全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)與低碳轉(zhuǎn)型路徑
——來(lái)自于IPCC第六次評(píng)估報(bào)告的證據(jù)

魏一鳴，韓 融，余碧瑩，康佳寧，劉麗靜，廖 華

（1. 北京理工大學(xué) 能源與環(huán)境政策研究中心，北京 100081；2. 中央黨校（國(guó)家行政學(xué)院） 社會(huì)和生態(tài)文明教研部，北京 100091）

一、關(guān)于IPCC AR6及第三工作組報(bào)告

聯(lián)合國(guó)氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，以下簡(jiǎn)稱IPCC）由世界氣象組織（WMO）和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于1988年創(chuàng)建，目前有195名成員，目標(biāo)是評(píng)估氣候變化的成因、影響與對(duì)策，回答國(guó)際上的熱點(diǎn)問(wèn)題，縮短科學(xué)評(píng)估和政策之間的差距，為政府提供可用于制定氣候政策的科學(xué)信息。迄今為止，IPCC針對(duì)全球氣候變化共發(fā)布了6次評(píng)估報(bào)告和14個(gè)特別報(bào)告。每次評(píng)估報(bào)告包括氣候科學(xué)、影響和對(duì)策報(bào)告以及決策者摘要。自1990年第一次評(píng)估報(bào)告（FAR）發(fā)布以來(lái)，氣候變化對(duì)能源系統(tǒng)的影響以及能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型始終是IPCC歷次評(píng)估報(bào)告關(guān)注的重點(diǎn)之一。與2018年發(fā)布的《全球溫升1.5℃特別報(bào)告》（IPCC SR1.5）[1]相比，IPCC AR6在“地球物理、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文化、制度機(jī)制”等六個(gè)維度的政策可行性指標(biāo)框架內(nèi)，更加側(cè)重于分析和論證實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo)的方式方法和可行路徑[2-3]。這樣的評(píng)估目標(biāo)，需要進(jìn)一步擴(kuò)大評(píng)估范圍、豐富區(qū)域信息、擴(kuò)展相關(guān)支撐研究，對(duì)本次評(píng)估報(bào)告本文提出了更高的要求。

（一）編寫歷程

2017年10月，IPCC在加拿大蒙特利爾召開(kāi)了第46次全會(huì)，發(fā)布了第六次評(píng)估報(bào)告三個(gè)工作組（WGI,WGII,WGIII）報(bào)告大綱，確定了本次評(píng)估報(bào)告的主要任務(wù)。第三工作組（WGIII）由來(lái)自65個(gè)國(guó)家的278名科學(xué)家組成，其中領(lǐng)銜作者協(xié)調(diào)人（Coordinate Lead Author，CLA）36人（中國(guó)2人），領(lǐng)銜作者（Lead Author, LA）163人（中國(guó)13人），評(píng)審編輯38人。報(bào)告引用參考文獻(xiàn)超過(guò)18 000份，專家和政府評(píng)審意見(jiàn)總計(jì)59 212條。IPCC報(bào)告編寫過(guò)程包括“規(guī)劃—批準(zhǔn)大綱—遴選CLA和LA—報(bào)告撰寫—政府和專家評(píng)審—政府批準(zhǔn)和接受—出版”等多個(gè)環(huán)節(jié)，在長(zhǎng)達(dá)四年的編寫周期內(nèi)，第三工作組共組織了四輪全體作者會(huì)議。第三工作組報(bào)告《氣候變化2022：減緩氣候變化》共17章，本文作者魏一鳴受邀擔(dān)任了第六次評(píng)估報(bào)告綜合報(bào)告（SYR）核心作者（Core Writing Team）和第三工作組報(bào)告主要作者協(xié)調(diào)人（CLA），與來(lái)自美國(guó)的Leon Clark共同負(fù)責(zé)第三工作組第六章（能源系統(tǒng)）的撰寫與統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作。此外，本文另兩位作者余碧瑩和韓融，是第六章的章節(jié)科學(xué)家（Chapter Scientist），協(xié)助作者團(tuán)隊(duì)編寫、修改和組織章節(jié)，協(xié)助設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)圖表，并負(fù)責(zé)進(jìn)行可追溯性檢查。

（二）評(píng)估內(nèi)容概述

相較于《全球溫升1.5℃特別報(bào)告》，IPCC AR6承擔(dān)了把1.5℃溫控目標(biāo)下的減排路徑打通的任務(wù)，即給出合理的行業(yè)減排潛力和溫控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑。第三工作組報(bào)告涉及到的行業(yè)部門有六章，分別是第六章能源系統(tǒng)，第七章農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地利用，第八章城市系統(tǒng)，第九章建筑系統(tǒng)，第十章交通行業(yè)和第十一章工業(yè)。其中能源系統(tǒng)作為行業(yè)章節(jié)開(kāi)篇之章，和其他各章多有交叉和補(bǔ)充論證。第六章對(duì)全球和區(qū)域的能源行業(yè)減排方案進(jìn)行了綜合評(píng)估，同時(shí)從全局視野探討了能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)（圖1）。報(bào)告闡述了能源系統(tǒng)的范圍及其可能發(fā)生的演變，回顧了近期（2000—2019年）能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，分析了預(yù)測(cè)到的能源系統(tǒng)需求、溫室氣體排放等，并對(duì)其社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響進(jìn)行了評(píng)估。報(bào)告還指出了溫控目標(biāo)下能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的對(duì)策，概述了凈零排放能源系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，并提出中短期低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的路徑，從政策、治理、行為、技術(shù)等多個(gè)維度探討了實(shí)現(xiàn)的可能性。圖1描述了IPCC AR6第三工作組報(bào)告中《能源系統(tǒng)》內(nèi)部框架。本文的觀點(diǎn)和結(jié)論均來(lái)自于該報(bào)告，文中的所有圖表均譯自該報(bào)告的第六章《能源系統(tǒng)》。

圖1 IPCC AR6第三工作組第六章《能源系統(tǒng)》結(jié)構(gòu)圖

二、全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)

能源系統(tǒng)（Energy System）是多種能源應(yīng)用于多種生活用途的過(guò)程。通常而言，這一過(guò)程由能源的開(kāi)采、運(yùn)輸、加工、分配、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存、使用等一系列工藝環(huán)節(jié)及其設(shè)備所組成。能源系統(tǒng)涉及自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理等多個(gè)方面，可分為化石能源系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)；也可分為能源供給系統(tǒng)、能源需求系統(tǒng)、能源技術(shù)系統(tǒng)、能源市場(chǎng)系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)。能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型（Energy System Transition）包括能源結(jié)構(gòu)、能源效率、能源技術(shù)、加工運(yùn)輸、政策管理等多個(gè)方面的變化和演進(jìn)。因此，能源系統(tǒng)碳減排既涉及社會(huì)變革的挑戰(zhàn)，也涉及來(lái)自物理基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)和管理變化的挑戰(zhàn)。不同研究針對(duì)“能源轉(zhuǎn)型”討論內(nèi)容有所差異，但其共同點(diǎn)是能源向低碳乃至零碳方向轉(zhuǎn)變。由于能源系統(tǒng)非常復(fù)雜，可能很難準(zhǔn)確定義其中的特定部分。在本文與報(bào)告中，“能源供應(yīng)”包括所有的一次和二次能源、轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程，但在終端使用部門（運(yùn)輸、建筑、工業(yè)和農(nóng)業(yè)）除外?！澳茉聪到y(tǒng)”包括能源終端使用部門和能源供應(yīng)?！暗团欧拧敝傅氖钱a(chǎn)生少量CO2或不產(chǎn)生CO2，或從大氣中清除CO2的能源技術(shù)。同樣，“低碳”過(guò)渡被用來(lái)描述將可能的溫升限制在2℃或2℃以下的過(guò)渡。“凈零排放”能源系統(tǒng)是指產(chǎn)生極少或沒(méi)有CO2，甚至可能從大氣中封存CO2的系統(tǒng)。

報(bào)告指出，如果要實(shí)現(xiàn)將溫升限制在遠(yuǎn)低于2℃目標(biāo)，需要在未來(lái)30年內(nèi)對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的改變，未來(lái)能源供給、轉(zhuǎn)換和使用方式將與現(xiàn)階段有很大不同。實(shí)現(xiàn)溫控目標(biāo)，需要減少化石能源的使用、增加低碳和零碳能源的開(kāi)發(fā)和利用，以及增加對(duì)電力和替代能源載體的使用。圖2描述了未來(lái)凈零排放的能源系統(tǒng)。

圖2 未來(lái)凈零排放能源系統(tǒng)

（一）按照目前能源系統(tǒng)的排放趨勢(shì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)2℃溫控目標(biāo)

2015—2019年，全球能源系統(tǒng)化石燃料碳排放量增長(zhǎng)了4.6%（年均增長(zhǎng)率為1.1%），達(dá)到38 吉噸CO2，占全球人為溫室氣體年排放量的三分之二。2020年，由于全球新冠肺炎疫情（COVID-19）大流行，能源部門CO2排放量大約下降了2 吉噸CO2。然而，預(yù)計(jì)2021年全球與能源有關(guān)的CO2排放量將反彈近5%，接近2018—2019年的峰值水平[4]。

