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中国煤炭行业发展报告2020

中国电气化年度发展报告2021

中国能源电力发展展望2021

全球能源分析与展望 2021

中国可再生能源发展报告2020

2020国内外电力市场化改革分析报告

2020中国新能源发电分析报告

推荐研究报告，热购中

报告全文翻译（ERR能研微讯团队编译）

翻译：汪珉璐+宋亚凡+王勉+ミラクル@ERR能研微讯团队

编辑&校核：ミラクル@ERR能研微讯团队

全文（1.2万字）

一、导言

根据基本假设和方法，长期能源预测差异很大。本报告提供了一个独特的横向比较预测，并阐明了能源系统潜在变化的全部范围。表1显示了历史数据集、展望和情景。

表1 本报告中审查的展望和情景

数据和方法（第4节）中提供了我们方法的简要说明，统计数据（第5节）中提供了选定的数据指标。有关完整的方法、数据集和交互式图形工具。

基于国际能源署的《全球能源评论2021》所提供的估算，我们得出了2020年能源需求和排放数据。另外，我们的大多数分析将未来的能源和排放水平与2019的数据进行了相比并以之为基线，因为它相对不受新冠肺炎疫情（COVID-19）的影响。

我们使用一致的标签系统区分不同的情景（见表2）：

—对于“参考”情景（假设有限或没有新政策），以及对于挪威石油的竞争情景（假设持续的地缘政治挑战），我们使用一条长虚线：这一组包括挪威石油的竞争（Rivalry）、国际可再生能源署的规划能源（Planned Energy）情景和欧佩克的参考（Reference）。

—对于“持续演变的政策”情景，假设政策和技术根据最新趋势和/或产生展望的团队的专家意见发展，我们使用实线：这组包括BNEF、英国石油的一切照旧（BAU）情景、挪威石油的改革（Reform）情景和国际能源署的既定政策情景（STEPS）。

—对于“雄心勃勃的气候”情景，我们使用短虚线来描述2100年全球平均气温上升限制在2℃的情景：这组情景包括英英国石油的快速转变（RT）、挪威石油的再平衡（Rebalance）、国际能源署的可持续发展（SDS）和国际可再生能源署的持续转型能源情景（Transforming Energy Scnerio）。

—最后，我们还展示了一组雄心勃勃的气候情景，旨在到2100年将全球平均温升限制在1.5℃，我们用虚线加以说明：英国石油公司的净零度和IPCC 2018年关于1.5℃的特别报告中公布的四条阐述性路径（IP）。有关情景的更多详细信息，请参见表5。

表2 不同情景类型的图例

本报告中的图表经常提到“东”和“西”的区域分组。表3展示了这些区域分组的定义。

表3 “东”和“西”的区域定义

二、主要发现

全球能源系统正处于拐点。为了实现2015年巴黎协定中提出的长期气候目标，与能源相关的二氧化碳（CO₂）排放量需要大幅下降。参考资料和持续演变政策情景表明，目前人们的努力远远低于实现既定目标所需的削减。

图1 全球二氧化碳排放量

尽管2020年全球二氧化碳排放量减少了约6%，但国际能源署预测2021年将反弹至2019年或更高水平。在大多数参考和持续演变政策情景下，未来20~30年的排放量大致持平，到2050年，全球二氧化碳排放量将从2019年的4%以上降至21%以下。

目标是将2100年气温上升限制在“远低于2℃”的雄心勃勃的气候情景预计，到2050年，二氧化碳排放量将下降到约100亿公吨，比2019年的排放量低70%。对于试图在2100年将全球气温上升限制在1.5℃的情景，排放量在2050年降至500亿公吨或更低。在另一种情景中，IPCC的IP4，全球排放量从2018年的水平（情景发布时）大幅上升，然后在2050年降至零以下，由于负排放技术降低了大气中的二氧化碳浓度，从而将气温上升限制在2100年。

情景设想了广泛潜在的全球一次能源需求的未来增长，即使在情景类型内也是如此。与2019年相比，到2050年，最高增长情景（IPCC IP4）中的能源消费增加了47%，最低增长情景（IPCC IP1）下的能源消费减少了44%。

图2 全球一次能源消费

大多数参考和持续演变政策情景预测，全球能源需求的增长将比2000年以来的增长更为温和，并在本世纪中叶开始趋于平稳。然而，这些情景的预测各不相同。2019年，全球一次能源需求总量为5720亿（10¹⁵）英热单位（QBtu）。BNEF预计，到2050年，需求将小幅下降至551QBtu，而欧佩克的参考案例到2045年将达到709QBtu。

