新研究报告 | 北欧地区如何实现碳中和（附下载）

背景介绍

在全球范围内，北欧的公司为缓解气候变化提供了一系列解决方案和技术。芬兰、冰岛、瑞典、挪威和丹麦希望以身作则，在2019年发布了一项共同宣言，并通过这一宣言承诺在北欧五国中努力实现碳中和，在国际论坛上开展北欧气候外交，以提供对全球排放有影响的解决方案。该宣言要求各国评估如何实现碳中和的各种方案，包括这些方案对各部门的影响。宣言强调了合作行动的必要性和益处，同时准备了一份关于如何确保北欧地区履行《巴黎气候协定》中的义务的提案。

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 报告解读

通过情景模拟，北欧清洁能源情景（Nordic Clean Energy Scenarios）旨在确定并优先考虑2030年前实现北欧碳中和的必要行动。根据研究结果，研究人员指出了实现碳中和的三条潜在途径。

1）一个碳中和的北欧(CNN情景) ：考虑到当前的国家计划、战略和目标，寻求成本最低的途径。

2）北欧动力源 (NPH情景，Nordic Powerhouse) ：探索北欧通过提供清洁电力、清洁燃料和碳储存，在欧洲更广泛的能源转型中发挥更大作用的机会。

3）气候中和行为(CNB情景)：反映了北欧社会在所有部门采取更多的能源和材料效率措施，最终降低对上述两者需求。

2. 北欧工业和运输发生了转变

在清洁电力和脱碳燃料的支持下，北欧的工业和运输业发生了转变。

在工业和交通变化的推动下，北欧国家的能源供应在所有 NCES 情景中都发生了根本性的转变（图 ES.1）；因此，二氧化碳 (CO 2 ) 排放量下降了 95%（图 ES.2）。促进清洁电力供应、支持部门耦合和加速能源技术研究和创新的果断行动可以实现这一成果。风力发电是转型的核心，这得益于北欧的大型风力资源和水电水库灵活性以及提高北欧能源系统额外灵活性的成功努力（图 ES.3）。清洁电力是工业和交通脱碳的关键推动因素。

图 ES.1。NCES情景中的北欧总一次能源供应。 在 NCES 情景中，化石燃料在北欧一次能源供应总量中的份额从 2020 年的 42% 下降到 2050 年的 6-9%。与此同时，Power to X 燃料（如氢或氨）的出口增加. 对非北欧国家的出口显示为负值。*包括来自其他来源的少量贡献。

图 ES.2。 北欧与能源相关的二氧化碳2排放量- CNN 情景。 需要采取行动迅速减少 CO 2排放。在 CNN情景中，与过去十年相比，减排速度必须增加五倍。

图 ES.3。 2020 年北欧发电和NCES情景。 在 NCES 情景中，风电在新的电力投资中占主导地位，而在所有情景中，到 2050 年化石燃料的份额将降至 5% 以下。即使发电量从 2020 年的 455 TWh 大幅增加到 2050 年的 650 TWh (CNB)、690 TWh (CNN) 和 950 TWh (NPH)，这种模式也是不变的。

3. 实现碳中和的五个解决方案轨道：

NCES 情景中出现了五个实现碳中和的解决方案轨道

报告进一步确定了到2050年实现碳中和的五个解决方案轨道，涵盖了大多数可用的缓解方案：直接电气化、Power-to-X（PtX燃料）、生物能源、碳捕获技术（CCS），包括结合生物能源的CCS（BECCS）以及行为改变。

虽然直接电气化是所有情景的核心，但平衡所有五个解决方案轨道的元素以适应国情的脱碳途径可能比完全由任何一套解决方案主导的路线更容易实现。

图 ES.4。 五个解决方案轨道有助于北欧清洁能源场景的实现。 分析中出现了五个解决方案轨道。直接电气化是所有场景的核心，辅以其他三个技术轨道：PtX、生物能源和CCS技术。行为改变将影响到所选择的全部路径。

4. 推动直接电气化，是所有脱碳战略的核心

直接电气化（direct electrification）是所有脱碳战略的核心。

最终使用部门的直接电气化是所有 NCES 方案的核心。它意味着直接替代燃料燃烧的清洁电力，例如在运输、供暖或工业过程中。除了减少排放，直接电气化还可以显著提高能源效率。凭借强大的电网和大型水电站，北欧地区处于有利地位，可以利用可再生能源发电成本的下降来加速电力终端技术的部署。

电力在最终能源消费中的份额从 2020 年的 30% 左右上升到 2050 年的 50%，北欧电力需求在所有情景中增长 40-100%（图 ES.5）。NCES 分析表明，直接电气化在五年前似乎还遥不可及的应用中获得了吸引力，包括重型公路运输，甚至一些航空，这将减轻对生物资源的压力。

