1.5°C比想象中更可行回到20502施耐德电气™可持续发展研究院简介能源和可持续发展达到了前所未有的历史高度。在新的十年里，在全新的环境下，这一趋势将会如何发展？作为大型组织，我们有责任通过减少能源消耗和二氧化碳排放做出积极贡献，在确保企业盈利的同时推动社会进步。按照联合国可持续发展目标，我们制定了《2021-2025施耐德电气可持续发展影响指数（SSI）计划》雄心勃勃的目标。我们的技术将在确保业务增长的同时，让每个人都能获得能源，并为我们的地球开创一个零碳未来。我们的气候承诺旨在最大限度减少客户和我们自己的碳排放。对施耐德电气而言，这意味着到2025年，我们将实现公司运营层面的碳中和；到2030年，实现公司运营层面的净零碳排放；到2050年，我们将实现端到端供应链运营的净零碳排放。凭借开创性的技术和端到端可持续发展解决方案，我们在不断进步。施耐德电气可持续发展研究院不仅研究当前的问题，同时探讨工商界能够如何应对以及应当如何应对：我们力求把握当前的趋势，呼吁必要的努力，并预测即将发生的变化。本报告研究了2050年经济完全脱碳的场景。我们的主要研究成果是：对不断进步的渴望，以及创新和行为模式的改变将引起人类消费模式的转型，而这将降低经济的碳强度。因此，我们认为，要实现1.5摄氏度的温控目标及这场前所未有的转型，唯一途径是加速经济的现代化。只有建立在人类进步的基础上，而不是以人类进步为代价，才能解决气候变化挑战。实现1.5摄氏度的轨迹可能比我们想象的更加可行。为了实现数百个全球组织设定的可持续发展目标，需要采取大胆的措施来减少排放并实现更可持续的运营。我们将通过这一些列报告和大家一起探讨在能源管理、数字创新、气候行动、目标设定和信心以及新的融资机制等方面的预测和结论。是时候把可持续发展作为企业的当务之急了，为了未来，现在就行动起来。OliverBlum施耐德电气首席战略与可持续发展官VincentPetit施耐德电气战略展望和对外事务高级副总裁施耐德电气可持续发展研究院院长3目录致谢5Enerdata–帮助您引领能源转型6按出现顺序排列的表格和图形列表7执行摘要8第一章–迫在眉睫的气候问题需要一种新的能源转型方法13需要一种新的能源转型方法13能源转型的过往历史告诉我们这种新方法会是什么样子14我们必须为未来的系统做准备，而不仅仅是修缮现有系统18第二章–2050年，我们将生活在一个不同的世界19技术和文化：变革的两大基本驱动力192050年的一天21我们的消费模式将不断演变，这将改变我们当代的参考框架23未来的世界将是什么样子？29第三章–1.5度的轨迹可能比想象中更可行30能源系统效率的自然提高30经济的碳密集度正在降低，到2050年可以实现净零经济312030年是一个关键的里程碑32第四章–深度行业探索–新的城市形态推动城市中新的能源系统33新的城市形态改变能源使用方式33新的能源使用方式推动新的能源系统34第五章–深度行业探索–出行新模式推动新的能源系统35出行新模式改变能源使用方式35新的能源使用方式推动新的能源系统36第六章–深度行业探索–工业脱钩推动新的能源系统37工业脱钩改变能源使用方式37新的能源使用方式推动新的能源系统38第七章–深度行业探索–新基建是转型的核心40新的电力系统势不可挡40行业整合和电网新基建42其他基础设施需求45第八章–值得关注的主要变革驱动力47采用以消费者为中心的方法实现零排放47我们的假设，敏感性分析向我们传递了什么信息484第九章–2030年的当务之急49重点向能源系统需求侧的重大转变49电力系统加速转型50需要开展一次重大的全面变革51第十章–脱碳路径前景广阔52实现净零有各种方法，但有共同的模式52对不同行业深入研究表明，建筑和工业部门之间存在重大差异54将差距缩小至零的不同方法56第十一章–虽然只是起步阶段，但需要立刻现采取行动57仍需关注的问题和下一步措施57是时候采取行动了58法律免责声明60附件61时间窗口正在向我们关闭61假设的详细信息63POLES-Enerdata模型73详细结果75参考资料81关于作者865致谢特别感谢以下专家组成的科学委员会为本研究做出的贡献：他们在研究过程中提供了宝贵的意见，并为报告方法和假设的完善做出了重大贡献。尽管委员会在研究过程中提供了意见，但本报告分析的结果和发现并不代表他们的意见，或他们所在机构的意见。除非另有说明，否则绝不应将其视为背书。LauraSandysSGN&EnergySystemCatapult非执行董事；能源数字化任务组主席；北爱尔兰能源战略专家组主席；粮食基金会主席兼创始人DouglasJ.Arent国家可再生能源实验室（NREL）公私战略伙伴关系副主任RichardBaron2050路径平台执行主任GerdLeipold博士气候透明度项目主任李政博士清华大学气候变化与可持续发展研究院副院长DavidMarchal法国生态转型局专业技能和项目常务副局长CédricPhilibert法国国际关系研究院能源和气候变化分析师，副研究员6Enerdata–帮助您引领能源转型Enerdata是一家独立的研究公司，成立于1991年，总部设在法国格勒诺布尔，在新加坡设有子公司。该公司专门从事世界和国家层面的能源和气候问题分析和预测。利用其全球公认的数据库、情报系统和模型，Enerdata协助世界各地的公司、投资者和政府机构设计政策、战略和商业计划。Enerdata的核心竞争力和专业技能我们帮助您绘制能源市场发展状况、评估方案并做出正确的决定，同时评估它们对气候产生的影响。我们的专业技能覆盖：•所有能源以及温室气体排放领域•覆盖高达186个国家/地区•从工业、到行业到最终使用层面•全面的能源市场基本面及其驱动力：-监管和政策-供应、进口和出口-需求和价格-参与者、资产和项目Enerdata的广泛产品和服务预期Enerdata在本研究中提供的专业技能和发挥的作用Enerdata在国家层面和全球范围内的能源和排放前景分析方面拥有长期经验，可帮助客户制定战略，或为需要探索能源系统未来的决策提供参考。来自公共和私营部门的客户信任我们的高质量分析，在分析中我们使用了POLES-Enerdata1、EnerNEO（国家和/或国际层面的能源供需情况）和EnerMED（能源需求及政策详细的自下而上分析，之前称为MedPro）等专有模型和工具。在这项研究中，Enerdata的作用集中在假设和方法、数据和建模、使用POLES-Enerdata模型以及项目协调支撑方面。让我们一起加速实现社会的脱碳，建设一个更可持续的世界。www.enerdata.netresearch@enerdata.net1POLES模型最初由IEPE（经济与能源政策研究所）开发，现为GAEL实验室（格勒诺布尔应用经济实验室）负责开发。用于本报告的模型版本是由Enerdata所有和运行的POLES模型版本，名为POLES-Enerdata。7按出现顺序排列的表格和图形列表图1–迈向2050的十二大转型图2–两种场景中全球最终能源需求量和排放量图3–深度行业视图图4–关键转型对整体脱碳的影响（“回到2050”场景）图5–“回到2050”，到2050年实现净零排放的场景图6–1800年至今英国能源系统图7–1800-2019年美国能源系统图8–美国正在发生的转变图9–全球人口演变图10–迈向2050的十二大转型图11–建模的颗粒度图12–最终能源需求量和排放量图13–二氧化碳排放量图14–零排放之路图15–建筑发展模式图16–建筑能源结构，各个细分部分图17–出行发展图18–出行能源结构，按细分行业划分图19–工业发展模式图20–工业能源结构，按细分产业划分图21–发电量图22–太阳能光伏发电量图23–基础设施新范式（“回到2050”场景）图24–氢气需求图25–负排放图26–建筑变革的关键驱动力图27–出行变革的主要驱动力图28–工业变革的关键驱动力图29–2030年的最终能源需求图30–2030年的发电量图31–不同场景下的最终能源需求图32–不同场景下按行业划分的最终能源需求图33–建筑行业最终能源需求和排放（与净零排放场景对比）图34–出行行业最终能源需求和排放（与净零排放场景对比）图35–工业最终能源需求和排放（与净零排放场景对比）图36–发电量（与净零排放场景对比）图37–负排放（与净零排放场景对比）图38–政策转变图39–人类对气候变化的影响图40–极端事件及其强度的预计变化图41–减缓气候变化路径图42–创新的可能性图43–建筑假设图44–出行假设图45–工业假设图46–能源成本图47–POLES-Enerdata模型结构图48–活动水平变化图49–最终能源需求，全球图50–最终能源需求，建筑图51–最终能源需求，出行图52–最终能源需求，工业图53–最终能源需求，其它图54–发电量图55–二氧化碳排放量82021年8月9日，政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了备受期待的第六次评估报告第一工作组报告，结论比以往任何时候都清楚：全球变暖是人为的，而应对气候变化的时间已经不多了。联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯将这份报告称为“全人类的红色警报”。目标很明确：为了将全球变暖控制在1.5摄氏度（与工业化前的水平相比），必须在2050年前实现二氧化碳零排放，在2030年前减少30-50%的碳排放（同时必须大幅减少其他温室气体排放）。这些排放中的大部分来自能源。因此，向净零经济转型也是一场巨大的能源转型，其发展速度和程度在历史上绝无先例：和过去相比，时间缩短一半，范围扩大到全球。可见，关键是如何落实这一目标。尽管人们设想了一系列到2050年的场景，但这些仍不足够。事实上，2021年，全球排放量出现重大反弹，因为经济正从新冠肺炎疫情恢复。是的，真正的改变还没有发生。本报告是针对这一议题的又一研究。报告建立在对过去能源转型研究的主要结论之上，并提出了一个替代性方法。历史表明，推动能源转型的动力其实是能源的使用和消费方式。发生能源转型是因为新的能源资源给消费模式带来了积极的变化，或者是因为出现了新的消费模式和需要对能源使用方式进行创新。能源供给因能源需求的变化而变化。这意味着，想要实现如此大规模的能源系统转型，唯一途径是设计一个对消费者有积极意义的转型，加速新的能源系统被消费者广泛接受，而不是被抵制。这就是我们研究的设想。我们的结论非常明确：到2050年实现净零排放的最好方法——不是唯一的方法——是在创新和行为改变的基础上，快速实现经济现代化，其中许多创新和行为改变有助解决气候问题，尽管速度并不总是足够快；还有一些创新和行为改变则需要密切关注并采取可能的缓解措施。人类进步和减缓气候变化之间没有必要相互对立。事实上，如果没有人类进步，气候变化就无法减缓。在1990年（30年前），谁能想象到，今天全球一半人口所拥有的计算能力是1969年阿波罗11号登陆月球的制导系统的10万倍吗？这对我们畅想2050年（30年后）的世界有什么启发呢？是的，到2050年，我们将生活在在一个不同的世界。在这份报告中，我们研究了12个关键的转型，针对它们对能源系统的影响进行了建模。这些重大转型基本都是无法避免的，因为它们在服务获取、便利性和生活质量方面给消费者带来了很大收益。执行摘要9图1–迈向2050的十二大转型针对它们在2050年前发展的速度和程度，我们建模了两种场景：•“新常态”场景主要是指政策没有进一步变化的情况，这些消费转型在正常的市场条件下自然地发展。•“回到2050”场景是本报告的核心，探讨了“以气候和消费者为中心”的政策转变在多大程度上可以助力到2030年减排30-50%，2050年实现净零排放的目标这一详细模型的主要结论是，1.5摄氏度的目标比想象中更可实现。在“新常态”场景中，我们发现，随着经济的现代化，碳排放强度的降低和脱碳的速度比通常预期的要快，但速度并不尽如人意。到2050年，这种场景下的排放量与目前的水平相比下降了30%（不出台额外政策的情况下）。“回到2050”场景：加速这些积极的消费转型，换句话说，通过以消费者为中心的政策转变来加速现代化，有助于到2050年实现净零经济。