（二）煤炭是能源部門碳排放的最大來(lái)源，電力和交通部門排放量上升

圖3描述了全球不同能源品種和不同部門的CO2排放量。其中，2015—2019年，煤炭是全球能源部門CO2排放的最大來(lái)源。2019年，煤炭約占全球能源部門CO2排放量的44%，石油約占能源部門CO2排放量的34%，天然氣約占22%。煤炭、石油和天然氣的CO2排放量相比于2010年，分別增長(zhǎng)了1.2%、2%和12.7%（年增長(zhǎng)率分別為0.31%、0.5%和3%）。電力部門仍然是能源部門CO2排放的最大單一來(lái)源，約占36%（2019年）；其次是工業(yè)，約占22%；第三是交通運(yùn)輸（不包括國(guó)際航運(yùn)和航空運(yùn)輸），約占18%。上述比例在過(guò)去10年中保持相對(duì)不變。最近的趨勢(shì)表明：盡管風(fēng)能和太陽(yáng)能快速部署，電力部門的排放量仍在繼續(xù)上升；盡管在電池和電動(dòng)汽車方面取得了進(jìn)展，但石油仍然是主要的燃料，交通部門排放量繼續(xù)上升。一些特定的部門，比如航空運(yùn)輸，可能將要面臨長(zhǎng)期減排挑戰(zhàn)。

圖3 全球CO2排放量

（三）能源供給側(cè)導(dǎo)致的溫室氣體排放量持續(xù)增長(zhǎng)，亞洲和發(fā)達(dá)國(guó)家能源供給側(cè)排放量有增加

圖4表明了2000—2019年全球不同部門、不同區(qū)域能源供給側(cè)溫室氣體排放量的變化趨勢(shì)。2019年，包括CO2和非CO2溫室氣體，能源供給側(cè)溫室氣體排放量達(dá)到20 吉噸CO2當(dāng)量，其排放量在2015—2019年上升了2.7%（年均增長(zhǎng)率達(dá)到0.66%），能源供給側(cè)排放中約有18%為非CO2排放。盡管太陽(yáng)能光伏和風(fēng)力發(fā)電的滲透率很高，電力和熱能仍約占能源供給側(cè)溫室氣體排放總量的69%（2019年），這一現(xiàn)象在亞洲地區(qū)和發(fā)達(dá)國(guó)家尤其突出。2019年，化石燃料生產(chǎn)過(guò)程中的無(wú)組織排放以甲烷產(chǎn)生的排放量為主，約占總排放量的18%，其中2.6 吉噸CO2當(dāng)量與石油和天然氣生產(chǎn)有關(guān)，1.3 吉噸CO2當(dāng)量與煤炭開(kāi)采有關(guān)。石油和天然氣業(yè)務(wù)產(chǎn)生的排放量為2.9吉噸CO2當(dāng)量，其中8 200萬(wàn)噸為甲烷。盡管有來(lái)自碳衛(wèi)星和其他口徑的核算數(shù)據(jù)，但石油和天然氣業(yè)務(wù)產(chǎn)生的甲烷排放估算仍存在高度不確定性。相關(guān)研究表明，甲烷排放量被低估了約25%～40%。

圖4 全球能源相關(guān)溫室氣體排放量

（四）全球能源生產(chǎn)和需求繼續(xù)增長(zhǎng)，但速度在下降

圖5描述了2000—2019年全球一次能源供應(yīng)和最終能源消費(fèi)的變化趨勢(shì)。2015—2019年，一次能源供給（TPES）增長(zhǎng)了6.6%（年增長(zhǎng)率1.6%），從569 艾焦耳/年上升到606艾焦耳/年。在此期間，天然氣消費(fèi)增長(zhǎng)最快，年增長(zhǎng)率為3.5%。煤炭、石油和石油制品的年增長(zhǎng)率分別為0.23%和0.83%。2019年，煤炭、石油和天然氣在全球TPES中的份額分別為27%、31%和23%，與2015年的份額（28%、32%和22%）相比，略有變化。2015—2019年，不包括水電在內(nèi)的可再生能源年均增長(zhǎng)率為12%；但直到2019年，其在能源供給總量中的占比仍然微乎其微，僅為2.2%（2015年為1.5%）。最終能源消費(fèi)總量（TFC）增長(zhǎng)了6.6%（年增長(zhǎng)率1.6%），從392艾焦耳/年上升到418艾焦耳/年。2019年，用于交通運(yùn)輸?shù)氖椭破芳s占TFC的41%；煤炭占比約9.5%；電力占比從2015年的18.6%增加到2019年的20.2%，反映出發(fā)展中國(guó)家電力供應(yīng)的增加以及居民部門終端電氣化水平的提升。各國(guó)在燃料使用方面存在著重大差異：傳統(tǒng)生物能源（薪材和木炭）在撒哈拉以南國(guó)家和一些亞洲國(guó)家（如印度）特別重要。非洲的特點(diǎn)仍然是傳統(tǒng)生物能源在TPES和TFC中占有很高的份額。2019年，非洲的生物質(zhì)和廢棄物占TPES的44%，遠(yuǎn)超全球平均水平（9.4%）。2018年，全球約有8.6億人缺少電力，約有26.5億人缺少清潔烹飪?cè)O(shè)施，其中大部分在撒哈拉以南非洲和一些亞洲國(guó)家。實(shí)現(xiàn)普遍獲得能源目標(biāo)（SDG-7）需要各國(guó)推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，包括發(fā)展離網(wǎng)能源技、更加合理使用能源補(bǔ)貼、加大解決與使用傳統(tǒng)燃料有關(guān)的健康問(wèn)題的力度等。

圖5 2000—2019年全球一次能源供應(yīng)總量（TPES）和最終能源消費(fèi)總量（TFC）

三、能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑

過(guò)去五年間，全球低碳能源技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐得到了快速發(fā)展。報(bào)告討論了能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型中的技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展挑戰(zhàn)，以期為構(gòu)建凈零排放能源系統(tǒng)提供解決方案。

明確促進(jìn)和阻礙能源低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵因素，有助于在早期避免可能產(chǎn)生的系統(tǒng)性轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)提升新興減排技術(shù)大規(guī)模部署成功率和貢獻(xiàn)度具有重要的戰(zhàn)略意義。報(bào)告將當(dāng)前可能促進(jìn)和阻礙能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的廣泛因素歸納為六個(gè)維度：（1）地球物理維度，主要包括物理限制、資源可用性、土地競(jìng)爭(zhēng)等；（2）生態(tài)環(huán)境維度，主要包括減排方案的大氣污染物排放、有毒廢物排放和生物多樣性影響等；（3）技術(shù)維度，主要包括技術(shù)成熟度、產(chǎn)業(yè)化能力、技術(shù)部署靈活性等；（4）經(jīng)濟(jì)維度，主要包括技術(shù)成本、社會(huì)福利、就業(yè)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等；（5）社會(huì)文化維度，主要包括減排方案的公眾接受度、健康福祉、公平正義和可持續(xù)性等；（6）制度維度，主要包括政策支持力度、機(jī)構(gòu)治理能力、跨部門協(xié)調(diào)能力與法律監(jiān)管完備性等。

（一）風(fēng)能與太陽(yáng)能發(fā)電量迅速增長(zhǎng)，成本顯著下降

風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源關(guān)鍵技術(shù)是推動(dòng)能源系統(tǒng)深度脫碳的重要抓手。圖6和圖7反映出風(fēng)能與太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)成本近年來(lái)下降明顯，在經(jīng)濟(jì)上已具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2015—2020年，光伏電價(jià)和風(fēng)電電價(jià)分別下降了56%和45%。在許多地區(qū)，來(lái)自光伏和風(fēng)能的電力比來(lái)自化石能源的電力更加便宜。技術(shù)成本的下降加快了風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電融入現(xiàn)有能源供應(yīng)系統(tǒng)的速度與規(guī)模，全球風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)與發(fā)電量正在迅速增加。2015—2019年，全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電量增長(zhǎng)了170%，達(dá)到 680太瓦時(shí)；風(fēng)能發(fā)電增加了70%，達(dá)到1 420太瓦時(shí)[5]。2019年，太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能技術(shù)發(fā)電量占低碳能源發(fā)電總量的21%，占全球總發(fā)電量的比例達(dá)8%[6]。除技術(shù)研發(fā)以外，為更好地釋放風(fēng)能和太陽(yáng)能技術(shù)的減排潛力，未來(lái)還需重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)能和太陽(yáng)能技術(shù)在規(guī)?；渴鹬锌赡苊媾R的土地可用性、配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、電網(wǎng)集成與優(yōu)化、生態(tài)安全和融資渠道等發(fā)展挑戰(zhàn)。

