国际能源署2050年净零排放全球路线图对我国电力行业净零发展的启示

刘 恋，齐晓曼

(国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437)

随着世界各国越发意识到共同应对气候变化的重要性，自1992年出台《联合国气候变化框架公约》后，《京都议定书》等一系列国际气候协议在此基础上相继签署，形成了国家间“无形财富”竞争的规则，这也是人类从工业文明向生态文明过渡的标志。在未来,气候协议有望继《联合国宪章》和《世界贸易组织》成为第三个世界规则。

为了加快全球低碳发展步伐，促进早日实现净零排放，2021年5月18日，国际能源署(IEA)发布年度重磅报告——《2050年净零排放：全球能源行业路线图》(Net Zero by 2050，A Roadmap for the Global Energy Sector)(以下简称“IEA报告”)[1]，并于6月8日在中国召开发布会。IEA报告为全球首份针对2050年前实现净零能源系统的综合性研究成果，在全球能源可靠安全供应和经济强劲发展的前提下，提出了全球能源行业实现净零排放的总体路线图、行业路线图、关键里程碑及所需的优先行动，也为于2021年11月举行的《联合国气候变化框架公约》第二十六次缔约方会议高层谈判(COP26)提供重要参考。

中国作为全球碳排放总量最大的经济体，一直积极为应对全球气候变化做出新努力和新贡献。2020年9月，习近平总书记就在联合国大会上向国际社会作出“碳达峰、碳中和”(以下简称“双碳”)郑重承诺，赢得国际社会的广泛积极评价。随后，中央、部委、地方和能源央企迅速响应，陆续推出了一系列目标举措。在实现“双碳”目标上，能源是主战场，电力是主力军，将对未来能源生产消费、产业结构乃至区域结构产生深刻、深远影响。IEA报告提出的行业路线图将是我国电力行业净零发展的重要参考。重要碳减排国际公约和我国减排目标见图1。

图1 重要碳减排国际公约和我国减排目标

1 碳中和、净零排放和气候中性概念区分

1.1 各表述的定义

碳中和、净零排放和气候中性经常出现在新闻和研究报告中，在大多数场合下，这些术语可互换使用，但在定义以及实现途径上是存在区别的。

碳中和(Carbon-Neutral)：根据政府间气候变化专门委员会(以下简称“IPCC”)在特别报告《全球变暖1.5℃》[2]中的定义，当一个组织在一年内的二氧化碳(CO2)排放通过二氧化碳去除技术应用达到平衡，就是碳中和或净零CO2排放。主要使用该目标表述的国家及地区有中国、葡萄牙、冰岛、智利等。

净零排放(Net Zero Emission)：当一个组织一年内的所有温室气体(以CO2当量衡量)排放量与温室气体清除量达到平衡时，即为净零温室气体排放。为了达到该目标，企业需要根据全球温升1.5℃的减排路径减少温室气体排放，并通过碳移除技术抵消剩余温室气体排放量。主要使用该目标表述的国家及地区有美国、加拿大、新西兰、新加坡、韩国等。

气候中性(Climate-Neutral)：当一个组织的活动对气候系统没有产生净影响，就是气候中性。气候中性较碳中和、净零排放的范围更大，它还必须考虑区域或局部的地球物理效应，例如辐射效应等。主要使用该目标表述的国家及地区有挪威、丹麦、斯洛伐克、匈牙利等。

因此，“碳中和”目标仅与CO2有关，而“净零排放”目标包括所有温室气体，“气候中性”目标则还包括辐射效应等其他影响。若一个组织主要释放CO2，那么这3个词可互换使用。对于大多数行业，净零排放和气候中性是等效的，因为向大气中排放温室气体是气候变化最重要的因素，但有些部门(例如航空业)也应该考虑辐射效应等因素的影响[3]。概念比较及目标表述对应的主要国家如图2所示。

图2 碳中和、净零排放、气候中性概念比较及目标表述对应的主要国家

1.2 我国采用的目标表述

IEA报告采用净零排放的概念，其近阶段的研究重点、举措都聚焦在CO2排放，也即碳中和。我国目前使用碳中和的表述，但中远期来看，据国家发改委能源研究所的研究显示，若要达到1.5℃温升要求(全球CO2排放在2050年左右净零，其他温室气体排放在2060年左右净零)，并与发达国家保持同步(承诺温室气体中和)，我国的碳中和也应该包括全部温室气体。这与IEA报告的净零排放目标趋同，报告中的净零举措对我国实现碳中和有借鉴作用。

