全球能源基础设施如何实现绿色转型-北极星售电网

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电力、钢铁、水泥、石化、油田、煤矿、交通运输等开采、生产和消耗能源的基础设施（以下简称“能源基础设施”）会产生大量碳排放。能源基础设施的寿命往往长达几十年，尤其近年来新建的各类设施将在未来较长一段时间内持续排放二氧化碳，产生碳排放锁定效应，威胁能源低碳转型和达成《巴黎协定》的气候目标。在应对气候变化的背景下，全球能源基础设施面临巨大的转型挑战，如何实现其绿色转型是科学家和决策者共同关心的重大问题。

全球火电、钢铁、水泥和交通运输等支撑社会经济发展的基础行业和部门，在近30年发展十分迅速。全球火电总装机容量从1990年的1774吉瓦增加到2020年的4229吉瓦；粗钢产能从1990年不足12亿吨增加到2020年超过24亿吨；水泥熟料产能从1990年的9亿吨增加到2020年的36亿吨；机动车保有量过去30年间年均增速达到3%，2020年保有量达到13.6亿辆。近年来，除全球水泥行业产能自2015年以来基本保持稳定以外，全球火电和钢铁行业依然保持增长态势，机动车保有量增长快速。

新兴经济体国家是上述主要能源基础设施增长的最大驱动力，贡献了全球大部分新建产能。例如，“一带一路”沿线国家火电装机容量在过去30年间增加了1.6倍，而同期以国际经合组织和欧盟为代表的发达国家装机容量只增加了40%。

随着全球能源基础设施迅速发展，其碳排放总体也呈增长趋势。全球火电、钢铁、水泥和陆地交通运输部门的碳排放从1990年的127亿吨增加至2020年的241亿吨，年均增长率为2.2%。其中，全球火电行业碳排放从1990年的75亿吨二氧化碳增加至2020年的132亿吨，但随着煤电比例逐步下降，近10年全球火电行业碳排放增速趋缓。2010年-2020年间排放年均增速约为1%，远低于1990年-2010年的3%，且2018年后排放呈现下降态势。2020年全球钢铁行业共排放27.2亿吨二氧化碳，碳排放在过去30年间增加了约1.5倍，且其增长主要来自长流程炼钢过程。

全球水泥行业碳排放在1990年至2020年增加了1.9倍，2020年排放达到25.2亿吨二氧化碳，其中过程排放占64%，燃料排放占36%。全球机动车碳排放在保有量持续增长的驱动下逐年上升，30年间排放增加了75%，2020年排放57亿吨二氧化碳。能源基础设施的快速增长有力推动了行业技术进步，减缓了其碳排放增长。以水泥行业为例，水泥熟料比下降、窑炉技术升级、能效提升、燃料结构变化等因素均有效降低了水泥行业的碳排放强度，1990年-2020年间生产每吨水泥的二氧化碳排放量从0.74吨下降到0.59吨。

尽管行业技术进步和碳排放强度显著下降，但大量新建能源基础设施导致全球火电、钢铁、水泥行业设备服役年限均偏低。2020年全球火电、钢铁和水泥设备平均服役年限均不超过23年，机动车平均年龄为7年。

据测算，如果上述现有能源基础设施按历史平均服役寿命和设备投运率运行，其在未来数十年内产生的碳排放总量（即锁定碳排放）约为4800亿吨。《巴黎协定》提出将全球温升控制在2摄氏度之内并努力控制在1.5摄氏度之内的气候目标，而到2020年，1.5摄氏度和2摄氏度目标下剩余的碳排放空间分别为3500亿吨-5100亿吨和11000亿吨-14000亿吨。上述主要能源基础设施在未来锁定的4800亿吨碳排放与全球1.5摄氏度目标下剩余的碳排放空间基本相当，约占到2摄氏度目标下剩余碳排放空间的40%。因此，能源基础设施的碳锁定效应将对《巴黎协定》提出的全球气候目标产生较大威胁。

新兴经济体正处在经济快速发展阶段，能源和基础原材料需求增长迅速，如何在满足需求的同时尽可能减轻锁定碳排放对未来减排带来的压力，是发展中国家亟待解决的重大问题。目前新兴经济体主要化石能源基础设施总体仍处在高速发展阶段，以火电行业为例，2015年-2020年间，亚洲、中东和非洲地区的火电新建速率分别为4.3%和3.3%。在全球迈向低碳转型和净零排放的背景下，未来火电、钢铁和水泥行业的持续惯性投资或将使大量基础设施的平均服役寿命缩减至10年-20年，造成巨额资本搁浅风险。

绿色转型是实现全球气候目标的必由之路，应坚决扭转高碳能源基础设施投资惯性，避免新的高碳增长带来的长期碳锁定效应；加速能源基础设施的升级改造和有序淘汰，提升技术和能效水平，降低碳排放强度；加大新兴低碳技术研发力度，推进氢能冶金、碳捕获与封存（CCS）等碳减排技术的示范和产业化应用；抓住后疫情时代绿色复苏的发展机遇，深入推进可再生能源、新能源汽车等新能源产业发展，加强绿色技术国际合作，构建全球零碳能源体系。

（作者系清华大学地球系统科学系助理教授）

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