核心观点与关键数据
电力生产是全球排放量最大的行业，实现脱碳需要多种能源技术的组合。综合评估模型（IAMs）在预测电力生产最佳脱碳方案方面发挥着关键作用，其结果显示：
- 历史趋势：太阳能和风能的份额正在快速增长，可再生能源在电力新增容量中的占比已超过86%。到2023年，全球可再生能源新增容量同比增长近50%。
- 模型预测：在“低于2°C”情景下，IAMs普遍预测可再生能源（主要是太阳能和风能）将稳步增加，到2050年成为电力生产的主要来源。不同模型在具体比例上存在差异，但都强调了可再生能源的主导地位。
- 区域差异：虽然各地区电力生产条件不同，但太阳能和风能仍是实现脱碳的最重要能源来源。例如，水能和地热能潜力有限，而核能的角色在不同模型中存在差异。
- 时间发展过程：与早期模型相比，近期IAMs更倾向于太阳能和风能，而减少了对碳捕获与封存（CCS）、核能和生物燃料的依赖。这反映了太阳能和风能成本的快速下降以及灵活性选项的发展。
- 100%可再生能源电力：虽然一些研究小组主张电力可以100%来自可再生能源，但大多数研究小组预测到2050年可再生能源占比将超过90%。IAMs普遍认为，通过使用灵活性选项，即使不达到100%的可再生能源比例，也能实现脱碳目标。
低碳电力生产类型
- 太阳能和风能：由于技术潜力和低成本，太阳能和风能成为容量增加的主要来源。主要挑战是供应的不稳定性和对过渡金属的依赖，但可通过灵活性选项解决。
- 水能和地热能：具有低成本和可靠性优势，但潜力有限。水能依赖于可用性，而地热能仅限于特定地理区域。
- 碳捕获与封存（CCS）：可与化石燃料发电厂结合使用，实现负排放（如BECCS），但受限于每年安全储存的二氧化碳量。
- 生物燃料：燃料灵活方便，可与CCS结合使用，但生产需要大量土地，与粮食生产和自然保护相竞争。
- 核能：提供稳定且连续的电力，但受限于核燃料（铀-235）的供应和成本上升。
- 核聚变：被认为是未来电力发电的潜在选择，但预计到2050年无法投入使用。
成本的作用
- 能源来源的相对成本：太阳能和风能的LCOE最低，其次是天然气和煤炭，核能成本最高。电池和电力到X技术的成本也在快速下降。
- 能源系统的成本：IAMs通过考虑多种约束条件，确定了最低成本的电力组合。太阳能和风能是最优选择，但需要结合灵活性选项以实现系统稳定。
灵活性选项
- 供应灵活性：通过调整其他能源的供应来抵消可再生能源的不稳定性，如天然气和水力发电。
- 电网扩展：通过创建高度连接的电网，将大地理区域的间歇性能源集中起来，提高稳定性。
- 需求灵活性：通过鼓励客户将电力需求转移到电力更充足或需求较低的时间，平衡供需。
- 能源存储：电池和抽水蓄能等技术可用于储存过剩的太阳能和风能，以供需要时使用。电力到X技术可将过剩电力转化为燃料，用于其他行业。
研究结论
降低电力行业排放需要快速扩大太阳能和风能产能，同时结合灵活性选项以实现系统稳定。IAMs预测，在“低于2°C”情景下，可再生能源将占主导地位，到2050年占比将超过90%。各国应根据本地条件，平衡和定制地实施脱碳策略，并持续关注技术发展，以适应未来电力系统设计的重大不确定性。
