全球清潔能源轉型的現狀如何？

在政策、技術變革和經濟的推動下，全球清潔能源轉型正在加速。

1.移動到清潔能源正在加速

面對日益令人震驚的全球氣 候變化證據，迫切需要大幅和緊迫地減少溫室氣體排放，這已被廣泛接受，這反映在日益雄心 勃勃的國家目標中。俄羅斯聯邦（以下簡稱“俄羅斯”）入侵烏克蘭后的全球能源危機加劇了對 石油和天然氣等傳統燃料供應的能源安全擔憂，進一步推動了對清潔能源技術的需求和政策支 持。截至 2022 年 11 月底，已有 87 個國家和歐盟宣布承諾在本世紀將排放量減少到凈零排放 ，覆蓋全球 85% 以上的排放量和 85% 的國內生產總值。自 2021 年以來值得注意的公告包括 中華人民共和國（以下簡稱“中國”）到 2060 年實現碳中和的目標（IEA，2021a）、印度到 2070 年的凈零排放目標（印度政府，2022 年）和印度尼西亞到 2060 年的凈零排放目標（IEA ，2022a）。如果所有公告和目標都按時全部實現，它們將足以在2100年將全球氣溫上升幅度 控制在1.7°C左右（IEA，2022b;國際能源署，2022c）。

在過去十年中，清潔能源技術的采用和非化石能源，特別是可再生能源的能源供應迅速加速。 2022年，可再生能源占全球發電量的30%，高于2010年的20%以下，太陽能光伏、風能、水電 和生物能源產量顯著增加（IEA，2022d）。電氣化正在所有最終用途部門加速。在運輸方面， 2022 年電動汽車銷量超過 1000 萬輛，占全球汽車市場的 13%，使其在全球道路上的總數從 2010 年的幾乎為零增加到 2500 多萬輛（IEA，2022e）。有超過1000吉瓦的熱（GWth） 2021 年全球熱泵容量的運行量，高于約 500 GWth2010年，銷售額比2020年增長13%。

清潔能源技術投資增長迅速，2022年超過3 1.4萬億美元，占整體能源投資同比增長的近70%， 高于2015年的約1萬億美元（IEA，2022f）。

就電動汽車而言，2021年全球政府和消費者支出翻了一番，達到約2800億美元，是2015年的 十倍左右。盡管市場條件艱難，制造限制，但這一增長還是發生了：全球 25 家最大汽車制造 商的總收入在 2015 年至 2021 年期間停滯不前，然后在 2022 年反彈。2022年，可再生能源 、電網和儲能占以太陽能光伏為首的近1萬億美元電力行業總投資的80%以上，高于2015年投 資的75%，而同期化石燃料發電的份額從約20%下降到10%。2022年，石油、天然氣和煤炭供 應的總投資略高于8000億美元，低于2015年的1萬億美元以上。近年來，石油和天然氣公司4 在清潔能源技術方面的資本支出有所增加，預計到2022年將略高于其上游投資總額的5%，高 于2015年的0.5%。

2.世界仍嚴重依賴化石燃料

盡管清潔能源技術最近發展迅速，但世界仍然主要依賴化石燃料作為能源供應。事實 上，自2000年以來，清潔能源供應的增長與石油、天然氣和煤炭相比相形見絀，特別是在新興 和發展中經濟體。在這些國家，化石燃料在一次能源供應總量中的份額從2000年的77%增加到 2021年的80%，這主要是由于煤炭的激增，從27%增加到35%。在發達經濟體，這一比例同期 從82%下降到77%。因此，化石能源在全球能源結構中的總體份額幾乎保持不變，約為80%。

石油仍然是一次能源的最大單一來源，2021年占能源供應總量的29%（低于2000年的37%）， 其次是煤炭，占26%（高于23%），天然氣占23%（高于21%）。生物能源仍然是非化石能源 的最大單一來源，到2021年約占一次能源使用總量的10%，盡管超過三分之一是傳統生物質的 形式，通常以不可持續和污染的方式使用。核電占供應量的5%，水電約占2%，太陽能和風能 僅占2%。雖然電氣化在過去二十年中加速，但化石燃料仍然主導著能源最終用途，約占建筑物 總能源使用的35%和運輸能源的95%。