图 ES.5。 北欧电力需求的预计增长。 北欧电力需求在所有 NCES 情景中都在增长，运输和 PtX 燃料是主要驱动因素。从 2020 年的 390 TWh 到 2050 年的约 535 TWh (CNN) 和 760 TWh (NPH)。 

然而，直接电气化并不是灵丹妙药。在需要高温、存储中的高能量密度或高能量流速的应用中，电气化具有局限性，其他解决方案轨道和途径在填补空白方面发挥着至关重要的作用。

直接电气化的三个无悔行动：

1、推出车辆充电基础设施并继续激励电动汽车（EV）的发展；随着时间的推移，将激励重点从个人电动汽车转向重型车辆。

2、用热泵代替化石锅炉和直接家用电供暖。

3、确保出台法规支持使用来自工业、数据中心和其他来源的废热。

5. Power to X

Power-to-X将成为对北欧电力行业产生深远影响的潜在游戏规则改变者。

使用PtX生产的氢气或合成甲烷比直接电气化具有一些特定优势。PtX 燃料可以提供更高的能量流速、更轻的存储和更高的温度，使其成为在工业和运输中替代化石燃料的有力竞争者。PtX 还可以为能源系统提供灵活性，例如根据发电量和价格的波动调整生产。最后，运输行业用的 PtX 燃料每千瓦时的成本比运输用的电力更低，尤其是长距离运输。

尽管如此，最低成本情景 (CNN) 预计，2050 年北欧对 PPtX 燃料的需求将低于 50 TWh，这主要是因为它们比直接电气化作为脱碳选项的能源密集度要高得多。

然而，强有力的论据支持强调 PtX 解决方案轨道的途径。在某些情况下，直接电气化的竞争非常激烈；如果生物能源变得比情景中假设的更稀缺和更昂贵，PtX 将变得更具竞争力。此外，欧盟正在推行积极的氢战略，工业项目已经在进行中，这可能会大大增加对氢的需求。

NPH 情景显示，到 2050 年，北欧的氢能产量将达到 135 TWh，占北欧总发电量的 20% 以上。目前假设欧洲存在Ptx需求较高的情况，则可能导致北欧氢能生产水平约为 300-500 TWh/年（图 ES.6）。

图 ES.6。在不具备Ptx，高Ptx和非常高Ptx的三种情况下北欧电力发电情况（不包括冰岛）。 氢气生产是北欧电力需求的主要驱动力。图左显示了北欧的总发电量，右侧显示了 2050 年的氢气产量和相关的电力需求。欧洲对 PtX 燃料的需求不断增加，为北欧国家扩大发电规模提供了动力，到 2050 年，发电量可能会增加 3 倍以上。陆上和海上风电和太阳能为这一增长提供了动力。

NCES 分析表明，PtX 生产的潜在发展将对北欧能源转型产生重大影响。例如，实现北欧 PtX 燃料出口潜力可能需要将北欧发电量增加到当前水平的三倍（图 ES.6）。最后，不应忽视从化石燃料与 CCS 相结合生产氢，即所谓的蓝氢。

6. 生物能源

生物能源的应用将更加广泛，但作用正在发生变化

生物能源已经在北欧能源系统中发挥着重要作用，广泛用于区域供热或作为运输中的“插入式”燃料，并在所有 NCES 情景中继续如此。它能够直接使用或转化为其他固体或液体燃料，在多功能性和直接替代化石燃料的潜力方面与 PtX 共享优势。然而，到 2050 年，在实现电气化的同时，生物质的使用应转向越来越多地用于重型运输、钢铁和水泥等难以减排的行业（图 ES.7）。

图 ES.7。北欧生物能源需求 - CNN 情景。 到 2050 年，北欧生物能源的使用量仍然很高，运输和工业推动了需求的增长。

7. 碳捕获和储存

碳捕获和储存，必须实行负排放

所有 NCES 情景都断言，如果没有 CCS 技术，包括能够实现负排放的技术，实现净零排放将是困难的。在尚无可行的减排替代方案的部门，CCS 或负排放补偿变得至关重要。北欧国家非常适合开发和应用这些技术。

在 CNN 情景中，北欧地区在 2050 年捕获和储存了约 25 Mt 的 CO 2，大约是 2020 年所需减排量的 12%。到 2050 年，大约 90% 的捕获 CO 2来自生物来源和城市垃圾；不到 10% 来自化石资源。从 2030 年开始需要大规模推出 CCS，强调需要开发所需的基础设施并通过政策支持加速部署。

8. 考虑基础设施的行为改变和社会接受度

行为的变化将通过影响能源需求和相关的基础设施需求，直接影响北欧能源转型。这些变化必须是显着的，才能对情景结果产生深远的影响。

例如，CNB 与 CNN 相比，客运需求减少 20%，工业能源需求减少 10%，货运量减少 5%。因此，与 CNN 相比，到 2050 年，北欧地区的最终能源需求下降 17%，电力需求仅下降 5%。