十二大转型•更低成本•更大住房•更加舒适•新的城市形态•更低成本•更少污染•更少拥堵•更加便利分布式发电和储能卓越的暖通空调技术道路交通电气化交通即服务多式联运数字化产业最佳可用技术新的工业流程虚拟环境建筑行业的颠覆变革自动驾驶汽车新型燃料循环经济分布式制造建筑交通运输工业自我克制使用权与所有权共享经济政策转变•定制化、可获得、可负担的产品•生产效率的提高•资源和增长脱钩新能源技术新数字化技术新纳米和生物技术10图2–两种场景中全球最终能源需求量和排放量在这种场景下，最终能源需求与当前水平相比下降了15%。最终能源需求在城市环境中保持稳定，但在工业领域下降20%，在出行领域下降30%以上。能源系统也实现了电气化，电力的比例从2018年的18%上升到2050年的60%。总的电力需求增加了2倍，而20%实际上是由分布式解决方案提供的。电力在建筑和工业中的比例达到80%，在出行领域的比例达到40%，届时将是一个完全不同的世界。到2030年，净碳排放量减少30%，到2050年将降至零。在2050年，每年仍有55亿吨的剩余排放量，这将由碳捕集、利用与封存（CCUS）和其他负排放解决方案（直接空气碳捕集、基于自然的解决方案）来补偿2。2本报告审查的排放范围涵盖能源相关排放和工业过程排放，或每年约350亿吨二氧化碳的基线。图3–深度行业视图05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,00040,0000100,000200,000300,000400,000500,000600,00020182030"NewNormal"2030"Backto2050"2050"NewNormal"2050"Backto2050"Globalfinalenergydemandandemissions(PJ,MtCO2/y)OilproductsNaturalgasCoalElectricityBiomass&wasteOthersCO2全球最终能源需求（PJ）与排放量（百万吨二氧化碳/年）20182050203020502030“新常态”“新常态”“回到2050”“回到2050”CO2其它生物质和废弃物电力煤炭天然气石油产品05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,00040,0000100,000200,000300,000400,000500,000600,00020182030"NewNormal"2030"Backto2050"2050"NewNormal"2050"Backto2050"Globalfinalenergydemandandemissions(PJ,MtCO2/y)OilproductsNaturalgasCoalElectricityBiomass&wasteOthersCO211在净零排放的路径中（“回到2050”场景），需求侧的脱碳占全球减排量的一半，而剩余部分来自供给侧的脱碳（特别是发电）。在需求侧，需求优化（改变消费模式）和流程变革（主要包括能源系统的电气化）的减排几乎各占一半。需求优化包括行为转变，如建筑能源充足性、交通运输方式的转变、循环性和其他行业的转型对工业的的影响，以及提高存量能源效率的措施。流程变革包括出行、建筑和工业用热的电气化、向其他燃料的转变，以及碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的部署，尽管CCUS的影响相对较小。更重要的是，需求侧的这些转型为消费者带来了实实在在的好处，兼顾了减缓气候变化和促进人类进步。图4–关键转型对整体脱碳的影响（“回到2050”场景）因此，城市、交通和工业的加速现代化为2050年实现净零经济描绘了一条可行的途径。这种转变是以消费者为中心的，因此具有包容性，我们认为这种途径也更现实。只有在促进人类进步的情况下，脱碳方式才可能被快速采用。技术、创新和行为改变都使之成为可能。因此，脱碳实现的关键在于消除其快速普及的障碍。政策需要进行转变，从纯粹的“以基础设施为中心”，增加“以消费者为中心”的政策进行补充。这种转变并不是要放弃必要和基本的基础设施建设，而是要辅以消费者端的重要政策，以实现经济快速和包容性脱碳。这种转变建立在三个支柱之上：•打破当前系统的惯性：现在就应该根据2050年的最终目标来设定所有新建设施的标准。再采用传统模式就来不及了。政策可以加快转型的速度，发挥根本性作用。•修缮现有系统：需要付出巨大努力，要以比自然更替快得多的速度实现存量资产的翻新改造（建筑、交通、工业设施和机器等）。事实上，由于到2050年100%的存量都需要改造（此处指真正深度脱碳的翻新），每年的翻新率必须比目前的水平增加一个数量级。政策应发挥根本性作用，加速这一转型。•打造21世纪的能源支柱：亟需扩大和加强现有电力系统基础设施建设，特别是电网。显然，这对新经济体来说非常重要，因为他们将是2030年之后全球零排放能否实现的关键。新兴的基础设施还需要考虑到分布式能源广泛应用的新范式，电网是有效支持所有其他转型发展的平台。最后，在能源基础设施转型的同时，能源市场也需要进行根本性地重新设计，因为今天的能源市场是围绕化石能源建立的。在这一点上，2021年11月的第26届联合国气候变化大会（COP26）是一个里程碑。2022年必须进行重大改革，毫不犹豫地摒弃煤炭，对新建筑制定严格的标准，在区域一级制定明确的改造计划，并对市场设计进行根本性调整。25%30%45%ImpactofkeytransformationsondecarbonizationDemandoptimizationProcesschangesSupply需求优化工艺流程变革供给侧关键转型对脱碳的影响12图5–“回到2050”，到2050年实现净零排放的场景如果措施得当，到2050年，净零经济是可以实现的，同时也会带来人类的进步。然而，这需要我们明确而坚定的决心。我们承认，转型速度和程度仍然存在许多不确定性，而且需要更多的工作来进一步完善一些假设。所以，我们尽可能开诚布公的列出了所有的详细假设，以供未来的进一步探讨。毕竟，场景的好坏取决于其假设。尽管如此，我们希望报告能把大家的关注重点引向能源系统的消费侧，并为所有那些为这一共同目标构建实用路径的人士提供新的见解。回到2050加速经济现代化以实现净零排放2020年到2050，谁会想到与2020年相比……？现代化、脱碳的经济建筑交通工业加速以及时实现净零排放排放减少93%排放减少83%排放减少84%打破惯性•全新标准：建筑、汽车、工业设施、基础设施•加速数字化、服务、循环经济•更低成本•更大住房•更加舒适•新的城市形态•更低成本•更少污染•更少拥堵•更加便利•定制化、可获得、可负担的产品•生产效率的提高•资源和增长脱钩修缮现有系统•10倍翻新率•逐步淘汰化石能源打造21世纪的能源支柱•数字化和分布式电网•电网作为平台•电力市场改革•重点关注新经济体到2050年实现净零排放：50%源于消费转型；高效经济：最终能源需求与2018年相比降低15%；供给侧脱碳：发电组合中约90%为可再生能源（2018年为25%）16,000太瓦时分布式发电100%数字化70%电动汽车自动驾驶高达80%高达30%效率提升50%消费品通过增材制造70%热泵50%商业足迹优化50%+出行优化（旅客人公里数）铁路增加2倍航空减少一半70%回收率需求持平水泥+钢材回到2050加速经济现代化以实现净零排放2020年到2050，谁会想到与2020年相比……？现代化、脱碳的经济建筑交通工业加速以及时实现净零排放排放减少93%排放减少83%排放减少84%打破惯性•全新标准：建筑、汽车、工业设施、基础设施•加速数字化、服务、循环经济•更低成本•更大住房•更加舒适•新的城市形态•更低成本•更少污染•更少拥堵•更加便利•定制化、可获得、可负担的产品•生产效率的提高•资源和增长脱钩修缮现有系统•10倍翻新率•逐步淘汰化石能源打造21世纪的能源支柱•数字化和分布式电网•电网作为平台•电力市场改革•重点关注新经济体到2050年实现净零排放：50%源于消费转型；高效经济：最终能源需求与2018年相比降低15%；供给侧脱碳：发电组合中约90%为可再生能源（2018年为25%）16,000太瓦时分布式发电100%数字化70%电动汽车自动驾驶高达80%高达30%效率提升50%消费品通过增材制造70%热泵50%商业足迹优化50%+出行优化（旅客人公里数）铁路增加2倍航空减少一半70%回收率需求持平水泥+钢材Backto2050Acceleratingthemodernizationoftheeconomytogettonet-zero20202050.Whowouldhaveimagined…in2020?AmodernanddecarbonizedeconomyBuildingsTransportIndustrySpeeduptogettozerointime-93%emissions-83%emissions-84%emissionsDisrupttheInertia•Buildrightfromthestart:buildings,vehicles,industrialfacilities,infrastructure•Acceleratedigitalization,serviceandcircularmodels•Lowercosts•Largerhousing•Morecomfort•Newurbanforms•Lowercosts•Lesspollution•Lesscongestion•Convenience•Customized,accessibleandaordablegoods•Productivity•Decoupledresource/growthRepairtheexisting•10xonrenovationrates•PhaseoutfossilfuelsBuildupthe21stcenturyenergybackbone(infrastructure)•Adigitizedanddecentralizedgrid•Gridasaplatform•Electricitymarketreforms•KeyfocusonneweconomiesNet-Zeroby2050:50percentofemissionsreductionfromtransformationsinconsumptionHighlyecienteconomy:-15%finalenergydemandvs2018Decarbonizedsupply:~90%renewableenergiesinpowergenerationmix(vs25%in2018)16,000TWhofDistributedGeneration100%Digital70%BEVsUpto80%autonomousUpto30%moreefficient50%consumergoodsthruadditivemanuf.70%heatpumps50%commercialfootprintoptimization50%+traveloptimization(PKM)2xmorerail2xlessair70%recyclingratesFlatdemandcement+steelBackto2050Acceleratingthemodernizationoftheeconomytogettonet-zero20202050.Whowouldhaveimagined…in2020?AmodernanddecarbonizedeconomyBuildingsTransportIndustrySpeeduptogettozerointime-93%emissions-83%emissions-84%emissionsDisrupttheInertia•Buildrightfromthestart:buildings,vehicles,industrialfacilities,infrastructure•Acceleratedigitalization