除了直接使用能源外，最終用途部門還消耗大量嵌入材料中的能源，例如用于基礎設施和建筑 物的水泥，用于車輛和制造產品的鋼鐵以及用于化肥和消費品的化學品。今天，這些散裝材料 的生產也主要依賴于化石燃料，無論是用于燃燒還是作為原料。2021年，煤炭約占全球鋼鐵生 產能源的75%，其中一半以上用于制造水泥，而約70%的化學品生產以石油或天然氣為基礎。 對所謂“關鍵礦物”的需求，近年來，在電池等清潔能源技術的部署推動下，銅、鎳和鈷等金屬的生產量一直在快速增長， 但它們的質量總產量僅占當今煤炭產量的0.3%。目前，關鍵礦物的開采和加工通常依賴于化石 燃料。

清潔能源的大部分勢頭是最近的，因此尚未轉化為全球能源供應的重大變化（IEA，2022g）。 自2015年《巴黎協定》以來，大多數國家一直在加強對清潔能源的政策支持，自2020年以來， 作為Covid-19經濟復蘇計劃的一部分，更是如此。例如，美國于 2022 年通過了《降低通貨膨 脹法案》，授權在能源和氣候變化方面的支出為 3700 億美元（美國國會，2022 年）。在俄羅 斯入侵烏克蘭之后，歐盟通過了REPowerEU計劃，該計劃預計將在五年內額外動員2100億歐 元的清潔能源技術投資，并支持Fit for 55一攬子計劃——這是一套修訂和更新歐盟立法并實施 新舉措的提案，旨在到2030年將歐盟排放量減少至少55%（歐共體， 2022;歐洲理事會，2022 年）。在國際能源署對全球凈零需求進行分析后，在創新使命和清潔能源部長級會議共同組織 的全球清潔能源行動論壇上，16個國家集體宣布到2026年為清潔技術示范項目提供940億美元 的支出（美國能源部，2022年;國際能源署，2022h）。日本制定了到 2050 年實現凈零排放的 路線圖，并通過 2 萬億日元綠色創新基金支持開發新興技術（日本，經濟產業省，2021 年;內 多，2021 年）。中國的“十四五”規劃包含旨在實現一氧化碳峰值的技術發展行動計劃2 到2030 年的排放量（中國，國家能源局，2022年;中國，國家發改委，2021年）。印度正在增加供應 鏈投資，以促進戰略行業的國內制造業，包括電池（超過20億美元）、汽車（超過30億美元） 、太陽能光伏（近6億美元）和鋼鐵（8億美元），通過2022-2027年期間的生產相關激勵計劃 （印度，MCI，2021a和2021b;印度，MHI，2022a和2022b;印度，自然資源部，2022 年;印度 ，聯合內閣，2020 年）。

3.清潔能源技術需求為零

凈零排放呼吁能源行業深度轉型

實現全球零排放的有限公司2 到2050年，需要遏制能源需求的增長，同時徹底改變能源結構， 包括大規模轉向可再生能源和其他清潔能源和技術。在新西蘭情景中，行為改變、能 源效率的提高以及轉向可再生能源使一次能源供應總量下降。

2021年至2030年間增長10%，盡管全球經濟增長了近三分之一。同期最終消費總額下降了9% 。與過去十年相比，能源強度的年增長率幾乎增加了兩倍，達到每年4%以上。從2030年到 2050年，全球需求下降速度較慢，總量僅為15%，因為進一步節能和提高效率的范圍縮小，不 斷增長的人口和經濟活動繼續推動對能源服務的潛在需求。

在新西蘭情景中，以太陽能光伏和風能為首的可再生能源到2050年的供應增幅最大，同時核能 的大幅增加。太陽能發電量躍升23倍，風能發電量躍升13倍，而核電發電量在2021年至2050 年間翻了一番。到2050年，太陽能和風能合計占一次能源供應總量的40%左右，核能占12%。 可再生能源的總新增容量從2021年的300吉瓦增加到2030年的近1200吉瓦，翻了兩番，占總發 電量的份額達到60%以上;到2050年，隨著取代現有化石燃料產能的需求減少，新增項目將放緩 至約1100吉瓦，屆時可再生能源將占發電量的90%左右。

