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【专题论文】全球能源互联网发展合作组织张士宁、马志远等:全球可再生能源发电减排技术及投资减排成效评估分析

来自专辑
气候变化与低碳能源发展
本文发表在《全球能源互联网》2020年第4期“电力系统低碳发展的目标、战略及技术选择”专题,欢迎点击品读

全球可再生能源发电减排技术及投资减排成效评估分析

张士宁1,马志远1,杨方1*,刘昌义1,谭新1,侯方心1,张骞2,3

(1.全球能源互联网发展合作组织;2. 维多利亚大学土木工程系;3. 维多利亚大学综合能源系统所)

文章亮点

1

跟踪研究1990—2015年全球可再生能源发展情况。指出若要充分发挥清洁电源在电力部门中的减排作用,首先应该推动清洁能源规模化发展,否则清洁占比的提高对减排作用有限。


2

提出可再生能源单位投资减排成效评估方法。以此量化评估了全球及重点区域和国家风电、太阳能发电、水电、生物质发电单位投资减排成效。


3

分析全球可再生能源投资总体减排成效及满足《巴黎协定》2 ℃温控目标的可再生能源投资需求。

主要内容

本文首先梳理提出电力部门减排技术总体框架;其次,分析全球及重点国家可再生能源发电减排路径,并提出可再生能源投资减排成效评估方法,分析全球及重点区域或国家2010—2018年间可再生能源投资减排成效;最后量化分析全球能源互联网下满足巴黎协定2℃温控目标的可再生能源投资需求。

1 可再生能源减排路径

根据IEA统计数据,全球清洁发电占比从1990年的36.6%降为2017年的35.1%,这主要是由于核电和水电发展速度远低于电力需求增速,而其他清洁电源体量较小。全球清洁发电占比每5年提高比例均低于1个百分点,减排量曲线位于灰色线以下。相比来看,德国30年间清洁发展成效显著,减排路径也有逐渐“攀爬”的趋势,2010—2015年间减排量占比达到7.3%。


可再生能源减排路径

根据IEA统计数据,全球清洁发电占比从1990年的36.6%降为2017年的35.1%,这主要是由于核电和水电发展速度远低于电力需求增速,而其他清洁电源体量较小。全球清洁发电占比每5年提高比例均低于1个百分点,减排量曲线位于灰色线以下。相比来看,德国30年间清洁发展成效显著,减排路径也有逐渐“攀爬”的趋势,2010—2015年间减排量占比达到7.3%。


⬆ 图1 清洁能源发电减排路径变化图

2 可再生能源减排路径

根据IEA统计数据,全球清洁发电占比从1990年的36.6%降为2017年的35.1%,这主要是由于核电和水电发展速度远低于电力需求增速,而其他清洁电源体量较小。全球清洁发电占比每5年提高比例均低于1个百分点,减排量曲线位于灰色线以下。相比来看,德国30年间清洁发展成效显著,减排路径也有逐渐“攀爬”的趋势,2010—2015年间减排量占比达到7.3%。


可再生能源投资减排成效

2018年,全球可再生能源发电投资达到2889亿美元,远超过化石能源发电投资。相比2017年可再生能源投资下降11%,可再生能源投资主要集中在光伏和风电,2018年光伏和风电投资分别达到1397亿、1341亿美元,合计占总投资比重达到95%。

(1)全球可再生能源单位投资减排成效

2018年水电单位投资CO2减排成效达到15.8 kg/美元,明显高于其他可再生能源减排成效。其次为陆上风电,2018年单位投资CO2减排成效达到13.3 kg/美元,相比2010年提高44.5%;光伏单位投资减排成效增长最为显著,2018年达到8.7 kg/美元,相比2010年提高3倍。生物质可广泛来源于成本低廉的农业副产品和林业废弃物,同时容量因子较高(全球平均值在80%以上),导致度电成本较低,因此生物质发电单位投资减排成效较高,2018年CO2减排成效为12.0 kg/美元;地热发电仍处于开发前期阶段,高温地热资源使得地热发电具有较好的竞争优势,2018年单位投资CO2减排成效为10.3 kg/美元,相比2010年减少37%。当前海上风电和光热单位投资CO2减排成效较低,分别为5.8和4.0 kg/美元,但均有增长的趋势。


⬆ 图2 2010—2018年可再生能源单位投资减排成效评估

(2)全球可再生能源投资减排成效评估

2018年全球可再生能源投资的总减排成效约为30亿t CO2,光伏和风电投资减排成效占比超过90%。图 3为2018年全球可再生能源投资总减排成效前15位国家,可以看出全球可再生能源投资减排成效主要集中在中国、美国和欧洲各国,其中中国2018年可再生能源投资的总减排成效为13.2亿t CO2,占全球总减排成效的45%;其次为美国,投资减排成效为4.5亿t CO2,占全球比重15%。