,serviceandcircularmodels•Lowercosts•Largerhousing•Morecomfort•Newurbanforms•Lowercosts•Lesspollution•Lesscongestion•Convenience•Customized,accessibleandaordablegoods•Productivity•Decoupledresource/growthRepairtheexisting•10xonrenovationrates•PhaseoutfossilfuelsBuildupthe21stcenturyenergybackbone(infrastructure)•Adigitizedanddecentralizedgrid•Gridasaplatform•Electricitymarketreforms•KeyfocusonneweconomiesNet-Zeroby2050:50percentofemissionsreductionfromtransformationsinconsumptionHighlyecienteconomy:-15%finalenergydemandvs2018Decarbonizedsupply:~90%renewableenergiesinpowergenerationmix(vs25%in2018)16,000TWhofDistributedGeneration100%Digital70%BEVsUpto80%autonomousUpto30%moreefficient50%consumergoodsthruadditivemanuf.70%heatpumps50%commercialfootprintoptimization50%+traveloptimization(PKM)2xmorerail2xlessair70%recyclingratesFlatdemandcement+steelBackto2050Acceleratingthemodernizationoftheeconomytogettonet-zero20202050.Whowouldhaveimagined…in2020?AmodernanddecarbonizedeconomyBuildingsTransportIndustrySpeeduptogettozerointime-93%emissions-83%emissions-84%emissionsDisrupttheInertia•Buildrightfromthestart:buildings,vehicles,industrialfacilities,infrastructure•Acceleratedigitalization,serviceandcircularmodels•Lowercosts•Largerhousing•Morecomfort•Newurbanforms•Lowercosts•Lesspollution•Lesscongestion•Convenience•Customized,accessibleandaordablegoods•Productivity•Decoupledresource/growthRepairtheexisting•10xonrenovationrates•PhaseoutfossilfuelsBuildupthe21stcenturyenergybackbone(infrastructure)•Adigitizedanddecentralizedgrid•Gridasaplatform•Electricitymarketreforms•KeyfocusonneweconomiesNet-Zeroby2050:50percentofemissionsreductionfromtransformationsinconsumptionHighlyecienteconomy:-15%finalenergydemandvs2018Decarbonizedsupply:~90%renewableenergiesinpowergenerationmix(vs25%in2018)16,000TWhofDistributedGeneration100%Digital70%BEVsUpto80%autonomousUpto30%moreefficient50%consumergoodsthruadditivemanuf.70%heatpumps50%commercialfootprintoptimization50%+traveloptimization(PKM)2xmorerail2xlessair70%recyclingratesFlatdemandcement+steel13需要一种新的能源转型方法2021年8月9日，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了备受期待的第一工作组文稿：《2021年气候变化：自然科学基础》报告。这份报告将于2022年纳入完整的第6次评估报告（AR6），第6次评估报告还将纳入有关气候变化影响和缓解途径的其他文稿3。这份报告将继上一份报告（AR5，2014年）发布8年后发布，展示了在理解地球气候机制方面取得的巨大进步。它以一个明确的陈述开始，这种直截了当的陈述在科学出版物中并不常见。“毫无疑问，人类的影响导致了大气、海洋和陆地的变暖。大气、海洋、冰冻圈和生物圈发生了广泛而快速的变化。”经过对人类活动气候变化影响的几十年的研究，以及人们对自然影响和反馈的理解日益加深，全球科学界现在毫无疑问地认定（确定！），目前观察到的全球变暖是人为的。变化的速度也是前所未有的，其影响可能会迅速显现4。时间窗口正在关闭。我们实现经济转型，并为适应气候变化做必要准备的时间所剩无几，因此我们应尽量减缓气候变化，减小气候适应的范围5。在2018年的一份出版物中，IPCC还表明，到本世纪中叶必须实现二氧化碳的净零排放（显著减少其他温室气体排放），同时到2030年二氧化碳排放也必须减少30-50%，才能确保世界在实现全球变暖1.5摄氏度这一长期目标的轨道上6。这是要达到的目标。然而，IPCC所描述的快速转型存在一些困难。首先，世界上许多经济体尚未达到发达国家的财富和发展水平。世界最低收入国家的人均能源需求水平仅为富裕经济体低的10%7，而世界上仍有近10亿人无法获得电力等现代能源。随着这些经济体的发展并进一步融入全球经济，他们的能源需求必将上升。此外，全球人口将继续增长，到2050年将增加超过20亿人，进一步推动能源需求增长。这些将在新经济体中普遍发生8。其次，历史上，这样的转型一般需要60-70年才能完全实现，而且仅在一部分能源系统上实现9。IPCC描述的转型时间缩短一半，范围涉及所有系统，这显然没有先例。能源系统如此急剧的转型意味着许多行业将面临危机，更别提整整一代人将要承受转型之痛。因此，在过去几年里，如何让转型更有“包容性”备受关注，前进道路无法确定，而导致公众犹豫不决。最后，气候变化已经发生。极端热浪和森林大火、洪水和旱灾比以往任何时候都更加频繁，随之而来的是许多几乎还未预料到的新问题。此报告是针对这一问题的又一研究。不同于其他研究，此研究作为一种补充，重点关注能源系统“消费侧”对经济整体脱碳的贡献。研究建立在过去能源转型的关键经验之上。本报告的主要结论是，加速全球经济现代化是成功实现快速和包容性脱碳的关键因素。第一章–迫在眉睫的气候问题需要一种新的能源转型方法3IPCC（2021年），《2021年气候变化：自然科学基础》4详见附件。5IPCC（2018年），《将全球变暖控制在1.5摄氏度》；施耐德电气（2021年），《2030年的当务之急：与时间赛跑》6施耐德电气（2021年），《2030年的当务之急：与时间赛跑》7此处与美国相比。欧洲的人均能源需求要低得多，但差异仍然很大，约为5-6倍。8PetitV.（2021年），《全球秩序的未来》9PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》14能源转型的历史告诉我们这种新方法会是什么样子能源转型的历史充满了有力的经验和教训，许多研究工作对此进行了探索10。图6至8再现了有关美国和英国自1800年以来能源转型历史的两项长期分析11。这些分析背后的详细研究是对其他研究的补充，并由此得出了定义现代能源转型历史的三个主要结论。能源转型需要时间而且是建立在现有系统基础之上过去转型的速度以几十年为单位来衡量。这是因为，新能源首先在某些行业被采用，这决于供给新能源的基础设施的发展速度。基础设施建设越慢，转型花的时间就越长。当基础设施完成建设，相邻行业的转型通常会更快。新的能源建立在原有的基础设施上，基础设施随后的转型受益于相邻行业的进步和创新。煤炭发展之初的运输就是这种情况，煤炭最初由动物运输或海运，直到1850年铁路建成后才经铁路运输。现代太阳能板的制造也是如此，在低碳电力形成规模之前，今天的太阳能板制造仍使用传统能源（碳密集型）12。能源转型重叠能源转型曾经发生过，未来也会继续发生，这是一个自然的过程，归功于人类对改善自身条件的永久追求。一种能源从未在短时间内完全取代所有其他能源，因为某些行业使用新能源，而其他行业并不使用，替代不会同时发生。在这方面，美国的煤炭使用历史具有象征意义。开始，煤炭被应用于工业，助力了美国的工业进步，之后随着铁路的发展（内战后），煤炭进一步渗透到家庭（取代木材用于取暖和做饭），这种新的能源在大众中得以普及。后来，煤炭在所有行业中被石油、天然气或电力部分取代，每个行业的替代时间不尽相同，但煤炭仍然被用于发电13。现代燃煤电厂仍然类似于19世纪的蒸汽机（只不过煤炭利用效率有了显著提升）。能源转型是创新的副产品然而，过去能源转型最重要的经验是，这些转型不仅是新能源的产物，更是能源使用方式创新的产物。瓦克拉夫•斯米尔（VaclavSmil）用简单的话概括了这一点：“就燃料而言，如果煤炭仅被用来替代露天壁炉中的木材，或者如果原油仅限于照明用的煤油，那么历史的走向就会大不相同。在大多数情况下，长期的差异并不是因为能否获得丰富的能源资源或特定原动力，决定性因素是是否不断追求创新，努力部署和完善新资源和技术，以及寻找新用途。”14能源转型的发生，是因为新的能源有新的使用方式，并带来了更大的收益，无论是提供同样服务所需的成本更低，更加便利，还是让过去不存在的新服务成为可能。10主要见Hall等人（2016年），《国家基础设施的未来》；PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》；RhodesR.（2018年），《能源：人类历史》；SmilV.（2017年），能源与文明；壳牌（2014年），《能量的颜色：关于社会能源未来的论文》；Suits等人（2020年），《1800-2019年美国能源转型史》11关于英国，Hall等人（2016年），《国家基础设施的未来》；关于美国，Suits等人（2020年），《1800-2019年美国能源转型史》12PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》；Suits等人（2020年），《1800-2019年美国能源转型史》13PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》；Suits等人（2020年），《1800-2019年美国能源转型史》14SmilV.（2017年），《能源与文明》15为什么这一切都很重要？简短回顾能源转型的历史，我们找到了开创性的证据，即能源转型主要由能源实际使用方式的复杂发展所驱动。能源的供给往往追随现有的或新的消费模式。转型需要时间，因为新的能源往往需要新的基础设施，而只有在经济可行时，新的能源才会被使用，且不会在所有行业一蹴而就。越来越多的创新推动了各种服务的改进，不同能源的转型往往会随着时间的推移而重叠。一个显而易见的原因是：人类追求财富和富足。