圖6 全球太陽(yáng)能技術(shù)的平準(zhǔn)化發(fā)電成本（2000—2020年）

圖7 全球平均風(fēng)電安裝總成本、容量因子和平準(zhǔn)化發(fā)電成本（2000—2020年）

（二）水能與核能可以提供大規(guī)模低碳電力，但需應(yīng)對(duì)社會(huì)環(huán)境挑戰(zhàn)

水力發(fā)電技術(shù)已發(fā)展較為成熟，是全球范圍內(nèi)可再生電力的主要來(lái)源，可以通過(guò)提供靈活性和儲(chǔ)存來(lái)平衡電力供應(yīng)。2019年，水力發(fā)電量約為4 200太瓦時(shí)，提供了約16%的全球電力和43%的全球可再生能源電力[7-8]。水電是目前成本最低的發(fā)電技術(shù)之一[5]，據(jù)估算，全球每年理論可用水電潛力總計(jì)約為3.1～12.8萬(wàn)太瓦時(shí)，分布在1 180萬(wàn)個(gè)潛在部署地點(diǎn)。但由于當(dāng)前技術(shù)、經(jīng)濟(jì)或政治原因，許多地點(diǎn)無(wú)法部署和開(kāi)發(fā)水電。因此，全球水電經(jīng)濟(jì)潛力僅為8 000～15 000太瓦時(shí)/年[8-9]。另一方面，水電的開(kāi)發(fā)利用可能會(huì)給一定范圍內(nèi)的區(qū)域帶來(lái)嚴(yán)重的生態(tài)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)[10]，需要在選址和規(guī)劃階段注意盡量減少技術(shù)的環(huán)境和社會(huì)影響。同時(shí)，還需要關(guān)注老化水電設(shè)施的現(xiàn)代化改造，以增加其發(fā)電能力和靈活性。

與水電一樣，核能也可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低碳能源供給?？茖W(xué)研究表明，全球有足夠的資源用于支撐大幅增加核部署。據(jù)估計(jì)，按照目前的使用水平，常規(guī)鈾資源可以供應(yīng)130年以上[11]。但是，目前核能發(fā)展仍面臨成本超支、高昂的前期投資需求、核事故風(fēng)險(xiǎn)、放射性廢物處理等方面的挑戰(zhàn)，以及公眾接受程度與政治支持程度不一的影響[12-13]。

（三）加速碳捕集利用與封存技術(shù)和生物能源技術(shù)研發(fā)應(yīng)用

自IPCC第五次評(píng)估報(bào)告以來(lái)，大量研究致力于探究降低與CO2捕集相關(guān)的能源消耗，探索CO2利用技術(shù)以替代地質(zhì)封存，引導(dǎo)建立全球碳捕集利用與封存（CCUS）激勵(lì)政策等。CCUS可以幫助電力和其他能源密集型行業(yè)實(shí)現(xiàn)深度脫碳。當(dāng)前研究表明，理想條件下，全球CO2地質(zhì)封存理論潛力巨大，約為10萬(wàn)億噸CO2，足以滿足全球2℃和1.5℃溫控目標(biāo)的減排需求[14]。但目前，對(duì)于大多數(shù)技術(shù)和地區(qū)來(lái)說(shuō)，捕集成本仍然高于50美元/噸CO2，居高不下的CO2捕集成本仍是制約技術(shù)規(guī)模部署化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一[15]。除地質(zhì)封存外，將捕集的CO2進(jìn)行資源化利用（CCU）也是一種CO2減排的途徑，圖8描述了不同CO2利用途徑的成本及其潛力。雖然CCUS會(huì)增加電力成本，但它在實(shí)現(xiàn)減排的同時(shí)，有潛力為低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型做出重大貢獻(xiàn)。例如，CCUS技術(shù)可以幫助減少全球現(xiàn)役化石能源基礎(chǔ)設(shè)施的大量擱淺，而據(jù)估計(jì)，目前這一潛在擱淺資產(chǎn)總額已高達(dá)1～4萬(wàn)億美元。

圖8 不同CO2利用途徑的成本和潛力

此外，生物能源也有潛力成為一種高附加值和大規(guī)模部署的減排方案。尤其對(duì)于難以減排部門（如航空、重工業(yè)）以及化學(xué)品生產(chǎn)等，生物能源可以通過(guò)BECCS技術(shù)或生物炭去除CO2。但是，未來(lái)生物能源的規(guī)?；a(chǎn)對(duì)其他系統(tǒng)的影響還不確定，主要包括生物能源與糧食生產(chǎn)和林業(yè)用地的競(jìng)爭(zhēng)、對(duì)水和肥料的使用、對(duì)生物多樣性的影響以及對(duì)土地利用類型變化的作用[16]。此外，技術(shù)的規(guī)模化部署還會(huì)受到公眾接受度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、排放核算框架、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境監(jiān)管缺失等挑戰(zhàn)[17]。

（四）跨部門耦合對(duì)以較低成本實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)脫碳具有重要意義

所有經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都會(huì)帶來(lái)溫室氣體排放。未來(lái)，電氣化水平的不斷提升以及電力系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的日益整合，將從根本上改變能源基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)和規(guī)劃范式。因此，能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)凈零排放轉(zhuǎn)型必須依賴系統(tǒng)性思維，充分考慮不同能源部門和系統(tǒng)之間的相互作用。圖9描述了不同能源部門間的交互關(guān)系。未來(lái)，通過(guò)采用先進(jìn)的集成式系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)一步考慮電力、加熱/冷卻、天然氣/氫氣、運(yùn)輸部門之間的交互作用，可以大幅減少低碳能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資成本[18]，為提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型成本提供重要支撐。

圖9 能源系統(tǒng)跨部門交互關(guān)系

此外，靈活技術(shù)以及先進(jìn)的控制系統(tǒng)，例如包括能源存儲(chǔ)、需求側(cè)響應(yīng)、靈活/可調(diào)度的發(fā)電技術(shù)、電網(wǎng)間的互連傳輸?shù)?，也可以促進(jìn)能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的成本效益，并能夠大大增加系統(tǒng)的靈活性和安全性[19-20]。

（五）儲(chǔ)能使低碳電力系統(tǒng)更具成本效益并能提高能源供應(yīng)安全性

隨著能源系統(tǒng)脫碳程度不斷加深，電氣化水平將不斷提高?？稍偕茉淳哂虚g歇性和波動(dòng)性，利用其滿足日益增長(zhǎng)的電力需求將給未來(lái)能源系統(tǒng)和電力供應(yīng)安全帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，并可能需要大量基礎(chǔ)設(shè)施投資以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)（例如建設(shè)備用發(fā)電設(shè)施、輸配電網(wǎng)升級(jí)等），從而使得能源轉(zhuǎn)型成本激增。儲(chǔ)能技術(shù)可以緩解可再生能源發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性問(wèn)題，在時(shí)間和空間上使電力供需更趨平衡，為可再生能源大規(guī)模部署以取代更昂貴的低碳發(fā)電技術(shù)提供了一個(gè)關(guān)鍵解決方案，進(jìn)而有助于構(gòu)建更具成本效益的低碳電力系統(tǒng)[21]。2017年，全球運(yùn)行的電力儲(chǔ)能容量已達(dá)4.67太瓦時(shí)[22]。目前，沒(méi)有一種儲(chǔ)能技術(shù)可以提供所有電網(wǎng)所需的服務(wù)，因此，發(fā)展形成一個(gè)多元互補(bǔ)的儲(chǔ)能技術(shù)組合可以提供最佳的整體解決方案。如表1所示，報(bào)告總結(jié)了幾種關(guān)鍵儲(chǔ)能技術(shù)的適用性及其成熟度。除加快技術(shù)進(jìn)步外，未來(lái)儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展還需要充分考慮公眾認(rèn)可度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性、系統(tǒng)安全性等方面的挑戰(zhàn)。

表1 關(guān)鍵存儲(chǔ)技術(shù)在提供電網(wǎng)服務(wù)方面的適用性以及技術(shù)成熟度

（六）能源運(yùn)輸方式未來(lái)將發(fā)生變化

不同能源運(yùn)輸方式的發(fā)展促進(jìn)了能源供應(yīng)與能源使用之間的聯(lián)系。隨著能源系統(tǒng)的低碳發(fā)展，能源傳輸?shù)姆绞揭矊㈦S之發(fā)生變革。

氫氣被認(rèn)為是一種有前景的能源載體。在低碳能源系統(tǒng)中，氫氣有望用于不太適合電氣化的部門，如重型公路運(yùn)輸和航運(yùn)的燃料，或作為化學(xué)原料[23]。氫氣也可以為工業(yè)過(guò)程提供低碳熱，或用于直接還原鐵礦石。在某些地區(qū)，氫氣還可以取代天然氣發(fā)電，并通過(guò)成為可再生電力的存儲(chǔ)來(lái)源，支持間歇性可再生能源融入電力系統(tǒng)[24]。雖然，氫氣目前在大規(guī)模應(yīng)用方面還沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，主要被用于甲醇和氨生產(chǎn)，以及煉油廠中[25]。但由于其應(yīng)用范圍廣泛，可能會(huì)在未來(lái)的能源系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用（圖10）。氨也被認(rèn)為是一種可擴(kuò)展的、具有成本效益的氫基能源載體。氨的能量密度比液態(tài)氫高38%，也更易冷凝，是長(zhǎng)距離運(yùn)輸和儲(chǔ)存的合適能源載體，可以提供經(jīng)濟(jì)上可行的氫氣儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)[26]。未來(lái)，這兩類技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵在于技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和安全性的改善。

