國際能源署2050年凈零排放全球路線圖對我國電力行業凈零發展的啟示

劉 戀，齊曉曼

(國網上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437)

隨著世界各國越發意識到共同應對氣候變化的重要性，自1992年出臺《聯合國氣候變化框架公約》后，《京都議定書》等一系列國際氣候協議在此基礎上相繼簽署，形成了國家間“無形財富”競爭的規則，這也是人類從工業文明向生態文明過渡的標志。在未來,氣候協議有望繼《聯合國憲章》和《世界貿易組織》成為第三個世界規則。

為了加快全球低碳發展步伐，促進早日實現凈零排放，2021年5月18日，國際能源署(IEA)發布年度重磅報告——《2050年凈零排放：全球能源行業路線圖》(Net Zero by 2050，A Roadmap for the Global Energy Sector)(以下簡稱“IEA報告”)[1]，并于6月8日在中國召開發布會。IEA報告為全球首份針對2050年前實現凈零能源系統的綜合性研究成果，在全球能源可靠安全供應和經濟強勁發展的前提下，提出了全球能源行業實現凈零排放的總體路線圖、行業路線圖、關鍵里程碑及所需的優先行動，也為于2021年11月舉行的《聯合國氣候變化框架公約》第二十六次締約方會議高層談判(COP26)提供重要參考。

中國作為全球碳排放總量最大的經濟體，一直積極為應對全球氣候變化做出新努力和新貢獻。2020年9月，習近平總書記就在聯合國大會上向國際社會作出“碳達峰、碳中和”(以下簡稱“雙碳”)鄭重承諾，贏得國際社會的廣泛積極評價。隨后，中央、部委、地方和能源央企迅速響應，陸續推出了一系列目標舉措。在實現“雙碳”目標上，能源是主戰場，電力是主力軍，將對未來能源生產消費、產業結構乃至區域結構產生深刻、深遠影響。IEA報告提出的行業路線圖將是我國電力行業凈零發展的重要參考。重要碳減排國際公約和我國減排目標見圖1。

圖1 重要碳減排國際公約和我國減排目標

1 碳中和、凈零排放和氣候中性概念區分

1.1 各表述的定義

碳中和、凈零排放和氣候中性經常出現在新聞和研究報告中，在大多數場合下，這些術語可互換使用，但在定義以及實現途徑上是存在區別的。

碳中和(Carbon-Neutral)：根據政府間氣候變化專門委員會(以下簡稱“IPCC”)在特別報告《全球變暖1.5℃》[2]中的定義，當一個組織在一年內的二氧化碳(CO2)排放通過二氧化碳去除技術應用達到平衡，就是碳中和或凈零CO2排放。主要使用該目標表述的國家及地區有中國、葡萄牙、冰島、智利等。

凈零排放(Net Zero Emission)：當一個組織一年內的所有溫室氣體(以CO2當量衡量)排放量與溫室氣體清除量達到平衡時，即為凈零溫室氣體排放。為了達到該目標，企業需要根據全球溫升1.5℃的減排路徑減少溫室氣體排放，并通過碳移除技術抵消剩余溫室氣體排放量。主要使用該目標表述的國家及地區有美國、加拿大、新西蘭、新加坡、韓國等。

氣候中性(Climate-Neutral)：當一個組織的活動對氣候系統沒有產生凈影響，就是氣候中性。氣候中性較碳中和、凈零排放的范圍更大，它還必須考慮區域或局部的地球物理效應，例如輻射效應等。主要使用該目標表述的國家及地區有挪威、丹麥、斯洛伐克、匈牙利等。

因此，“碳中和”目標僅與CO2有關，而“凈零排放”目標包括所有溫室氣體，“氣候中性”目標則還包括輻射效應等其他影響。若一個組織主要釋放CO2，那么這3個詞可互換使用。對于大多數行業，凈零排放和氣候中性是等效的，因為向大氣中排放溫室氣體是氣候變化最重要的因素，但有些部門(例如航空業)也應該考慮輻射效應等因素的影響[3]。概念比較及目標表述對應的主要國家如圖2所示。

圖2 碳中和、凈零排放、氣候中性概念比較及目標表述對應的主要國家

1.2 我國采用的目標表述

IEA報告采用凈零排放的概念，其近階段的研究重點、舉措都聚焦在CO2排放，也即碳中和。我國目前使用碳中和的表述，但中遠期來看，據國家發改委能源研究所的研究顯示，若要達到1.5℃溫升要求(全球CO2排放在2050年左右凈零，其他溫室氣體排放在2060年左右凈零)，并與發達國家保持同步(承諾溫室氣體中和)，我國的碳中和也應該包括全部溫室氣體。這與IEA報告的凈零排放目標趨同，報告中的凈零舉措對我國實現碳中和有借鑒作用。