这可能以多种形式展现，但归根结底，新能源只有为实现这一目标提供新的手段，其价值才得以体现。然后，转型应用加速，能源系统（能源供应消费的方式）发生转变。我们已经可以预见到这会带来三个重要后果：•2050年，我们将生活在一个不同的世界。在创新和新行为模式的推动下，消费模式将在中期内继续转型。未来的系统将不同于现在，因为现在的系统不同于过去。•新的能源使用方式将成为快速转型的关键驱动力。在当前情况下，全球转型需在传统转型一半的时间内完成，因此重新关注能源系统的“需求侧”比以往任何时候都更加重要。•发展新的供给侧基础设施来推动这些不断演化的消费模式，将被证明是到2050年实现净零排放的关键。图6–1800年至今英国能源系统1515Hall等人（2016年），《国家基础设施的未来》16图7–1800-2019年美国能源系统1616Suits等人（2020年），《1800-2019年美国能源转型史》17图8–美国正在发生的转变1717Suits等人（2020年），《1800-2019年美国能源转型史》18我们必须为未来的系统做准备，而不仅仅是修缮现有系统因此，未来的消费模式将成为即将到来的能源转型的根本驱动力。未来能源系统不同于今日的能源系统，了解不同的新消费模式有相当大的价值，对于那些本质上有助减缓气候变化的消费模式，需要加速，反之，则需要强烈关注并采取措施加以干预。目前，这个角度的报告不多，而我们相信对消费侧做深入研究恰逢其时18。因此，报告以下部分将探讨各种创新和行为变化对未来能源系统可能的影响，其中一些转型将极大地减缓气候变化，应予以加速，而另一些转型则有可能使我们为实现本世纪中叶温室气体零排放的全球努力化为无用功，这些转型值得我们关注。换句话说，以下的研究与传统上围绕能源供应基础设施的其他研究不同。它的重点是从消费者（或终端用户）的立场和视角来构建能源转型。我们认为，这种方法是对当前研究的重要补充，也是在缓解气候变化背景下快速和成功转型的关键手段。我们希望这些努力，尽管存在不完善之处，能对当前的全球讨论做出有意义的贡献。18Arbib等人（2021年），《重新思考气候变化》；Grubler等人（2018年），《不依赖负排放技术达到1.5℃目标和可持续发展目标的低能源需求场景》；能源转型委员会（2020年），《践行使命》；PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》19技术和文化：变革的两大基本驱动力这些能源需求转型的出现，主要有两个原因：一方面，新技术，包括新能源（但不仅如此！），为我们应对当前服务和商品的消费方式提供了创新发展的平台。另一方面，我们的社会在继续转型，随之而来的是对不同生活方式的需求，这显然对我们的经济活动产生了重大而直接的影响，对我们使用能源的方式也是如此。新技术组合触手可及转型的第一个驱动力：技术。二十一世纪初可以说是技术革新最为活跃的时代之一，可与十九世纪中后期的工业革命时代（钢铁制造、氮肥、铁路、电报、汽车等）媲美。当今，现代技术创新建立在三个基础研究领域上：•数字技术：在过去20年里，互联网取得了惊人发展，到目前为止主要是将人与人连接起来。现在，到了将机器与人连接起来的时代，而且未来将很快实现机器与机器的连接。联网物体的数量已经使联网“人类”的数量相形见绌。数据生成和传输能力每隔几年就会增长一个数量级（没有任何迹象表明这一趋势很快就会停止），计算能力继续提高，而工智能或量子计算等领域的新进展表明巨大的飞跃可能即将到来。•纳米和生物技术：在亚原子尺度上工作现已成为普遍做法，这是因为其成本在不到十年的时间里降低了几个数量级，这种学习速率无与伦比。这为各种行业开辟了全新的使用方式。开发和寻找新的疾病治疗方法，制造纳米级机器人，发明具有预先设计特性的新材料，这些都是看起来即将到来的进展19。如果没有数字技术（尤其是计算能力），这样的壮举永远无法实现，它将影响许多活动行业，特别是能源行业。•能源技术：新的可再生能源在过去几十年里取得了长足的进步。太阳能光伏发电（PV）的成本在短短十年内下降了80%之多，而且预计将继续快速下降20。风力发电也有类似的趋势。同时，储能技术开始出现，这是一个典型的创新，始于一个行业，然后渗透到其他行业。锂电池的开发首先是为了支持现代消费电子产品的日益增长，然后才扩大到汽车领域（致使电动汽车的爆发式增长），并最终进入家庭的能源系统。对于这些新的能源技术，有两个关键问题需要了解。-它们的学习速率越来越快：技术越发展，成本就越低（或效率越高，结果相同）。这与传统的化石能源（随着时间的推移，开采越来越困难，因此成本越来越高）截然相反。-它们仍处于起步阶段：目前部署在世界各地的太阳能模块——大部分是第一代技术。科学家们已经在研究新的技术（第三代），其效率和成本可能会进一步改变游戏规则21。这些新技术利用上述纳米和生物技术的力量，同时拥有了强大的计算能力，可以随心所欲设计新材料、复合材料和建筑结构。因此，新的创新组合正在出现，它将在数字、纳米和生物技术以及新能源的基础上，推动大多数创新向前发展。目前的技术已经实现了重大的范式转变，但更多的转变还在后面。当我们展望30年后的未来时，必须对这些创新动态进行评估——尽管这种思想实验存在固有的不确定性。掌舵的新一代今天的掌舵者是X世代（1965-1980）和Y世代（1981-1996）。众所周知，他们对自己生活的世界有特定的看法（往往是反传统的看法），这方面已经有很多专业的文章介绍。一个更隐蔽的特征是——这也是事物的本质——这几代人倾向于使用这种反传统的视角来预测未来。第二章–2050年，我们将生活在一个不同的世界19主要见HockfieldS.（2019年），《生命机器时代》（TheAgeofLivingMachines）20国家可再生能源实验室（NREL）（2021年），《记录光伏系统成本下降的十年》；国家可再生能源实验室（NREL）（2021年），《电力ATB技术和数据概述》21更多信息，主要见PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》20然而，现实是，到2050年，掌舵者将是Z世代（1997-2012）、阿尔法（α）世代（2010年代至2020年代中期），甚至是贝塔（β）世代（2020年代中期至2030年代后期）。这几代人的特点很可能与过去几代人明显不同，过去的历史不断验证了这一点。虽然不乏对Z世代的研究，但对阿尔法世代（和贝塔世代）的研究才刚刚出现22。未来世代的行为模式源于两点：他们所处的环境，以及他们解释、拒绝或受到前一代人影响的方式。换句话说，对于他们而言，成功的定义是什么？有许多方法可以进行探究，未来几年肯定会有更多这一话题的研究。然而，在宏观上，我们在此提出三种类型：•创业者世代：阿尔法一代可能是真正从小就全方位接触数字化，而且几乎能从各个渠道获取信息的第一代。随之而来的是灵活地学习、工作，参与各种自我实现的活动。因此，这个充满机会的世界很可能会让个人更加渴望创新创业，并通过一系列新形式进行呈现（从传统企业转型为以社会服务为导向的活动）。•活动家世代：过去几代人对世界面临的紧迫挑战相对冷漠，而这一代人更愿意积极参与，同时，随着问题的展开，他们也会越来越多地直面挑战。全球变暖是其中的第一个问题，而粮食、健康、不平等问题也将是他们参与、自我意识和调整的重要原因，是开辟事业的发力点。•个人主义的一代：尽管这一说法可能会受到严重质疑，但这一代人也可能生活在一个富足胜过匮乏的世界，至少与过去几代人相比是这样。随之而来的是对即时满足、定制内容和服务以及非凡灵活性的需求。这可能会挑战传统所有权范式（在过去几十年中一直是财富身份的决定性因素），并重新定义传统的关系纽带。同样重要的是，这些变化可能因地区而异。这些世代将主要来自新兴经济体，这一点显而易见，却容易被低估。世界四个地区（东非、中非和西非以及南亚）将占全球人口增长的75%（图9）。阿尔法世代（和贝塔世代）主要将来自非洲和亚洲。这些人群也是最有可能受到上述全球性问题影响的人群23。世界人口20152050年增长率占总变化的比例非洲和中东1,620,2352,871,7781.9%65%东非445,406851,2182.2%21%中非179,595382,6402.6%10%南非67,50487,3790.9%1%西非401,861796,4942.3%20%北非246,233371,5451.4%6%西亚279,637382,5021.0%5%中亚和南亚2,014,7092,496,4170.7%25%中亚74,339100,2501.0%1%南亚1,940,3702,396,1670.7%23%东亚和东南亚2,346,7092,411,3440.1%3%东亚1,678,0901,617,342-0.1%-3%东南亚668,620794,0020.6%6%南美653,962762,4320.5%6%太平洋42,67857,3761.0%1%欧洲747,636710,486-0.2%-2%北美368,870425,2000.5%3%世界人口7,794,7999,735,0340.7%图9–全球人口演变24对此显而易见的结论是，我们经济的未来发展（以及脱碳的最终途径）几乎不可能建立在富裕经济体和老一代人的共同智慧之上。那么，未来会是什么样子呢？22来自AggrawalS.（2019年）的有趣见解，《鲜为人知的阿尔法世代》；美国商业资讯（2019年），阿尔法世代：新研究表明，作为最多样化的一代如何影响他们现在和未来的行为；ChatfieldT.（2012年），《我们的后人会对我们感到遗憾》；McCrindle和Fell（2020年），了解阿尔法世代；Vermot-DesrochesG.（2018年）,千禧之春23联合国（2019年，《世界人口展望》）；PetitV.（2021年），《全球秩序的未来》24同上212050年4月2日，下午12点，法国巴黎地区Jean关闭了视频屏幕。电话非常高效，他对结果很满意。这个项目的财务参数非常乐观。这将是个好项目，将为IS公司带来的私人投资者基金带来收益。如果这样的项目更多就好了，他的生活就会更轻松！目前，他正在同时进行其他四个项目，每个项目都与不同的公司合作。但不得不说，在这个项目上，现代基础设施公司找来了非常优秀的人才。不知道他们的人力资源团队是如何建立这样一个人才数据库的，并不是所有的团体都能如此成功。他转向他的聊天机器人，要求它准备好咖啡并打开他的3D打印机。是时候做更有成就感的事情了！孩子们还有一个小时就要放学回来了，他还需要在他们今天下午去远足之前打印一些靴子。昨天，他们熬夜定制这些靴子，他们坚持认为，这一次他要在徒步前把它们准备好！他拿到文件，再次核实一切正常。昨天，他收到了所有需要的材料，并准备好了打印机，今天他只需要启动打印机。搞定了!他听到车库里机器发出嗡嗡的噪音。只需要半个小时就可以打印完这两双靴子。孩子们会超级兴奋的，他们喜欢在附近的森林里散步。他尝试着每天都去。目前，他可以在清晨处理大部分的项目，所以他很享受午后的时光。他的妻子是一名教师，仍然要每隔一段时间去学校，这次她不会和他们一起去。这是一片崭新的森林。他记得二十年前，这里还是一片广袤的牧场。但我们现在不吃天然肉了（他的孩子甚至不相信过去有这样的野蛮做法！），所以社区改种了一片新的森林，并特意设计成一个不错的休闲区。他和孩子们一样喜欢，即使每次他都需要做一双新靴子。2050年的一天2050年4月2日，中午12点，几内亚科纳克里-很好，Aberash说道。我该出发了。我们今天就到这，两天后完成这个项目这一阶段时我们再召开会议。她结束了视频电话会议，三名参会人员都离开了她的屏幕。她躺在椅子上，舒展了一下。最近，她为自己的家增加了这间宽敞的办公室。原生设计的办公室真的太小了。这很容易，她只需要使用3D-Company的移动增材制造机器几天。她借用了3D-Company建筑平台上的平面图，该平台为这种类型的附属建筑提供了一整套标准设计。她与丈夫一起度过了一个愉快的周末，根据她的喜好对办公室进行定制。她在这里感觉很好，这正是她想要的。聊天机器人的铃声响起。-您的车三十分钟后就到，机器人说道。您还需要完成文件并将其发送给施工小组。今天没有多少时间休息。