圖10 氫能產(chǎn)業(yè)鏈

從電力系統(tǒng)來(lái)看，鑒于不同地區(qū)的可再生資源效率存在明顯的地域差異，電力傳輸可以促進(jìn)可再生資源發(fā)電的低成本部署，增強(qiáng)電力系統(tǒng)韌性和供應(yīng)安全，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。目前，輸電技術(shù)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)是缺乏適當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)設(shè)計(jì)、監(jiān)管和政策框架、新的商業(yè)模式和可靠的系統(tǒng)優(yōu)化方案。

值得注意的是，能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的可行性不僅取決于技術(shù)在市場(chǎng)中的安裝和運(yùn)行成本。圖11總結(jié)了在能源系統(tǒng)中實(shí)施不同減排措施的障礙和促成因素。在未來(lái)能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中，不同減排措施的可行性可以通過(guò)消除障礙和/或強(qiáng)化激勵(lì)因素來(lái)提高，從而幫助能源系統(tǒng)平穩(wěn)有序地向凈零排放系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。這些減排措施的可行性也會(huì)受到所處的地理環(huán)境（例如，地區(qū)）、部署目標(biāo)時(shí)間（例如，2030年與2050年）、技術(shù)部署規(guī)模（例如，小與大）和長(zhǎng)期減排目標(biāo)的不同而有所變化。

圖11 阻礙或促進(jìn)能源系統(tǒng)采用減排措施的關(guān)鍵因素

（七）氣候變化對(duì)能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的影響

能源系統(tǒng)的許多組成部分都會(huì)受到多種天氣和氣候條件的影響。氣候變化對(duì)能源系統(tǒng)及其低碳轉(zhuǎn)型的影響可以大致分為三個(gè)方面：對(duì)能源供應(yīng)的影響，對(duì)能源消費(fèi)的影響，以及對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施（特別是電力系統(tǒng)）的影響。圖12描述了關(guān)鍵氣候影響驅(qū)動(dòng)因素及其特征變化與能源部門主要活動(dòng)的相關(guān)性。

圖12 關(guān)鍵氣候影響驅(qū)動(dòng)因素與能源部門主要活動(dòng)類別的相關(guān)關(guān)系

未來(lái)低碳電力系統(tǒng)對(duì)天氣的依賴性增加，將放大氣候變化所帶來(lái)的可能的影響。氣候系統(tǒng)中的許多變化對(duì)能源供給的影響具有地理上的復(fù)雜性。因此，區(qū)域性的氣候變化對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的影響可能是巨大的。以水電為例，不同研究一致表明，氣候變化對(duì)全球水電的影響很小，但在區(qū)域?qū)用娴挠绊憰?huì)較大，而且這種影響的方向可能是兩極化的。據(jù)估計(jì)，全球水電總潛力在2050年將略有下降，但在區(qū)域?qū)用嫔?，大部分高緯度地區(qū)的水力發(fā)電將增加5%～20%[27]，而在干旱加劇的地區(qū)水力發(fā)電則將減少5%～20%[28]。對(duì)于能源系統(tǒng)中的不同技術(shù)而言，氣候變化對(duì)其影響也存在顯著異質(zhì)性?，F(xiàn)有證據(jù)表明，氣候變化不會(huì)對(duì)未來(lái)的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響[29]，但對(duì)生物能源的影響具有高度不確定性，并將因地區(qū)和生物能源種類而異[30]。氣候變化會(huì)降低火力發(fā)電的效率，進(jìn)而增加干旱期間的潛在停電風(fēng)險(xiǎn)[31]。此外，CCUS技術(shù)對(duì)冷卻水的額外需求也可能會(huì)增加能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的風(fēng)險(xiǎn)[32]。

除能源供應(yīng)外，氣候變化還將影響能源消費(fèi)和電力系統(tǒng)脆弱性?，F(xiàn)有研究普遍認(rèn)為，氣候變化會(huì)導(dǎo)致未來(lái)采暖需求的減少，以及制冷需求的增加。未來(lái)，時(shí)空負(fù)荷模式的變化也會(huì)進(jìn)一步影響輸/儲(chǔ)電需求、系統(tǒng)尖峰發(fā)電能力和需求側(cè)管理策略等，而這種影響也具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性[33]。極端氣候事件還會(huì)改變能源需求的峰值，對(duì)高峰電力負(fù)荷的頻率和強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，并有可能造成停電、斷電和其他短期系統(tǒng)影響[34]。雖然氣候變化會(huì)影響能源系統(tǒng)，但反過(guò)來(lái)，能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型也可能會(huì)影響當(dāng)?shù)貧夂?。因此，一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是如何推動(dòng)建立一個(gè)更清潔、更可持續(xù)、更具有韌性的凈零排放能源系統(tǒng)。

四、凈零排放能源系統(tǒng)

凈零排放能源系統(tǒng)是指產(chǎn)生少量或不產(chǎn)生CO2的能源系統(tǒng)。凈零排放需要負(fù)CO2排放來(lái)補(bǔ)償剩余的溫室氣體排放，當(dāng)全球能源和工業(yè)過(guò)程的CO2排放達(dá)到凈零時(shí)，化石能源排放的剩余空間由碳移除技術(shù)（CDR）的負(fù)排放決定。

準(zhǔn)確描述凈零能源系統(tǒng)十分復(fù)雜。一方面，目前，很多政府和企業(yè)的脫碳戰(zhàn)略均針對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)體范圍，然而，即使當(dāng)整個(gè)經(jīng)濟(jì)體的CO2排放達(dá)到凈零時(shí)，能源系統(tǒng)配置依賴于未知的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)情況，如人口、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、技術(shù)變化等。另一方面，能源系統(tǒng)不是唯一的CO2排放源或匯，碳移除技術(shù)的部署仍處模糊狀態(tài)，可能部署在能源行業(yè)的內(nèi)部或外部（如圖13所示）。當(dāng)碳移除技術(shù)被部署在能源行業(yè)內(nèi)部（如直接空氣捕捉）時(shí)，可緩解能源系統(tǒng)的減排壓力；當(dāng)碳移除技術(shù)被部署在能源行業(yè)外部（如農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地利用的負(fù)CO2排放）時(shí)，能源系統(tǒng)仍有可能排放CO2。

圖13 當(dāng)全球能源和工業(yè)CO2排放達(dá)到凈零時(shí)的剩余排放和負(fù)排放

（一）凈零排放能源系統(tǒng)的配置

凈零排放能源系統(tǒng)需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)的跨維度權(quán)衡[35]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策和市場(chǎng)的不確定性也將影響凈零排放能源系統(tǒng)的配置。此外，凈零排放能源系統(tǒng)的配置將因地區(qū)而異，但可能具有以下7個(gè)共同特征，如圖14所示。

圖14 全球能源和工業(yè)二氧化碳排放達(dá)到凈零時(shí)，全球凈零排放能源系統(tǒng)的特征

1.有限和/或有針對(duì)性地使用化石燃料

首先，未來(lái)的凈零排放能源系統(tǒng)將使用更少的化石燃料?；剂系南牧亢艽蟪潭壬先Q于化石燃料自身、電氣化、替代燃料和碳移除技術(shù)的相對(duì)成本，而由于資源、能源基礎(chǔ)設(shè)施、能源服務(wù)需求、氣候能源政策等方面的限制，各區(qū)域可能會(huì)繼續(xù)使用化石燃料。其次，由于石油和天然氣的能源密度高，未來(lái)大部分的化石燃料剩余可能主要是石油和天然氣，煤炭的需求會(huì)非常低。

2.電力系統(tǒng)達(dá)到零碳或負(fù)碳排放

其主要原因是：（1）存在很多生產(chǎn)零碳電力的低成本選擇，包括多種可再生能源的混合、可調(diào)度的可再生能源（如生物質(zhì)、水電）、可調(diào)度的低碳發(fā)電（如核能、CCS裝備的容量）、能源儲(chǔ)存、傳輸、碳移除技術(shù)（如BECCS、DAC）和需求管理。（2）電力系統(tǒng)需要一系列的功能角色，如提供能源、容量或輔助服務(wù)，因此，不同類型的發(fā)電、能源儲(chǔ)存和傳輸資源都可能被部署在電力系統(tǒng)中[36]。（3）電力系統(tǒng)具有很大的靈活性?？稍偕茉凑急确浅８叩碾娏ο到y(tǒng)有多重選擇性，包括儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展、對(duì)輸電能力的投資和貿(mào)易變化、可按需發(fā)電、需求管理（在能源效率、需求響應(yīng)和需求靈活性方面增加負(fù)載靈活性）以及行業(yè)耦合（包括增加終端電氣化和電力轉(zhuǎn)換途徑如電解制氫等合成燃料）。

