在政策、技术变革和经济的推动下，全球清洁能源转型正在加速。
面对日益令人震惊的全球气 候变化证据，迫切需要大幅和紧迫地减少温室气体排放，这已被广泛接受，这反映在日益雄心 勃勃的国家目标中。俄罗斯联邦（以下简称“俄罗斯”）入侵乌克兰后的全球能源危机加剧了对 石油和天然气等传统燃料供应的能源安全担忧，进一步推动了对清洁能源技术的需求和政策支 持。截至 2022 年 11 月底，已有 87 个国家和欧盟宣布承诺在本世纪将排放量减少到净零排放 ，覆盖全球 85% 以上的排放量和 85% 的国内生产总值。自 2021 年以来值得注意的公告包括 中华人民共和国（以下简称“中国”）到 2060 年实现碳中和的目标（IEA，2021a）、印度到 2070 年的净零排放目标（印度政府，2022 年）和印度尼西亚到 2060 年的净零排放目标（IEA ，2022a）。如果所有公告和目标都按时全部实现，它们将足以在2100年将全球气温上升幅度 控制在1.7°C左右（IEA，2022b;国际能源署，2022c）。
在过去十年中，清洁能源技术的采用和非化石能源，特别是可再生能源的能源供应迅速加速。 2022年，可再生能源占全球发电量的30%，高于2010年的20%以下，太阳能光伏、风能、水电 和生物能源产量显著增加（IEA，2022d）。电气化正在所有最终用途部门加速。在运输方面， 2022 年电动汽车销量超过 1000 万辆，占全球汽车市场的 13%，使其在全球道路上的总数从 2010 年的几乎为零增加到 2500 多万辆（IEA，2022e）。有超过1000吉瓦的热（GWth） 2021 年全球热泵容量的运行量，高于约 500 GWth2010年，销售额比2020年增长13%。
清洁能源技术投资增长迅速，2022年超过3 1.4万亿美元，占整体能源投资同比增长的近70%， 高于2015年的约1万亿美元（IEA，2022f）。
就电动汽车而言，2021年全球政府和消费者支出翻了一番，达到约2800亿美元，是2015年的 十倍左右。尽管市场条件艰难，制造限制，但这一增长还是发生了：全球 25 家最大汽车制造 商的总收入在 2015 年至 2021 年期间停滞不前，然后在 2022 年反弹。2022年，可再生能源 、电网和储能占以太阳能光伏为首的近1万亿美元电力行业总投资的80%以上，高于2015年投 资的75%，而同期化石燃料发电的份额从约20%下降到10%。2022年，石油、天然气和煤炭供 应的总投资略高于8000亿美元，低于2015年的1万亿美元以上。近年来，石油和天然气公司4 在清洁能源技术方面的资本支出有所增加，预计到2022年将略高于其上游投资总额的5%，高 于2015年的0.5%。
尽管清洁能源技术最近发展迅速，但世界仍然主要依赖化石燃料作为能源供应。事实 上，自2000年以来，清洁能源供应的增长与石油、天然气和煤炭相比相形见绌，特别是在新兴 和发展中经济体。在这些国家，化石燃料在一次能源供应总量中的份额从2000年的77%增加到 2021年的80%，这主要是由于煤炭的激增，从27%增加到35%。在发达经济体，这一比例同期 从82%下降到77%。因此，化石能源在全球能源结构中的总体份额几乎保持不变，约为80%。
石油仍然是一次能源的最大单一来源，2021年占能源供应总量的29%（低于2000年的37%）， 其次是煤炭，占26%（高于23%），天然气占23%（高于21%）。生物能源仍然是非化石能源 的最大单一来源，到2021年约占一次能源使用总量的10%，尽管超过三分之一是传统生物质的 形式，通常以不可持续和污染的方式使用。核电占供应量的5%，水电约占2%，太阳能和风能 仅占2%。虽然电气化在过去二十年中加速，但化石燃料仍然主导着能源最终用途，约占建筑物 总能源使用的35%和运输能源的95%。
