中国能源体系碳中和路线图(2021).pdf
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1、中国能源体系碳中和路线图中国能源体系碳中和路线图 摘要 页码|3 国际能源署 2021。摘要摘要 2020 年 9 月,国家主席习近平宣布,“中国将力争 2030 年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和”。在世界各国政府为实现净零排放制定目标的浪潮中,没有任何承诺会比中国的承诺更重要。中国是世界上最大的能源消费者和碳排放国,其二氧化碳排放量占全球总量的三分之一。中国的减排步伐将是世界努力将全球升温幅度限制在 1.5的一个重要因素。中国能源体系碳中和路线图报告是对中国政府邀请国际能源署在长期战略方面进行合作的回应,其中列出了中国能源体系实现碳中和的路径。该报告显示,实现碳中
2、和符合中国更广泛的发展目标,如增进繁荣和转向创新驱动型的增长。本路线图中的第一条路径承诺目标情景(APS)反映了中国在2020年宣布的强化目标。路线图还探讨了实现更快转型,即加速转型情景(ATS)的影响,以及它将在缓解气候变化影响之外带来的社会经济效益。本路线图研究了清洁能源转型的新阶段将为中国发展带来的技术挑战和机遇,重点关注长期需求。中国特有背景下所需的技术创新将是本路线图深入研究的关键领域。报告最后提出了一系列政策方面的考虑,以供中国在关于能源发展的讨论中参考。中国能源体系碳中和路线图 致谢、贡献者及其贡献 页码|4 国际能源署 2021。致谢、贡献者及其贡献致谢、贡献者及其贡献 本报告
3、由国际能源署可持续发展、技术与展望司能源技术政策处编写。本研究由Timur Gl(能源技术政策处处长)设计和指导。分析和制作由 Araceli Fernndez Pales(技术创新单元负责人)和 Peter Levi 负责协调。做出主要贡献的人员包括:Thibaut Abergel(建筑、二氧化碳排放分解)、Praveen Bains(生物能源、地理空间分析)、Simon Bennett(创新政策)、Niels Berghout(CCUS)、Jose Miguel Bermudez Menendez(氢能)、Cyril Cassisa(气候和能源政策)、Xiushan Chen(气候和能源政
4、策)、Elizabeth Connelly(交通运输)、Chiara Delmastro(建筑、投资)、Alexandre Gouy(工业)、Insa Handschuch(气候政策)、Zoe Hungerford(电力系统灵活性)、Jean-Baptiste Le Marois(创新政策)、Hana Mandov(工业)、Rebecca McKimm(中国政策)、Rachael Moore(CCUS)、Leonardo Paoli(交通运输、电池)、Faidon Papadimoulis(数据管理)、Uwe Remme(能源供应)、Alan Searl(中国政策)、Jacopo Tattin
5、i(交通运输)、Jacob Teter(交通运输)、Tiffany Vass(工业、材料效率),以及 Daniel Wetzel(电力、就业)。做出其他贡献的人员包括:Adam Baylin-Stern、Ekta Bibra、Daniel Crow、Tomas De Oliveira Bredariol、Zhu Erpu、Carlos Fernndez lvarez、Timothy Goodson、Craig Hart、Taku Hasegawa、Paul Hughes、Luo Huilin、Huang Jingyun、Zhu Linxiao、Li Lishuo、Samantha McCull
6、och、Jeremy Moorhouse、Pawel Olejarnik、Francesco Pavan、Apostolos Petropoulos、Amalia Pizarro、Ryszard Pospiech、Jacques Warichet、Chengwu Xu、Gong Yuanyuan,以及 Yang Ziyi。Caroline Abettan、Reka Koczka、Diana Louis、Per-Anders Widell 和Zhang Yang 提供了必要支持。这项工作在很大程度上得益于以下中国专家的合作和投入:燕达(清华大学)、林今(清华大学)、胡姗(清华大学)、滕飞(清华大