作为总部设在法国的跨国现代化基础设施公司的驻本地经理，她必须让这项大坝投资得以实现。对几内亚来说，这是一个非常重要的项目，可以防止附近社区遭受洪灾，就在一年前，发生了五十年一遇的洪灾。不幸的是，全球气候建模预测已经预测在未来五年内会发生类似的事件，今年的概率为30%。幸运的是，她和同事们快要完成这个项目了。她再次审视了他们花了一个月做出来的项目三维视图。她对这个结果很满意，他们对基础设施进行了充分优化，以抵御同类洪水的压力和冲击力，并且根据施工点的平面和斜坡进行了调整。不能浪费时间了，因为大型基础设施打印机刚刚抵达几内亚。这台机器环游世界，闲置的每一天都会对公司造成巨大损失。一周后，打印机需要到达毛里塔尼亚。项目最困难的部分——设计，已经完成了。现在只需要开始施工，几天时间就能完成，这是最简单的部分。她点击“发送”并开始打包。在出发之前，她还有时间喝杯咖啡。到现场需要一个小时的车程，她终于可以在机器带她去现场的途中放松一下了！222050年4月2日，下午6点，中国上海芬站了起来。这场电话会议很不错。，Aberash对堤坝设计的反馈让她非常满意。她在现代基础设施公司的开放人工智能算法中做了几个小修改，看来这非常有用。作为项目的软件工程师，她开始不确定这些最后的修改会产生什么样的结果，但现在她松了一口气。终于能够把这个项目抛在脑后，开启别的事情了。有人联系她为澳大利亚的一家食品公司做另一个项目，看起来很吸引人。这一次没有关于基础设施的内容！她更喜欢食品工程，那是她在大学的专业，她一直想回到这个专业。但事有先后，她今晚有个派对。她的智能手机响了，聊天机器人立即转发来一条消息：-阿芬，今晚可能会有一场暴雨。不过，你不用担心。降雨仅持续一个小时，从晚上8点到9点。家庭系统已充满电，你有三天的能量自由使用权。还有，你的车刚刚回来，已经充上电了。她甚至没有听到车回来的声音。车是她上个月买的，然后立即租给了上海南部的主要交通即服务（TaaS）公司。实际上，她并不使用这辆车，但它每个月都会带来资金回报，这是一个很好的额外收入来源。今晚，她和朋友们一起南下前往海边的一个新村庄。她们将乘坐一辆专为这种道路旅行设计的新型大型自动驾驶车辆。车在下午六点半左右先来接她，然后再去接其他人。她们在车里点了一些食物和酒。这次旅行很可能和现场一样令人兴奋。她已经急不可待了！2050年4月2日，上午6点，美国波士顿地区如此充满活力的会议！Mark想知道Aberash是如何管理这样一个如此复杂的项目的。他非常钦佩她为建造这座堤坝倾注的热情。他知道这有多重要。去年，他在科罗拉多州丹佛附近参与了一个类似的项目，这一次他甚至有机会亲自去那里看看。作为一名建筑师，他不经常出差，所以他非常感激有这样的机会。这也帮助他更好地理解了他自己在项目中的作用。他看了看表，笑了。是的，他竟然还有一只手表！这是祖父送给他的，所以他把它当作纪念。手表很方便，即使他不能经常佩戴，否则他的身体传感器会丢失数据点，然后他会接到医疗中心的电话。他没有太多时间。他要去社区菜园。两年多以来，他所在的波士顿郊外村庄的村民创造了这种常见的种植方式来种植更新鲜的蔬菜。他们仔细研究了蔬菜的基因组成，以最好地匹配当地土壤和气候的特性。他喜欢这种在一起的时光，尽管每个人都对他们将种植的下一代的颜色和品味拥有自己的发言权：无休止的对话。但随着时间的推移，这让他们彼此更加亲近。不过今天他只有早晨能待在这，因为他将在波士顿度过一个忙碌的下午，之后还要在波士顿大学给学生们上两节课。在出发之前，他还需要寄出不再穿的那套衣服。他几乎没有穿过。只需单击几下，即可完成。他把衣服放在包裹里，然后把它放在花园的小径上。无人机下午会来取件，也会把他昨天寄去洗的衣服送过来。聊天机器人铃声响起：-Mark，在你离开之前，我们是否把冰箱装满？和往常一样？他差点忘了！是的，他确认道。这样，他今晚就有吃的了。他喜欢做饭，尽管现在这么做的人已经不多了。然而，他毕竟还戴着手表呢！23我们的消费模式将不断演变，这将改变我们当代的参考标准未来将不同以往。随着不断增长的技术能力、不断变化的文化和关注点，全球生活标准的重大转型将催生不同的消费模式，这将对能源系统产生重大影响。我们决定对能源系统产生影响的十二大转型进行探讨（如图10）。这项研究应该被看作是一个起点，而不是一项穷尽的评估。经过广泛研读包括能源及各个领域的研究报告和当前文献，我们选取了这十二个关键转型。我们认为这些转型发生的可能性更大，因为它们相对来说更加成熟，同样（更为重要的是）因为它们可能带来更多的潜在收益25。我们认为，对大多数国家来说，这种转型是必然的，因为它们给人们带来了更大的财富和富足。而问题是转型的程度以及实现的速度。这正是本报告将在不同场景中检验的。十二大转型•更低成本•更大住房•更加舒适•新的城市形态•更低成本•更少污染•更少拥堵•更加便利分布式发电和储能卓越的暖通空调技术道路交通电气化交通即服务多式联运数字化产业最佳可用技术新的工业流程虚拟环境建筑行业的颠覆变革自动驾驶汽车新型燃料循环经济分布式制造建筑交通运输工业自我克制使用权与所有权共享经济政策转变•定制化、可获得、可负担的产品•生产效率的提高•资源和增长脱钩新能源技术新数字化技术新纳米和生物技术图10–迈向2050的十二大转型12Transformations•Lowercosts•Largerhousing•Morecomfort•Newurbanforms•Lowercosts•Lesspollution•Lesscongestion•ConvenienceDistributedGenerationandStorageSuperiorSpaceConditioningtechnologiesRoadtransportelectrificationTransportasaServiceMultimodalsystemsDigitalizedindustriesBestAvailabletechnologiesNewindustrialprocessesVirtualenvironmentsConstructiondisruptionAutonomousVehiclesNewfuelsCircularityDistributedManufacturingBuildingsTransportIndustrySufficiencyAccessvsOwnershipSharingEconomyPolicyshifts•Customized,accessibleandaordablegoods•Productivity•Decoupledresource/growthNewEnergytechnologiesNewDigitaltechnologiesNewNano-andBio-technologies25更多详情，请见关于我们的评估的附件24新的生活环境和建筑相关的一个重大变化是生活环境的数字化。这是显而易见的，而不太明显的是其结果。我们认为，这一趋势将催生一系列全新的现象，其中部分已经开始出现：居家办公、网上购物等。这一转型将波及所有行业，并重新定义我们对建筑排放演变的传统预期：更多的住宅，更多的居家时间，以及对商业建筑领域不可避免的影响，包括它们的实际排放和配置。数字化还将渗透到建筑行业，这个行业在过去几十年中生产力的提高有限，因此渴望变革26。建筑行业存在着巨大的潜力，因为15%的材料在建筑中被浪费了，过度规范通常会导致20-30%的额外材料供应，而先进的建筑设计和模块化方法甚至可以提供更多收益27。这可能对为建筑业提供材料的各个行业（钢铁、水泥、砖、玻璃、塑料等行业）产生重大影响28。建筑业生产力的重大变革可能使住房成本降低，这是一种新的富足形式。这些变革带来一个意料之外的重大影响可能是不同的城市化模式，以及新的城市形态的出现。更多易于负担的住房，更大的空间，而许多日常通勤和出行的需求将会减少。这显然会对城市排放和能源的总体需求产生影响。当然，这并不等同于空间和能源的有效利用，事实上这可能会推动住房需求的反弹。但是，数字化控制（数字化终归会发生）对能源需求的优化能力与生俱来，这可能会弥补更多住房需求带来的能源需求增加，这是被当前大多数分析忽略的一点29，而另一点则是人们越来越意识到自身生活标准所产生的环境影响，因而满足于“够用就好”。未来几十年，建筑行业的另一个未被重视的重大必然趋势是分布式发电（和储能）的崛起。彭博新能源财经（BloombergNEF）最新的一项研究30明确表明，这类解决方案的竞争力不断提高，未来几十年内必然被广泛应用。虽然储能常常都是关键问题，但我们必须认识到，储能可以采取多种形式，其中一些已经可以在建筑资产（如水箱等）中以接近零的边际成本获得，更不用说随着数字基础设施的建成，分布式越来越具有可操作性31。我们购买的许多设备是否都已经集成了某种形式的本地连接？如果情况并非如此，还要多久才能成为主流？这种向“产消者”模式的转变将极大地改变电网的运行，并将重新定义整个电网的能源交换方式。这种转型的驱动力也不仅仅是经济上的。活动家和个人创业者一代可能会从中看到机会，对于世界上许多地区来说，现有电网的可靠性不足，而分布式的发展则有助于解决这个问题。这种新的近乎零边际成本的能源的充足性也将引发建筑内能源需求的进一步转型，尤其对大部分建筑而言，是暖通空调（供热、制冷）的进一步电气化。新一代的供热和制冷技术将推动转型，其性能水平不断提高，设计可能会更好。热泵的效率已经是传统锅炉的3-5倍，并且在世界许多地区已经济可行，而在未来几十年中，热泵的性能预计将继续提高32。此外，位于地下室的锅炉或火炉的（相对）吸引力可能会越来越降低，因为现代空调系统卓越的设计33和嵌入式连接更具空间优势。26CiliaJ.（2019年），《建筑劳动力短缺：开发商会部署机器人吗？》；麦肯锡（2017年），《重塑建筑行业：提高生产力的途径》27LovinsA.（2021年），《以盈利的方式实现重型运输和工业用热脱碳：改造这些“难以减排”的行业并非特别困难，而且可能有利可图；《材料经济学》（2018年），循环经济。《减缓气候变化的强大力量》28不考虑材料本身的进一步创新29施耐德电气(b)（2019年），《破解建筑能源效率案例》30彭博新能源财经（2021年），《实现客户驻地太阳能的潜力》31详见第七章32施耐德电气(c)（2021年），《建筑供暖脱碳》；彭博新能源财经（2020年），供暖单元经济计算器33参见例如Redwell（2021年），利用Redwel幕画供暖，为您的家打上自己的印记2534SebaT.（2014年），《能源和交通的清洁革命》35ShepardsonD.、MasonJ.（2021年），拜登寻求到2030年在美国销售的一半新车电动化；CareyN.，SteitzC.（2021年），欧盟提议从2035年起对化石燃料新车实施有效禁令36彭博新能源财经（2019年），《新能源展望》37Bloch等人（2019年），突破性电池：为清洁电气化时代提供动力38五级（L5）自动驾驶是车辆自主性的最高水平。一至四级，司机需要坐在方向盘后面。五级自动驾驶意味着没有驾驶座，也没有方向盘。39ArbibJ.&SebaT.（2017年），《重新思考2020-2030年的交通运输》（RethinkingTransportation2020-2030）；Keeney（2017年），《交通运输的未来是自动出行即服务》（TheFutureofTransportisAutonomousMobility-asa-Service）40HamblenM.（2020年），IDC称自动驾驶汽车将出现，但只是一个渐进的过程；HyattK.（2021年），埃隆·马斯克称特斯拉的完全自动驾驶技术将在2021年底前实现五级自动驾驶；LitmanT.（2021年），自动驾驶汽车实施预测；MetzC.（2021年），对自动驾驶汽车的昂贵追求仍在不断持续……41国际公路全协会（2021年），《公路安全事实》42节约用能是一种行为转变，在使用上更加节俭。它可以由技术驱动，也可以由自我调整和文化演进驱动。出行新模式出行电气化（电动汽车）将比预期更快地成为现实。2014年，托尼·塞巴（TonySeba）34预测到2030年将会出现颠覆性变化。