全球能源系统脱碳的新视角（英）
关于全球能源系统去碳化的新视角 MatthewIves,LucaRighetti,JohannaSchiele,KrisDeMeyer,LucyHubble-Rose,FeiTeng,LucasKruitwagen, LeahTillmann-Morris,TianpengWang,RupertWay&CameronHepburn 2021年4月 关于这个报告 为英中气候变化风险评估合作第三阶段项目编写的报告，由外交、联邦和发展办公室的繁荣计划资助，并与皇家国际事务研究所（ChathamHouse）合作开发。 ●作者 •英国牛津大学新经济思想研究所和史密斯企业与环境学院，马修-C-艾夫斯 •LucaRighetti|英国牛津大学人类未来研究所 •约翰娜-席勒|哈佛大学肯尼迪学院，哈佛大学，美国 •KrisDeMeyer|英国伦敦大学学院地球科学系 •LucyHubble-Rose|传播气候科学政策委员会。英国伦敦大学学院 •滕飞｜清华大学能源环境与经济研究所，北京，P.R.中国 •LucasKruitwagen|史密斯企业与环境学院。英国牛津大学 •LeahTillmann-Morris|英国牛津大学史密斯企业与环境学院 •王天鹏｜清华大学能源环境与经济研究所。中国北京,pr •RupertWay|英国牛津大学新经济思维研究所和史密斯企业与环境学院 •卡梅隆-赫本|史密斯企业与环境学院。 英国牛津大学 如有任何疑问，请发邮件至：matthew.ives@smithschool.ox.ac.uk 确认 我们非常感谢外交、联邦和发展办公室在其繁荣计划下为该项目提供资金，并感谢牛津大学马丁新经济思想研究所和BaillieGifford为该报告提供的持续研究支持。 2 摘要 对能源技术历史成本趋势的分析表明，几十年来，可再生能源技术部署的增加一直与成本的急剧下降相吻合。例如，在过去50年里，太阳能光伏发电的成本已经下降了三个数量级。风能、储能和电解器（基于氢气的能源）也有类似的趋势。这种下降将继续下去，并将使这些可再生技术中的一些技术 远远低于目前化石燃料发电的成本基础。大多数为IPCC和国际能源署制作的主要气候减缓模型都不断地低估了这种趋势，尽管这些趋势是相当一致和可预测的。通过将这些趋势纳入一个简单、透明的能源系统模型，我们产生了新的气候减缓方案，提供了一个对比的视角 与那些标准模型相比。这些新的情景提供了一个机会来重新评估常见的说法，即符合巴黎标准的排放途径将是昂贵的，将需要降低能源可靠性或经济增长，并需要依靠目前昂贵的或未经证实的技术规模。这项研究为各国政府提供了令人鼓舞的证据，这些政府在提供经济增长机会和可负担得起的能源的同时，也在寻求更大的经济去碳化的雄心。 这份报告应该引用: Ives,M.C.,Righetti,L.,Schiele,J.,DeMeyer,K.,Hubble-Rose,L.,Teng,F.,Kruitwagen,L.,Tillmann-Morris,L.,Wang,T.,Way,R.&Hepburn,C.2021。全球能源系统去碳化的新视角。牛津。牛津大学史密斯企业与环境学院。第21-04号报告。 3 内容 •关于全球能源系统去碳化的新视角。总结7 •介绍13 改变“政策氛围”14 如何阅读这份报告——路线图15 •部分1:如何提供决策依据的模型气候17 了解气候变化的成本和后果17 如何减缓气候变化的场景开发18 场景的范围模仿20 改进的机会22 决策者目前是如何使用气候减缓情景的？