3.終端用能廣泛電氣化

部分終端用能，如電動(dòng)汽車、智能家電、客運(yùn)、建筑能源等很可能在凈零排放能源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電氣化。具體而言，大部分的交通運(yùn)輸，特別是道路運(yùn)輸預(yù)計(jì)將在凈零系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電氣化。兩輪和三輪車、輕型車輛（LDVs）和公共汽車尤其適合電氣化，預(yù)計(jì)全球超過(guò)一半的客運(yùn)車輛將采用凈零排放能源系統(tǒng)[37]。然而，若沒(méi)有技術(shù)突破，長(zhǎng)途卡車、大型船舶和飛機(jī)預(yù)計(jì)將很難通電[38]。除極端氣候條件下的熱力需求外，大多數(shù)建筑服務(wù)預(yù)計(jì)將在凈零能源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電氣化，包括制冷、熱水、供暖等。此外，大量工業(yè)活動(dòng)有望實(shí)現(xiàn)電氣化，但水泥、初級(jí)鋼制造和化學(xué)原料等重工業(yè)應(yīng)用的電氣化具有挑戰(zhàn)性[35]。

4.不適宜電氣化的部門尋求替代燃料

在一些不適合電氣化的部門（比如航空、長(zhǎng)途船舶貨運(yùn)、水泥和鋼鐵生產(chǎn)工藝等），凈零排放能源系統(tǒng)需要依賴替代燃料（特別是氫或生物燃料）。碳基燃料（如甲烷、石油和甲醇）、氫、氨或醇的生產(chǎn)無(wú)須化石燃料投入，能夠達(dá)到凈零CO2排放。目前，液體生物燃料提供了全球約4%的運(yùn)輸能源，主要是谷物和甘蔗中的乙醇，以及油料種子和廢油中的生物柴油[35]，這些生物燃料可應(yīng)用于難以電氣化的部門，但在生命周期碳排放、成本和進(jìn)一步可推廣性方面面臨重大挑戰(zhàn)[39-40]。合成氫（碳?xì)浠衔铩焙痛迹┑葍袅闩欧湃剂系闹饕系K在于昂貴的成本。

5.減少能源使用和提高能源效率

需求側(cè)或需求降低策略包括提高技術(shù)效率、減少能源消耗、降低能源服務(wù)需求（如減少私人交通的使用）和削減負(fù)荷等。能源效率和能源消耗降低策略通常具有靈活性和成本效益性，也具有大規(guī)模部署的潛力。

6.更多地依賴綜合能源系統(tǒng)方法

能源系統(tǒng)集成是指跨能源載體（包括電力、燃料和熱能）的互聯(lián)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)。協(xié)調(diào)規(guī)劃對(duì)于降低系統(tǒng)成本、提高可靠性、最小化環(huán)境影響，以及確保研發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施成本包含當(dāng)前和未來(lái)的需求等方面非常重要。能源系統(tǒng)的集成不僅包括物理能源系統(tǒng)本身，還包括同時(shí)存在的社會(huì)目標(biāo)（如可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)）、創(chuàng)新過(guò)程（如研發(fā)的技術(shù)溢出）、以及其他機(jī)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型[41]。協(xié)調(diào)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)可以通過(guò)共享資源、提高資本密集型資產(chǎn)的利用率、增強(qiáng)資源基地的地理多樣性和平滑需求來(lái)提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。但系統(tǒng)集成可能還需要監(jiān)管和市場(chǎng)給予適當(dāng)?shù)膬r(jià)格信號(hào)，以調(diào)整激勵(lì)措施、協(xié)調(diào)投資和運(yùn)營(yíng)。

7.碳移除技術(shù)（CDR）

雖然碳移除技術(shù)對(duì)于凈零排放能源系統(tǒng)的形成十分必要，但是具體的規(guī)模與策略組合尚不清楚。與能源相關(guān)的兩種碳移除技術(shù)?BECCS和DACCS的某些組合可能是凈零排放能源系統(tǒng)的一部分[42-43]。一方面，BECCS作為一種發(fā)電技術(shù)，能夠提供穩(wěn)定的、可調(diào)度的電力來(lái)支撐電網(wǎng)，并減少對(duì)其他電網(wǎng)管理手段的依賴，如電力存儲(chǔ)。BECCS也可用于生產(chǎn)液體燃料或氣態(tài)燃料，如氫氣。另一方面，DACCS為碳移除技術(shù)提供了一種模塊化的方法，但可能會(huì)消耗較多能源。直接空氣捕集（DAC）還可與能源系統(tǒng)的其他元素相互作用，捕獲的CO2可以用于生產(chǎn)低碳甲醇和其他燃料。

（二）凈零排放能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型

向凈零排放能源系統(tǒng)的過(guò)渡不僅體現(xiàn)在技術(shù)層面，而且需要更普遍的機(jī)構(gòu)、組織和社會(huì)的轉(zhuǎn)變。政府和能源部門行動(dòng)者（如消費(fèi)者、電力公司）之間的制度關(guān)系將會(huì)影響凈零系統(tǒng)的性質(zhì)，不同部門之間可能就凈零目標(biāo)和相應(yīng)措施進(jìn)行合作。

圖15展示了體制變革的四級(jí)框架。第一層級(jí)反映了需要改變的規(guī)范、信念和想法。該層級(jí)適用于現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)和“綠色增長(zhǎng)”概念中潛在的矛盾動(dòng)態(tài)。第二層級(jí)表示體制環(huán)境，即管理交換和保護(hù)財(cái)產(chǎn)權(quán)的政治和法律制度在凈零排放能源系統(tǒng)中也將有所差異。例如，法律法規(guī)和補(bǔ)貼的調(diào)整將可能有利于凈零排放能源系統(tǒng)而不是碳密集系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。第三層級(jí)表示新的體制也將能夠管理特定的交易，如提供能源燃料或服務(wù)的公司或網(wǎng)絡(luò)。第四層級(jí)表示實(shí)際參與者通常能夠決定價(jià)格和產(chǎn)出，從而適應(yīng)凈零排放能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。

圖15 體制變革的四級(jí)框架

（三）凈零排放能源系統(tǒng)的區(qū)域差異

圖16描述了各國(guó)可以根據(jù)自身國(guó)情靈活尋求最適合的系統(tǒng)。例如，可強(qiáng)調(diào)供給轉(zhuǎn)型而不是減少需求、部署不同的資源、在不同領(lǐng)域參與國(guó)際能源貿(mào)易、鼓勵(lì)不同的能源行業(yè)發(fā)展、關(guān)注不同的能源載體（如電力、氫）、或者更多地關(guān)注分布式或集成系統(tǒng)等。

圖16 當(dāng)能源和工業(yè)CO2排放達(dá)到凈零時(shí)，區(qū)域能源系統(tǒng)和排放的特征

影響區(qū)域凈零排放能源系統(tǒng)的主要因素包括：

1.未來(lái)的技術(shù)。技術(shù)轉(zhuǎn)型往往由不同技術(shù)選擇的相對(duì)優(yōu)勢(shì)所驅(qū)動(dòng)。

2.本地能源資源。各國(guó)可能更關(guān)注能夠利用本地能源資源的方法，資源較少的國(guó)家可能更傾向于減少需求和參與區(qū)域一體化，資源基礎(chǔ)（如低碳電力或生物能源）易于交易的國(guó)家可以選擇出口這些資源。

3.區(qū)域氣候。氣候會(huì)影響供熱和制冷需求，進(jìn)一步影響各國(guó)的能源需求和能源基礎(chǔ)設(shè)施。

4.現(xiàn)有能源系統(tǒng)配置。未來(lái)的部門能源需求和需求側(cè)轉(zhuǎn)型的潛力取決于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施（如建筑庫(kù)存、運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施）。

5.區(qū)域一體化。區(qū)域一體化使得各國(guó)能夠通過(guò)外部聯(lián)系來(lái)彌補(bǔ)能源缺口，如區(qū)域電力一體化和氫、生物質(zhì)能和其他燃料的貿(mào)易。一體化程度更大的國(guó)家更容易依賴進(jìn)口。

6.社會(huì)偏好。各國(guó)人們對(duì)某些技術(shù)或減緩措施存在偏好。例如，英國(guó)、德國(guó)、荷蘭和瑞士的人們更喜歡使用可再生能源、提高自身能源效率節(jié)約，而不喜歡使用核能、化石燃料和CCS。

7.技術(shù)領(lǐng)先、經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)和增長(zhǎng)。有的國(guó)家可能會(huì)注重其打算占有技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)。考慮到技術(shù)選擇可能利于/不利于現(xiàn)有企業(yè)或新的市場(chǎng)參與者，一國(guó)的產(chǎn)業(yè)政策可能會(huì)影響未來(lái)的能源系統(tǒng)。