这在当时一些人看来有些异想天开，但现在几乎变成了一个预言。在全球范围内，各国政府都采取了道路交通的脱碳化政策。美国已经承诺到2030年使电动车占汽车销量的50%。欧洲的一项提议则是2035年前逐步淘汰内燃机汽车35。如果你有机会到中国深圳，就能体验一下并不遥远的未来。与此同时，据彭博新能源财经36估计，到2025年，全球电动车首购成本应该和传统车基本持平，某些地区则更早实现油电平价，其成本将继续下降。事实上，塞巴认为，从本质上来说，电动汽车更便宜，因为电动动力系统的零部件减少了100倍，电动车的效率是汽油车的3-4倍。随着时间的推移，电动车购买成本、运行成本和维护成本都将降低。而且电动车更有驾驶乐趣（无污染、驾驶更顺畅、无噪音等）。事实上，所需要的只是足够的电池容量，让汽车行驶几百英里。电动汽车还没有达到汽油车那样的行驶里程，但电池37的技术进步表明，它们实际上可能在几年内超过传统汽车。当这一天到来时，当前系统的另一个痛点就会消失：下一代会不会像我们一样享受在加油站排长队的乐趣呢？毕竟，电是当今最普遍的能源形式。第二个转型正在进行中，出行即服务（TaaS）。该领域的几家公司已经重新定义了出行作为一种服务的提供方式，消除了过去存在的许多障碍，其中一家公司甚至被纳入了全球词典：优步化（uberization）。比起在雨天在拥挤的街道上叫出租车，确实有更好的选择。许多城市限制汽车保有量，试图以此解决拥堵和污染问题。交通即服务，与多式联运系统结合，让这一切成为可能。如果在过去拥有汽车是成功和财富的一个重要象征，那么未来几代人还这么认为吗？还是他们会更喜欢数字化、快速和舒适的出行服务带来的便捷？然而，到目前为止，这些服务的便利性和可负担性仍然是悬而未决的问题。但出行服务正快速发展，特别是在人口密集的城市地区，这使其进一步发展的前景非常光明。2050年之前这种发展很可能进一步加速。此外，自动驾驶车辆可以为出行即服务带来巨大价值。当五级自动驾驶38广泛普及时，将增加出行即服务的便利性，并促其成本降低。据一些调查的估算，自动驾驶的出行即服务，可降低5-10倍成本39。调查预估的时间点不同，但都在2040年之前发生40。人们对自动驾驶汽车的接受度不高也与担心发生交通事故有关。一个零事故的5级系统肯定需要几十年的时间才能实现。然而，有一些变通方法，比如审查交通规则，就可以让自动驾驶更安全。很不幸，今天世界上每天有3700人死于交通事故，将其作为参考，十年内，机器的表现可能会优于这一数据，而今天这一切尚未实现41。目前观察可见，这一代人对驾驶缺乏兴趣，这可能会加速自动驾驶的普及。在他们看来，当初让人们高速驾驶数吨重的金属，甚至可能是另一种不负责任的冒险。所有这些变化都可能使出行成本大幅降低，而使这种转变在成为必然。然而，这也可能导致出行服务总需求的上升。事实上，两种趋势同时相互竞争。越来越多的人利用公共或共享出行服务可能会减少出行总公里数，而较低的交通成本可能会刺激人们出行的需求。在新的城市形态下，可能不会出现一般预期那么多的“垂直”城市，事实可能正好相反。其他出行模式（轮船、铁路、航空）将经历不同的进程。节约用能42可以减少出行。这对于商业目的出行来说尤其明显。然而，与此同时，来自远程社交的更少的实体交互以及工作中更大的灵活性可以促进旅游和娱乐的需求。此外，这些交通运输方式的转型在现阶段不太可能依赖电气化（或仅部分程度商依赖电气化），而更多的是依靠新燃料的发展。这些都可能是重大政策转变和创新的结果。26新的工业世界数字化无疑也会渗透至工业领域，工业的数字化已经开始。众所周知，这些新技术为不断下降的生产力提供了一个重要的补救手段43。2016年的一项定量研究表明，对自动化程度最高的行业之一——汽车行业而言，应用数字技术可能会使资本回报率（ROCE）和利润率翻一番，并使工厂的利用率提高三分之一以上44。数字技术的发展突破了行业和领域的界限。数字技术有助于优化工厂运营和供应链，也有助于和客户互动（并提高忠诚度），并进一步优化产品设计。可见，数字技术的潜力是惊人的，它们必将催生变革，而这一切刚刚开始。它们对于加速采用最佳可用技术也至关重要。多项研究和实例表明，数字化可以显著优化能源和资源需求45。不同的行业可获得10%至20%之间的效率提升，而尖端技术有助于实现35%甚至更高的效率提升，并带来可观的经济回报。因此，各行业在运营效率进一步提高方面潜力巨大，而数字技术将在其中发挥至关重要的作用。更进一步说，随着各行业通过革新变得更加高效，它们也更有可能经历自身工艺流程的不断优化。事实上，全球对脱碳的追求已经推动了某些工艺创新，一系列新工艺即将涌现。直接还原铁、低熟料水泥、采矿新技术、替代材料和合成或生物化学品，都备受关注。随之产生的进一步的差异化将有助于改变整个工业的格局，其具体形式到目前为止还没有得到充分的关注46。这些变革不仅涉及重工业，而且涉及所有的制造业。一些研究表明，向电气化转变的潜力巨大，在大多数行业中收益远远超过80%47。通常情况下，工艺流程的电气化也会使操作更加灵活，并提升最终产品的质量48。因此，工艺流程的电气化在很大程度上不可避免，这是一种自然的发展，因为电力资源越来越易于负担和丰富。归根结底，关键是要认识到，尽管二十世纪生产力有了大幅提高（没有这一点，就不可能有现代财富），但我们的现代流程基础实际上在一个多世纪里没有进步，一切要归功于十九世纪末的卓越创新。在这个世界上，数字技术重新定义了可计算（并因此而设计）的内容，纳米和生物技术重新定义了历史上的元素表，能源技术重新定义了可用的能源量（可再生能源技术的可回收潜力是我们目前使用量的25倍49），因此不难预测，重大突破即将到来。43ImmeltJ.（2016年），工业数字化转型。在2016年GE石油天然气集团年会上的发言；麦肯锡（2017年），《人机共存的新纪元:自动化、就业和生产力》44RolandBerger（2016年），《超越主流的思考与行动》。工业4.0转型的量化。45Allwood等人（2013年），《材料效率：以较少的材料生产提供材料服务》；Gutowski等人（2013年），《生产材料所需的能源：能源强度改善面临的限制，需求参数》；施耐德电气（2019年），《全球数字化转型收益报告》；国际能源署（2017年），《数字化与能源》；PetitV.（2017年），《能源转型》。21世纪的真正挑战概述。46主要见PhilibertC.（2017年），工业用可再生能源47超越零排放（2018年），工业电气化；Madeddu等人（2020年），欧洲工业通过供热直接电气化（电转热）减少二氧化碳的潜力。48AgoraEnergiewende&AFRY管理咨询（2021年），无悔的氢气：绘制欧洲氢气基础设施的早期步骤49REN21（2017年），《2017年可再生能源全球未来报告》。关于实现100%可再生能源的大辩论50欧盟统计局（Eurostat）（2020年），家庭数据51更多详情见附件。电气化极具竞争力目前的共识是，经济的电气化将会给社会带来额外的成本。这在很大程度上是一种误解，主要有四个原因：1.相对能源成本反映出各种能源资源的税收制度（通常是最基本的体现）。例如，平均而言，在欧洲电力税（绝对值）是天然气税的4倍50。2.各种能源的竞争力是根据最终能源需求来评估的，而实际的衡量标准是有用能源，或有效用于提供特定服务运动、热量）的能源单位。电动动力系统的效率是传统内燃机的3倍。电热泵的效率是燃气锅炉的3-5倍。标准电暖系统（用于高温供热）的效率一般要高出10-20%（不考虑质量和流程速度方面的附带效益）。3.目前的电力成本（不含税）反映了化石能源成本，因为发电基本上使用化石燃料。由于能源转换效率远低于70%（通常接近40%），电价高于基本燃料成本。现在，随着可再生能源的出现，这种计算方式受到了质疑，因为可再生能源没有燃料成本，而且预计其成本将降至化石能源之下。4.零售电力成本的一个重要部分是电网基础设施的成本。分布式发电提供了一种具有竞争力的新能源，其成本自然要低得多，因为它们不包含任何电网基础设施成本（即使它们只供应最终能源需求的一部分）。按照每个单位最终能源的实际成本计算，我们得到一个关键发现，电力解决方案通常比对应的化石能源解决方案具有竞争力，或者即将成为这样。不同行业和地区的情况明显不同，出行和建筑供热显然是电气化的首要目标51。27除了工业运营以外，循环经济也将开始并发挥超过预期的作用。气候变化和环境退化显然是受关注的行业变革的主要驱动力，但对资源的依赖也驱使我们重新审视如何最好地使用和再使用（或再循环）资源。此外，优化产品生命周期，更重要的是开发以服务为导向的新产品，可以提高客户忠诚度，这也是由新一代的需求变化所促成的，他们更渴望可靠和可负担（不一定是免费）的服务，而不是购买昂贵的产品。一些研究再次表明，采用循环经济的方法很经济，这将提高生产力和差异化，简而言之，为采用循环经济的企业提供竞争优势52。因此，循环经济的发展只是时间问题。新的产品设计将使其具有经济吸引力，数字设计工具已经提供了合适的平台。应该认识到循环经济对经济脱碳有决定性的作用。全球超过40%的温室气体排放将与供应链有关53。有效的循环闭环难以实现，一个关键障碍是新供应链的整体协调和规模扩大54。数字技术是这种转型的强大推动力，可以预期，到2050年，数字技术将基本达到成熟。另一个重要的转型将是分布式制造。增材制造是一项众所周知的技术，长期以来一直用于工业原型制造。然而，近年来，它被扩展到一系列新的应用。它现在被普遍用于备件制造。它也已被用于试验项目中，作为特定机器设计的工业平台。而且，增材制造甚至在大众消费市场上找到了早期应用。一些人甚至认为增材制造业很可能将彻底改变建筑行业。迄今为止，增材制造应用面临的一个关键限制是缺乏数字基础设施以实现设计工具和资源的大规模共享。这种情况现在已经改变，并将在未来几十年继续改善。随着数字基础设施的完善，增材制造可能在那些最适合的行业（小批量、高度定制化）被广泛应用。近乎免费的设计，加上易于负担且广泛可用的原材料（来自循环供应链），能够在家或邻近的制造中心实现定制制造，这可能是财富和富足的新来源。这也可能导致各种类型商品的需求和制造业能源强度的不降反升55。如果你可以在隔壁以极低的价格每月“打印”新跑鞋，为什么一年只换一次跑鞋呢？因此，在技术和文化变革的推动下，工业世界正在巨变，而这些转型很可能会对能源系统产生重大影响，正如我们迄今所知和所料的那样。行业融合所有这些创新将对消费产生重大影响。由于它们为消费者带来了净收益，并满足了新一代人日益增长的需求，因此这些转型很可能无法避免，其程度仍有待我们在本报告中设想的时间范围内来研究。同样，不能孤立地看待这些创新。它们颠覆了几十年来我们在能源需求方面的传统框架。从前，能源使用被分割成三个主要领域进行评估：建筑、工业和交通。这是有原因的：它们可以被监测，而且遵循不同的发展模式。现在，所有这些创新的发展将逐步重新调整这种传统的表述。简而言之，边界正在模糊。建筑/出行的关系电动汽车发展的一个显而易见的现实是，充电将主要发生在建筑物内。到目前为止，里程焦虑和充电基础设施的整体匮乏推动了快速充电站在在郊区和城市中心的发展，这是试图复制现有的系统（加油站），并让电动车使用者对充电感到放心。如果家庭或商业建筑内缺乏充电设施，也没有可用的充电站，那么电动汽车的普及可能会越来越困难。然而，里程焦虑将逐渐消失，部分原因是电动汽车的续航能力不断提高，并可能在未来十年取得重大进展。同时，充电基础设施也开始被部署在商业和住宅建筑中，尽管在电网基础设施方面还存在一些关键问题。但随着这些问题的解决，不难想象大部分充电将最终在各种形式的建筑物内发生，这一趋势被大多数预测所证实56。届时，区分建筑和出行的能源需求模式将变得更加困难。出行很可能成为未来建筑的另一种灵活的负荷模式。事实上，充电设施将提高整个建筑能源负荷的灵活性，为降低建筑能源开支提供可能57。52埃伦·麦克阿瑟基金会（2013、2014年），《走向循环经济》第1-3卷；Lacy等人（2020年），《循环经济手册：实现循环优势》53材料经济学（2018年），《循环经济》。