24设定气候目标、计划、政策和战略25 其他用途的气候变化适应场景29 •第二节：经验性的技术进步趋势和需求 重新审视了未来30 新的清洁能源机会30 能源系统报告的历史发展33 随着时间的推移场景发生了怎样的变化?35历史成本技术趋势37 技术成本预测39 造型技术变革42 成本预测和评估模型预测42 是什么原因导致的预测错了吗?44提高技术成本的估计46 •第3节：用于估算的概率性技术变革模型 全球能源的成本过渡48 介绍48 49岁的PTEC能源系统模型 预测全球能源部门技术变化的简单而透明的模型49 51PTEC模型的组件能源系统遗漏52 主,最终,有用的能源52部署技术PTEC模型中的53 体验指数在技术53 未来的不确定性成本5455管理间歇性问题 4 •第4部分：将我们的排放情景预测与国际能源署和中国的排放情景预测进行比较。 IPCC的场景,2040除了60 •第5节：决定性转型的障碍和机会 提出的这研究73 •第六节:结论85 5 结论88 目前的能源转型模式是很重要的，但还有空间，可以有更广阔的视野88 围绕实现果断的过渡，需要新的合作思维88 有许多工作要做，但未来看起来要好得多88 •附录A:减缓气候变化的模型当局89 气候影响、减缓和适应模型8991关键部门生产场景 ipcc92 国际能源署世界能源展望和能源技术展望93 其他来源的情景和气候减缓模型93 其他用途的气候变化适应场景96确定风险、法规和建议96 确定适应需求98诉讼99 评估拟议项目的成本和效益99 •附录B:额外PTEC模型细节100 内生技术变化100赖特定律100 将赖特法则应用于可再生技术101 将这些代入，我们得到最后的方程式。102解102成本路径 预测的准确性:意味着与103中值代用品103经验曲线 平准化的能源成本和资本存量的年份104 •附录C:创建PTEC发射场景105 介绍105 计算全球能源系统的排放量106 平衡能源署2018106排放到大气中 国际能源机构完整的场景比较111 平衡政府间气候变化专门委员会2018年112排放到大气中场景112矩阵架构 缺少的非能源部门成分的核算115 计算每种情况下的辐射强迫和全球变暖117 •附录D-估计的物理环境损害赔偿118 118气候破坏分析结果FUND-Hector模型119场景和数据120 •术语表121 •参考文献126 6 关于全球能源系统去碳化的新视角 ●摘要为决策者 对能源技术历史成本趋势的严格分析表明，关键的可再生能源和存储技术（如太阳能、风能、电池和氢气）的部署几十年来一直在增加，其成本也一直在急剧下降。.例如，在过去的50年里，随着太阳能光伏发电的广泛部署，其成本已经下降了三个数量级（下降了1000多倍）--下降幅度之大，以至于国际能源署最近宣布太阳能光伏发电在某些地区是"历史上最便宜的电力来源"（IEA,2020）。这种成本的降低是在设计、制造、融资、安装和维护方面获得的经验的结果--因此整个发展模式被称为"经验曲线"。 相比之下，非可再生能源技术在过去50年中没有看到与部署有关的成本大幅下降。.煤炭和天然气的电力成本基本上保持稳定，波动幅度不到一个数量级。在同一时期，核电的平均成本甚至有所增加，部分原因是对安全问题的担忧。 这些长期的技术成本趋势似乎是一致和可预测的(Farmer&Lafond,2016;McNerneyetal.,2011)。在技术本身取得进展的同时，我们也看到了我们对技术变革如何在经济中更广泛地展开以及对快速发展的技术之间的共同特征的理解取得了进展（Wilson等人，2020）。为预测技术进步 ，我们开发了一些经过统计学验证并以数据为基础的新方法（Nagy等人，2013；Way等人，2019 ）。 将技术成本趋势纳入一个简单、透明的能源系统模型，产生了新的气候减缓情景，与目前为IPCC和国际能源署（IEA）制作的情景形成鲜明的对比。.可能令人惊讶的是，在大多数主要的气候减缓模型中，如IPCC的综合评估模型（IAMs），能源技术的成本没有被处理。 非常透明。它们假设了未经证实的成本下降限制，并且经常包含过时的数据（Jaxa-Rozen&Trutnevyte，2021；Krey等人，2019）。