【编者按】近日，国际可再生能源署（IRENA）发布《世界能源转型展望——1.5℃路径》报告，分析了实现1.5℃目标路径中能源转型所涉及的技术选择、投资需求和社会经济背景。报告正文共5章，分别是引言、实现1.5℃目标的能源转型、广泛全面公平的转型政策、创造就业和更广泛的福利、跨国合作。本文编译了其中主要涉及技术方面的第2章内容，与各位读者一起分享，对其他部分感兴趣的读者也可点击“阅读原文”直接浏览原报告。如转载请标明译文来源。

《世界能源转型展望》报告预览版从细致的视角概述了与《巴黎协定》目标相一致的世界能源转型格局，展示了到本世纪中叶将全球温升限制在1.5℃，并使CO2排放接近零的路径，就引领世界走向可持续、有韧性和包容性的能源未来所涉及的技术选择、投资需求和社会经济背景提出了见解。之后将要发布的《世界能源转型展望》报告全文将更深入地探讨这些因素，以及转型的社会经济影响、政策建议和融资来源。

尽管有明确的证据表明气候变化是人为造成的，《巴黎协定》获得了广泛支持，使用清洁、经济和可持续的能源已成为广泛共识，但是从2014到2019年，能源相关的CO₂排放平均每年增加1.3%。2020年由于意外的新冠疫情大流行，碳排放量下降了7%，但是短期内来看极有可能反弹。

与此同时，在过去的几年里得益于政策的支持以及技术和系统的创新，能源部门已经开始以有希望的方式改变。可再生能源技术正在主导全球新增发电装机容量。随着2019年可再生能源发电建设的增加（全球新增约176 GW)，有迹象表明，2020年将是风能和光伏发电市场创纪录的一年，目前的市场预测显示，预计将分别新增约71 GW和115 GW。光伏发电价格创造了新的纪录（不足2美分/kWh）。交通电气化正显示出颠覆性转变的迹象——全球电动汽车销量同比增长43%，达到320万辆，占全球新车销量的4.2%。电池组等关键技术成本迅速下降，从2018年的平均181美元/kWh降至2020年的137美元/kWh（最低的甚至低于100美元/kWh）。

然而，这样的转型速度远低于实现《巴黎协定》所需要的速度。现有的政策只会使全球碳排放趋于稳定，并在2050年略有下降（既定政策能源情景Planned Energy Scenario，PES）。然而，如果这些政策没有完全实施，碳排放量可能会在未来30年上升27%（如图1中基准能源情景Baseline Energy Scenario，BES）。总体来说，对未来既定政策能源情景速度的预测表明其减排远远低于1.5℃路径所需的减排量。时间维度至关重要，需要从现在开始，基于现有可再生能源和可以扩大规模的能源效率技术进行根本性的转变。本报告概述了这种转变需要什么，并提出了一种实现限制全球1.5℃温升的能源路径，IRENA称为1.5℃情景（1.5-S）。

根据IPCC关于全球变暖1.5℃的特别报告，IRENA的分析从全球CO₂减排目标出发，从现在沿着陡峭、持续的下降轨迹直到2050年达到净零排放。能源部门占人为CO₂排放的约80%，并在实现所需的脱碳过程中发挥着核心作用。为了在2050年达到净零排放，CO₂排放量必须平均每年减少3.5%。1.5℃情景表明这是可以实现的，但极具挑战性，需要从多方面采取迫切行动。

在既定政策能源情景（PES）中，2050年的年排放量将达到365亿t CO2。在1.5℃情景（1.5-S）下，碳排放需要降至净零。所有部门都需要实现几乎净零排放，电力、供热和工业等部门还需要更多努力，通过负排放实现必要的额外碳减排。

可再生能源在减碳努力中发挥着关键作用。2050年90%以上的解决方案涉及可再生能源，包括直接供能、电气化、能效提升、绿氢和BECCS。基于化石燃料的CCS作用有限，核能的贡献与当前的水平保持一致。

IRENA提出的1.5℃情景考虑了当今已成熟的技术，以及仍在开发中、但到2050年可能发挥重要作用的创新技术。例如，在可再生能源发电技术方面，海上可再生能源，如海上漂浮式风电和新兴的海洋能技术可以支持长期的可持续发展，并推动蓝色经济发展繁荣。在终端用能侧，创新从电气化运输模式（如长途电动卡车）和电制燃料（如绿氢制氨和甲醇）延伸到制造业的替代生产过程（如绿氢炼钢）以及绿色建筑（如使用能量管理的智能建筑以及净零排放建筑）。未考虑仍处于发展早期阶段的投机性解决方案。

