近日，國際可再生能源機構（IRENA）發布《世界能源轉型展望：1.5℃路徑》報告預覽版，概述了推動能源系統轉型，構建一個可持續、有韌性和包容的能源系統，以實現“巴黎氣候協定”目標、應對氣候變化的潛在可行性途徑。報告強調了技術選擇、投資需求和社會經濟等多種因素會對潛在途徑產生影響，并探討了上述因素的作用。主要內容如下：

盡管使用清潔、經濟和可持續能源已成為廣泛共識，但2014-2019年間，全球能源相關碳排放量依舊每年增加1.3%。2020年，由于新冠肺炎疫情全球大流行，全球碳排放下降了7%，但短時間內碳排放將反彈。過去幾年，得益于政策的支持以及技術和系統的創新，能源部門已開始進行能源轉型，可再生能源技術正在主導全球新增發電裝機市場。隨著2019年可再生能源部署的增加（全球新增規模約176吉瓦），2020年將是風能和太陽能光伏市場創紀錄增長的一年，目前的市場預測顯示將分別新增約71吉瓦和115吉瓦。全球交通電氣化轉型持續推進，與2019年相比，2020年全球電動汽車銷量增長43%達到329萬輛，占全球新車銷量的4.2%。關鍵核心技術如電池組成本迅速下降，從2018年的平均181美元/千瓦時降至2020年的137美元/千瓦時（最低甚至低于100美元/千瓦時）。

然而，全球能源轉型速度遠低于實現“巴黎氣候協定”所需的速度，根據當前各國制定的政策承諾（即IRENA的“已規劃能源情景”），全球排放量將趨于穩定并在2050年略有下降。然而，如果現有政策沒有完全實施，未來三十年碳排放量可能上升27%�？傮w而言，已規劃能源情景減排速度遠低于1.5℃情景[1]。人為CO2排放中能源部門占到80%，因此其將在脫碳過程中發揮核心作用。為在2050年達到凈零排放，CO2排放量必須年均減少3.5%。1.5℃情景表明，這一減排速率是可以實現的，但極具挑戰性，需要在多方面采取緊急行動�？稍偕�能源在脫碳努力中將發揮關鍵作用。2050年90%以上的減排方案涉及可再生能源。在既有能源政策情景中，預計2050年的年排放量將達到365億噸。在1.5℃情景下，碳排放需要降至凈零，這要求所有部門都需要實現幾乎凈零排放。因此電力、供熱和工業等部門還需要更多努力，通過負排放實現額外的碳減排量。

IRENA提出的1.5°C情景考慮了當今已被證實的成熟技術，以及仍在開發中、到2050年可能發揮重要作用的創新技術。例如在可再生能源發電技術領域，海上可再生能源，如海上浮動式風力發電和新興的海洋能源技術可以支持可持續的長期發展，并推動藍色經濟繁榮發展。終端應用領域也需要創新，從電氣化交通（如遠程電動卡車）和電力合成制燃料（如綠氫制氨和甲醇），到傳統制造業生產過程（綠氫煉鋼）以及綠色建筑（如智能建筑的能源管理和凈零排放建筑）。到2050年，電力將成為主要的能源消費形式，在終端能源消費總量中占比將從現在的21%上升到50%以上。預計2050年90%的電力需求將由可再生能源提供，6%由天然氣提供，剩下的由核能提供。

全球能源轉型中最重要的協同作用是越來越多地使用低成本可再生能源技術，以及在交通運輸和供熱制冷行業中更廣泛地使用電力。電氣化轉型能夠讓用能終端使用零碳電力來代替化石燃料，從而顯著提高能源供應系統的整體效率，如電動汽車比內燃機效率更高，水力發電比天然氣發電效率更高。

在1.5℃情景下，可再生能源在一次能源中的份額必須從2018年的14%增長到2050年的74%。在此期間，由于能效提升和可再生能源部署規模增長，一次能源供應趨于穩定。在未來的十幾年里，循環經濟將發揮越來越重要的作用，有助于減少能耗，提高資源使用率；同時受到創新驅動，工業部門的材料利用率將得到進一步提高。先進的數字通信技術以及連通性的增強將使重型貨物的運輸得以優化（如交通管理的效率提高，貨運整體能耗減少）。技術的創新發展也將促使工業生產過程發生根本性變革，如從傳統的能源密集型煉鋼轉向采用綠氫的綠色煉鋼。電弧爐的廣泛使用可以使鋼鐵行業遷往成本相對低廉且可再生能源豐富的地區。上述轉變還可能對地緣政治和全球經濟產生影響。在1.5℃情景下，能源強度的年度改善速度需從2019年的1.2%提高到3%。終端用能部門的電氣化轉型和使用可再生能源將發揮重要作用。到2050年，可再生能源（包括可再生燃料和基于生物質的除碳技術）、電氣化和能效將貢獻90%以上的CO2減排量。