减缓气候变化的强大力量；基于科学的目标，Navigant，黄金标准（2018年），《价值链中的价值变化：范围3温室气体管理的最佳实践》54同样值得注意的是某些发展存在限制，特别是在材料回收方面。参见Labbé,J.（2016年），回收对金属供应贡献的物理限制（Leslimitesphysiquesdelacontributiondurecyclageàl'approvisionnementenmétaux）。有关假设，详见附件。55AMFG（2020年），《工业3D打印的可持续性如何》；FlaudiJ.，VanSiceC.（2020年），《金属增材制造对环境影响的知识状况》；GeblerM.、SchootUiterkampA.、VisserC.（2015年），《3D打印技术的全球可持续性视角》；GoodrichM.（2013年），《3D打印：更环保的选择；GonzalesC.（2021年），《3D打印是制造业的未来吗？》；Groot,A.（2018年），《耐克的未来：在家3D打印定制鞋》；JezardA.（2018年），《迪拜四分之一的建筑物将在2025年之前实现3D打印》；ReichentalA.（2020年），《谈到3D打印，多少可持续性才足够？》；SchwaarC.（2021年），《3D打印帮助您实现可持续发展的七种方式》；WarrenT.（2018年），《这间便宜的3D打印房屋对10亿缺乏住所的人是一个起点》56彭博新能源财经（2021年），《电动汽车展望》57施耐德电气(d)（2021年）《建筑中电动汽车智能充电》28建筑/工业的关系建筑和工业能源的融合是另一个有趣的前景。如果分布式制造的部署得以实现，也可以对传统的工业环境进行重新审视。如果更多的产品可以在家里生产，或者至少在邻近的制造中心制造，那么一些行业的足迹可能会以多种方式被替代。同样，能源需求可能出现新动态，而这些我们才刚刚开始了解。建筑/电网的关系我们讨论的关键技术支柱之一是太阳能光伏（PV）。迄今为止，这一话题被极大忽视，更不要说太阳能作为分布式能源，可以在建筑物和设施的屋顶上部署，对此的前瞻性研究甚少。目前太阳能的主要应用仍然是大型公用电站，这只是对传统发电厂的复制。然而，分布式发电有相当大的潜力。Deng等人开展的一项全面研究非常有代表性，这项研究得出的全球潜力约占最终能源需求的8%，预计到2050年将达到25%。国际能源署的数字与此非常接近，估计目前有9000吉瓦的潜力（相当于类似的比例）。其他研究的范围和假设各不相同，但得出了类似的结果。Apur和Egis对巴黎市中心潜力的研究产生了较低的结果，而Taminiau和Byrne对纽约的研究则实现了较高的水平。谷歌还估计，美国的总潜力为39%58。关键在于，即使没有银弹，分布式能源的潜在贡献在全球范围内通常是显著的59。正如彭博新能源财经最近的一份出版物所描述的那样，这种新的能源来源与电网供电相比极具竞争力，或者说在世界大多数地区即将如此，这使其很可能被广泛应用60。不同预测之间差异的一个关键的敏感度指标是屋顶是否适合分布式发电。通常这受到设计的限制，或需要与其他设备（如暖通空调、通风等）竞争。即使考虑到所有这些，潜力仍然很大。更重要的是，随着这种新的能源资源变得越来越有吸引力，以及由此产生的以消费者为主导的需求，建筑设计将不断发展，以使这些能源更好地融入现代建筑资产，从而提升潜力，正如Deng等人所描述的那样，以及许多最近的例子所表明的那样61。因此，分布式能源的必然发展趋势也将模糊集中式基础设施和“表外”资产（如建筑或设施）之间的界限。循环经济循环供应链和商业模式的发展也将极大地改变工业的运营方式。如上所述，40%的温室气体排放源于跨行业的材料流动。适用于温室气体的也适用于材料和工业产出。在这方面，循环经济将带来变革，它可能对某些业务的足迹以及它们有效参与和交易的方式产生深远的影响。我们用来描述工业运行的、从采矿到制造和处理的传统线性流程，很可能随着循环活动的增加而受到挑战。重工业的许多领导者已经对此进行了评估，并制定了相关战略62。消费的区域分布最后一个被模糊的边界，是能源需求在各地区间的流动方式。随着全球货物贸易在过去几十年的飞速发展，工业足迹不断变化，其能源需求（以及相关的碳排放）也在不断变化。事实上，我们可以把商品和材料的贸易想象成能源资源（“具象化”的能源）的大规模交换。我们上面介绍的许多创新也描绘了一个重新分配这些足迹的世界。本报告我们将只关注全球性的结果，但这一场景的后续报告我们将回来讨论这个问题，并突出地区发展。58Apur&Egis（2015年），太阳能潜力分析（Analyzedepotentielsolaire）。大巴黎的屋顶（ToituresduGrandParis）；DengY.等人（2015年），量化分析现实的全球风能和太阳能电力供应；谷歌（2016年），发挥太阳能的潜力，一次一个屋顶；©经合组织/国际能源署（2019年），《2019年可再生能源状况》。到2024年的分析和预测；PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》；TaminiauJ.和ByrneJ.（2020年），城市规模的城市可持续性：纽约市分布式太阳能的时空映射59有关本报告中预测，详见第七章和附件。60彭博新能源财经（2021年），《实现客户驻地太阳能的潜力》58Apur&Egis（2015年），太阳能潜力分析（Analyzedepotentielsolaire）。大巴黎的屋顶（ToituresduGrandParis）；DengY.等人（2015年），量化分析现实的全球风能和太阳能电力供应；谷歌（2016年），发挥太阳能的潜力，一次一个屋顶；©经合组织/国际能源署（2019年），《2019年可再生能源状况》。到2024年的分析和预测；PetitV.（2021年），《火的时代即将终结》；TaminiauJ.和ByrneJ.（2020年），城市规模的城市可持续性：纽约市分布式太阳能的时空映射59有关本报告中预测，详见第七章和附件。60彭博新能源财经（2021年），《实现客户驻地太阳能的潜力》61例如，见Fraunhofer关于集成式光伏的研究，估计德国建筑物的潜力超过1000GW。Fraunhofer（2021年）(2021)，集成式光伏–能源转型领域62一个鼓舞人心的例子：Vicat（水泥公司）致力于通过二氧化碳和绿色氢气的结合，重新利用其流程中重要的碳排放来生产绿色甲醇，这种活动传统上是由石油化工组织进行的。Vicat（2021年），低碳轨迹：Vicat和Hynamics推出Hynovi项目29附带效应和跨越式发展除了行业的重新定义，一个行业的转型也会影响到其他行业的转型。上面描述的锂离子储能的就是最好的例子。数字技术也是如此。家庭内部更多虚拟环境的发展已经对办公、购物和娱乐活动产生了影响，促进了商业建筑行业的转型。利用数字技术发展循环价值链将影响现代工业足迹，以及消费习惯和消费模式。随着过去几年中许多共享平台的出现，变革已经开始了。数字技术与循环供应链的共同发展为分布式制造在大众市场的应用奠定了基础，这对消费产生连锁反应，并可能产生意想不到的反弹效应63。可再生能源（和储能）的加速发展也将改变能源基础设施以外的行业。正如Dorr和Seba所分享的那样64，价格低廉、便捷可用的能源可能会推动相当一部分现代工业转向电气化。能源系统将从“需求跟随”模式（供应根据缺乏弹性的需求进行调整）转变为“供给跟随”模式（需求根据缺乏弹性的供给进行调整），能够随供给调整的行业将获得可观的经济利益，而整个价值链端到端的数字化正是其重要的推手65。总结来说，不同的转型之间可能会相互制约，使能源系统的演变方向不可捉摸。在城市中，住房需求很可能会增加，但新世代的知足的生活方式和对住房设计和存量的不同需求则会产生相反的效果。在交通出行方面，较低的交通成本可能会增加需求，但基于共享的模式（拼车、公共交通系统）可能会削弱这一趋势。最后，在工业方面，因“知足”的生活态度推动的循环性商业模式将减少商品需求，但分布式制造日益普及则又提出新的挑战。能源转型需要时间，也相互重叠，由服务和消费的多重转变而驱动。未来的能源系统将是各种趋势和转型互相纠缠的复杂结果。未来的世界将是什么样子？2050年的世界和我们传统的预期大不相同。十二大转型可能是对未来最初的展望。尽管很可能不完整，但它给了我们第一次实验的机会，来评估其对整个能源系统的影响。我们用这个框架来重新评估截止2050年的能源需求。定量分析评估了案例之间的巨大差异，对13个行业和11个地区的各种转型进行了建模。图11–建模的颗粒度这种颗粒度使我们能够细化预测，特别是关于应用情况66。本报告只提供了全球性结果。后续出版物将从区域视角进行研究。我们还确定了两种场景，以评估不同的采用情况。•“新常态”场景旨在了解正常条件下的变化，假设政策背景和市场条件均无显著变化。目的是强调与传统的能源需求预测方式的差异。•“回到2050”场景是是报告的核心，是我们反推的1.5度场景，即2030年二氧化碳排放减少30%-50%，2050年实现净零排放的场景。关键目标是探索这些（有益的）消费模式的转型对到2050年实现净零经济的潜在贡献。全球脱碳的解决方案会加速我们向现代（和包容性）未来转型吗？63主要见Groot,A.（2018年），《耐克的未来：在家3D打印定制鞋》64DorrA.、SebaT.（2020年），《重新思考2020-2030年的能源》65有关更多详情，见第七章建模工作的颗粒度审查的行业建筑-住宅（对个人与集体住宅的具体展望）-商用出行-乘用车-公交、两轮车-道路货远-航空重工业-钢铁-水泥-化工制造业-汽车行业-机械行业-其他行业（对消费品的具体展望）考察的地区亚洲-中国、印度、东南亚、太平洋、其他亚洲地区中东非洲-非洲、中东欧洲和欧亚-欧洲、欧亚地区美洲-北美、拉美30本报告的主要论点是，成功的脱碳战略必须考虑能源转型的两个关键驱动力：消费模式的转型，以及支持这些转型的必要基础设施。换句话说，尽管当前脱碳路径的传统范式是以基础设施为中心，但本报告旨在通过以消费者为中心的视角对其进行补充，这种新方法充满了启发，因为未来能源系统的需求侧将不同于过去，而脱碳路径必须为应对这些需求做出准备。这种方法的另一个优点是，它通过加速有利于气候和人口的自然转型，兼顾脱碳和社会进步。我们的两个场景都着眼于相同的转型，尽管展开的速度不同。“新常态”场景侧重于自然演变，而“回到2050”场景则构建了一个有利的政策环境，评估更加以消费者为中心的方法的潜力，推动经济的快速脱碳。能源系统效率的自然提高在“新常态”场景中，到2050年，最终能源需求仅增长15%，在“回到2050”场景中下降15%，而基线增长（所有其他条件不变）超过70%（图12）。因此，消费模式的持续演变往往会缓解能源需求的增长，使其远低于通常的预期水平。换句话说，由于所有行业都（不可避免地）采用了现代技术，全球经济增长更加高效。在“回到2050”场景中挑战极限有助于进一步稳定需求。电力比例从目前的20%左右增长到“新常态”场景中的40%和“回到2050”场景中的60%。因此，电气化可谓不可逆转的趋势，本分析的一个关键发现是，电气化的作用可能被低估了。尽管石油和煤炭需求在所有场景中都有所下降（在“新常态”场景中下降了30%，在“回到2050”场景中下降了70-90%），但在“新常态”场景中，在电气化技术没有突破的领域（缺乏激励创新的政策），天然气需求不断增长，并趋于稳定。然而，天然气需求在脱碳的场景中却下降了（在“回到2050”场景中下降了70%）。图12–最终能源需求和排放量67第三章–1.5度的路线可能比想象中更可能实现67由于新冠肺炎疫情对该年能源需求产生重大影响，我们决定不使用2020年作为基线，并认为2018年（或2019年）是一个更接近真实基线的估计。31经济的碳密集度正在降低，到2050年可以实现净零经济本报告关注的是能源和工业生产过程中的二氧化碳排放量，或每年约350亿吨二氧化碳的基线。换句话说，我们专注于AFOLU（农业、林业和土地利用）以外的所有经济活动行业。我们也不考虑非二氧化碳的排放。本次研究的范围相当于全球温室气体排放量的70%左右。