2050年，电力将成为主要的能源形式，占直接终端能源消耗总量从当前的仅21%增长到50%以上。2050年，90%的电力需求将由可再生能源提供，6%由天然气提供，其余由核能提供。

全球能源转型最重要的协同作用是，越来越多地使用低成本的可再生能源技术，以及在交通和供热中更广泛地使用电能。电气化能够在终端使用中通过零碳电力代替化石燃料，并显著提高能源供应的整体效率。例如，电动汽车比内燃机效率更高，水力发电也比天然气发电效率更高。这一点很重要，因为能源强度需要加速降低。

1.5℃情景（1.5-S）中，可再生能源在一次能源的比例必须从2018年的14%增长到2050年的74%，年增长率要提高8倍，从近年的0.25个百分点提高到2个百分点。在此期间，由于能效的提高和可再生能源的增长，一次能源供应趋于稳定。

在未来几十年里，循环经济将发挥越来越重要的作用，有助于减少能耗，提高资源使用效率，同时由于创新，工业原材料使用效率也将提高。先进的数字通信技术，加上更紧密的连接，使重型货物的运输得以优化（例如，交通管理的效率提高，可减少货运的整体能耗）。技术转移也会导致工业过程的重新定位，例如，从传统的碳和能源密集型炼钢方法转向使用绿氢的绿色炼钢方法。电弧炉可以使钢铁行业更广泛地迁往可再生能源丰富且成本相对低廉的地区。这种转变还可能对地缘政治和全球经济产生影响。

在1.5℃情景，能源强度的改善速度需要从2019的每年1.2%提高到3%。使用可再生能源的终端部门的电气化将在转型中发挥重要作用。在1.5℃情景，到2050年，可再生能源（包括可再生燃料和基于生物质的碳移除技术）、电气化和能效共同提供了减少CO2排放所需的90%以上的减缓措施。

在1.5℃情景，终端用能的快速电气化以及绿氢技术的兴起推动了电力需求的增加。到2050年，发电量将是目前水平的3倍，可再生能源占总发电量的90%，远高于2018年的25%。天然气（约6%）和核能（约4%）构成了其余的部分。风能和光伏发电在电源结构中占主导地位，到2050年提供总电力需求的63%；其他成熟的可再生技术（如水能、生物质能、地热和太阳能光热发电）和新兴技术（如海洋能）也在全球电力供应脱碳方面发挥重要作用。成本下降加速了这一增长。

可再生能源发电装机容量需要从今天的2500 GW增长到2050年的27700 GW，增幅超过10倍。按年度计算，这需要的是每年新增至少840 GW的可再生能源发电容量，高于近年来每年新增的约200 GW。太阳能光伏和风电（陆上和海上）将成为引领力量；到2050年，太阳能光伏发电装机容量将超过14000 GW，风电（陆上和海上）将超过8100 GW。水电、生物质、地热、太阳能光热和海洋能技术将提供剩余的可再生能源增量。

太阳能、地热能和生物质能将为工业生产、烹饪、建筑供热提供能量，并为运输提供燃料。在1.5℃情景，可再生能源的直接使用需要从2018年的44 EJ增至2050年的77 EJ。生物质能在现在可再生能源的使用中占很大比重，在工业和交通领域，生物质能仍将是重要的燃料来源。在1.5℃情景下，与现代形式的生物质能相适应的终端能源比例将从目前的1.5%左右增加到2050年的17%。生物质能的优先领域将包括为航空和航运部门生产高级生物燃料，为化学工业生产和使用可再生燃料和原料，以及在特定的工业分部门中用于供热。此外，BECCS还将用于电力和热力生产以及一些工业过程（如水泥生产）。IRENA的分析发现，初级生物质的水平可以在不引起森林砍伐或其他消极的土地使用变化的情况下可持续获得。然而，需要在全球建立健全的监管、认证和监测框架，以确保生物质供应在环境、社会和经济上是可持续的。

发电量从2018年的26380 TWh增长了3倍，到2050年接近78700 TWh。可再生能源的比例将从2018年的25%增长到2050年的90%。在眼下这个十年煤炭发电量急剧下降之后，到2040年煤炭发电量将是目前水平的四分之一，并最终在2050年被逐步淘汰。2050年，剩余的10%的发电将由天然气（约6%）和核能（约4%）提供。值得注意的是，风能、太阳能等可变可再生能源占总发电量的比例将从2018年的7%增至2050年的63%。