目前，我国在“十四五” 规划中明确表示要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，优化产业和能源结构，推动煤炭清洁高效利用，大力发展新能源。其中，上海市提出将坚持生态优先、绿色发展，加大环境治理力度，加快实施生态惠民工程，使绿色成为城市高质量发展最鲜明的底色。这与IEA报告净零排放的目标及以人为本的宗旨不谋而合。

2 IEA报告的主要观点解读

2.1 IEA全球净零排放路线

IEA制定了包括“一增三减四主体”的净零排放2050里程碑计划。IEA路线图设置了400个里程，主要包括：一增，到2030年，每年的清洁能源投资增加2倍以上；三减，从现在开始不再投资任何新的化石燃料供应项目和新建燃煤电厂；到2035年，不再销售新的内燃机乘用车；到2040年，逐步淘汰化石燃料发电厂；四主体，到2045年，绝大多数汽车将依靠电力或燃料电池，飞机将主要依靠生物燃料和合成燃料，工厂将使用碳捕集技术或氢能，到2050年，形成可再生能源为主体的清洁能源系统，近90%的发电量来自可再生能源。

实现净零排放2050应持续增加电力投资，形成以电为核心的能源转型路径。在实现净零排放的路径中，将不开发新的油气田，煤矿或者矿井，化石燃料的需求急剧下降，对可再生能源电力的依赖增强，各行业快速的电气化使电力成为能源安全的核心。部分相对成熟、多元化的可再生能源技术将为电力净零排放带来优势。预计到2040年，电力部门率先实现净零排放，电力成为能源消费主要形式。为了满足电力增长的需求，需要更换老化的基础设施并整合更多的可再生能源，电网总投资需要长期稳定的持续增加。

实现净零排放2050需要提升公众参与度，全面深化国际合作。实现净零排放需要社会公众多方面的不懈支持和参与，并进行生活方式和行为习惯的改变。例如个人用步行、骑自行车或公共交通工具代替乘车旅行；私营部门减少商业建筑的能源需求和提高制造业的材料效率；城市设计密集紧凑的基础设施来缩短平均公民出行时间，通过影响日常行为减少居民碳足迹。此外，各国政府不能仅聚焦自己国家减排的问题，必须以有效和互利的方式共同努力，开展前所未有的国际合作，尤其是在创新和投资领域。

2.2 IEA电力行业发展路线

IEA报告指出，发电是当今能源相关二氧化碳排放的最大单一来源，占能源相关排放总量的36%。因此，电力行业的转型是2050年实现净零排放的核心，预计到2040年，电力行业将率先实现净零排放。

不同发展阶段的经济体应遵循有差异的电力净零转型时序。人口、经济、城市化模式的不同导致不同经济体的电力需求和脱碳达成时间存在差异。发达经济体预计2035年实现电力行业脱碳，到2050年电力需求将翻一番；新兴市场和发展中经济体预计2040年实现电力行业脱碳，到2050年电力需求将增加3倍。发达经济体应率先达到净零，并帮助其他经济体达到净零，不同经济体在净零转型路径上存在差异。

(1)发达经济体的燃煤发电资产存量相对较老并提前结束寿命。因此，燃煤发电的使用量在发达经济体将大幅减少，而在新兴市场和发展中经济体将继续发挥重要作用。

(2)发达经济体考虑核反应堆的成本效益及可替代性，将不对核能发电进行非必要投资，而新兴市场和发展中经济体将积极新建核反应堆。

(3)碳捕获、利用和储存(CCUS)技术主要应用于拥有大型新型设施的电厂，即优先应用于具有集中能源需求场景以及技术创新基础的经济体中，如中国和美国。

实现净零排放需建立以可再生能源为主导，多种清洁能源融合的未来能源供给结构。大幅提高可再生能源装机容量，到2030年至少翻3倍，到2050年增加9倍。全球可再生能源份额将从2020年的29%，升至2030年的60%以上，至2050年将接近90%。太阳能和风能将在2030年之前成为主要的电力来源，风、光、储配对将变得司空见惯。积极发展核电，核电将成为最具成本效益的低碳电源之一，预计核电产量到2030年将稳步增长40%，到2050年翻一番，但总发电份额在2050年将低于10%。未来，小型模块化反应堆等也将极具发展潜力。支持氢等重要低排放能源，到2050年，低碳氢和氢基燃料在全球最终能源使用总量中的总份额将达到13%。氢和氨发电在2050年占总发电量的2%。未来能源供给结构变化趋势见图3。