2021年，未減排的化石燃料約占最終消費總量的65%，不包括用于化學原料等非能源目的的化 石燃料。在新西蘭情景中，這一比例在2030年下降到55%左右，到2050年下降到15%。按絕對 值計算，最終用途部門的生物能源消費量在2021-2050年期間略有上升，但這掩蓋了其構成的 變化：現代生物能源的使用急劇增加，而其傳統用途將在2030年之前完全淘汰，因為所有國家 都實現了充分獲得現代能源。

電力成為最大的能源載體，2021年至2050年間，電力需求將增加一倍以上，屆時電力將滿足最 終消費總量的一半以上（圖1.3）。到2050年，總發電量每年增長3.5%，以滿足這一需求。氫 和氫基燃料成為重要的最終用途能源形式，特別是在2030年之后，主要部署在重工業和長途運 輸中;到2050年，它們在最終消費總量中的份額將達到近10%。到2050年，生物能源的份額將 達到15%左右。碳捕集、利用和封存（CCUS）發揮著越來越重要的作用：一氧化碳2捕獲從 2021 年的約 0.04 Gt 增長到 2030 年的 1.2 Gt 和 2050 年的 6.2 Gt，工業和燃料轉換部門占 40% 以上，直接空氣捕獲 （DAC） 約占 5%，其余部分將產生電力和熱量。

NZE情景中描述的全球能源系統的轉型導致能源部門CO的快速下降2排放(能源‐相關和工業過 程），到 2030 年下降約 30%，到 2050 年比 2021 年下降 95%。到2050年，航空、航運、公 路貨運和重工業等技術上難以減少排放且成本高昂的行業的殘余排放，完全通過碳捕獲和儲存 從生物能源中去除碳來補償，從而去除一氧化碳。2間接從大氣中獲取空氣，直接捕獲空氣并存 儲，從而實現整體凈零排放。

已宣布的承諾未達到凈零排放，但仍需要能源部門做出重大轉變

盡管取得了重大進展，但目前政府和企業的承諾反映在宣布的承諾情景（APS）中，不足以使 世界走上到2050年實現凈零排放的軌道。2050年，能源相關一氧化碳2APS的排放大約11 Gt公司2.盡管如此，實現這些承諾仍然需要本十年快速脫碳。APS 的排放量 在 202

在APS中，可再生能源超過煤炭，到2030年將占一次能源供應總量的五分之一以上，而化石燃 料的份額從今天的80%下降到70%。電氣化加速——到2030年占最終消費總量的 25%——同時電力的碳強度下降約40%。增長與排放脫節，全球經濟的能源強度在 2021-2030 年期間下降了四分之一。清潔能源技術部署迅速：到2030年，電動汽車銷量超過4000萬輛（高 于今天的1000萬輛），320吉瓦th熱泵的安裝(100千瓦th），并產生30 Mt的低排放氫氣（從不到 1噸開始）。

需要大規模部署清潔能源技術

新西蘭情景中設想的能源系統脫碳取決于八個主要支柱：行為改變和避免需求、能源效率、氫 能、電氣化、生物能源、風能和太陽能、CCUS 和其他燃料轉移（例如，從煤炭和石油轉向天然氣、核能、水力發電、地熱、聚光太陽能和海洋能源）。行為 改變和能源效率的提高不需要對現有能源系統進行根本性改變，但占2021-2050年累計減排總 量70%以上的其他支柱需要大規模部署新型設備和基礎設施。

出于 ETP-2023 的目的，我們從 NZE 情景中選擇主要脫碳支柱的關鍵能源技術和支持基礎設 施，以評估和說明清潔能源轉型對供應鏈的影響。總的來說，它們占 2021-50 年累 計減排總量的近 50%。一些選定的能源和技術供應鏈特定于特定支柱，例如用于電氣化的電動 汽車和熱泵，用于氫氣的燃料電池卡車或太陽能光伏和風能。有些在性質上更具交叉性，例如 低排放氫和低排放合成碳氫化合物燃料。