雄心勃勃的气候情景变化更为广泛，主要是由于IPCC的高能源需求情景：在IP3和IP4中，随着能源结构的碳强度下降，能源消费在未来几十年加速，即使能源消费增加，排放也会下降。然而，大多数其他雄心勃勃的气候情景预测，随着能源效率措施降低经济的能源强度，全球能源消费将下降。例如，在英国石油的净零情景（NZ）中，到2050年，全球需求降至420QBtu，在IPCC的IP1情景中降至322QBtu。

在大多数参考和持续演变政策情景下，2040年的化石燃料总消费量与2019年的水平相似，在某些情况下甚至大大高于2019年的水平。在雄心勃勃的气候情景下，化石燃料的使用量急剧下降，但天然气可能是例外，天然气是在大多数情景（包括一些雄心勃勃的气候情景）中唯一增长的化石燃料。可再生能源来源在所有情景中都有大幅增长，特别是在深度脱碳情景中（图3）。

图3 2040年全球一次能源燃料份额

尽管在区域上有所不同，但在未来几十年中，几乎所有情景下的全球煤炭使用量都会下降。在IPCC的1.5情景中，2040年将接近零。在持续演变政策和参考情景中，天然气使用量增长35~52%，但在雄心勃勃的气候情景下，2040年的需求范围广泛：在国际能源署的可持续发展情景（SDS）中稳定在2019年的水平，在IPCC IP1中下降60%以上。在中部地区，液体（包括石油）的使用量增长较为温和，在英国石油的一切照旧（BAU）情景中仅增长了2%，在挪威石油的竞争（Rivalry）情景中增长了17%。大多数雄心勃勃的气候情景显示，到2040年，液体需求下降了20%或更多，尽管IPCC的IP4的增长率超过了40%。

核能和水电在所有情况下都会增加，但差异很大。在所有IPCC 1.5情景中，核能增长超过一倍，在英国石油的净零情景（NZ）中的增长率为85%而在国际可再生能源署持续转型情景（Transforming Energy Scenario）中只有1%。在雄心勃勃的气候情景中，水电将增长48~81%，在参考和持续演变政策情景下，水电将增长26~38%。

《展望》预计，到2040年，全球发电量将比2019年发电量增加37%（BNEF）~104%（IP2）。在一些雄心勃勃的气候情景中（例如，英国石油净零、IPCC IP2），运输和取暖等新部门的电气化将导致整体发电水平的提高。在其他国家（如国际能源署 SDS、IPCC IP1），能源效率的提高发挥了更大的作用，导致电力需求水平相对较低（图4）。

图4 2040年全球电力结构

在参考和持续演变的政策情景中，化石燃料继续生产全球电力的很大一部分；2040年，煤炭使用量在30%（BNEF）和52%（挪威石油竞争）之间。在这些情况下，煤炭使用量几乎保持不变，而石油使用量则在总体上接近于零。在大多数参考和持续演变的政策情景中，天然气使用量大幅增长，2019~2040年增长了48%（英国石油一切照旧/BAU），只有BNEF预计下降20%。雄心勃勃的气候情景表明，到2040年化石燃料（特别是煤炭）的总量将大幅减少，尽管一些人预测将持续使用天然气。

核能和水力发电在所有预测中都出现了增长，其中1.5℃情景的增长幅度最大。非水力可再生能源在各种情景中差异巨大，但都涉及大幅增长。从2019年到2040年，在1.5℃的情景下，英国石油净零和IP2中，其他可再生能源可分别增长10~11倍，但参考和持续演变政策估计不超过2019年水平的3.7倍（国际可再生能源署 Planned EnergyScenarios/规划情景）或5.0倍（BNEF）。

图5 全球石油需求

预计2020年全球石油市场的波动和下跌将是短暂的，我们展望未来，目前的能源预测将根据未来石油需求进行划分。参考和持续演变政策情景为长期石油需求期货投下了一个相当窄的区间：国际能源署的既定政策情景（STEPS）接近这些预测的中心，显示2040年的石油需求比2019年水平高出约7%。雄心勃勃的气候情景都显示，到本世纪中叶，石油需求将出现收缩，从IPCC IP4的39%下降至2050年的88%（IPCC IP1）（图5）。

在全球范围内，运输部门主要推动了石油需求增长。如果公共政策和持续的技术进步加速了交通电气化，石油的重要性就会降低，特别是对轻型交通而言。然而，由于其在重型和长途运输以及石化行业的相对优势，在可预见的未来，对石油的大量需求可能会持续。

这一增长继续集中在全球东部地区，预计至少在未来十年内，该地区将实现扩张。在参考和持续演变政策情景下，印度和非洲预计将实现持续增长，而雄心勃勃的气候情景将使这一趋势在长期内逆转。