电力系统的灵活性是消纳高比例VRE的关键因素，VRE是未来电力系统的支柱。到2030年，VRE在总发电量中的比例将达到42%。到2050年，73%的装机容量和63%的发电量将来自光伏和风能等可变资源，而其目前占全球装机容量和发电量的比例分别为15%和7%。当前技术经过进一步的创新，这样水平的VRE是能够管理的。

世界各国在VRE消纳方面有一些最佳实践。例如，2019年，VRE在丹麦发电结构中的比例超过50%（47%的风电和3%的光伏）；在立陶宛超过40%，在德国超过34%（23%的风电和11%的光伏）。我们需要系统性创新，通过技术整合商业模式、市场、监管和系统运行方面的创新，以释放电力系统的灵活性，消纳比例不断上升的VRE。考虑到不同国家和地区电力系统的具体情况，IRENA提出了30个灵活性选项，可以组合成系统的解决方案。此外，IRENA一直在分析如何重新设计电力系统组织结构（包括市场），以培育和支持基于可再生能源的能源系统。随着越来越多的国家设立极高比例甚至100%可再生能源电力系统的宏伟政策目标，采用这种系统性的创新方法将变得更加重要。

未来的智能电力系统，主要基于光伏和风能等可变可再生能源，需要电网和灵活性措施（如储能）方面的大量投资，到2050年，每年投资约为7300亿美元，几乎是2019年2750亿美元的3倍。

IRENA提出的电力系统消纳风能和太阳能光伏的了30项灵活性创新集中在4个方面。跨2个或更多维度的创新需要相结合来形成一个创新解决方案。由于没有放之四海皆准的解决方案，这些方案需要根据每个国家电力系统的具体特点进行调整。

到2050年，电力将成为迄今为止最重要的能源形式。2030年，直接电气化在终端能源消费（包括直接使用电力，但不包括电制燃料等间接使用）中的比例将达到30%，到2050年将超过50%，高于目前的21%。到2030年，使用绿氢和以绿氢为基础的产物（如氨和甲醇）作为燃料的比例将达到2%，到2050年将达到7%，而目前的水平可以忽略不计。总而言之，直接和间接电气化将达到终端能源需求的58%。

建筑部门的直接电气化率最高，达到73%，现在仅32%。工业部门也将出现增长，到2050年，直接电气化率将从目前的26%上升到35%（如果包括间接电气化，到2050年电气化率将接近40%）。对于一些供热应用的脱碳，热泵的数量将增加近9倍，到2030年将超过1.8亿台，到2050年将接近4亿台，而目前的数量只有约为2000万台。

未来几十年，交通运输业的电气化速度最快，到2050年，交通运输业使用电力的比例将从现在的1%上升到49%。电动汽车的保有量将从现在的1000万辆上涨到2030年的超过3.8亿辆，到2050年将达到17.8亿辆；到2050年，电动卡车的保有量将增加到2800万辆。到2050年，电动车将占到所有道路运输活动的80%以上（轻型车的88%和重型车的70%）。

交通的大规模电气化归因于技术进步——电池和电池生产流程的进步将极大地提高近年来电动车的经济性，并迅速扩大适用范围和服务类型。如果目前的成本下降趋势能够持续下去，那么到2050年，全球大部分道路运输服务都可以通过电动车技术实现且具有成本效益。

从2018年到2050年，电力需求增长了超过一倍。工业和建筑用电量增加了一倍。在交通运输方面，从几乎为零增长到超过12700 TWh。

到2050年，30%的电能将用于绿氢及氢的衍生物生产，如电制氨和电制甲醇。氢及其衍生物将占终端能源消费的12%左右。要实现这一目标，到2050年需要近5000 GW的电解氢产能，而目前仅为0.3 GW。

到2030年，绿氢的成本可以与蓝氢竞争，使用低成本的可再生能源电力（约20美元/MWh）。如果在未来10年迅速扩大规模，绿氢的成本将继续下降到1.5美元/kg以下。