8.能源安全。強(qiáng)調(diào)進(jìn)口安全的國(guó)家可能傾向于更多地依賴本地資源。一些本地資源（如電力基礎(chǔ)設(shè)施）可能會(huì)引起供應(yīng)安全問(wèn)題，從而影響能源系統(tǒng)的配置。

9.其他因素。如人口密度將影響建筑和交通能源需求；經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型將影響工業(yè)能源需求；氣候以外的目標(biāo)，特別是可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，可能會(huì)影響技術(shù)選擇和能源系統(tǒng)類型。

五、中短期能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型策略

圖17表明，如果沒(méi)有明確的減排政策行動(dòng)，能源系統(tǒng)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)脫碳；若能源系統(tǒng)不進(jìn)行迅速和深度減排，2℃氣候目標(biāo)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。具體而言，到2050年，當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，能源部門的CO2排放量需下降87%～97%，溫室氣體排放量需下降85%～95%；當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，能源部門CO2排放量需下降60%～79%，溫室氣體排放量需下降62%～78%。到2030年，當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，能源部門CO2排放量需下降35%～51%，溫室氣體排放量需下降38%～52%。

圖17 2020—2050年1.5℃和2℃情景下能源部門的溫室氣體排放

圖18表明，能源系統(tǒng)的排放路徑區(qū)域差異化特征顯著，主要表現(xiàn)為排放峰值年份、凈零排放年份和減排速度的差異。區(qū)域差異化的因素主要包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口、資源稟賦、土地利用和潛在碳匯水平[44]。

圖18 2020—2050年1.5℃和2℃情景下各區(qū)域能源部門的溫室氣體排放

如圖19所示，不同情景下能源系統(tǒng)達(dá)到凈零排放的時(shí)間有很大差異。當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，能源系統(tǒng)從2080年起達(dá)到凈零CO2排放；當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，能源系統(tǒng)從2060年起達(dá)到凈零CO2排放。

圖19 社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、能源部門、電力部門達(dá)到凈零CO2排放的時(shí)間

圖20表明，為了使得脫碳更具成本效益性，全球發(fā)電部門可能會(huì)最早實(shí)現(xiàn)凈零排放。具體而言，當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，電力部門預(yù)計(jì)在2 052—2078年達(dá)到凈零CO2排放；當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，電力部門預(yù)計(jì)在2044—2055年達(dá)到凈零CO2排放。與其他行業(yè)相比，電力部門的減排成本相對(duì)較低，而長(zhǎng)途運(yùn)輸、航空運(yùn)輸和熱力供應(yīng)等行業(yè)將面臨更大的脫碳挑戰(zhàn)。此外，電力部門還可利用碳移除技術(shù)（如BECCS）使CO2降至負(fù)排放狀態(tài)。

圖20 2030—2050年1.5℃和2℃情景下的CO2排放減少量

（一）關(guān)鍵的低碳能源轉(zhuǎn)型策略

1.一次能源消費(fèi)和發(fā)電脫碳

實(shí)現(xiàn)全球溫控目標(biāo)，需要迅速增加低碳或零碳能源（如圖21所示）。目前，低碳技術(shù)在全球一次能源供應(yīng)中所占的份額低于20%。未來(lái)，低碳和零碳能源的占比將在一定程度上取決于能源需求的演變，即能源需求增長(zhǎng)越多，需要的低碳和零碳能源越多。此外，發(fā)電脫碳同時(shí)配合不斷增加的電力消耗，將是減緩和控制氣候變暖的一個(gè)基本短期戰(zhàn)略。可再生能源，尤其是太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電，將在低碳電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

圖21 2020—2050年1.5℃和2℃情景下低碳能源和生物能源在一次能源總量中的占比，太陽(yáng)能和風(fēng)能、CCS和核能在發(fā)電總量中的占比

2.向低碳能源載體轉(zhuǎn)變

能源載體向低碳生產(chǎn)源方向轉(zhuǎn)變將是能源部門脫碳的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略。輕型運(yùn)輸、室內(nèi)供暖和烹飪等終端用能的加速電氣化是關(guān)鍵的短期減緩戰(zhàn)略。圖22表明，到2050年，當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，電力將提供全球終端能源需求的48%～58%；當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，電力將提供全球終端能源需求的36%～47%。目前，全球電氣化水平約為20%。此外，間接電氣化包括使用電力生產(chǎn)的氫和合成燃料，終端能源的間接電氣化程度取決于資源稟賦和區(qū)域的具體情況。

圖22 2020—2050年1.5℃和2℃情景下終端能源中電力和氫的份額

3.減少能源需求

能源服務(wù)需求預(yù)計(jì)將隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而持續(xù)增加，但其增加量仍存在很大的不確定性[45]。鑒于對(duì)生產(chǎn)低碳能源的需要，能源需求的規(guī)模是減緩挑戰(zhàn)的一個(gè)關(guān)鍵決定因素[46]。能源需求量越高，對(duì)低碳能源的需求也將更多，從而增加了能源轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。

4.部署碳移除技術(shù)

碳移除技術(shù)可以抵消脫碳難度大的部門排放，從而影響能源部門轉(zhuǎn)型的時(shí)間和特點(diǎn)。研究表明，碳移除技術(shù)不再只是一種選擇，而是將溫升控制在1.5℃的必要方案[47]。對(duì)碳移除技術(shù)的依賴與未來(lái)的能源需求、未來(lái)20年的減排速度緊密相關(guān)，更深入的短期減排將減少未來(lái)對(duì)碳移除技術(shù)的依賴。碳移除技術(shù)的部署將取決于CO2捕獲成本、生活方式的改變、非CO2溫室氣體的減少和零碳燃料的使用[48]。

最終部署的碳移除技術(shù)數(shù)量存在很大的不確定性。在大多數(shù)模型模擬的1.5℃情景下，到2030年，碳移除技術(shù)的部署相當(dāng)有限，低于1吉噸 CO2/年。預(yù)計(jì)關(guān)鍵碳移除技術(shù)（BECCS和DAC）的部署年份出現(xiàn)在2030—2050年。此外，碳移除技術(shù)將影響與化石燃料相關(guān)的潛在擱淺資產(chǎn)。部署低成本的碳移除技術(shù)將有助于減少化石燃料基礎(chǔ)設(shè)施的過(guò)早退役，從而使得各國(guó)在不需淘汰所有化石燃料的情況下達(dá)到凈零排放。

（二）技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施投資

現(xiàn)有的能源投資領(lǐng)域包括化石燃料開(kāi)采、化石燃料發(fā)電、可再生電力、核電、電網(wǎng)建設(shè)和終端能源使用效率提升等，預(yù)計(jì)未來(lái)的能源投資需求將大幅度增加，并主要聚集在低碳相關(guān)路徑中[49]。當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，2016—2050年全球年均能源投資預(yù)計(jì)為2.1～4.1萬(wàn)億美元；當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，2016—2050年全球年均能源投資預(yù)計(jì)為2.4～4.7萬(wàn)億美元。無(wú)論在何種目標(biāo)下，新興經(jīng)濟(jì)體（尤其是亞洲）的投資份額均較大[50]。

大規(guī)模的建筑、交通和工業(yè)電氣化意味著電力系統(tǒng)的大量投資。如圖23所示，根據(jù)IPCC AR6情景數(shù)據(jù)庫(kù)中的C1～C3路徑，2023—2052年的年均投資水平分別為1.67～3.07萬(wàn)億美元（C1）、1.60～2.78萬(wàn)億美元（C2）和1.33～2.68萬(wàn)億美元（C3）。

圖23 2023—2052年全球平均能源投資

除此之外，減緩路徑的一個(gè)關(guān)鍵特征是跨部門的投資流動(dòng)，即從化石燃料（開(kāi)采、轉(zhuǎn)換和發(fā)電）到可再生能源、核電、CCS、電網(wǎng)和儲(chǔ)能、以及終端用能效率。用于太陽(yáng)能、風(fēng)能和電力傳輸、分配和存儲(chǔ)方面的投資增加最多。而且，到2050年，這些投資大部分集中在經(jīng)合組織和亞洲國(guó)家，中東、東歐和前蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)體、經(jīng)合組織的化石燃料開(kāi)采投資下降最為明顯。

增加低碳投資的手段主要是通過(guò)監(jiān)管和激勵(lì)措施轉(zhuǎn)移現(xiàn)有的資本，以及消除現(xiàn)有的投資障礙[51]。由于風(fēng)險(xiǎn)概況、資源稟賦和經(jīng)濟(jì)治理結(jié)構(gòu)的差異，未來(lái)的投資模式將因地而異：在快速增長(zhǎng)的國(guó)家，低碳能源轉(zhuǎn)型的投資將與滿足快速增長(zhǎng)的能源需求相結(jié)合；在慢速增長(zhǎng)的國(guó)家，投資將集中于用當(dāng)前的能源系統(tǒng)向低碳配置的方向過(guò)渡。