不同情景下的天然气需求差异很大。即使在雄心勃勃的气候情景中，2050年的需求量也从130（英国石油快速转型/RT）~27（IPCC IP1）QBtu不等。所有参考和持续演变政策情景都预测全球增长将持续到2040年，尽管其中一些情景预计2040~2050年将出现平稳或适度下降（图6）。

图6 全球天然气需求

近几十年来，天然气需求急剧增长，在电力部门取代了煤炭，并在世界各地的建筑和工业中得到更广泛的应用。展望未来，全球天然气需求将需要下降，以实现巴黎协定的1.5℃或2℃目标，但各地区之间的差异很大。例如，在雄心勃勃的气候情景下，非洲、中国和印度的天然气消费量大幅增长，将煤炭从电力行业中挤出，但随着可再生能源和能源效率取代天然气，到2050年，与欧洲和北美2019年的水平相比，天然气消费量下降了40~50%。

减少石油和天然气供应链的甲烷排放也将是限制全球气温上升的关键因素，特别是在近期和中期。例如，国际能源署的《世界能源展望》强调了世界各地每单位石油生产的甲烷排放量的巨大差异，并指出“巨大而迅速的改善”是可能实现的。一些展望还强调了生物沼气（包括生物甲烷气）在未来能源系统中发挥更重要作用的潜力。

2019年和2020年，全球煤炭需求急剧下降，所有情景都预示着未来几年的下降趋势。2020年，煤炭使用量估计下降了4%，在最雄心勃勃的气候情景下，在可预见的未来，类似的下降速度仍在继续。然而，国际能源署预计，2021年的煤炭需求将超过2019年的水平。所有参考和持续演变政策情景都反映了这种可能回归“一切照旧”的趋势，预计到2050年，煤炭将保持在100QBtu或以上。在一些IPCC情景中，随着CCUS技术的广泛部署，需求稳定并在2040年左右开始上升（图7）。

图7 全球煤炭需求

在区域一级，在公共政策和竞争日益激烈的替代品的共同推动下，大多数区域的煤炭消费预计将下降。到2050年，在北美和欧洲，在雄心勃勃的气候情景中下降93~99%，在大多数持续演变政策情景中下降71~77%。

然而，全球东部地区出现了范围更广的结果。在英国石油和国际能源署的持续演变政策情境中，煤炭需求到2040年仅下降1~2%。在雄心勃勃的气候情景种，到2040年煤炭需求下降62~75%，然后到2050年进一步下降。这种变化的很大一部分是由印度推动的。在持续演变政策情景种，到2040年，印度的煤炭需求将增长31%（国际能源署既定政策情景/STEPS）到95%（英国石油一切照旧情景/BAU）。在雄心勃勃的气候情景下，预测范围从2040年下降1%（挪威石油再平衡情景/Rebalance）到50%以上（英国石油净零情景/NZ和国际能源署可持续发展情景/SDS）。

在成本暴跌和政策支持的相互关联趋势的推动下，风能和太阳能有望在净零排放能源系统中发挥核心作用。然而，未来部署的速度因风能和太阳能差异而不同，分别为6倍和4倍，雄心勃勃的气候情景通常表现出最强的增长（图8）。

图8 全球太阳能和风能发电

在最保守的情况下（挪威石油Rivalry），到2050年，全球风能发电量将增长三倍以上；在最不保守的情况下（IPCC IP2），全球风能发电量将增长12倍。在持续演变政策情景中，BNEF的预测最为乐观，其增长速度超过了国际能源署和挪威石油的“雄心勃勃的气候情景”。就区域而言，大多数人预测，2040年和2050年，全球东部地区的风能发电量将占到50~60%，但国际可再生能源署的预测是，到2050年，这一比例将达到61~78%。

就百分比而言，在所有情况下，太阳能的增长速度都远远快于风能，在最悲观的情况下（均势竞争），到2050年将增长8倍以上，在最乐观的情况下（英国石油净零/NZ），将增长28倍以上。与风能一样，设想全球东部地区将领导太阳能的部署。2019年，东方占全球太阳能发电量的58%，但在区域数据可用的情况下，到2050年，东方占全球太阳能发电量的65~75%。

在过去30年里，全球经济的能源强度大幅下降，反映出能源效率的提高，以及许多国家从能源密集型制造业向服务型经济的转型。在接下来的几十年里，能源强度在所有情景中均将继续下降，在雄心勃勃的气候情景中能源强度将下降最快（如图9所示）。