与PES相比，在1.5℃情景下，氢将为工业和交通部门难以直接电能替代的需求提供解决方案，将分别减少近12%和26%的碳排放。如今，每年大约生产120吨（metric tonnes，Mt）（14 EJ）的氢，但几乎所有这些氢都来自化石燃料或化石燃料发电，其碳足迹很高，而绿氢只有不足1%。随着电解槽成本的下降，再加上可再生能源电力成本的进一步降低，在未来5到15年内，许多地区绿氢的成本将低于蓝氢。在1.5℃情景下，到2050年，将有613吨（metric tonnes，Mt）（74 EJ）的氢需求，其中三分之二将是绿氢。到2050年，生产氢气所需的电力将接近21000 TWh，几乎相当于今天的全球电力消费水平，这需要显著扩大电解槽的生产和部署。到2050年，每年平均需要安装大约160 GW的电解槽。安装速率将从未来几年的每年增加几GW开始增长，并从2030年开始显著上升，到2050年每年超过400 GW。

在交通运输领域，67%的减排来自直接电气化和氢能。在工业领域，氢和电能一共贡献了减排需求的27%。在建筑领域，关键的解决方案是直接和间接电气化，将为所需的减排贡献近一半，其次是能效提高。

创新将有助于推动能源转型进程，并帮助能源部门脱碳，需要跨不同维度的集成创新方法。由于降低低碳技术的成本是创新的首要任务，一系列新兴技术解决方案将显著影响能源部门的脱碳进程。在创新和规模经济的推动下，可再生能源具有经济吸引力。需要特别注意扩大诸如绿氢等新兴技术的使用。

到2050年，其余的化石燃料使用和一些工业生产过程仍将产生一些排放。因此，既需要CCS技术来减少排放到大气中的CO₂，也需要CO₂移除措施和技术与长期储存相结合，将CO₂从大气中去除，从而实现负排放。CO₂移除措施和技术包括植树造林、BECCS，还有潜在的直接CCS和其他一些目前还处于试验阶段的方法。

在BECCS的生物能部分，CO₂作为废气产生，包括生物质燃烧、生物质发酵或生物质气化/热解。如果生物质能的来源随着生物质能的收获而不断更新，例如作物和森林种植，则认为由生物质能产生的CO₂对大气是中性的。因为农作物或森林在生长过程中吸收了大气中的CO₂，而燃烧过程中排放的CO₂最终又回到了大气中，所以整体实现了碳中和。

与非BECCS应用相比，BECCS的优势在于，CO₂排放的总体平衡实际上是负的。生物质在生长过程中从大气吸收碳，CCS电厂在生物质最终使用过程中可以防止这些碳回到大气，将其储存在地下。总的结果是，CO₂通过生物量的增长被有效地从大气中移除，并储存在其他地方。

BECCS的一些例子包括：利用生物质（如木屑颗粒或甘蔗渣）发电和供热；在可能使用木炭作为燃料的水泥窑和炼钢高炉中捕获CO₂；以生物质为原料的化工厂的CO₂捕获（如生产生物乙醇和其他生物塑料）；分离沼气中的CO₂来生产生物甲烷，进而从沼气提纯中捕获CO₂。在1.5℃情景下，BECCS将主要在电力、热电联产和工业（如水泥生产）中发挥作用，2050年通过BECCS每年将捕获和储存近40亿吨CO₂，相比之下，2020年捕获的CO₂不到200万吨。

在1.5℃情景下，CCS的作用有限：主要应用于水泥、钢铁、化工生产过程碳排放的捕获；它在工业/垃圾焚烧等方面的有限应用并不常见。短期内化石燃料或工业过程排放的碳捕获和利用（CCU）的应用同样作用有限。到2050年，工业中的CCU/CCS和蓝氢CCS的捕获量将从现在的每年0.4亿吨增加到约30亿吨。这包括化学和石化工业中的碳平衡，如化学产品中的碳储存，垃圾焚烧中的循环和碳捕获。

BECCS将在发电厂、热电联产、特别是水泥和化工行业发挥关键作用，使负排放与非常有限的碳预算保持一致。到2050年，BECCS将贡献超过52%的碳捕获量。除了BECCS，CCS有限的作用主要是水泥和钢铁生产过程中的碳排放和生产蓝氢。

在1.5℃情景下，到2050年，化石燃料产量将下降75%以上，从2021年起，化石燃料总消费量将持续下降。化石燃料仍将发挥作用，主要是在发电和一定程度的工业上，在2050年提供了19%的一次能源供应。石油和煤炭的下降速度最快，而天然气在2025年左右达到峰值后开始下降。到2050年，天然气是最大的化石燃料来源（占化石燃料供应总量的70%），约为今天的52%。到2050年，天然气产量从现在的约4.2万亿立方米(153 EJ)下降约2.2万亿立方米（79 EJ）。大约70%的天然气被用于发电/热电厂和蓝氢生产，另一个用途是在工业上。到2050年，全球石油产量将下降至略高于1100万桶/天，比目前下降约85%。石油将主要用于石化工业（非能源使用，接近40%），以及航空和航运。煤炭产量下降幅度更大，从2018年的约57.5亿吨（160 EJ）下降到2050年的约2.4亿吨（7 EJ）。具体来说，在电力部门，与目前水平相比，到2030年煤炭发电量将大幅下降55%，到2040年将下降75%，到2050年将逐步淘汰。煤炭主要用于工业，特别是用于钢铁（到2050年，5%的钢铁产量将配备CCS）和一定程度上的化学品生产。