除了直接使用能源外，最终用途部门还消耗大量嵌入材料中的能源，例如用于基础设施和建筑 物的水泥，用于车辆和制造产品的钢铁以及用于化肥和消费品的化学品。今天，这些散装材料 的生产也主要依赖于化石燃料，无论是用于燃烧还是作为原料。2021年，煤炭约占全球钢铁生 产能源的75%，其中一半以上用于制造水泥，而约70%的化学品生产以石油或天然气为基础。 对所谓“关键矿物”的需求，近年来，在电池等清洁能源技术的部署推动下，铜、镍和钴等金属的生产量一直在快速增长， 但它们的质量总产量仅占当今煤炭产量的0.3%。目前，关键矿物的开采和加工通常依赖于化石 燃料。
清洁能源的大部分势头是最近的，因此尚未转化为全球能源供应的重大变化（IEA，2022g）。 自2015年《巴黎协定》以来，大多数国家一直在加强对清洁能源的政策支持，自2020年以来， 作为Covid-19经济复苏计划的一部分，更是如此。例如，美国于 2022 年通过了《降低通货膨 胀法案》，授权在能源和气候变化方面的支出为 3700 亿美元（美国国会，2022 年）。在俄罗 斯入侵乌克兰之后，欧盟通过了REPowerEU计划，该计划预计将在五年内额外动员2100亿欧 元的清洁能源技术投资，并支持Fit for 55一揽子计划——这是一套修订和更新欧盟立法并实施 新举措的提案，旨在到2030年将欧盟排放量减少至少55%（欧共体， 2022;欧洲理事会，2022 年）。在国际能源署对全球净零需求进行分析后，在创新使命和清洁能源部长级会议共同组织 的全球清洁能源行动论坛上，16个国家集体宣布到2026年为清洁技术示范项目提供940亿美元 的支出（美国能源部，2022年;国际能源署，2022h）。日本制定了到 2050 年实现净零排放的 路线图，并通过 2 万亿日元绿色创新基金支持开发新兴技术（日本，经济产业省，2021 年;内 多，2021 年）。中国的“十四五”规划包含旨在实现一氧化碳峰值的技术发展行动计划2 到2030 年的排放量（中国，国家能源局，2022年;中国，国家发改委，2021年）。印度正在增加供应 链投资，以促进战略行业的国内制造业，包括电池（超过20亿美元）、汽车（超过30亿美元） 、太阳能光伏（近6亿美元）和钢铁（8亿美元），通过2022-2027年期间的生产相关激励计划 （印度，MCI，2021a和2021b;印度，MHI，2022a和2022b;印度，自然资源部，2022 年;印度 ，联合内阁，2020 年）。
净零排放呼吁能源行业深度转型
实现全球零排放的有限公司2 到2050年，需要遏制能源需求的增长，同时彻底改变能源结构， 包括大规模转向可再生能源和其他清洁能源和技术。在新西兰情景中，行为改变、能 源效率的提高以及转向可再生能源使一次能源供应总量下降。
2021年至2030年间增长10%，尽管全球经济增长了近三分之一。同期最终消费总额下降了9% 。与过去十年相比，能源强度的年增长率几乎增加了两倍，达到每年4%以上。从2030年到 2050年，全球需求下降速度较慢，总量仅为15%，因为进一步节能和提高效率的范围缩小，不 断增长的人口和经济活动继续推动对能源服务的潜在需求。
在新西兰情景中，以太阳能光伏和风能为首的可再生能源到2050年的供应增幅最大，同时核能 的大幅增加。太阳能发电量跃升23倍，风能发电量跃升13倍，而核电发电量在2021年至2050 年间翻了一番。到2050年，太阳能和风能合计占一次能源供应总量的40%左右，核能占12%。 可再生能源的总新增容量从2021年的300吉瓦增加到2030年的近1200吉瓦，翻了两番，占总发 电量的份额达到60%以上;到2050年，随着取代现有化石燃料产能的需求减少，新增项目将放缓 至约1100吉瓦，届时可再生能源将占发电量的90%左右。
