿色和蓝色氢气的生产从目前可忽略的水平增长到2050年超过74艾焦（EJ）（6.14亿吨）。可再生能源成本的下降和电解槽技术的改进可使绿氢在2030年前具有成本竞争力（国际可再生能源机构，2020c）。2021年仅安装了0.5吉瓦的电解槽，到2030年，绿氢电解槽的累计装机容量需要增长到约350吉瓦。

图说：到 2030 年，绿氢需要从利基市场走向主流

来源：IRENA

目前，氢气只在工业部门得到了大规模的使用。释放其在整个能源系统中的潜力将需要在扩大规模之前进行示范，需要进一步研究的一些途径和技术是：

•

电解与氨和液体合成的整合。沙特阿拉伯NEOM的2 吉瓦电解槽项目，正在证明此概念。

•

卡车的燃料电池。

•

钢的直接还原。这一途径目前处于试验阶段；最先进的项目是瑞典的HYBRIT示范工厂。

•

以氨为燃料的船舶。世界上最大的船用发动机制造商MAN ES计划在2024年前开发出第一台氨燃料船用发动机。目前有50多个研究项目正在研究往复式发动机中的氨气使用。

•

氢气船。迄今为止，氢气仅在几个示范项目中被用于船载燃料电池，容量低于600千瓦。

•

高温电解。这项技术有望实现高效率水平（>90%），并与具有高成本和快速降解（即短寿命）特点的放热过程进行热整合。

•

直接空气捕集（DAC）。甲醇和合成燃料需要二氧化碳，DAC是两种可持续的碳源之一（与生物能源一起）。全世界只有15家工厂，累计产能为9 000吨/年（国际能源署，2020c）。

5/

生物能源

到2030年，现代生物能源对能源和原料需求的贡献将需要增加三倍，到2050年将增加四倍以上。1.5°C情景下，到2050年，生物能源将占总初级能源供应的25%。这将需要超过150亿焦耳的生物质初级供应，或比2019年的水平增加约三倍，这是一个具有挑战性的规模化努力。到2050年，生物能源提供所有最终能源消费的17%，为所有终端使用部门做出贡献，特别是在没有其他选择的部门实现减排。

6/

碳捕获和去除

从CCS、BECCS和其他措施中捕获的二氧化碳总量需要扩大，须从2020年的0.04 亿吨CO2到2030年达到2.2 亿吨CO2。

2050年仍有一些来自化石燃料使用和工业加工的排放。因此，既需要CCS技术，也需要二氧化碳清除（CDR）措施和技术，这些措施和技术与长期储存相结合，可以从大气中清除二氧化碳，从而实现负排放。

在1.5°C情景下，CCS的作用是有限的，针对的是水泥、钢铁、氢气和化工生产的过程排放，对垃圾焚烧炉的部署也是有限的。工业中CCS的使用和化石燃料制氢中CCS的使用将从现在的0.04亿吨/年的二氧化碳捕获量扩大到2050年的34亿吨/年。

消除二氧化碳的措施和技术包括基于自然的措施，如重新造林以及BECCS、直接碳捕获和储存（DACCS）和其他一些目前正在试验的方法。在国际可再生能源机构的1.5°C情景下，到2050年，每年从使用生物质的过程中捕获二氧化碳的潜力约为每年1千万吨。

04

每年需要5.7万亿美元的全球投资

国际可再生能源署总干事弗朗西斯科·拉卡梅拉表示："今天，各国政府正面临着能源安全、经济复苏以及家庭和企业对能源账单的承受能力等多重挑战。许多问题的答案就在于加速转型，但要把符合《巴黎协定》和可持续发展议程的政策落实到位，这是一个政治选择。”

《展望》呼吁要实现符合气候和发展目标的快速转型，需要做出政治承诺以支持最高水平的国际合作。根据《巴黎协定》，IRENA 将全球变暖控制在 1.5°C 的途径需要到 2030 年每年 5.7 万亿美元的全球投资，并表示每年应将 7000 亿美元从化石燃料中转移出去，以避免资产搁浅。因此，各国需要制定更雄心勃勃的目标并实施措施，以提高能源效率和部署可再生能源。正如COP26 主席 Alok Sharma 上个月早些时候在智库 IPPR 的期刊中警告的那样：除非“做出的承诺就是信守承诺”，否则“成就将一事无成”。

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参考资料：

[1]https://www.irena.org/publications/2022/Mar/World-Energy-Transitions-Outlook-2022

[2]https://www.edie.net/world-leaders-must-radically-scale-up-renewable-energy-now-irena-warns/

[3]https://www.irena.org/publications/2021/Jun/World-Energy-Transitions-Outlook

[4]https://cleanenergynews.ihsmarkit.com/research-analysis/policymakers-need-to-show-political-will-in-pursuit-of-energy-.html

[5]https://www.offshore-energy.biz/answers-to-energy-security-and-climate-change-concerns-lie-in-energy-transition-irena-says/

[6]https://www.argusmedia.com/en/news/2316603-radical-action-needed-to-drive-energy-transition-irena

[7]EV-Volumes (2022), EV-Volumes – The ElectricVehicle World Sales Database, www.ev-volumes.com/

[8]IRENA and Methanol Institute (2021), Innovation Outlook: Renewable Methanol, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi.

[9]IRENA (2020c), Green hydrogen cost reduction, Green hydrogen cost reduction, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi.

END

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