在1.5℃情景下，終端用能部門的的快速電氣化以及綠色制氫技術的興起將推動電力需求的增加。到2050年，發電量將是當前水平的3倍，可再生能源在總發電量中占比將達到90%，遠高于2018年的25%。其余的電力主要來自天然氣（約6%）和核能（約4%）。風能和太陽能光伏發電在發電組合中占主導地位，到2050年將提供電力需求總量的63%。其他成熟的可再生能源技術（如水電、生物質發電、地熱能發電、太陽能熱發電）和新興技術（如海洋能發電）也將在電力部門脫碳方面發揮重要作用。

與此同時，可再生能源裝機容量需從目前的2500吉瓦增加到2050年的27700吉瓦，意味著每年需新增840吉瓦，遠高于近年來年均200吉瓦的增量。太陽能光伏和風能（包括陸上風能和海上風能）將成為這一增長趨勢的主要貢獻者。到2050年，太陽能光伏裝機容量將超過14000吉瓦，風能裝機容量將超過8100吉瓦。其余的增長主要來自水電、生物質發電、地熱能發電、太陽能熱發電以及海洋能發電。

太陽能、地熱能和生物質能將為工業生產過程、烹飪、建筑供暖提供能量，并為交通運輸部門提供動力燃料。在1.5℃情景下，可再生能源的直接使用需求將從2018年的44艾焦增長至2050的77艾焦。在工業和交通領域，生物質能將是重要的燃料來源，到2050年現代生物能源在終端能源消費中的占比將從目前的1.5%左右增至17%。生物質能主要應用領域包括為航空和航運部門提供先進生物燃料，為化學工業提供可再生燃料和原料，以及為特定的工業部門供熱。此外，生物質能結合碳捕集與封存技術（BECCS）還將用于電力和熱力生產以及一些工業過程（如水泥生產）。IRENA分析發現，可以在不引起森林砍伐或破壞土地生態環境的情況下實現可持續發展的一次生物質原料收集，但需要在全球建立健全的監管、認證和監測體系，以確保生物質供應的環境、社會和經濟可持續性。

五、電力系統需變得更加靈活，因為波動性可再生能源發電占比將達到63%

波動性可再生能源（VRE）將是未來電力主要來源，因此電力系統靈活性將是高比例集成耦合VRE的關鍵因素。到2030年，VRE在總發電量中的份額將達到42%。到2050年，73%的裝機容量和63%的發電量將來自VRE（主要是太陽能光伏和風能），而目前其在全球總裝機容量和發電量的占比分別僅為15%和17%。因此，需進一步創新改進升級當前技術才能實現上述目標。世界各國在VRE消納方面已取得一些較好進展：2019年，VRE在丹麥發電結構中的占比超過50%（其中風電占47%，光伏發電占3%），在立陶宛發電結構中占比超過40%，在德國發電結構中的占比超過34%（其中風電占23%，光伏發電占11%）。需要進行系統性創新，包括商業模式、市場、監管和系統運行等多方面整體性創新，以增強電力系統的靈活性，消納比例不斷上升的VRE。IRENA充分考慮到不同國家和地區電力系統的具體情況，已經提出了30種潛在的電力系統靈活性改善方案，這些方案還可以相互組合形成全面的解決方案。隨著越來越多的國家設立高比例甚至100%可再生能源電力系統的目標，采用系統性的創新方法將變得更加重要。

未來的智能電力系統將會集成極高比例的VRE，因此需要在電網和靈活性措施（如儲能）方面進行大量投資，預計到2050年對VRE的年投資額將增長近兩倍，從2019年的2750億美元增長到7300億美元。

到2050年，電力將成為最重要的能源消費形式。到2030年，直接電力消費（即直接使用電力，不包括電力合成燃料）在終端能源消費中的份額將超過30%，到2050年這一比例將超過50%，遠高于當前21%的水平。到2030年，綠氫和以綠氫為載體的燃料（如氨和甲醇）在終端能源消費中的占比將達到2%，到2050年，這一比例將進一步增長到7%，而目前這一比例可以忽略不計�？偠�言之，到2050年直接和間接電力消費將占終端能源消費的58%以上。

到2050年，建筑行業的直接電氣化率最高，將從目前的32%上升到73%；工業部門直接電氣化率也將增長，從目前的26%上升到35%（加上間接電氣化，2050年電氣化率將接近40%）。而對于供熱制冷部門，熱泵的安裝數量到2030年將超過1.8億臺，到2050年將接近4億臺。

未來幾十年，交通運輸行業電氣化率增長最快。到2050年，交通運輸行業的電氣化率將從目前的1%大幅增長至49%；電動汽車的保有量將從目前的1000萬輛增加到2030年的3.8億輛，到2050年將達到17.8億輛；到2050年電動卡車的保有量將增加到2800萬輛。到2050年，電動汽車將占到全部銷售汽車的80%以上（其中輕型汽車中88%為電動汽車，重型汽車中比例為70%）。技術創新和大規模部署將使交通運輸電氣化成本降低，如果目前成本下降趨勢能夠繼續持續，到2050年全球大部分道路運輸服務都可以通過電動汽車來實現具有成本效益的運營。