研究的情景显示了对未来的不同看法。实现1.5℃目标与净零排放之间存在显著差异。所有情景都显示，与2018年相比，可再生能源在一次能源供应中的比例将上升，其中近一半的情景显示一次能源供应下降，这表明能效提高。所有这些都降低了碳排放。

尽管前景各不相同，但人们对于由可再生能源驱动的电气化在能源系统脱碳过程中扮演的重要角色有明确的共识。直接电气化比例为51%，如果将绿氢及其衍生物计算在内电气化比例将达到58%，再加上电力部门使用90%的可再生能源，IRENA提出的2050年1.5℃情景比其他情景的电气化率更高。

政府目前的计划要求在未来30年里向能源系统投资近98万亿美元。目前宣布的经济刺激计划将使4.6万亿美元流入对碳排放有巨大和持久影响的行业，即农业、工业、废物、能源和运输，其中只有不到1.8万亿美元投资是绿色的。

为了确保一个可持续的、气候安全的和更有韧性的未来，需要对能源系统进行大量投资，优先考虑可再生能源、电能替代、能效和相关的能源基础设施。同时，这些投资不能导致与1.5℃情景不兼容的锁定效应。IRENA的1.5℃情景需要在现有投资计划基础上增加额外33万亿美元的投资，到2050年期间的总投资131万亿美元，如图16所示。超过80%（到2050年期间的116万亿美元或平均每年4万亿美元）的投资需要用于能源转型技术（不包括化石燃料和核能），如可再生能源、能效、电能替代、电网、灵活性创新（氢能）和碳移除措施。

1.5℃情景表明，到2050年，超过24万亿美元累计投资应从化石燃料转向能源转型技术。按年度计算，与2019年的1.8万亿美元到2050年，能源领域的投资需要增加2倍以上，达到每年4.4万亿美元，相当于目前全球预计GDP的近5%。与PES情景相比，未来30年能源领域需要1.1万亿美元的额外投资。

在更短期内，到2030年，包括基础设施和能效在内的能源系统累计投资将达到57万亿美元。除了为研发、设备和基础设施提供资金外，还需要对人力进行投资，包括训练和再培训、劳动力市场计划、经济发展和社会保障措施。

⬇ 表1 未来几十年能源转型投资需要大幅增加

在这个转型时期，资本已经开始利用最具吸引力的投资机会。金融市场预计，对化石燃料的需求将达到峰值，对新能源技术的需求将迅速增长，并据此配置资本。随着对化石燃料技术的需求峰值已从欧洲电力、煤炭、汽车和石油服务蔓延开来，化石燃料行业的估值一直在不断地降低。化石燃料类股票的估值下降已经持续了一段时间，例如，在美国标准普尔500指数中，化石燃料-重能源类股票所占比重从十年前的13%下降到现在的3%以下。2020年，投资者对可再生能源的机遇充满了热情，资金涌入可再生能源类股票；标准普尔清洁能源指数上涨了138%，而以化石燃料为主的标准普尔能源指数下跌了37%。

各国正在抗击新冠肺炎大流行造成的损失，将大笔资金用于纾困和经济复苏。实现1.5℃情景目标的路径从现在开始，必须引导公共投资从化石燃料转向能源转型，包括有效利用可再生能源的基础设施（如智能电网、跨国互联）、供热系统（如直接供热和供冷网络）和交通运输（如电动汽车充电站）。与此同时，对能源行业的救助和对碳密集型企业的财政支持应该以可衡量的气候行动为条件。在全面、支持性和清晰的政策框架下，还应利用公共投资来带动与能源转型相关的投资。重要的政府行动包括提供风险缓解工具（如担保、货币对冲工具和流动性储备工具）以吸引和降低私人资本的风险；建立有银行担保的可再生能源项目渠道；为投资者制定可持续性要求（如气候风险分析和披露）；为机构投资者提供经审查的投资限制和可持续性授权；以及采用符合全球气候目标的绿色债券标准。