7、学)、王灿(清华大学)、张健(清华大学)、张强(清华大学)、姜克隽(能源研究学会)、周大地(能源研究学会)、柴麒敏(国家气候变化战略研究与国际合作中心)、党彦宝(宁夏宝丰能源集团股份有限公司)、蒋莉萍(国网能源研究院)、李永亮(中国石油和化学工业联合会)、秦潇(水电水利规划设计总院)、王克(中国人民大学)、王志轩(中国电力企业联合会)、熊小平(国务院发展研究中心)、张九天(北京师范大中国能源体系碳中和路线图 致谢、贡献者及其贡献 页码|5 国际能源署 2021。学)、张龙强(中国冶金工业信息标准研究院)、张贤(科学技术部中国 21 世纪议程管理中心)、张莹(中国社会科学院),以及杨雷(北京大学
8、)。国际能源署的高级管理人员和其他同事提供了宝贵的评论和反馈,特别是Mechthild Wrsdrfer、Laura Cozzi、Tim Gould、Brian Motherway、An Fengquan、Stphanie Bouckaert、Peter Fraser、Tom Howes、An Fengquan、Christophe McGlade、Sara Moarif,以及 Brent Wanner。此外,感谢国际能源署传播和数字办公室为编写本报告提供帮助,包括 Jon Custer、Astrid Dumond、Tanya Dyhin、Merve Erdem、Grace Gordon、Ch
9、ristopher Gully、Jad Mouawad、Jethro Mullen、Isabelle Nonain-Semelin、Rob Stone、Julie Puech、Clara Vallois、Therese Walsh 和 Wonjik Yang。我们感谢能源基金会为这项工作提供的资金支持和技术投入,特别是邹骥、傅莎、杜譞和杨卓翔。本研究还得益于国际能源署清洁能源转型计划的资助方提供的资金支持,特别是法国开发署。研究报告中碳中和创新的有关章节还受益于由欧盟委员会和欧盟地平线 2020 研究创新计划下第 952363 号资助协议的资金支持。Trevor Morgan 负责编辑,Deb
10、ra Justus 和 Erin Crum 担任文字编辑。本报告的分析和结论借鉴了国际能源署几次活动和专家咨询会议期间获得的战略指导、洞见和数据:2021 年 4 月,举行了中国碳中和机遇与挑战高级别研讨会。来自国际能源署以外的许多专家审阅了本报告,并提供了极具价值的意见和建议。这些专家包括:Aloncle Herv 法国开发署 Ausfelder Florian 德国德西玛化学工程与生物技术协会(DECHEMA)Cattier Franois 法国电力 陈 新华 北京国际能源专家俱乐部 张 达 清华大学 关 大博 清华大学 张 芳 清华大学 冯 威 劳伦斯伯克利国家实验室 Gasc Jere
11、my 法国开发署 Hove Anders 德国国际合作机构(GIZ)Ishwaran Mallika 壳牌 中国能源体系碳中和路线图 致谢、贡献者及其贡献 页码|6 国际能源署 2021。徐 金苗 亚洲开发银行 Jones Ayaka 美国能源部 Kan Flora ICF Ku Anthony NICE 美国研究公司 鲁 虹佑 劳伦斯伯克利国家实验室 Melaina Marc 美国能源部 Myllyvirta Lauri 能源与清洁空气研究中心 魏 宁 中国科学院岩土力学研究所 Philibert Cdric 顾问(国际能源署前任工作人员)仲 平 中国科学技术部中国 21 世纪议程管理中心
12、Price Lynn 劳伦斯伯克利国家实验室 安 琪 能源研究学会 Saheb Yamina 国际气候变化专门委员会 Sandholt Kaare 中国国家可再生能源中心 常 世彦 清华大学 Sol Aurlie 法国开发署 Thomas Wim 顾问(壳牌前任工作人员)隋 同波 中材 Tu Kevin 哥伦比亚大学 van Hulst No 国际氢能经济和燃料电池伙伴计划 Vota Thibaud NDC 伙伴关系 Zhong Frank 世界钢铁协会北京代表处 周 南 劳伦斯伯克利国家实验室 吕 子峰 阿贡国家实验室 对本研究做出贡献的个人和组织不对研究中的任何观点或判断负责。本研究报告中
