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Next Energy：全球能源政策最优解，引入美国会怎样？

时间：2023-11-27 来源：浏览：

Next Energy：全球能源政策最优解，引入美国会怎样？

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【研究背景】

在当前的气候变化及环境压力下，节能减排是各国政策执行的主流。2021年，美国宣布了减排的国家自主贡献(NDC)，为COP26气候峰会做准备，设定了到2035年实现零排放的目标，并在2005年的基础上将净排放量减少50-52%，然而美国目前的能源政策并不足以实现这些目标。事实上，减排需要多种手段配合才能高效地实现目标，因此有必要通过政策调节等来指导具体措施，在明确现状基础数据的基础上，制定合理的结果节点以实现最终目标。

基于此，美国爱达荷州国家实验室（INL）Piyush Sabharwall团队在 Next Energy 上发表题为 “Global energy policy analysis to achieve near-term climate goals in the United States” 的综述论文，作者研究分析了澳大利亚、加拿大、加利福尼亚、中国、丹麦、法国、德国、日本、俄罗斯、韩国、瑞典、英国和美国的政策。研究发现，最显著的二氧化碳减排来自低碳电力政策，但碳捕获、再造林、氢、能源效率和气候智能型农业也同样重要。同时，通过确定不同国家及地区在每个领域最有效的政策，本研究提出了较为可行的减排政策途径。

【图文导读】

如图1所示，尽管美国自2005年以来一直在稳步减排，但似乎依然难以实现到2030年减排50%的目标。最近通过的通货膨胀减少法案(IRA)改善了预期的减排，气候变化监督机构估计，到2030年，美国的排放量可能会在2005年的基础上减少26-42%。尽管IRA加大了削减力度，但美国可能仍达不到实现目标所需的削减幅度。

其他几项研究评估了美国实现目标的途径，Bistline等人编制了许多政策模型，以评估到2030年对潜在的二氧化碳减排负责的最重要部门。研究发现，电力和交通部门要为大部分排放负责，但工业、建筑、土地和非二氧化碳温室气体的减排指标也很重要。综合各种模型计算结果，有一个重要的发现，即额外的政策对于实现必要的部门减排指标至关重要！

图1 美国自1990年以来的历史年度二氧化碳排放量占2005年排放量的百分比，以及到2030年将达到的目标。

能源效率是减排的核心，减少供暖需求(通常依赖于化石燃料)可以直接减少二氧化碳排放。此外，电力需求的减少降低了提供清洁电力所需的可再生能源或低碳能源的消耗。过去几年，美国逐渐提高了家电行业的减排强度。如图2所示，美国、法国、瑞典、韩国和澳大利亚尽管采用了大量的能效标准项目，但都未能降低家电的能源消耗水平。在美国，“能源之星”计划为超过90%的家用电器设定了最低能效标准。虽然“能源之星”计划确实降低了能源需求，但效果依然有限。从2000年到2016年，家电能源强度增加了3.5G焦耳/户。这并非表明电器节能计划是无效的，事实正好相反。日本著名的“领跑者”计划将高效电器标记为“领跑者”，提供与能源之星计划非常相似的正面标注。这使得日本可以在不设定技术目标的情况下提高其效率标准。结合日本的研究现状表明，美国将从提高“能源之星”计划的要求中受益，特别是通过设定与目前表现最好的公司相同的最低要求。如图2所示，美国在空间供暖效率方面取得了显著的进步，在能源强度方面的降幅超过了大多数国家。然而，显然仍有进一步改进的空间。美国目前为提高住宅能效提供税收抵免，上限为成本的10%或最高500美元。

在所调研的国家中，美国在制造业能源方面的降幅最大。尽管如此，美国的绝对制造业能源消耗强度也排名第二，为5兆焦耳/ 100亿美元。随着效率的不断提高，进一步提高效率变得越来越具有挑战性，因此仍然值得研究其他国家采用的政策的影响。日本和丹麦的能源消耗划线分别为3.9兆焦耳和2.2兆焦耳/美元，同时制造业的能源消耗强度每年也大幅降低。

图2 电器、空间供暖和制造业每年能源消耗的平均年变化百分比。

除了规范汽油和柴油燃烧车辆外，电动汽车(EV)显然是减少运输部门碳排放的重要部分。2021年，美国的电动汽车市场占有率为4%，意味着售出的所有乘用车中有4%是电动汽车。虽然这是销售额的重大改善，但美国的增长率与其他国家相差甚远。如图3所示，到2021年，英国、中国、德国、法国和瑞典的电动汽车普及率都将超过15%。

图3 美国国内电动汽车在不同国家的销售份额。

如图4所示，美国未能成功激励更高的电动汽车占有率，这并不是因为补贴较低。事实上，除了丹麦和德国，美国提供的补贴是上述国家中最高的，但美国的电动汽车普及率仍未能以类似的速度增长。假设电动汽车的强制销售水平可以通过直接补贴来实现，同时其他轻型汽车的燃油经济性也在不断提高，根据作者模型显示，到2030年，轻型汽车的总燃油消耗可以下降9.91%。这相当于每年减少1.017亿吨二氧化碳的排放。Bistline等人发现了类似的燃料消耗变化，自2021年以来，各模型的石油平均减少相当于10.6%。

图4 不同国家可获得的最高电动汽车补贴。

在被调研国家中，只有8个国家(加拿大、英国、美国、中国、瑞典、法国、韩国和俄罗斯)表示了继续将使用核能，并给出了长期的承诺。如图5所示，在这8个国家中，只有6个国家近期或计划发展核电。俄罗斯和中国是核能发展的领跑者，在过去十年中，两国都大量开发使用核电技术。中国的核能增长百分比明显较大，但这是因为以前的核能占比较低，这样使得增长率相比之下显得大得多。两国都很简单地通过降低所需的投资水平来解决高风险投资问题。在中国，主要的核电公司是国有的。政府为电厂提供土地和电网运输，并为核电提供0.065美元/千瓦时的固定补贴，主要的支持形式是低息贷款，这既降低了融资成本，又减少了启动项目所需的外部投资。