到2050年，三輪車將增加15倍，而可再生能源的部署幾乎翻了兩番。低排放合成碳氫化合物燃 料（主要是噴氣煤油）的產量目前很少，因為大多數技術仍在開發中，到 2030 年將達到 24 億 升（超過日本 2021 年國內航空的石油消耗量），到 2050 年將超過 1050 億升（相當于 2021 年美國和歐盟國內和國際航空的總石油消費量）。電解制氫或具有碳捕獲和儲存（CCS）的天 然氣制氫產量從2021年的約0.5公噸躍升至2050年的450公噸——相當于2021年全球運輸部門 能源消耗的一半左右。

在許多情況下，盡管最近降低了成本，但當今市場上現有的清潔能源技術尚未與現有的化石燃 料技術競爭。前者通常資本密集程度更高，即購買或安裝它們的前期成本高于單位容量，因為 它們往往涉及更廣泛和昂貴的投入，盡管它們的運行和維護成本通常較低。對于某些技術，較 高的前期成本被使用過程中的節省所抵消，盡管這因地區而異。一般而言，隨著部署的增加和 創新，預計實際成本將隨著時間的推移而繼續下降。 電動汽車就是一個很好的例子。

電動和內燃機（ICE）汽車之間的價格差距一直在縮小，這主 要歸功于電池制造成本的大幅降低，這有助于刺激電動汽車需求。性能的提高和最近的燃料價 格上漲也提高了它們的吸引力。然而，在大多數情況下，電動汽車仍然更昂貴，行駛里程更短 。對于中型車，電池電動汽車的成本通常比傳統替代品（稅前和補貼前）高出約 10，000 美元 （或大約 40%）。由于車輛尺寸較小和汽車制造商之間的競爭加劇，中國的價格溢價通常較小 ，平均約為10%，而最近在歐洲，由于旨在提高車輛性能的大量投資，溢價一直在上升。

熱泵 - 一種有效地為建筑物和工業提供供暖和制冷的技術 - 與化石燃料加熱設備相比，也具有 前期價格溢價，盡管熱泵在當今許多地區的使用壽命內都有回報。對于大多數家庭來說，購買 和安裝熱泵的總成本從1 500美元到10 000美元不等，但因地區和安裝的單元類型而異。安裝可能會大大增加總成本;特別是如果能量分配系統需要升級以適應熱泵（即擴大散熱器 或地板下交換器），這可能會增加成本。這對于更高效的地源熱泵非常重要，其中安裝可能需 要長達數周的時間，并且需要鉆孔和地下管道，使其總成本遠高于其他選擇。隨著熱泵變得越來越普遍，安裝時間和成 本可能會下降，并提供比制造更大的機會。熱泵中最昂貴的組件（例如熱交換器、壓縮機）已 經批量生產了很長時間，這使得進一步的制造成本降低比其他清潔能源技術更加有限。

許多供應方清潔能源技術也涉及比化石燃料等價物更高的資本成本。主要的例外是太陽能光伏 ，它在大多數地方已經更便宜，沒有考慮到與其間歇性和可變性相關的額外成本。太陽能光伏 的資本成本目前從每千瓦600美元到1000美元/千瓦不等，具體取決于地區，包括電池存儲在內 高達1800美元/千瓦。相比之下，傳統燃煤電廠的成本在600美元/千瓦和2100美元/千瓦之間變 化，具體取決于工廠和煙氣處理的效率以及地區。為工廠配備CCUS可以將成本推高至1，800 美元/千瓦至6，600美元/千瓦之間。

氫資本成本也非常高。傳統天然氣重整裝置的成本為每千瓦氫氣輸出780美元（如果配備CCUS ，則為每千瓦氫氣輸出1470美元），而安裝電解槽的資本成本為每千瓦電力1400美元（kWe) 使用1 770 /千瓦e（每千瓦氫氣輸出2 150-2 720美元）。資本成本是制氫成本的一個重要成本 組成部分，特別是在電解槽的情況下。天然氣價格會影響從天然氣重整中生產氫氣的經濟性， 無論有沒有CCUS，當天然氣價格高時，電解成為更便宜的生產路線（見第2章）。按照2022 年歐洲每百萬英熱單位25美元兌45美元/兆熱單位的價格計算，制氫成本為4.8美元/千克至8.6 美元/千克，其中近80%是由于燃料成本。在同一地區，用可再生能源生產的氫氣的成本可低至 4美元/千克（國際能源署，2022i）。