2021年，未减排的化石燃料约占最终消费总量的65%，不包括用于化学原料等非能源目的的化 石燃料。在新西兰情景中，这一比例在2030年下降到55%左右，到2050年下降到15%。按绝对 值计算，最终用途部门的生物能源消费量在2021-2050年期间略有上升，但这掩盖了其构成的 变化：现代生物能源的使用急剧增加，而其传统用途将在2030年之前完全淘汰，因为所有国家 都实现了充分获得现代能源。
电力成为最大的能源载体，2021年至2050年间，电力需求将增加一倍以上，届时电力将满足最 终消费总量的一半以上（图1.3）。到2050年，总发电量每年增长3.5%，以满足这一需求。氢 和氢基燃料成为重要的最终用途能源形式，特别是在2030年之后，主要部署在重工业和长途运 输中;到2050年，它们在最终消费总量中的份额将达到近10%。到2050年，生物能源的份额将 达到15%左右。碳捕集、利用和封存（CCUS）发挥着越来越重要的作用：一氧化碳2捕获从 2021 年的约 0.04 Gt 增长到 2030 年的 1.2 Gt 和 2050 年的 6.2 Gt，工业和燃料转换部门占 40% 以上，直接空气捕获 （DAC） 约占 5%，其余部分将产生电力和热量。
NZE情景中描述的全球能源系统的转型导致能源部门CO的快速下降2排放(能源‐相关和工业过 程），到 2030 年下降约 30%，到 2050 年比 2021 年下降 95%。到2050年，航空、航运、公 路货运和重工业等技术上难以减少排放且成本高昂的行业的残余排放，完全通过碳捕获和储存 从生物能源中去除碳来补偿，从而去除一氧化碳。2间接从大气中获取空气，直接捕获空气并存 储，从而实现整体净零排放。
已宣布的承诺未达到净零排放，但仍需要能源部门做出重大转变
尽管取得了重大进展，但目前政府和企业的承诺反映在宣布的承诺情景（APS）中，不足以使 世界走上到2050年实现净零排放的轨道。2050年，能源相关一氧化碳2APS的排放大约11 Gt公司2.尽管如此，实现这些承诺仍然需要本十年快速脱碳。APS 的排放量 在 202
在APS中，可再生能源超过煤炭，到2030年将占一次能源供应总量的五分之一以上，而化石燃 料的份额从今天的80%下降到70%。电气化加速——到2030年占最终消费总量的 25%——同时电力的碳强度下降约40%。增长与排放脱节，全球经济的能源强度在 2021-2030 年期间下降了四分之一。清洁能源技术部署迅速：到2030年，电动汽车销量超过4000万辆（高 于今天的1000万辆），320吉瓦th热泵的安装(100千瓦th），并产生30 Mt的低排放氢气（从不到 1吨开始）。
需要大规模部署清洁能源技术
新西兰情景中设想的能源系统脱碳取决于八个主要支柱：行为改变和避免需求、能源效率、氢 能、电气化、生物能源、风能和太阳能、CCUS 和其他燃料转移（例如，从煤炭和石油转向天然气、核能、水力发电、地热、聚光太阳能和海洋能源）。行为 改变和能源效率的提高不需要对现有能源系统进行根本性改变，但占2021-2050年累计减排总 量70%以上的其他支柱需要大规模部署新型设备和基础设施。
出于 ETP-2023 的目的，我们从 NZE 情景中选择主要脱碳支柱的关键能源技术和支持基础设 施，以评估和说明清洁能源转型对供应链的影响。总的来说，它们占 2021-50 年累 计减排总量的近 50%。一些选定的能源和技术供应链特定于特定支柱，例如用于电气化的电动 汽车和热泵，用于氢气的燃料电池卡车或太阳能光伏和风能。有些在性质上更具交叉性，例如 低排放氢和低排放合成碳氢化合物燃料。