图5 核电发电的历史性变化、在建增长以及当前核电发电的总体份额。

如图6所示，在过去十年中，作者所分析的每个国家的风能和太阳能均呈现爆炸式增长。虽然实现100%零排放电力需要持续的大规模增长，但必须率先解决两个问题。首先，对这些资源的支持必须是有效的。随着可再生能源使用的增长，目前使用的一些融资方法可能难以持续。此外，平衡的投资组合对于确保满足能源需求至关重要。如果所有的可再生能源支持都集中到某单一的来源，能源供应的时间和地点可能无法满足能源需求的时间和地点，即供需出现错位。尤其对于间歇性能源，比如风能或太阳能。另一个问题是资源多样化的发展趋势。广泛的支持政策可导致对最具成本效益的能源或者集中的投资。如图6所示，廉价的太阳能光伏电池使太阳能成为日本和加州的主要可再生能源。在丹麦和瑞典，太阳能资源效率较低，风能是可再生能源增长的主要来源。即使在德国，当太阳能和风能混合拍卖举行时，基本上100%的投标都被太阳能系统拿到，风能难以分一杯羹，这是市场的选择，很明显，这需要某些政策干预才行。

图6 风能和太阳能光伏发电的增长和现状。

氢是一种很有价值的能源，可以在电气化更具挑战性的行业，特别是重型运输和工业领域，实现减排。几个国家公布了主要的国家清洁氢战略，表明他们致力于利用氢来实现应对气候变化的目标。如图7所示，加拿大拥有目前最大的氢产能，而丹麦、澳大利亚和韩国则有一些蓄势待发的生产项目。美国已经取得了与澳大利亚和加拿大类似的进步。目前已经拨款80亿美元用于发展区域氢气中心，目标是将氢气生产成本降低到每公斤1美元。最近的IRA还为氢气提供生产信用，强调了对氢气供应方面的关注。这不仅有效地为2030年的短期氢气生产增长提供了相关支持，而且还使美国在长期内实现了氢能的大量应用。

图7 部分国家目前和计划的氢能生产情况。

碳捕获、利用和封存(CCUS)是另一个可以实现重大减排的领域。在美国，廉价的天然气价格使CCUS特别具有吸引力，这降低了运行配备CCUS的设施所需的总体成本。如图8所示，英国、加州、丹麦、中国和瑞典拥有到2030年最具雄心的碳捕获战略。然而，这些地区都缺乏成熟的碳捕获能力。美国、加拿大和澳大利亚拥有最多的碳捕获站点，目前正在进行的政策发展可以帮助指导美国有效地提高其碳捕获能力。

图8 部分国家当前的有针对性碳捕获、利用和封存(CCUS)能力。

土地利用、土地利用变化和林业(LULUCF)是气候政策中一个重要但经常被忽视的部分。美国在LULUCF中减少了超过7亿吨的二氧化碳，因此，考虑LULUCF的哪些变化可以有助于进一步减少是很重要的。作者特别分析了造林领域，因为其有能力大幅减少碳排放。比较各国造林的影响极具挑战，因为每个国家使用不同的方法来分析其森林并报告排放变化。这使得结果的准确性经常受到争议，可比性较差。此外，现有森林资源的大小和类型的差异使某些国家或多或少看到了造林的好处。然而，一些国家已经做出了明显的改变，使它们能够在造林方面取得明显的实质性进展，如图9所示。

图9 按土地利用方式计算的碳捕集量。

通过外国有效的气候政策进行评估，可以确定了美国每一个主要碳排放产生部门都可以做出相应的改进。作者估计，如果外交政策成功，美国可以在2030年实现与2005年相比减排50%的目标，并在2035年实现零排放。如图10所示，作者估计超过一半的减排将来自电力部门。虽然其他行业的贡献要小得多，但要实现美国的减排目标，每个行业的进步都是必要的。美国的许多政策已经产生了迅速向绿色技术过渡所需的强有力成果，作者的模型反映了与Bistline等人分析的路径相似的结果，即电力贡献了大部分的减排，其他部分贡献了不到一半。值得注意的偏差是，作者的模型表明，与许多其他途径相比，交通运输减少的排放量更少。作者关注的是轻型车辆，但航运、航空和重型车辆的改进可能会导致排放量大幅减少。尽管作者的模型与其他途径存在差异，但作者为我们展示了另一种有可能使美国实现其国家自主贡献目标的途径。

图10 根据本研究提出的政策建议，预计2021-2030年实现的二氧化碳减排情况。

【总结和展望】

虽然作者政策调节是有效的，但作者并未调查它们在美国政府中通过的可行性。在联邦一级，可能不可能像文章提议的那样通过完全涵盖每个部门的立法。未来的研究可以集中在这些政策在较低的州一级可能产生的影响。澳大利亚和加拿大已经在州和省级层面通过了大量的气候立法，这可能是美国政策的一个更现实的模式，州一级的气候政策可以产生与国家政策类似的影响。此外，本研究没有对美国最佳政策采用的预测影响进行建模，进一步的研究可以通过考虑美国具体的实施指标来评估政策采用的潜在影响，从而对外国良好政策实践的可能结果提供更准确的评估和判断。

Sanjay Johnson, Piyush Sabharwall, Youssef Ballout. Global energy policy analysis to achieve near-term climate goals in the United States. Next Energy, (2023) 100070.

https://doi.org/10.1016/j.nxener.2023.100070

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