图9 全球范围单位GDP的能源消费

根据购买力平价（Purchasing Power Parity，PPP）计算，在大多数雄心勃勃的气候情景中，到2040年全球能源强度将降至每万亿美元（2019年美元基准）2QBtu或更低，能源强度相对较高的IPCC IP3除外。在持续演变政策情景中，到2040年能源强度将降至约2.5QBtu/$T。以市场汇率计算时，也出现了类似的趋势。

不同国家和地区的能源强度差别很大。2019年，全球西方能源消费量约为3.7QBtu/$T（按购买力平价计算），全球东方消费约为4.1QBtu/$T，反映出中国和亚洲其他地区能源密集型制造业的集中程度相对较高。国际能源署预计在其持续演变政策情景（STEPS）中，西方和东部的能源强度将分别下降32%和40%，在其雄心勃勃的气候情景（SDS）下，将分别下降46%和55%。在可持续发展情景（SDS）中，到2040年东西方的能源强度大致会趋同。

与过去几十年能源强度的快速下降有所差别，能源的碳强度（以每单位一次能源需求的二氧化碳排放量衡量）大致持平。在参考和持续演变政策情景中，碳强度在未来30年会下降，但没有达到将气温上升控制在1.5℃或2℃所需的下降速度（如图10所示）。

图10 全球范围单位能源二氧化碳排放量

在参考和持续演变政策情景中，能源系统的碳强度到2040年下降10~18%，然后到2050年进一步下降。在雄心勃勃的气候情景中，到2040年，降幅将达到41~63%。这种变化的速度将是史无前例的；它加强了全球一次能源结构所需的化石燃料转型的规模，2019年这一比例将需要降至远低于约80%的水平。

由于在21世纪下半叶，对于许多雄心勃勃的气候情景，净二氧化碳排放量低于零。因此，在IPCC IP4情景中，能源的二氧化碳强度最早在2050年就进入负值区域。

三、聚焦

（一） “巴黎”：意味着什么？

在2015年的《巴黎气候协定》中，根据“联合国气候变化框架公约”，几乎所有国家都同意采取行动，将全球气温上升控制在“比工业化前水平高出2℃以下”（2015年“联合国气候变化框架公约”）。该协议还规定，各国将继续努力将气温升幅控制在1.5℃以内。两个不同的目标—1.5摄氏度和2摄氏度—导致了一些人对个人、公司和政府在理解“巴黎”协定时产生困惑。

正如我们的主要研究结果（见图1和图2）中简要讨论的那样，将全球平均气温上升控制在1.5℃所需的能源和排放轨迹与2℃相比有很大不同。在最近一项对剩余“碳预算”的分析中，研究人员估计，到本世纪末排放4400亿公吨二氧化碳将导致将气温上升限制在1.5℃的可能性变为50%，而2℃的等效数字将为1374BMT（大约是1.5℃的三倍）。

1.IPCC通向1.5℃的路径说明

作为IPCC进程一部分的建模团队在2018年发布了一系列与1.5℃兼容的情景（Rogelj et al，2018），这份GEO报告由四个IP代表。每个IP都说明了2100年之前社会、经济和技术变革速度的不同假设相关的能源与排放影响。IP1是全球能源需求较低的情景，IP2代表推动可持续发展的情景，IP3体现了与历史趋势相似的社会和技术变革速度，IP4则假设了化石燃料能源需求和能源密集型经济增长很高的情景。

这些IPs有很大的不同，最显著的是它们包含了负排放技术，例如考虑了碳捕获和封存的生物质能（BECCS）、直接空气捕获以及重新造林和植树造林。当这些情景达到碳中和时，也具有很大差异，这主要反映了它们在能源消费、技术部署和缓解时间上的差异。

图11  IPCC路径说明中的全球二氧化碳排放趋势

对IPs的排放轨迹的一个关键观察是，由于它们都有着1.5℃的相同气候目标，因此更长时间的减排推迟需要在未来采取更积极的“净负”减排战略。图11说明了这一点：除了从2050年左右开始的大规模“净负”排放外，未来十年排放量持续增长（如IP4所示），这说明还需要在本世纪晚些时候更大幅度地减少排放量。在其他IP情景中，排放量在2020年达到峰值，并在未来十年急剧下降，根据对2021年排放量强劲增长的早期估计，这一趋势似乎不太可能（国际能源署，2021）。

2.1.5℃与2℃情景对比

除了IPCC1.5°C的情景外，英国石油的净零排放也与1.5°C的目标保持一致，即在本世纪中叶实现全球碳中和。英国石油、挪威石油、国际能源署和国际可再生能源署提出的气候情景则更接近于“远低于2°C”的目标，即在21世纪下半叶实现全球碳中和。为简单起见，我们将这些称为“2°C情景”。图12显示了与1.5℃和2℃情景相关的不同排放轨迹；到 2050 年，2°C的排放预测仍然较高。