我们使用另一种方法来探索这些差异的影响，并发现了一个令人兴奋的新的脱碳情景，我们将其命名为"决定性过渡"，以确认该情景代表的对清洁能源系统的承诺 。 7 关于全球能源系统去碳化的新视角 一种新的能源系统建模方法--透明地核算现实世界中可再生能源技术的历史成本趋势--表明，全球能源系统的去碳化进程。 •可能会比一般认为更便宜 •可能不需要任何经济增长下降吗 •没有大的投资能够实现什么 未经证实的和潜在的昂贵的技术 ●这个问题 现有的能源系统模型一直低估了关键可再生能源和储能技术的成本降低和增长潜力。 全球平均太阳能光伏成本 ●我们的反应 我们的能源系统模型是建立在对能源技术部署速度和成本之间关系的观察趋势上，例如太阳能,风,电池和氢. 全球平均太阳能光伏成本 10? 生成成本/LCOE(2020美元/千瓦时) 10ª10³ 10² 1970 10¹10º 2001 2004 2008 2009 2010 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2030 2040 2020 实际 10? 生成成本/LCOE(2020美元/千瓦时) 10ª10² 10¹10º 实际 预测范围 (95%) 中位数的范围 1980 1990 2000 2010 2020 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 (IEA2001-2020年世界能源展望，Nemet2006年，以及IRENA2020年) 最后全球能源结构 (基于etal.2020年) 最后全球能源结构 1250 其他可再生能源1250 1040 8 30 6 20 能量(Gtoe) 4 2020 2025 2030 2035 2040 210 生物能源10 热40 8 正确的轴:排放(Gt警察) 电30 自然气体6 20 石油4 能量(Gtoe) 煤炭 210 2020 2025 2030 2035 2040 警察排放 00 00 可持续发展情况 国际能源机构的可持续发展情况 • 2019年世界能源展望(IEA): 年利3.4%的经济增长 决定性的转变情况 我们果断过渡场景: •年利2%有用能源的增长 • 需要昂贵的大规模碳捕获和储存(CCS) 公共广播经济增长(>3.4%) • 不需要昂贵的大规模CCS •使煤炭通过CCS改造 •一些电气化的好处 •电力价格可能下跌 •排放更少与巴黎的目标 •快速淘汰所有的化石燃料 •从电气化大提高效率 •电力价格很可能会下降 •排放更符合巴黎的目标 这种情况是通过选择新能源技术的部署率，基于其历史趋势，并允许这种趋势持续十年左右，然后逐渐减少。然后根据Farmer&Lafond（2016）公布的方法，对技术成本进行数十万次模拟 ，以产生概率预测。这些概率成本预测是针对各种关键技术产生的，以模拟能源系统的低成本演变，这一点尚未被IPCC和IEA的主要减排模型所探讨。 这一新观点表明，应该对全球能源系统转型的潜在成本和速度进行重新评估。.目前，政策制定者通常认为，能源系统向符合巴黎标准的排放途径过渡将是昂贵的；它将需要净减少能源服务的提供或经济增长；它将严重依赖目前昂贵的、未经证实的或有潜在争议的技术--如碳捕获和储存 （CCS）、第二代生物燃料和新的核能设计（如小型模块化反应堆）。 在本报告中，我们提出了两种截然不同的情况，说明适当考虑技术成本趋势可以挑战关于向清洁能源技术决定性过渡的成本和效益的普遍看法。.本报告中提出的模型对比了两种截然不同的情况：一是停滞的过渡在这种情况下，对能源服务的总需求继续以每年2%的历史平均水平增长，但不同能源技术的比率冻结在目前的数值。这种情况提供了一个有用的"最坏情况"基线和一个估计相对成本的反事实。第二种情况是决定性的转变其中，目前清洁能源的指数式增长速度 在接下来的十年里，技术继续发展，然后逐渐放松到全系统的低比率。在这里我们看到，在25年内，化