目前，我國在“十四五” 規劃中明確表示要扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，優化產業和能源結構，推動煤炭清潔高效利用，大力發展新能源。其中，上海市提出將堅持生態優先、綠色發展，加大環境治理力度，加快實施生態惠民工程，使綠色成為城市高質量發展最鮮明的底色。這與IEA報告凈零排放的目標及以人為本的宗旨不謀而合。

2 IEA報告的主要觀點解讀

2.1 IEA全球凈零排放路線

IEA制定了包括“一增三減四主體”的凈零排放2050里程碑計劃。IEA路線圖設置了400個里程，主要包括：一增，到2030年，每年的清潔能源投資增加2倍以上；三減，從現在開始不再投資任何新的化石燃料供應項目和新建燃煤電廠；到2035年，不再銷售新的內燃機乘用車；到2040年，逐步淘汰化石燃料發電廠；四主體，到2045年，絕大多數汽車將依靠電力或燃料電池，飛機將主要依靠生物燃料和合成燃料，工廠將使用碳捕集技術或氫能，到2050年，形成可再生能源為主體的清潔能源系統，近90%的發電量來自可再生能源。

實現凈零排放2050應持續增加電力投資，形成以電為核心的能源轉型路徑。在實現凈零排放的路徑中，將不開發新的油氣田，煤礦或者礦井，化石燃料的需求急劇下降，對可再生能源電力的依賴增強，各行業快速的電氣化使電力成為能源安全的核心。部分相對成熟、多元化的可再生能源技術將為電力凈零排放帶來優勢。預計到2040年，電力部門率先實現凈零排放，電力成為能源消費主要形式。為了滿足電力增長的需求，需要更換老化的基礎設施并整合更多的可再生能源，電網總投資需要長期穩定的持續增加。

實現凈零排放2050需要提升公眾參與度，全面深化國際合作。實現凈零排放需要社會公眾多方面的不懈支持和參與，并進行生活方式和行為習慣的改變。例如個人用步行、騎自行車或公共交通工具代替乘車旅行；私營部門減少商業建筑的能源需求和提高制造業的材料效率；城市設計密集緊湊的基礎設施來縮短平均公民出行時間，通過影響日常行為減少居民碳足跡。此外，各國政府不能僅聚焦自己國家減排的問題，必須以有效和互利的方式共同努力，開展前所未有的國際合作，尤其是在創新和投資領域。

2.2 IEA電力行業發展路線

IEA報告指出，發電是當今能源相關二氧化碳排放的最大單一來源，占能源相關排放總量的36%。因此，電力行業的轉型是2050年實現凈零排放的核心，預計到2040年，電力行業將率先實現凈零排放。

不同發展階段的經濟體應遵循有差異的電力凈零轉型時序。人口、經濟、城市化模式的不同導致不同經濟體的電力需求和脫碳達成時間存在差異。發達經濟體預計2035年實現電力行業脫碳，到2050年電力需求將翻一番；新興市場和發展中經濟體預計2040年實現電力行業脫碳，到2050年電力需求將增加3倍。發達經濟體應率先達到凈零，并幫助其他經濟體達到凈零，不同經濟體在凈零轉型路徑上存在差異。

(1)發達經濟體的燃煤發電資產存量相對較老并提前結束壽命。因此，燃煤發電的使用量在發達經濟體將大幅減少，而在新興市場和發展中經濟體將繼續發揮重要作用。

(2)發達經濟體考慮核反應堆的成本效益及可替代性，將不對核能發電進行非必要投資，而新興市場和發展中經濟體將積極新建核反應堆。

(3)碳捕獲、利用和儲存(CCUS)技術主要應用于擁有大型新型設施的電廠，即優先應用于具有集中能源需求場景以及技術創新基礎的經濟體中，如中國和美國。

實現凈零排放需建立以可再生能源為主導，多種清潔能源融合的未來能源供給結構。大幅提高可再生能源裝機容量，到2030年至少翻3倍，到2050年增加9倍。全球可再生能源份額將從2020年的29%，升至2030年的60%以上，至2050年將接近90%。太陽能和風能將在2030年之前成為主要的電力來源，風、光、儲配對將變得司空見慣。積極發展核電，核電將成為最具成本效益的低碳電源之一，預計核電產量到2030年將穩步增長40%，到2050年翻一番，但總發電份額在2050年將低于10%。未來，小型模塊化反應堆等也將極具發展潛力。支持氫等重要低排放能源，到2050年，低碳氫和氫基燃料在全球最終能源使用總量中的總份額將達到13%。氫和氨發電在2050年占總發電量的2%。未來能源供給結構變化趨勢見圖3。