⬆ 图3 2018年各国可再生能源投资减排成效评估分布图

(3)全球能源互联网情景下能源投资

全球能源互联网情景下,2016—2050年清洁能源投资年均投资达到6440亿美元,其中非生物质可再生清洁电力达到5280亿美元,高于全社会化石能源投资的5000亿美元。2008—2018年可再生能源投资增速稳定在5%以上,全球能源互联网实现2℃温控目标下,2050年可再生能源投资需要达到9180亿美元,2018—2050年的可再生能源投资年均增速需要达到11.4%,投资增速相比当前增速翻一番。

⬆ 图4 全球能源互联网满足2℃温控目标的全球年均能源投资与其他模型结果对比

3 可再生能源减排路径

根据IEA统计数据,全球清洁发电占比从1990年的36.6%降为2017年的35.1%,这主要是由于核电和水电发展速度远低于电力需求增速,而其他清洁电源体量较小。全球清洁发电占比每5年提高比例均低于1个百分点,减排量曲线位于灰色线以下。相比来看,德国30年间清洁发展成效显著,减排路径也有逐渐“攀爬”的趋势,2010—2015年间减排量占比达到7.3%。


结论

1)可再生能源减排路径研究表明,减排量占比曲线与清洁发电占比呈单调递增的“凸函数”关系。若要充分发挥清洁电源在电力部门中的减排作用,首先应该推动清洁能源规模化发展,否则清洁占比的提高对减排作用有限。

2)提出可再生能源单位投资减排成效评估方法。2018年水电单位投资CO2减排成效达到15.8 kg/美元,显著高于其他可再生能源。其次为陆上风电13.3 kg/美元,相比2010年提高44.5%;光伏发电单位投资减排成效增长最为显著,2018年单位投资减排成效达到8.7 kg/美元,相比2010年提高3倍。

3)分析全球可再生能源减排成效及可再生能源投资需求。2018年全球可再生能源投资的总减排成效约为30亿t CO2,光伏和风电投资减排成效占比超过90%。全球能源互联网实现2 ℃温控目标下,2050年可再生能源投资需求为9180亿美元,是2018年的3.2倍;2018—2050年可再生能源累积投资需要达到19.3万亿美元,可再生能源投资年均增速需达到11.4%,相比当前投资增速翻一番。


本文引文信息

张士宁,马志远,杨方,等.全球可再生能源发电减排技术及投资减排成效评估分析[J].全球能源互联网,2020,3(4):328-338.


ZHANG Shining, MA Zhiyuan, YANG Fang, et al. Assessment of carbon emission reduction and costs of global renewable energy investment[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(4): 328-338(in Chinese).

研究团队

全球能源互联网发展合作组织经济技术研究院主要承担全球能源互联网理论、战略、规划、技术、机制等方面创新研究的职责,重点开展能源电力、气候环境、经济社会、关键技术、市场机制等全球能源互联网前沿领域研究工作。研究院气变环境研究团队主要从事全球气候变化、环境治理与能源转型等战略研究。目前团队共有9名高级研究人员。团队承担多项科技项目和专项课题研究,与全球研究机构合作搭建全球能源-气候-环境综合评估模型和数据库,近两年在Natural Hazards, Renewable Energy, Energies等期刊发表论文10余篇。与联合国气候变化框架公约秘书处(UNFCCC)、世界气象组织(WMO)、联合国环境署(UNEP)等联合国机构和国际应用系统分析研究所(IIASA)等世界知名研究机构开展合作研究,在第24、25届联合国气候变化大会、世界环境大会和全球能源互联网大会等国际会议上发布多项重要研究报告。

作者简介


张士宁


博士


研究方向为全球能源发展战略规划、能源经济与能源供需、可再生能源发电技术等

E-mail:

shining-zhang@geidco.org


马志远


博士


研究方向为低碳电力系统规划、环境能源耦合系统分析等

E-mail:

zhiyuanma@geidco.org


杨方


博士


研究方向为全球能源发展战略规划、气候变化、环境承载力评价等,通信作者

E-mail:

fang-yang1@geidco.org


刘昌义


高级工程师


研究方向为气候变化、可持续发展经济学等

E-mail:

changyi-liu@geidco.org


谭新


博士


研究方向为能源规划、能源供需、可再生能源发电技术等

E-mail:

fangxinhou@geidco.org


侯方心


博士


研究方向为能源规划、能源供需、可再生能源发电技术等

E-mail:

fangxinhou@geidco.org


张骞


博士


研究方向为能源发展战略规划、能源经济与脱碳减排、能源与环境系统工程等

E-mail:

zhangqian@uvic.ca


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编辑:李锡

审核:白恺


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