（三）能源系統(tǒng)鎖定和路徑依賴性

碳鎖定是一種特定的路徑依賴類型[52]。由于能源系統(tǒng)的減緩需要從近期開(kāi)始作出重大調(diào)整，鎖定是能源部門減排的一個(gè)重要問(wèn)題。雖然鎖定通常表現(xiàn)為物理基礎(chǔ)設(shè)施需要提前退役以實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，但是它還涉及一系列更廣泛的問(wèn)題，包括社會(huì)和體制體系。

1.社會(huì)和體制慣性

用戶、商業(yè)、文化、監(jiān)管和跨國(guó)社區(qū)等因素的結(jié)合將阻礙低碳能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型：（1）用戶環(huán)境會(huì)影響購(gòu)買活動(dòng)，并可能涉及新技術(shù)與用戶實(shí)踐的集成和新偏好、習(xí)慣甚至價(jià)值觀的發(fā)展。（2）商業(yè)環(huán)境可以塑造行業(yè)、商業(yè)模式、供應(yīng)鏈和分銷鏈、儀器支持和維修設(shè)施的發(fā)展。（3）文化可以包括表達(dá)積極的話語(yǔ)、敘事和愿景，以增強(qiáng)文化的合法性和社會(huì)對(duì)新技術(shù)的接受度。監(jiān)管可以捕捉到影響生產(chǎn)、市場(chǎng)和新技術(shù)使用的各種政策。（4）跨國(guó)社區(qū)可以反映出全球?qū)＜覍?duì)跨國(guó)界新技術(shù)的共同理解。

2.物理能源系統(tǒng)鎖定

當(dāng)前針對(duì)化石燃料基礎(chǔ)設(shè)施的投資已鎖定了500～700吉噸CO2排放，超過(guò)了溫控1.5℃目標(biāo)的排放預(yù)算?，F(xiàn)有的燃煤和燃?xì)獍l(fā)電鎖定了200～300吉噸二氧化碳排放，燃煤電廠的使用壽命為25～50年，這給氣候目標(biāo)帶來(lái)了長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)部門鎖定了超過(guò)100吉噸CO2排放，而建筑和交通運(yùn)輸部門共同鎖定了其余的50～100吉噸CO2排放[53]。

當(dāng)前的政策和國(guó)家自主減排貢獻(xiàn)（NDCs）不足以防止化石燃料基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)碳鎖定的增加[54]。因此，現(xiàn)階段的投資決策至關(guān)重要。短期內(nèi)實(shí)施嚴(yán)格的溫室氣體減緩政策可能對(duì)減輕碳鎖定最為有效，而推遲減緩措施將加劇碳鎖定效應(yīng)，并可能導(dǎo)致大規(guī)模資產(chǎn)擱淺。

（四）低碳轉(zhuǎn)型中的化石燃料

為滿足溫控目標(biāo)，全球化石燃料的使用量需大幅減少。當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，2050年化石燃料使用量需減少124～231艾焦耳；當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，2050年化石燃料使用量需減少260～330艾焦耳。此外，目前，化石能源消費(fèi)約占一次能源消費(fèi)總量的80%。當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，2030年的化石能源消費(fèi)比重將下降為71%～75%，2050年的化石能源消費(fèi)比將下降為41%～57%；當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，2030年的化石能源消費(fèi)比重將下降為59%～69%，2050年的化石能源消費(fèi)比將下降為25%～40%，如圖24所示。此外，CCS的部署將可能增加化石燃料的使用份額，從而減緩向低碳能源系統(tǒng)的過(guò)渡。

圖24 2020—2050年1.5℃和2℃情景下全球化石燃料發(fā)展路徑

為將21世紀(jì)末的全球溫升控制在1.5℃，并在2050—2060年將全球溫升控制在2℃，全球未加裝CCS的煤炭消費(fèi)需在2040—2050年前基本消除。與2020年相比，當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，2050年煤炭消費(fèi)將下降66%～98%（118～139 艾焦耳/年），當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，2050年煤炭消費(fèi)將下降79%～99%（130～140 艾焦耳/年）。1.5℃溫控目標(biāo)下，2030年未部署CCS的煤炭消費(fèi)將下降67%～82%。

到21世紀(jì)中葉，天然氣仍將是能源系統(tǒng)的一部分，主要用于工業(yè)和建筑發(fā)電。與2020年相比，當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，2020—2050年天然氣消費(fèi)將下降13%～36%（22～46 艾焦耳/年），當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，2020—2050年天然氣消費(fèi)將下降21%～61%（38～78 艾焦耳/年）。此外，電力系統(tǒng)的天然氣使用將在2035年（1.5℃溫控目標(biāo)下）或2050年（2℃溫控目標(biāo)下）左右達(dá)到峰值。

基于交通運(yùn)輸部門的調(diào)整，預(yù)計(jì)石油使用量將大幅下降，但仍有可能持續(xù)到本世紀(jì)中葉。與2020年相比，當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，2020—2050年石油消費(fèi)將下降21%～60%（46～109艾焦耳/年），當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，2020—2050年石油消費(fèi)將下降19%～54%（43～91艾焦耳/年）。在大多數(shù)模型模擬的2℃溫控情景下，石油仍然是交通運(yùn)輸部門的重要來(lái)源之一，但是，由于生物燃料、綠氫和電動(dòng)汽車的快速部署，石油消費(fèi)可能會(huì)減少到目前燃料總量的一半左右[55]。

（五）政策與治理框架

政策與治理框架對(duì)于近期和中期的低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。政策干預(yù)有助于實(shí)現(xiàn)低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，而適當(dāng)?shù)闹卫砜蚣苡欣诖_保政策的執(zhí)行。

設(shè)計(jì)良好的政策組合具有以下特點(diǎn)：（1）原則上可以降低減緩成本或解決分配問(wèn)題（尤其對(duì)于弱勢(shì)群體）；（2）支持對(duì)多種政策目標(biāo)的追求，有效針對(duì)不同類型的需求，并兼顧技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)狀況；（3）能夠解決不同的市場(chǎng)摩擦和處理技術(shù)、氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面的不確定性，有助于權(quán)衡政策框架的穩(wěn)定性和調(diào)整個(gè)別政策的靈活性；（4）包括對(duì)特定行業(yè)的監(jiān)管和跨部門協(xié)調(diào)，與整個(gè)經(jīng)濟(jì)范圍的政策相比，部門政策能夠直接針對(duì)特定部門采取措施；（5）政策措施之間的相互作用，包括其范圍、嚴(yán)格程度和時(shí)機(jī)，都會(huì)影響減排的成本。特別是，一些政策工具可能導(dǎo)致鎖定效應(yīng)，與其他法規(guī)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)、造成負(fù)面政策交互；（6）對(duì)政策組合的綜合有效評(píng)估需要全面、有效的國(guó)際數(shù)據(jù)、方法和指標(biāo)，考慮環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益、分配效應(yīng)、變革潛力、制度要求和可行性等各種標(biāo)準(zhǔn)。

（六）行為與社會(huì)融合

社會(huì)成員，包括個(gè)人、公民和企業(yè)，都需要參與低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。因此，應(yīng)綜合考慮鼓勵(lì)氣候減緩行動(dòng)的策略和減緩政策方案的可接受性。

首先，鼓勵(lì)氣候減緩行動(dòng)的策略主要包括：（1）給予財(cái)政激勵(lì)或經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)，如補(bǔ)貼太陽(yáng)能光伏和太陽(yáng)能熱水器的安裝；（2）宣傳氣候變化的后果和減緩氣候變化的原因，提高人們對(duì)氣候變化的認(rèn)知水平；（3）向人們提供能源使用情況的及時(shí)反饋，推進(jìn)家庭內(nèi)部的節(jié)能行為；（4）開(kāi)展社區(qū)能源倡議，鼓勵(lì)社區(qū)成員的低碳行為；（5）包括節(jié)能、使用綠電和選擇無(wú)肉餐等在內(nèi)的其他措施。

其次，公眾的可接受性反映了公眾對(duì)氣候政策、減排方案和能源系統(tǒng)變化的評(píng)價(jià)。為了提高公眾對(duì)政策或措施的可接受度，可以從以下方面考慮：（1）進(jìn)行有效的政策實(shí)驗(yàn)，獲得公眾支持；（2）補(bǔ)償因政策或制度變化造成的損失，從而使得氣候政策和低碳方案更加公平、更可接受；（3）提高相關(guān)項(xiàng)目（如可再生能源項(xiàng)目）的公眾參與度，鼓勵(lì)公眾或公共社會(huì)組織參與氣候政策或減排方案的決策；（4）鼓勵(lì)公眾更加關(guān)注氣候變化，并對(duì)減緩氣候變化產(chǎn)生責(zé)任感。

（七）可持續(xù)發(fā)展背景下低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的成本與效益

雖然減緩氣候變化的成本和效益通常從經(jīng)濟(jì)視角衡量，但減緩氣候變化并不脫離各國(guó)的增長(zhǎng)與發(fā)展戰(zhàn)略，而是作為眾多戰(zhàn)略中的一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，低碳轉(zhuǎn)型的成本收益權(quán)衡應(yīng)與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相結(jié)合。