13、表达的观点未必是国际能源署成员国或任何特定资助方或合作方的观点。所有错误和疏漏完全由国际能源署负责。中国能源体系碳中和路线图 目录 页码|7 国际能源署 2021。目目录 摘要.3 致谢、贡献者及其贡献.4 目录.7 执行摘要.13 第 1 章:中国碳中和愿景.18 经济社会背景.19 能源和排放趋势.21 能源和气候政策.31 参考文献.43 第 2 章:能源转型.46 实现碳中和的路径.47 二氧化碳排放.48 能源趋势.54 环境效益.60 能源投资.65 参考文献.68 第 3 章:部门路径.69 发电和供热.69 低排放燃料的供给.79 工业.87 交通运输.100 建筑.112 参
14、考文献.124 第 4 章:能源转型的技术需求.128 导言.129 电气化.129 CCUS.139 氢能.152 生物能源.164 参考文献.171 第5章:抓住近期机遇,加快能源转型.175 抓住机遇,加速 2030 年之前的转型.176 加速转型情景.176 中国能源体系碳中和路线图 目录 页码|8 国际能源署 2021。加速转型的好处.186 参考文献.196 第 6 章:碳中和创新.197 中国的清洁能源创新.197 中国的能源创新方法.203 加速创新的机遇.218 参考文献.222 第 7 章:政策考虑.229 建立一个全面的政策框架.229 政策方法和优先事项.231 减少现
15、有资产排放.234 促进清洁技术市场发展.239 促进清洁能源创新.246 国际合作.248 参考文献.250 插图清单 插图清单 图 1.1 中国和部分其他国家的经济和发展指标.20 图 1.2 中国不同燃料的一次能源需求总量.22 图 1.3 中国各部门的化石燃料消费量.23 图 1.4 中国部分清洁能源技术与世界其他地区的情况比较.24 图 1.5 2020 年中国和世界其他地区的温室气体排放量.26 图 1.6 2000 年和 2020 年,不同国家/地区一次能源需求的二氧化碳排放强度与人 均二氧化碳排放量的关系.27 图 1.7 中国现有能源相关基础设施在典型寿命假设和运行条件下的二
16、氧化碳排放量.29 图 1.8 中国主要排放密集型资产的平均年龄.30 图 1.9 中国的主要气候和能源政策机构.38 图 1.10 中国部分能源和气候政策的演进和关键优先事项.40 图 2.1 不同情景下,中国能源相关二氧化碳排放情况.49 图 2.2 承诺目标情景下,中国能源行业不同燃料和技术的二氧化碳排放量.51 图 2.3 承诺目标情景下,中国各项措施实现的能源体系二氧化碳减排量.52 图 2.4 承诺目标情景下,中国能源体系不同部门、细分部门和燃料的二氧化碳排放情况.53 图 2.5 不同情景下,中国各燃料的一次能源需求.55 图 2.6 不同情景下,中国各燃料和部门的终端能源需求情
17、况.57 图 2.7 承诺目标情景下,2020-2060 年中国各燃料和部门的终端能源需求变化.58 图 2.8 承诺目标情景下,中国的部分能效指标.59 中国能源体系碳中和路线图 目录 页码|9 国际能源署 2021。图 2.9 承诺目标情景下,中国不同类型和部门的空气污染物排放情况.61 图 2.10 2060 年碳中和条件下,中国部分地区人口加权平均 PM2.5 浓度和化石燃料在 一次能源需求中的比重图示.63 图 2.11 承诺目标情景下,中国不同部门和技术领域的年度能源投资情况.65 图 2.12 承诺目标情景下,中国年均能源投资流向不同技术成熟度的新兴技术的情况.67 图 3.1
18、承诺目标情景下,中国发电部门不同驱动因素贡献的二氧化碳减排量.70 图 3.2 承诺目标情景下,中国不同部门的电力需求和不同燃料的发电量.71 图 3.3 承诺目标情景下,中国全国和各地区的各类发电能力.72 图 3.4 承诺目标情景下,中国各地区的化石燃料装机和发电量.73 图 3.5 承诺目标情景下,中国用于确保系统充足性的灵活容量.76 图 3.6 承诺目标情景下,在中国发电部门用于确保系统充足性的灵活容量中,波动性可再生能源的类型和比重.77 图 3.7 承诺目标情景下,中国不同行业的低排放燃料供给和燃料种类.80 图 3.8 承诺目标情景下,中国各类生物燃料的产量和相关技术.81 图
19、 3.9 承诺目标情景下,中国制氢领域的电解产能和二氧化碳捕集量.85 图 3.10 承诺目标情景下,在中国用不同技术制造氢气和氢衍生燃料的生产成本.86 图 3.11 承诺目标情景下,中国工业部门的二氧化碳排放量和能源消费量.88 图 3.12 承诺目标情景下,全球主要大宗材料的产量和中国在其中的比重.89 图 3.13 承诺目标情景下,中国化工部门不同措施、不同成熟度技术的市场占有率和能 源体系二氧化碳减排量.94 图 3.14 承诺目标情景下,中国钢铁部门不同措施、不同成熟度技术的市场占有率和能 源体系二氧化碳减排量.96 图 3.15 承诺目标情景下,中国不同技术的熟料生产,以及水泥部