到2050年，三轮车将增加15倍，而可再生能源的部署几乎翻了两番。低排放合成碳氢化合物燃 料（主要是喷气煤油）的产量目前很少，因为大多数技术仍在开发中，到 2030 年将达到 24 亿 升（超过日本 2021 年国内航空的石油消耗量），到 2050 年将超过 1050 亿升（相当于 2021 年美国和欧盟国内和国际航空的总石油消费量）。电解制氢或具有碳捕获和储存（CCS）的天 然气制氢产量从2021年的约0.5公吨跃升至2050年的450公吨——相当于2021年全球运输部门 能源消耗的一半左右。
在许多情况下，尽管最近降低了成本，但当今市场上现有的清洁能源技术尚未与现有的化石燃 料技术竞争。前者通常资本密集程度更高，即购买或安装它们的前期成本高于单位容量，因为 它们往往涉及更广泛和昂贵的投入，尽管它们的运行和维护成本通常较低。对于某些技术，较 高的前期成本被使用过程中的节省所抵消，尽管这因地区而异。一般而言，随着部署的增加和 创新，预计实际成本将随着时间的推移而继续下降。 电动汽车就是一个很好的例子。
电动和内燃机（ICE）汽车之间的价格差距一直在缩小，这主 要归功于电池制造成本的大幅降低，这有助于刺激电动汽车需求。性能的提高和最近的燃料价 格上涨也提高了它们的吸引力。然而，在大多数情况下，电动汽车仍然更昂贵，行驶里程更短 。对于中型车，电池电动汽车的成本通常比传统替代品（税前和补贴前）高出约 10，000 美元 （或大约 40%）。由于车辆尺寸较小和汽车制造商之间的竞争加剧，中国的价格溢价通常较小 ，平均约为10%，而最近在欧洲，由于旨在提高车辆性能的大量投资，溢价一直在上升。
热泵 - 一种有效地为建筑物和工业提供供暖和制冷的技术 - 与化石燃料加热设备相比，也具有 前期价格溢价，尽管热泵在当今许多地区的使用寿命内都有回报。对于大多数家庭来说，购买 和安装热泵的总成本从1 500美元到10 000美元不等，但因地区和安装的单元类型而异。安装可能会大大增加总成本;特别是如果能量分配系统需要升级以适应热泵（即扩大散热器 或地板下交换器），这可能会增加成本。这对于更高效的地源热泵非常重要，其中安装可能需 要长达数周的时间，并且需要钻孔和地下管道，使其总成本远高于其他选择。随着热泵变得越来越普遍，安装时间和成 本可能会下降，并提供比制造更大的机会。热泵中最昂贵的组件（例如热交换器、压缩机）已 经批量生产了很长时间，这使得进一步的制造成本降低比其他清洁能源技术更加有限。
许多供应方清洁能源技术也涉及比化石燃料等价物更高的资本成本。主要的例外是太阳能光伏 ，它在大多数地方已经更便宜，没有考虑到与其间歇性和可变性相关的额外成本。太阳能光伏 的资本成本目前从每千瓦600美元到1000美元/千瓦不等，具体取决于地区，包括电池存储在内 高达1800美元/千瓦。相比之下，传统燃煤电厂的成本在600美元/千瓦和2100美元/千瓦之间变 化，具体取决于工厂和烟气处理的效率以及地区。为工厂配备CCUS可以将成本推高至1，800 美元/千瓦至6，600美元/千瓦之间。
氢资本成本也非常高。传统天然气重整装置的成本为每千瓦氢气输出780美元（如果配备CCUS ，则为每千瓦氢气输出1470美元），而安装电解槽的资本成本为每千瓦电力1400美元（kWe) 使用1 770 /千瓦e（每千瓦氢气输出2 150-2 720美元）。资本成本是制氢成本的一个重要成本 组成部分，特别是在电解槽的情况下。天然气价格会影响从天然气重整中生产氢气的经济性， 无论有没有CCUS，当天然气价格高时，电解成为更便宜的生产路线（见第2章）。按照2022 年欧洲每百万英热单位25美元兑45美元/兆热单位的价格计算，制氢成本为4.8美元/千克至8.6 美元/千克，其中近80%是由于燃料成本。在同一地区，用可再生能源生产的氢气的成本可低至 4美元/千克（国际能源署，2022i）。