图3 未来能源供给结构变化趋势

实现净零排放需加快现有技术改造、淘汰未进行碳移除的电力产能。清洁化改造燃煤和燃气发电厂，碳捕获CCUS技术应用机会大量存在于中国的燃煤电厂和美国的燃气电厂中，可在2030年至2050年期间捕获约150亿t二氧化碳排放量。使现有资产为转型做出贡献，在减排的同时也保证电力安全，应于2025年开始改造燃煤电厂，推广煤炭与氨共燃、燃气轮机与氢气共燃。逐步淘汰未进行碳移除的煤炭发电厂，到2030年逐步淘汰所有亚临界燃煤电厂和大型燃油电厂，未进行碳移除的燃油发电量将在2030年达到峰值,并在2040年降低90%，到2040年逐步淘汰所有未进行碳移除的燃煤电厂。

实现净零排放需系统化推广新能源利用及储存技术。扩大风、光发电应用规模，光伏发电、陆上风电等相对成熟、成本低廉的新能源技术可互为补充。浮动式海上风电等成长迅速、潜力巨大的技术，有望近期加速部署。扩大电池储能的部署，电池储能容量从2019年的3 GW增加到2030年的120 GW和2040年的240 GW以上。灵活利用多元化的新能源发电技术，水电、生物能源和地热技术是成熟且灵活可调度的可再生能源，再辅以成本已大幅降低的电池技术，对电力安全运行至关重要。聚光太阳能和海洋能也将在远期发挥巨大价值。

3 IEA报告对电力行业净零发展的启示

尽管IEA报告存在视野的局限性，美国能源信息署前署长Caruso评论其“不切实际，条件极难满足，建议过于极端，充斥气候帝国主义的观点”，但它提出的能源发展路径以及预测的未来图景，仍有重要的借鉴意义。

碳中和目标的实现具有阶段性，需要根据具体国情进行细分布局。IEA基于目标设定倒逼得出了一个全球统一的里程碑计划，是一个平均结果，并未区别不同发展阶段国家的责任和路径，可能会切断一些发展中国家公平获得能源的机会。作为最大的发展中国家，我国发展不平衡不充分问题仍然突出，新型电力系统建设仍在起步探索阶段，在碳中和这场涉及广泛领域的大转型、大变革中应多方研究，给出中国方案。

碳中和应兼顾能源安全，电力供给多元化具有长期性、合理性。实现碳中和需要大力发展风、光等新能源发电技术，逐步替代高碳排的传统机组，但目前电网的可靠性以及储能技术尚未实现革命性突破，仍处在电力系统的转型过渡期。此阶段尤其要注重需求与供给的动态匹配，在电力供给侧仍需保证一定的多元性，尽量以可再生能源满足增量需求，但需要保留一定规模的化石能源发电、稳步发展核电以保障电网安全和基本民生。

碳中和需要格外关注消费侧节能减碳。IEA报告的400个里程碑中90%涉及消费侧，电力系统降碳的主战场也应在消费侧。但我国的环保政策多倾向相对好控制的生产侧，在市场化制度下，若生产侧碳成本增加，消费侧将倾向于低成本高碳产品，抵消部分生产侧技术进步带来的减碳效果。因此，推动出台消费侧减排政策十分必要，可提升消费者低碳支付意愿，进而倒逼企业进行低碳生产，最大限度地释放全社会的低碳潜力。

低碳能源技术研发迭代与市场机制保障是关键。IEA报告中指出，清洁能源技术创新取得质的飞跃是实现净零排放的前提。随着人口和经济的增长，能源消费仍会有较大的增量，碳中和需要完成低碳技术向零碳技术、负碳技术的迭代，需要对低碳技术图谱开展进一步挖掘。对于我国而言，健全电-碳相关市场机制也是关键，以往节能减排主要是行政主导，减量存在天花板。加快电力市场与碳市场联动研究，发挥电力系统对碳价格机制的传导功能，在社会经济范围内对碳价进行统一量化，以此提升各领域的减碳、无碳参与度。