圖3 未來能源供給結構變化趨勢

實現凈零排放需加快現有技術改造、淘汰未進行碳移除的電力產能。清潔化改造燃煤和燃氣發電廠，碳捕獲CCUS技術應用機會大量存在于中國的燃煤電廠和美國的燃氣電廠中，可在2030年至2050年期間捕獲約150億t二氧化碳排放量。使現有資產為轉型做出貢獻，在減排的同時也保證電力安全，應于2025年開始改造燃煤電廠，推廣煤炭與氨共燃、燃氣輪機與氫氣共燃。逐步淘汰未進行碳移除的煤炭發電廠，到2030年逐步淘汰所有亞臨界燃煤電廠和大型燃油電廠，未進行碳移除的燃油發電量將在2030年達到峰值,并在2040年降低90%，到2040年逐步淘汰所有未進行碳移除的燃煤電廠。

實現凈零排放需系統化推廣新能源利用及儲存技術。擴大風、光發電應用規模，光伏發電、陸上風電等相對成熟、成本低廉的新能源技術可互為補充。浮動式海上風電等成長迅速、潛力巨大的技術，有望近期加速部署。擴大電池儲能的部署，電池儲能容量從2019年的3 GW增加到2030年的120 GW和2040年的240 GW以上。靈活利用多元化的新能源發電技術，水電、生物能源和地熱技術是成熟且靈活可調度的可再生能源，再輔以成本已大幅降低的電池技術，對電力安全運行至關重要。聚光太陽能和海洋能也將在遠期發揮巨大價值。

3 IEA報告對電力行業凈零發展的啟示

盡管IEA報告存在視野的局限性，美國能源信息署前署長Caruso評論其“不切實際，條件極難滿足，建議過于極端，充斥氣候帝國主義的觀點”，但它提出的能源發展路徑以及預測的未來圖景，仍有重要的借鑒意義。

碳中和目標的實現具有階段性，需要根據具體國情進行細分布局。IEA基于目標設定倒逼得出了一個全球統一的里程碑計劃，是一個平均結果，并未區別不同發展階段國家的責任和路徑，可能會切斷一些發展中國家公平獲得能源的機會。作為最大的發展中國家，我國發展不平衡不充分問題仍然突出，新型電力系統建設仍在起步探索階段，在碳中和這場涉及廣泛領域的大轉型、大變革中應多方研究，給出中國方案。

碳中和應兼顧能源安全，電力供給多元化具有長期性、合理性。實現碳中和需要大力發展風、光等新能源發電技術，逐步替代高碳排的傳統機組，但目前電網的可靠性以及儲能技術尚未實現革命性突破，仍處在電力系統的轉型過渡期。此階段尤其要注重需求與供給的動態匹配，在電力供給側仍需保證一定的多元性，盡量以可再生能源滿足增量需求，但需要保留一定規模的化石能源發電、穩步發展核電以保障電網安全和基本民生。

碳中和需要格外關注消費側節能減碳。IEA報告的400個里程碑中90%涉及消費側，電力系統降碳的主戰場也應在消費側。但我國的環保政策多傾向相對好控制的生產側，在市場化制度下，若生產側碳成本增加，消費側將傾向于低成本高碳產品，抵消部分生產側技術進步帶來的減碳效果。因此，推動出臺消費側減排政策十分必要，可提升消費者低碳支付意愿，進而倒逼企業進行低碳生產，最大限度地釋放全社會的低碳潛力。

低碳能源技術研發迭代與市場機制保障是關鍵。IEA報告中指出，清潔能源技術創新取得質的飛躍是實現凈零排放的前提。隨著人口和經濟的增長，能源消費仍會有較大的增量，碳中和需要完成低碳技術向零碳技術、負碳技術的迭代，需要對低碳技術圖譜開展進一步挖掘。對于我國而言，健全電-碳相關市場機制也是關鍵，以往節能減排主要是行政主導，減量存在天花板。加快電力市場與碳市場聯動研究，發揮電力系統對碳價格機制的傳導功能，在社會經濟范圍內對碳價進行統一量化，以此提升各領域的減碳、無碳參與度。