20、门不同措施、不同成熟度技术的二氧化碳减排量.98 图 3.16 承诺目标情景下,中国轻工业在加热和电动机两个领域的技术部署.99 图 3.17 承诺目标情景下,中国交通运输部门的二氧化碳排放量.100 图 3.18 承诺目标情景下,中国水陆客运领域各种交通运输方式的比重,以及不同措施、不同成熟度技术的累计二氧化碳减排量.103 图 3.19 中国不同交通运输方式的货运活动量和相关二氧化碳排放量.105 图 3.20 承诺目标情景下,中国和欧洲重型卡车的拥车总成本.107 图 3.21 承诺目标情景下,中国各类重型卡车作业量的比重,以及不同措施、不同成熟度技术的二氧化碳减排量.108 图 3.2
21、2 承诺目标情景下,中国国际航运的能源消费量和二氧化碳排放量.109 图 3.23 中国和美国的国内航空出行,以及中国的铁路出行.110 图 3.24 承诺目标情景下,中国各燃料在航空终端能源需求中的比重,以及不同措施、不同成熟度技术的二氧化碳减排量.112 图 3.25 承诺目标情景下,中国建筑部门的能源消费和能源强度指数.114 图 3.26 承诺目标情景下,中国建筑部门各细分领域的直接和间接二氧化碳排放量,以及建筑部门各燃料的消耗情况.115 中国能源体系碳中和路线图 目录 页码|10 国际能源署 2021。图 3.27 承诺目标情景下,中国建筑部门不同成熟度和终端用途技术的二氧化碳减排
22、比重.116 图 3.28 承诺目标情景下,中国的建筑面积情况,以及空间采暖制冷的终端能源强度指数.118 图 3.29 承诺目标情景下,中国各类空间采暖设备的销量,以及空间采暖制冷设备的 平均能效.120 图 3.30 建筑中的直流配电和管理示意图.121 图 3.31 承诺目标情景下,2060 年中国建筑的日均太阳能光伏发电量.122 图 4.1 承诺目标情景下,中国不同部门通过电气化实现的二氧化碳减排量.130 图 4.2 2020-2060 年,中国不同部门和情景中的电力消费增长情况.132 图 4.3 承诺目标情景下,2020-2060 年中国不同成熟度的部分电力技术贡献的二氧化 碳
23、累计减排量.134 图 4.4 电动车电池需求和平均单位资本支出.135 图 4.5 承诺目标情景下,热泵装机和平均单位资本支出.138 图 4.6 承诺目标情景下,中国对电动车所需部分关键金属的需求.139 图 4.7 承诺目标情景下,中国不同部门和排放源的 CCUS 部署情况.141 图 4.8 承诺目标情景下,全球不同部门的 CCUS 部署情况.143 图 4.9 承诺目标情景下,2020-2060 年中国不同成熟度的 CCUS 技术在部分应用领域贡 献的二氧化碳累计减排量.144 图 4.10 中国的二氧化碳来源和潜在地质封存地图.150 图 4.11 承诺目标情景下,中国各部门通过使
24、用氢能而避免的二氧化碳排放量.152 图 4.12 承诺目标情景下,中国的各种制氢路线,以及不同部门的氢能需求.153 图 4.13 中国现有的炼油厂、氨和甲醇厂、可再生能源制氢成本,以及二氧化碳潜在封 存地点.155 图 4.14 承诺目标情景下,中国部分低碳氢能技术的成熟度及其累计避免的二氧化碳排放量.157 图 4.15 承诺目标情景下,全球专用氢气生产的电解槽装机容量和平均单位资本支出.159 图 4.16 承诺目标情景下,交通运输用燃料电池的全球需求和平均单位资本投入成本.162 图 4.17 承诺目标情景下,中国不同部门通过使用生物能实现的累计二氧化碳减排量.166 图 4.18
25、承诺目标情景下,中国不同部门的一次生物能源需求及其在能源需求总量中的比重.167 图 4.19 承诺目标情景下,2020-2060 年中国部分生物能源技术的成熟度及其累计避免的 二氧化碳排放量.169 图 5.1 承诺目标情景和加速转型情景下,中国能源相关二氧化碳排放量的年度变化.178 图 5.2 与承诺目标情景相比,加速转型情景下 2030 年中国能源体系不同部门产生的 二氧化碳排放量的变化,以及不同一次能源使用产生的二氧化碳排放量的变化.179 图 5.3 承诺目标情景和加速转型情景下,中国 2030 年的煤炭消费总量和燃煤发电量.180 图 5.4 2030 年中国部分清洁能源技术的部
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