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国际能源署发布2050年碳中和的路线图

北极星氢能网 来源:环境科学与政策  作者:Shangwei Liu  2021/5/21 9:14:46 我要投稿

北极星氢能网讯:国际能源署(IEA)近日发布了《Net Zero by 2050,A Roadmap for the Global Energy Sector》报告,这份报告被国际能源署署长法提赫·比罗尔称为是“该机构五十年来最重要的报告之一”。这份两百多页的报告讨论了在1.5要求下,全球如何实现快速的能源转型,在2050年打造碳中和的能源系统。

(来源:微信公众号“环境科学与政策” ID:mysklsw 作者:Shangwei Liu)

笔者简短介绍一下国际能源署的这份报告,选择其中一些受到广泛关注的图片讨论一下。2015年巴黎协定签署时,虽然提到了1.5度目标,但全球气候变化应对主要还是围绕在2度目标(2060-2080年实现碳中和)。2018年,IPCC应各界的要求出版了一份1.5度的报告,这份1.5度报告指出,把全球温度控制在1.5度而不是2度可能对人类和自然系统更有益,由此1.5度目标广泛进入了全球气候变化应对的政治经济议程中。随着光伏、风电成本的大幅下降,越来越多的人认识到本世纪中叶实现净零排放虽然极具挑战性,但是快速行动仍然可以实现。2020年中国宣布碳中和目标后,进一步推动了世界主要发达国家碳中和承诺的进度。现在1.5的目标已经受到广泛关注。国际能源署之前的减排路径中并没有包含1.5度的情景,只包括了低于2度的SDS情景。这次发表1.5度的减排路线图,将成为11月英国召开的第26届联合国气候变化大会(COP26)重要科学基础。

关键结论:立即快速行动则1.5度目标仍可公平、安全的实现,并且可以为就业增长和经济发展带来新机遇

IEA的报告发现1.5度目标仍然可行,但是需要各国政府通力合作,立即行动。IEA根据研究模型发布了一份实现1.5度目标各年份的路径图(点击可放大,原图在文末),笔者翻译为下表,其中包括立即停止新增化石燃料供应项目(如煤矿、油气田等的投资),停止新建燃煤电厂,2035年禁售燃油汽车,大力发展氢能等等。

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电力部门:2050年电力需求近乎翻两番,可再生能源成为主力军

IEA的路径中,全球电力系统将在未来三十年发生翻天覆地的变化,可再生能源占比达到88%,而其中光伏和风电两者发电量占比就超过68%以上,还需要大量储能配合(2050年全球达到3100GW)。

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(图片来源:@DrSimEvans)

为什么电力增长这么多?主要是用在工业和制氢上面。IEA的这个路径图是一个氢能跨越式发展的路线图,其中可再生能源制氢是重要的减排手段。建筑取暖做饭以及电动汽车虽然带来的一定的电力需求增长,但是相比工业和制氢还是较少。(但是制氢的电力更灵活,可以和风光配合)。

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煤电是我们国家最关心的电力部门转型问题之一,IEA的情景中也强调了无碳捕集煤电快速退出的重要性。IEA指出实现1.5度路径要求下,所有的亚临界技术煤电厂需要在2030年前退出。我国煤电现存容量中一半以上都是亚临界技术(大概500GW左右),退出规模上与Cui et al.(2021)一致,这篇文章考虑了中国煤电退出经济社会的其他限制因素,可以参见《自然·通讯》:碳中和目标下中国燃煤电厂退出路径。

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燃油车要在2035年前禁售,电动卡车也有光明的未来

在新售汽车中,轻型车辆要快速电气化,2030年要超过一半,2035年要禁售燃油车。之前的研究一般认为未来重型卡车需要用氢能驱动,因为电池能量密度低,卡车用电池就要被一个特大号电池,但是随着电池技术近年来的快速发展,电动卡车(特别是相对轻型的卡车)也成为热门选择,IEA的模型中氢能只在卡车低碳转型中起到一定作用。

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建筑部门需要加快近零建筑节能改造,广泛采用热泵技术

节能在各个部门中都有重要意义,技术上和行为上的节能可以减少对电力等能源供应部门的压力。新建建筑需要符合更严格的近零建筑标准(比目前75%建筑节能标准还要严格不少),大力发展低碳集中供暖也是重要的减排方式。

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碳捕集仍是重工业部门减排的主要路径

工业部门要做两件事:一是需要一部分没有安装碳捕集的工业设备提前退休,二是加快碳捕集和氢能工业的发展,钢铁部门存在较大的用氢炼铁的潜力,但是碳捕集技术可能在经济上和技术上仍有优势。

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氢能需要跨越式发展,2050年占到最终能源使用的13%

自从碳中和概念热炒以来,氢能的发展就受到广泛的关注,希望氢能可以取得技术突破,很多报告还有大量发展氢电或者氢能经济的畅想,但是氢能还有从生产到运输到储存到使用的各种问题,需要创新政策驱动,未来发展仍有不确定性,可能一飞冲天,也可能重蹈覆辙(像20年前氢能泡沫一样)。IEA的这份报告对于氢能发展算是谨慎乐观的,氢能的产量会扩大六倍,而且会在船舶、货车、化工、钢铁等行业占一定比重,而且未来电解氢会快速发展。

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减排所需的技术:一半已经有了,一半还需要努力

这份报告指出,技术减排(直接行为减排大概占到累计减排量的10%)是最主要的减排方式。而这些技术中,有些技术如光伏、风电、热泵、电动汽车,已经基本成熟,进入市场大规模部署的阶段,另一部分还处在示范项目或者实验室阶段。

技术的进步是模型模拟很难抓住的地方。最近的不少研究都指出,考虑到技术进步的情况,低碳能源结构很可能会比目前的化石燃料能源结构(不可再生,价格和化石燃料可获取量有关)更经济,不过低碳能源往往初始投资高,而使用成本低,但消费者可能会因为初始投资高而放弃使用长期更低碳、更经济的技术,这也是需要注意的问题。

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与其他模型对比,IEA的报告不那么依赖碳捕集

IPCC的主要综合评估模型都很依赖碳捕集和负碳排放技术,这一点受到很多批评,当然有些是因为这些模型比较老了,对光伏、风电等技术的近期发展没有更新数据。下图是IPCC18个模型1.5度要求下的转型结果和IEA结果的对比。

IEA的数据应该还是比较新的,而且IEA这个模型虽然仍然有很多的碳捕集(2050年7.5Gt=18%的今天全球碳排放),但是整体上还是一个少捕集、少生物质(生物质虽然好用,但是受到土地、生物多样性保护、运输成本等限制)、强调节能、氢能发展比较乐观以及考虑到光伏、风电快速发展的模型。这个路径当然不是唯一的路径,也不一定最合适,但是它基本描绘了快速能源转型的基本路径。

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下图来自最近新发表的一篇Science(Assessing China’s efforts to pursue the 1.5°C warming limit),文章比较了不同的综合评估模型预测的中国1.5度要求下的减排路径(如下图,每个模型包括无政策和1.5度要求两个路径)。可以明显的看到大多数模型仍有大量的化石燃料(需要碳捕集),风电、光伏的占比比较低(没有更新风电光伏成本数据)等等。将此文章和IEA的1.5度路径比较,会引出不少有意思的讨论。

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附:IEA的报告中的1.5度能源转型路径图

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原标题:国际能源署发布“50年来最重要的报告之一”,绘制全球能源系统2050年碳中和的路线图

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