到2050年，30%的用電量將用于生產綠氫以及衍生物，如電制氨或電制甲醇，氫及其衍生物將占終端能耗的12%左右。為實現這一目標，制氫電解槽的裝機容量需達到5000吉瓦，而目前僅為0.3吉瓦。到2030年，通過使用低成本的可再生能源電力（約20美元/兆瓦時）可使綠氫生產成本與藍氫相當，如果未來十年制氫規�？焖贁U大，綠氫生產成本將繼續下降至1.5美元/千克。

與已規劃能源情景相比，在1.5℃情景下氫能將分別為工業和交通運輸部門減少12%和26%的CO2排放量，這為難以通過直接電氣化實現減排的行業提供了一種潛在的選擇方案。目前，全球每年生產約1.2億噸氫氣（14艾焦），但幾乎都來自化石燃料制氫，綠氫產量占比不足1%。隨著電解槽成本下降以及可再生電力成本的進一步降低，在來5-15年內，許多地區的綠氫成本將低于藍氫成本。在1.5℃情景下，到2050年，氫的需求量將達到6.13億噸（74艾焦），其中三分之二將是綠氫；而生產上述氫所需消耗的電力將接近21000太瓦時，幾乎相當于目前全球電力消費水平。實現上述目標意味著要大規模部署電解槽，即從當前到2050年，年均電解槽裝機新增容量需達到160吉瓦。安裝速度將從未來幾年的每年新增數吉瓦開始，到2030年開始顯著上升，到2050年將超過400吉瓦/年。

在交通運輸領域，直接電氣化和氫能將貢獻67%的減排量。在工業領域，電氣化和氫能將貢獻27%的減排量。在建筑領域，電氣化（直接和間接）是最關鍵的減排手段，將貢獻超過一半的減排量，其次是能效。創新將有助于推動能源轉型，并使能源部門快速脫碳。降低低碳技術（如綠氫等新興技術）的成本是創新的首要任務，一系列新興技術解決方案將顯著影響能源部門脫碳進程。在創新和規模經濟的推動下，可再生能源成本競爭力將逐步增強。

到2050年，除使用上述可再生能源和氫能外，仍將消費部分化石燃料，因此化石燃料使用和工業生產過程仍將會產生一定的碳排放。既需要CCS技術來減少排放到大氣中的CO2，也需要其他脫碳措施/技術，并與長期碳封存技術相結合，以實現負排放。其他脫碳措施/技術包括：植樹造林，生物質能結合碳捕集與封存技術（BECCS），以及直接空氣碳捕集與封存技術和其他一些目前尚處于試驗階段的方法。BECCS涉及生物質燃燒、生物質發酵或生物質氣化/熱解，其優勢在于，實現CO2排放實際為負排放。

BECCS技術的應用案例很多，包括，利用生物質（如木屑顆�；蚋收嵩�）發電和供熱，其中CO2被捕集和封存；在水泥窯和煉鋼高爐中使用木炭作為燃料并捕集CO2；在以生物質為原料的化工廠（如生物乙醇的生產和其他生物塑料制品的生產）進行碳捕集；分離沼氣中的CO2來生產生物甲烷。在1.5℃情景下，BECCS技術主要在電力、熱電聯產和工業生產（如水泥）中發揮重要作用，到2050年利用BECCS技術每年將捕集和封存近40億噸CO2，而2020年這一數值不足200萬噸。

在1.5℃情景下，CCS技術的作用受限，主要應用于水泥、鋼鐵、化工生產過程中，而其在工業/垃圾焚燒等方面并不常用。到2050年，工業生產和藍氫生產過程的碳捕集量將從目前的4000萬噸/年增長到30億噸/年。BECCS將在發電廠、熱電聯產、特別是水泥和化工行業發揮關鍵作用。到2050年，BECCS將貢獻超過52%的碳捕集量。

在1.5℃情景下，從2021年到2050年，伴隨著化石燃料消費的持續走低，化石燃料產量將減少75%以上。在電力和一部分工業領域，化石燃料仍將發揮作用，到2050年其仍將占一次能源供應的19%。石油和煤炭下降速度最快，而天然氣預計在2025年左右達到峰值后開始下降。到2050年，天然氣將是最大的化石燃料來源（占化石燃料供應總量的70%）；天然氣產量將從目前的4.2萬億立方米下降到2.2萬億立方米，其中70%的天然氣用于電力/熱力以及藍氫生產，其余主要用于工業領域。到2050年，全球石油產量將較目前水平大幅下降約85%，降至略高于1100萬桶/天，主要用于石化工業，以及航空和海運。煤炭產量下降幅度更大，2050年全球煤炭產量將從2018年的57.5億噸/年降至近2.4億噸/年。具體來說，到2030年燃煤發電量較目前水平將大幅下降55%，到2040年將下降75%，到2050年將逐步淘汰。剩余的煤炭需求將主要集中在工業領域，用于鋼鐵生產（結合CCS）和化學品生產。

[1] 1.5℃情景：即到本世紀末，將全球溫升控制在1.5℃以內.