图12 1.5℃和2℃情景中全球碳排放趋势

不包括高能能源强度的IPCC IP4情景，1.5℃情景在2019年至2050年期间减少了81%-95%的二氧化碳排放，而2℃方案减少了67%-70%。IP4在2050年之前达到净零，英国石油的净零看起来是第二个在本世纪中点之后出现负排放的情景方案。IP1是本世纪晚些时候唯一不包括负排放的IP，因为它假设全球能源需求较低，并能过迅速部署清洁能源技术。

除IP3和IP4外，所有1.5℃和2℃情景都预计2040年全球能源需求将低于2019年。这些模型的能源组合非常不同，但也显示出明确的一致之处。如图13所示，可再生能源扩张和化石燃料退役大体上都是减排的主要模式。即使在能源需求旺盛的情况下，如IP3和IP4，很大一部分减排也来自于淘汰化石燃料，特别是煤炭。

图13 在1.5℃和2℃情景中2040年全球一次能源组合

到2040年，在1.5℃和2℃的情景中，化石燃料消费都会减少。煤炭从2019年的150 Qbtu下降至2℃情景下的68 QBtu或更低，并在2040年将达到该水平的一半，即在1.5℃情景下降至34 QBtu以下。在2℃的情况下，液体燃料的消费量从183 QBtu略微减少到106QBtu （国际可再生能源署 Transforming）~136QBtu （国际能源署 SDS）。1.5℃情况下的液体燃料（不包括IP4）会有相当大的降幅，从IP2中的113 QBtu降至IP1中的52 QBtu。在许多2℃和1.5℃的情景下，天然气消费量保持在类似的水平，尽管IP1和IP2的需求将在2019年分别降至45 QBtu和53 QBtu，2040年将分别降至45 QBtu和53 QBtu。

核能在所有雄心勃勃的气候情景中都有增长，特别是1.5℃的情景，核能成为一种主要能源。在1.5℃的情况下，核能需求从2019年的29 QBtu增长至53QBtu （英国石油净零情景）~118QBtu （IP4）。

到2040年，太阳能和风能将成为主要能源，生物质能也将被使用，特别是在能源需求旺盛的情况下。太阳能在2℃的情景下增长到45 QBtu（国际可再生能源署 Transforming），或者在1.5℃情景下增长到70 QBtu（IP1）。风能在2040年也有类似的情况，在2℃的国际可再生能源署 Transforming中达到45 QBtu，在1.5℃的IP2下达到76 QBtu。

IP4与其他雄心勃勃的气候情景不同之处在于它的高能源强度路径以及其对负排放的严重依赖。虽然到2040年煤炭消费降至接近零，天然气价格低于大多数其他情景，但液体燃料需求比2019年的水平增长了37%。同样，在IP4条件下，核能增长最强，是现在的三倍多。IP4也看到太阳能和风能的大量部署，但生物质能成为最大份额的可再生能源。

在某些情况下生物质能与CCS将配合使用，尤其在某些IPCC 1.5情景中将发挥重要作用。从2019年的大约50 QBtu（其中大部分是传统生物质能），到2040年的生物质能下降到IP1的42 QBtu，在IP2下略微增长到57 QBtu。然而，在IP3和IP4中，它成为最大的一次能源之一，分别增长到86QBtu和135QBtu。到2100年，在所有情景下，生物质能都会进一步增长，从IP1下的71 QBtu到IP4下的407 QBtu，占全球一次能源需求的33%，与太阳能相当，太阳能在2100年占据了28%的能源。

3.大规模CCS的作用

实现1.5℃和2℃气候目标的大多数途径在很大程度上依赖于CCS技术的大规模部署。特别是，IP1情景以外的IPCC 1.5情景，尤其依赖于BECCS（如图14所示）。BECCS所需的巨大规模，特别是在IP3和IP4中，引发了关于可持续林业发展、土地利用竞争、二氧化碳基础设施建设以及本报告范围以外的各种问题（Butnar et al，2020）。

与英国石油给出的2018年全球CCS为3800万吨的数据相比，2050年IP4的最高预测达到每年170亿公吨，其中96%来自BECCS。在能耗较低的情景中，CCS的使用量预计为IP4情景的一半或更少，但其水平仍比2018年高出50倍以上。英国石油的净零目标包括2050年大约为50亿公吨的CCS，而挪威石油和英国石油的2℃情景显示2050年的CCS分别约为20亿公吨和40亿公吨。