由于在所有 NCES 情景中都实现了碳中和，因此这些变化只会导致 CO 2排放量的微小差异（图 ES.8）。行为改变的力量在于它能够为过渡争取时间、减轻对生物质资源的压力或降低基础设施建设成本。CNB 情景中 2020-2050 年期间的总系统成本比 CNN 情景中低约 10%。此外，减少交通需求可以带来额外的好处，例如减少拥堵、减少对道路和停车基础设施的需求以及改善空气质量。

图 ES.8。 CNN 和 CNB 场景中的最终能源需求（左）和 CO 2排放（右）。 行为改变必须显着影响能源系统的发展。

行为和社会接受度方面将非常重要：即使 CNB，需求增长最低的情景，也需要大规模扩大发电能力。今天，公众对可再生能源和输电基础设施发展的抵制构成了重大挑战。因此，促进行为改变以减少能源需求的政策行动可以使 NCES 情景更容易实现。

行为改变的三个不能反悔的行动：

1、改善和规划基础设施发展，以促进自行车和公共交通。

2、加强政策，通过价格信号、标签和信息宣传活动，鼓励低消费和偏爱具有较低 CO2足迹的产品。

3、通过强调社会公正方面，同时确保透明和包容性的决策，采取措施支持陆上风电的社会接受。

9. 加强北欧在欧洲绿色转型中发挥的作用

北欧合作至关重要，必须加强北欧在欧洲绿色转型中发挥的作用。

随着北欧电力部门发电结构的转变、电力需求的增加以及风力发电成为焦点，北欧合作的潜力变得更加明显。各个国家能源系统之间的差异是一种优势，而必要基础设施的发展成为所有 NCES 情景中的主要协调挑战。

例如，北欧电力流动的变化发生在两个方面：总贸易量增加和挪威出口的重要性增强（图 ES.9）。总之，这些转变要求北欧投标区之间的交换能力增加 60-70%。此外，还计划对与邻近市场的直接和混合互连器进行大量投资。

图 ES.9。没有PtX情况下北欧国家之间的贸易流向情况。 2020 年和 2050 年在 NoPtX 案例中北欧国家之间的净贸易流量比较。负数表示净进口，正数表示净出口。

挪威水电提供的平衡可能有助于未来以风力发电为主的北欧电力系统，而瑞典和丹麦的输电网和互连器则促进了从挪威到欧洲大陆的大量净电力出口的过境。

PtX 为电力系统提供了灵活性，并提供了一种输出北欧电力盈余的替代方式，代表了所有北欧国家的巨大潜在出口价值。反过来，PtX 燃料出口将减轻电网负担，为北欧能源公司带来巨额收入，并有可能显着减少欧洲温室气体 (GHG) 排放。但这需要涉及几个北欧国家的基础设施发展。

10. 稳健的结果可为关键的近期行动提供信心。

虽然 NCES 情景（Nordic Clean Energy Scenarios）表明存在不确定性，但这些不确定因素的不可避免性不应被作为不采取任何行动的借口。无论采用哪种脱碳途径，采取近期行动和投资显然会带来可观的收益。

更强大的电网、更高的灵活性、风能和太阳能电力部署、交通电气化以及CCS 技术对于所有 NCES 场景都至关重要。现有的解决方案，如生物能源和区域供热，仍然很重要，而创新的市场发展可以释放新兴技术和现有技术的潜力。重要的是，NCES 模型发现脱碳不太可能推高批发电价。

通过提高效率和行为改变来减少能源需求将使政策目标更容易实现，成本更低。需要采取果断行动来实现所有这些领域的潜力；不采取行动会破坏既定目标的实现，并有增加相关成本的风险。

目前的方法，包括基本的政策措施，并没有实现所需的变化速度。转型的挑战是巨大的，而且仍有大量的不确定性，包括如何在可能具有成本效益的措施与政治、社会和环境可接受的措施之间取得平衡。

 — Energiforsk首席执行官兼

北欧清洁能源情景研究团队的负责人

Markus Wråke

 关于北欧能源研究所

北欧能源研究是北欧部长理事会的一个下属机构，负责管理和资助国际研究计划和项目，为北欧国家的国家工作增加价值。

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CWEA

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参考来源：绿色国度公众号

https://mp.weixin.qq.com/s/oZ_KoZ8i0zaWQhe3Rx0wCw

https://pub.norden.org/nordicenergyresearch2021-01/#69016

https://pub.norden.org/nordicenergyresearch2021-01/nordicenergyresearch2021-01.pdf

编译：风能专委会CWEA公众号