电力生产脱碳的经济学2024

电力生产脱碳的经济学 格奥尔格·施韦尔霍夫WP/ 24/213 国际货币基金组织工作论文描述研究在作者（们）的进步并由出版社发布激发评论并鼓励辩论。国际货币基金组织（IMF）工作论文中表达的观点那些作者（们）的，并不一定代表国际货币基金组织（IMF）及其执行董事会的观点或国际货币基金组织管理。 2024OCT 研究部国际货币基金组织工作论文 电力生产脱碳的经济学格罗格·施韦霍夫*授权由Florence Jaumotte分发，2024年10月 国际货币基金组织工作论文描述作者（们）正在进行的研究，并公开发表以征求评论并促进辩论。国际货币基金组织（IMF）工作论文中表达的观点为作者（们）的个人观点，并不一定代表IMF、其执行董事会或IMF管理的观点。 摘要：电力生产是全球排放量最大的行业，并且有许多实现脱碳的选项。确定实现脱碳（以及全面可靠性）的最低成本选项是一个复杂的优化问题，它位于经济学和工程学的交汇点。关键决定因素包括个别技术的成本、地理潜力、能源来源与支持基础设施（如电网和能源存储）之间的互补性。本文回顾了该主题的文献，并从大量的专门分析中得出高级结论。研究发现，能源经济模型在近年来强烈改变了最佳电力混合比例的预测。虽然模型在细节上有所不同，但模型预测，在“低于2°C”情景下，可再生能源（主要是太阳能和风能）的比例将稳步增加，并在2050年成为能源的主要来源。基于太阳能和风能的电力系统可以使用灵活性选项作为基荷能源的补充。模型在可再生能源受碳捕获和存储、生物质能和核能支持的程度上有所不同。 工作论文 电力生产脱碳的经济学 由Gregor Schwerhoff 编制 目录 引言............................................................................................................................................3 2.1 历史趋势....................................................................................................................................52.2 模型预测.................................................................................................................................62.3 区域差异.................................................................................................................................82.4 随时间的发展.........................................................................................................................82.5 100% 可再生电力？...............................................................................................................10 3.低碳电力生产类型......................................................................................11 3.1 太阳能和风能........................................................................................................................123.2 水能和地热能..................................................................................................133.3 碳捕集与封存...............................................................................................................133.4 生物燃料...............................................................................................................................................143.5 核能...................................................................................................................................143.6 核聚变.....................................................................................................................................15 5. 灵活性选项................................................................................................................................18 5.1 供应灵活性..................................................................................................................................185.2 网络扩展....................................................................................................................................185.3 需求灵活性...............................................................................................................................195.4 能源存储...................................................................................................................................19 6.结论...........................................................................................................................................20 参考资料.......................................................................................................................................................22 附录：第二节背景信息...........................................................................................29 1. 引言 经济学家在提供能源转型政策建议方面扮演着关键角色。他们的重点通常在于设计政策工具以促进低碳能源选择。然而，经济学家越来越多地面临有关在低碳世界中将使用哪些能源来源的问题。实现能源使用的脱碳的一个重要方面将是电力的日益增加使用，从而建立一个成本效益高且稳定的低碳电力系统。电力生产产生了全球排放的大量份额，使电力行业的脱碳成为宏观经济政策优先事项。在气候和能源经济学交叉领域有大量的分析可供参考，这些分析提供了关于如何实现电力生产脱碳的见解。然而，这些分析分散在许多出版物中，其中只包含了拼图的一部分。 本文旨在向一般经济学家介绍如何对电力系统如何实现脱碳进行建模。本文的主要贡献是将高度专业化的研究出版物中分散的信息汇总在一起。它将相关概念的简要介绍与最新的研究成果相结合。第二个贡献是，它确定了最先进能源经济模型中的共性和差异，并基于技术趋势对其进行解释。最后，本文独特地将当前模型结果与以往结果进行比较，以记录并解释关于最佳脱碳策略的结果发生的重大转变。 太阳能和风能已成为那些在电力平准化成本（IRENA 2023；Way等，2022年）方面成本最低的技术。然而，太阳能和风能是间歇性的，这意味着由于无法控制的因素，它们并非持续可用。这引发了一个问题：一个国家可以依赖这些技术到什么程度，以及需要哪些投资来稳定电力系统。也可以问，像碳捕集与封存（CCS）、核能和生物质能这样的替代方案，是否可能从系统角度来看是更优的选择。 关键资源以预测电力系统未来发展的工具是综合评估模型（IAMs）。1他们根据成本、电网稳定性、排放和技术特定的技术潜力来确定最优的电力系统设计。这些模型由研究机构中的建模团队经过多年开发和完善。这些模型获得政府资金，并定期在同行评审的期刊上发表他们的研究结果。此外，这些模型被用于全球对科学共识的评估，如政府间气候变化专门委员会（IPCC）和绿色金融网络（NGFS）的报告。最近的IAM模型结果在不同模型、情景和地理范围之间存在差异，但它们的结果具有一些重要的共同特征。首先，电力生产依赖于多种技术的混合。其次，在实现温度目标的情景中，可再生能源的份额随着时间的推移而增加，到至少2050年成为主要的能源来源。第三，可变可再生能源（VRE）的使用，主要是太阳能和风能，通过网络扩展和储能等灵活性选项得到补充。这些观点中的第一和第三强调了模型真实地反映了电力系统的复杂性，并承认了扩大太阳能和风能所需的互补性。 观察指出，综合评估模型（IAMs）将太阳能和风能识别为主要扩大电力生产的选项，这是一个非常新的发展。本文表明，直到最近，IAMs在碳捕集与封存（CCS）方面的份额要大得多。 核能在电力生产脱碳预测中，以及生物质能。这表明模型原则上允许大量脱碳选项。它还显示了最近的技术发展。多年已根本改变了未来电力生产的展望。变革的一个驱动因素是价格的变动。太阳能和风能的下降，这是专家们未曾预料到以如此速度的发展。变革的另一个驱动力是灵活选项的发展。电池的成本经历了与成本下降相似的成本下降。对于太阳能和风能。此外，许多其他灵活性选项的技术也已变得竞争性。 近期关于能源系统的研究提供了两个额外的见解。首先，结合太阳能和风能是所有世界地区实现电力脱碳的最佳选择（尽管一些国家可以通过水能和地热能生产大部分电力）。IAMs模型涵盖了11至32个世界地区，并反映了各地区的许多特定特征。这些特定特征包括可再生能源的特定地点潜力及其变化性，以及现有的能源