從短期來(lái)看，鑒于電力脫碳在短期減緩戰(zhàn)略中的重要性，降低太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能和電池的成本可有效降低短期的經(jīng)濟(jì)成本；考慮到健康影響和其他協(xié)同效益，關(guān)鍵技術(shù)的成本下降能夠提高短期低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的吸引力。

從長(zhǎng)期來(lái)看，能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的長(zhǎng)期成本與收益取決于政策的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和未來(lái)的成本，關(guān)鍵領(lǐng)域（如長(zhǎng)途運(yùn)輸）的可用技術(shù)，以及終端用能的電氣化程度；快速的技術(shù)發(fā)展和國(guó)際合作能夠降低經(jīng)濟(jì)成本；提高能源效率和節(jié)約能源的戰(zhàn)略與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相輔相成。

圖25表明，促進(jìn)終端使用技術(shù)的發(fā)展有利于降低能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的經(jīng)濟(jì)成本：（1）由于發(fā)展中國(guó)家正在加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有機(jī)會(huì)建立積極的合作關(guān)系，因此，高效的終端使用技術(shù)在發(fā)展中國(guó)家更具成本效益性；（2）高效的終端使用技術(shù)還可減少對(duì)資源開(kāi)采的需求（如化石燃料開(kāi)采）和本世紀(jì)末碳移除技術(shù)的需求；（3）提高終端電氣化率將促進(jìn)人類發(fā)展（如教育、保健和就業(yè)），為農(nóng)業(yè)提供更多的灌溉機(jī)會(huì)，增加農(nóng)民收入；（4）在較低收入水平上實(shí)現(xiàn)電氣化能夠加速人類發(fā)展（如人類發(fā)展指數(shù)大于0.7，標(biāo)志著高度發(fā)展）；（5）終端電氣化還可提高能源效率，通過(guò)光伏灌溉和抽水減少泵送的能源需求，促進(jìn)清潔用水。

圖25 人均能源使用總量、電氣化率和人類發(fā)展指數(shù)之間的關(guān)系

能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之間的積極交互所獲得的收益遠(yuǎn)大于成本。能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型將有利于多個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）的實(shí)現(xiàn)。例如，煤炭淘汰將支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDG3、SDG7和SDG14，但若管理不當(dāng)，也可能造成大量失業(yè)；而可再生能源和生物能源的替代能夠創(chuàng)造大量就業(yè)機(jī)會(huì)。能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過(guò)程對(duì)可再生基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模開(kāi)發(fā)會(huì)影響生物多樣性。能源系統(tǒng)集成戰(zhàn)略需要優(yōu)化整體系統(tǒng)性能、使不同技術(shù)相互依賴，從而提高成本效益性，并減少對(duì)可持續(xù)發(fā)展的負(fù)面影響。

六、主要結(jié)論

報(bào)告對(duì)全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)進(jìn)行了回顧?？偟膩?lái)看，全球溫室氣體排放量雖持續(xù)增加，但平均增速已低于上一個(gè)十年（2000—2019年）；能源系統(tǒng)化石燃料碳排放量增長(zhǎng)了4.6%（年均增長(zhǎng)率為1.1%），占全球人為溫室氣體年排放量的三分之二；大部分可再生能源技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)火電平價(jià)，成本大幅度下降。關(guān)鍵結(jié)論如下：

1. 從時(shí)間尺度看：2010—2019年，全球溫室氣體排放量短暫下降后又出現(xiàn)反彈，2019年達(dá)到590億噸二氧化碳當(dāng)量，但平均增速低于上一個(gè)十年（2000—2019年）。其中，64%來(lái)自化石能源和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳。受新冠肺炎疫情影響，2020年全球能源活動(dòng)引起的二氧化碳排放量比2019年降低了約5.8%，受經(jīng)濟(jì)刺激影響，預(yù)計(jì)2021年全球能源活動(dòng)CO2排放量反彈約5%。

2. 從區(qū)域尺度看：2000年以來(lái)，溫室氣體年排放量的增量越來(lái)越多地來(lái)自新興經(jīng)濟(jì)體，且呈現(xiàn)東移的態(tài)勢(shì)。2015—2019年，東亞、南亞和東南亞地區(qū)能源部門CO2排放量年均增長(zhǎng)率分別為2.4%、2.6%和5.1%。歐洲和北美是自2010年以來(lái)能源部門碳排放量持續(xù)下降的兩個(gè)地區(qū)，能源碳強(qiáng)度的穩(wěn)步下降是主要驅(qū)動(dòng)力。歐盟碳強(qiáng)度的降低主要是由于可再生能源電力供給的增加，以及能源組合中化石燃料的使用量占比較少。

3. 從成本視角看：可再生能源及動(dòng)力電池成本持續(xù)下降、技術(shù)滲透率逐步提升。在過(guò)去的五年里，能源系統(tǒng)關(guān)鍵減排技術(shù)的成本迅速下降，特別是太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和電池。2015—2020年，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的價(jià)格分別下降了56%和45%，而電池價(jià)格下降了64%。在許多地區(qū)，來(lái)自光伏和風(fēng)能的電力比來(lái)自化石能源的電力更便宜，電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)相比越來(lái)越有競(jìng)爭(zhēng)力，大規(guī)模電池儲(chǔ)能也越來(lái)越可行。

報(bào)告對(duì)不同溫控目標(biāo)下，全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望，指出現(xiàn)有能源系統(tǒng)無(wú)法支撐2℃和1.5℃溫控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，亟需低碳轉(zhuǎn)型。那么未來(lái)能源領(lǐng)域如何實(shí)現(xiàn)凈零排放？報(bào)告從轉(zhuǎn)型路徑、低碳技術(shù)、政策與治理框架、公眾行為等方面給出了一系列解決方案，并提出了凈零排放能源系統(tǒng)有共同的特點(diǎn)，即包括有限和/或針對(duì)性地使用化石燃料、電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零碳或負(fù)碳排放、終端用能廣泛電氣化、不適宜電氣化的部門尋求替代燃料、減少能源使用和提高能源效率、 更多地依賴綜合能源系統(tǒng)方法、使用碳移除技術(shù)（CDR）。主要結(jié)論如下：

1. 從排放差距看：能源系統(tǒng)的凈零排放是實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)中葉CO2凈零排放的關(guān)鍵。為把溫升控制在1.5℃以內(nèi)，2050年凈零能源系統(tǒng)二氧化碳排放量需下降87%～97%；2030年二氧化碳和溫室氣體凈排放分別下降35%～51%和38%～52%；全球電力部門應(yīng)在2045—2055年實(shí)現(xiàn)凈零排放。

2. 從實(shí)現(xiàn)路徑看：將溫升控制在2℃以內(nèi)，需要在未來(lái)30年內(nèi)對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的變革。這包括減少化石燃料的消耗，增加低碳和零碳能源的生產(chǎn)，以及增加對(duì)電力和替代能源的使用，到2050年，預(yù)計(jì)低碳能源生產(chǎn)的電力需占全球總量的93%～97%。為滿足溫控目標(biāo)，全球化石燃料的使用量需大幅減少。為將溫升控制在2℃，2050年化石燃料使用量需減少124～231艾焦耳； 1.5℃目標(biāo)則要求2050年化石燃料使用量減少260～330艾焦耳。當(dāng)前，全球化石能源消費(fèi)約占一次能源消費(fèi)總量的80%。為實(shí)現(xiàn)2℃和1.5℃溫控目標(biāo)，2030年的化石能源消費(fèi)比重需分別下降71%～75%和59%～69%，2050年的化石能源消費(fèi)比重需下降41%～57%和25%～40%。

3. 從發(fā)展視角看：低碳能源轉(zhuǎn)型將改變投資模式并創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)。如果將溫升控制在2℃以內(nèi)，在未來(lái)幾十年，能源投資的總需求將大幅度增加。當(dāng)溫控目標(biāo)為2℃時(shí)，2016—2050年全球年均能源投資預(yù)計(jì)為2.1～4.1萬(wàn)億美元；當(dāng)溫控目標(biāo)為1.5℃時(shí)，2016—2050年間全球年均能源投資預(yù)計(jì)為2.4～4.7萬(wàn)億美元。無(wú)論在何種目標(biāo)下，新興經(jīng)濟(jì)體（尤其是亞洲）的投資份額均較大。

4. 從全局視角看：能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)凈零排放轉(zhuǎn)型需要依賴系統(tǒng)性思維，應(yīng)綜合考慮不同能源部門和系統(tǒng)之間的相互作用。未來(lái)，通過(guò)采用先進(jìn)的集成式系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)，考慮電力、加熱/冷卻、天然氣/氫氣、運(yùn)輸部門之間的相互作用，可以大幅減少低碳能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資成本，為提高系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低低碳能源系統(tǒng)運(yùn)行成本提供支撐。