第一个关键结论是，在不改变当前政策框架的情况下，2050年二氧化碳排放量下降30%（图13）。换句话说，二氧化碳排放量减少30%是由采用更具竞争力的现代服务和商品所驱动的68。这是因为消费模式的积极转型意味着更低的碳密度。它们占全球减排量的50%。剩下的经济脱碳来自能源供应系统（其中发电是关键），其排放量下降30%（无政策改变的情况下）。在“回到2050”场景中，经济脱碳率达到85%，二氧化碳排放降至每年约55亿吨，这需要通过负排放（关键工业设施的碳捕集、利用与封存，直接空气捕获和基于自然的解决方案）来实现。尽管这个数据让人望而却步，但它大多数现有范围估计的较低水平69。因此，通过聚焦加速消费模式的积极转型，到2050年净零是可以实现的：经济更加高效、电气化程度更高和更具竞争力。在这种情况下，需求侧的转型确实占总脱碳量的50%，而电力行业则几近占据脱碳的剩余部分（以及其它能源资源排放量的显著降低）。图13–二氧化碳排放量68如果我们与2050年的基线排放量相比较，在其他条件不变的情况下，基于对经济活动（和人口）自然增长的评估，这个比例超过50%。详见附件。69有关更多详情，见第七章。322030年是一个里程碑到2030年，全球排放量需要减少30-50%，这样世界才能确保全球变暖控制在1.5度70。深入研究我们的核心场景（“回到2050”场景）可以发现，到2030年，排放量将减少30%左右，这与上述要求一致（图14）。在这种场景下，能源系统需求侧的转型占总减排量的50%，另一半来自能源系统供给侧。因此，重点关注需求侧转型对于经济的适当脱碳至关重要。然而，实现这一目标面临艰巨的挑战。在这种场景下，2030年全球最终能源需求将下降9%，电力需求上升50%，而石油和天然气需求下降15-20%，煤炭需求下降约50%（包括工业和发电）。这意味着，要大幅加快全球消费模式向未来模式的转型，而且转型需要覆盖所有行业（城市、交通和工业）。尽管实现2050气候目标需要富裕经济体和新兴经济体（发展模式不同）共同的努力，但2030年目标的实现主要主要依赖富裕经济体71，因为它们占全球排放量的70%以上。然而，正如第二章所述，这一挑战也可能是有益的，因为它本质上代表了对新消费模式的投资，这种投资必然会使消费者受益。通过加速现代化来实现经济的包容性和快速脱碳，正是本报告的主要论点。图14–零排放之路7270施耐德电气（2021年）：《2030年的当务之急：与时间赛跑》71经合组织国家和中国72排放水平包括此图中的负排放。33新的城市形态改变能源使用方式图15重点介绍了存量建筑的主要演变。基线与目前的建筑足迹水平相对应（基线是表面积–平方米）。图中还显示了新建建筑的比例、综合能源强度的改善和电力解决方案的普及。两大颠覆性变革从根本上改变了2050年的城市化格局：建筑行业生产力的飞跃和生活环境的日益虚拟化（工作、购物和娱乐的远程参与新模式）。未来，住房成本将更低，通勤的需求将大大降低，这将催生新的城市形态。人们对住宅空间的需求将会增加，而商业活动的足迹则将低于预期。然而，这些变化的程度在两个场景并不相同。在“回到2050”场景中，住宅需求的增加将因政策而得到缓解（而在“新常态”场景中，目前城市化的主要地区都将面临住宅需求的增长，总计增加近20%）。在“回到2050”场景中，居家办公的发展也得到了极大的鼓励，而在“新常态”场景，居家办公的发展在各地区不尽相同73。建筑存量也在继续变化。住宅中新建建筑约为65-70%，服务类建筑中则占50-55%74。两大场景的新建建筑比例由于上述原存在差异，但大体相似。然而不同场景中旧房改造的比率差异则很大（目前“新常态”场景中为保持目前水平，而在“回到2050”场景中为加速改造方案）。不同场景的性能标准也不同，在“回到2050”场景中，对新建和改造的要求更加严格。改造的标准（与当前水平相比，能源强度降低）也低于新建标准所能达到的水平75。能源使用效率的提升在很大程度上得益于数字技术在生活环境中的自然渗透，因为数字技术（在其他服务之上）带来了更好的居住环境控制，从而提高了能源效率。“新常态”场景中存量建筑的主要能耗减少来源于此。“回到2050”场景中，数字化也是更传统（也更贵）的改造措施外，建筑能源减少的原因。“知足性”也有贡献，只是在不同的场景中略有不同。最后，上面讨论的分布式发电的广泛普及主要发生在建筑中76。由于分布式发电提供了极具有竞争力的电力，供热和厨用能源都正会向电气化转变。在“新常态”场景中，这主要发生在新建筑中，在存量建筑中发生的程度较低（主要指石油和煤炭供热的电气化，建筑自然现代化的一部分）。然而，在“回到2050”场景中，这种情况会加速，因为在这一场景中，热泵的渗透率在存量住宅和服务类建筑都达到了约70%的水平。第四章–深度行业探索–新的城市形态推动城市中新的能源系统73这些数字是以当前活动的百分比表示。目前，住宅足迹相当于总足迹的80%。因此，尽管比例降低，但按面积（平方米）计算，住宅需求反弹的影响要比服务型建筑的影响大得多。详见附件。74由于这些数字对应的是全球综合组合数字，因此不同地区的情况显然有很大差异。新建比例在富裕经济体中要低得多，而在新兴经济体中要高得多。75有关假设的详细信息，见附件。我们对翻新和新建采取了不同的性能水平，不同场景和地区的假设也不同。76关于分布式发电的估计，详见第七章和附件。图15–建筑发展模式-80%-60%-40%-20%0%20%40%60%80%100%120%140%Residentialsqm"NewNormal"Residentialsqm"Backto2050"Servicessqm"NewNormal"Servicessqm"Backto2050"BuildingfootprinttransformationsActivityto2050(baseline)ImpactfromconsumptionchangesShareofnewassetsEnergyintensityimprovementPenetrationofelectricsolutions住宅平方米”新常态”到2050年的活动（基线）消费改变影响新资产比例能源强度改善电气化解决方案渗透率”新常态”“回到2050““回到2050“住宅平方米服务类平方米服务类平方米建筑足迹转型34新的能源使用方式推动新的能源系统最终的能源结构随着消费模式的转型而不断变化（图16）。由于“新常态”场景中对现有存量建筑的投入较少，向更高效的建筑和供热、厨用电气化的过渡不太明显。在“回到2050”场景中，这些转型在存量建筑中加速，包括天然气在内的化石能源几乎被完全替代。如今，原来占重要比例的传统生物质能在所有地区逐渐被电气化所取代。在“回到2050”场景中，这一趋势加速发展，而且某些地区会向生物气过渡。虽然直接供热（包括区域供热和可再生供热）在全球范围内略有增加，但氢气在建筑中几乎没有任何作用。因此，随着电气化供热的竞争力不断提高，电气化的比例也大幅增加，在住宅领域的比例（在“新常态”场景和“回到2050年”场景都分别）高达60-75%，在服务类建筑中的比例高达70-85%77。到2050年，建筑行业的直接排放量在“新常态”场景中下降50%，在“回到2050”场景中几乎降至零（每年2.10亿二氧化碳），而2018年的基数为每年近30亿吨二氧化碳。77施耐德电气(c)（2021年），《建筑供暖脱碳》。分布式发电的增加（较低的电力成本）和热泵的学习率相结合，为电气化供暖到2050年在世界上大多数地区普及提供了充分的理由。78热能对应于分区供暖和直接供暖解决方案（例如太阳能供暖）。79详见第七章。80主要见我们关于建筑供暖脱碳和税收对电气化供暖竞争力影响的研究。施耐德电气(c)（2021年），《建筑供暖脱碳》。81同上。这种场景有多可靠？本研究的主要目的是展示传统需求模式的变化最终如何重塑能源系统，以及它们对全球脱碳的潜在重大贡献。然而，研究基于对转型程度的许多假设，这些假设本身（在“回到2050”场景中）就是关键临界点和政策的结果。我们认为氢能供热在建筑中无法发挥作用，而生物质的作用会受到极大的挑战。用于供热的传统生物质很可能会逐渐被更高效的电力或直接可再生供热解决方案所取代。生物气（此处是指综合概念）也可以发挥补充作用，其作用可能大于预期，这取决于当地可用的资源。然而，如前所述，我们的场景认为，供热和厨用的电气化将是一个更值得关注的方案。然而，这个假设基于以下几个条件：•建设强大的电力基础设施，尤其是在新兴经济体中，以及在富裕经济体中进行潜在的升级和加强79。•随着热泵算法的迭代和技术改进的加快，电气化供热将最终成为消费者显而易见的选择，我们认为随着需求的增长，这一前景很有可能实现80。•不同能源资源税收制度的演变。目前，全球范围内的能源税收机制有利于化石能源，这使得电气化的转型更加困难。这方面的政策框架将如何演变仍然是一个关键81。最后，在“回到2050”场景中，我们假设对现有存量建筑进行改造，这是到2050年实现建筑几乎完全脱碳的唯一途径。图16–建筑能源结构，按功能7835出行新模式改变能源使用方式图17总结了交通需求的主要变化，计算单位是出行的公里数82。由于世界上大多数新经济体交通更加便捷，客运正在增加（活动水平正在上升）。通勤次数的减少则降低了交通需求，但电气化、交通即服务（TaaS）和自动驾驶车辆的兴起大幅降低了交通的成本，引起交通需求的反弹（以及向个人交通的自然转型），而城市环境中更加分散的足迹加剧了这一趋势。在“回到2050”场景中，政策通过倡导城市公共交通改变出行模式，从而降低总体交通需求。我们预测，2050年的出行公里数基线几乎是现在的两倍。在“新常态”场景中交通需求仅略有降低，但在政策驱动的场景中却减少了50%。此外，循环经济、分布式制造和物流优化将引起工业足迹的重构，而对货运需求产生巨大影响。铁路和航空行业将受到出行行为模式变化的影响，特别是国内和国际商务旅行的减少。我们没有对2050年旅游业的发展做出任何具体假设。然而，在“回到2050”场景中，政策进一步鼓励国内旅行从航空转向铁路，以试图加速脱碳进程。这将大幅降低航空需求，而增加铁路需求。到2050年，无论时在客运还是货运领域，电动汽车（EV）在全球汽车保有量中的比例将达到50%-70%（包括“新常态”和“回到2050”场景）。事实上，这个相对保守的渗透率与电动汽车充电基础设施（在没有政策支持的情况下）增速低于预期有关，也与富裕经济体（已经配备了大型和富有弹性的电力基础设施）和其他经济体之间的巨大差距有关。富裕经济体以外的大部分国家和地区仍将继续依赖传统的内燃机（有一个庞大的二手车市场）。而在“回到2050”场景中，得益于加速新经济体基础设施建设的国际支持，这个问题可以得到缓解。估计电动汽车在货运中的比例与客运的比例相似。我们深信，随着时间的推移，重新设计电池和物流以适应电动车的增加，比开发替代基础设施（如加氢站）更有效。在以脱碳目标实现为假设的“回到2050”场景中，航空和航运的进一步创新也将推动短途服务在一定程度上实现电气化。图17–出行发展模式第五章–深度行业探索–出行新模式推动新的能源系统82对于私人交通，我们使用乘客公里数（PKM）；对于货运，我们使用了吨公里数（TKM）。-100%-50%0%50%100%150%200%250%PKMCars"NewNormal"PKMCars"Backto2050"PKMBuses"NewNormal"PKMBuses"Backto2050"TKMRoad"NewNormal"TKMRoad"Backto2050"P+TKMRail"NewNormal"P+TKMRail"Backto2050"PKMAir"NewNormal"PKMAir"Backto2050"MobilityfootprinttransformationsActivityto2050(baseline)ImpactfromconsumptionchangesPenetrationofelectricsolutions出行足迹转型汽车（旅客人公里数）“新常态”“回到2050”到2050年的活动消费变化的影响电气化解决方案的普及率“新常态”“回到2050”“新常态”“回到2050”“新常态”“回到2050”“新常态”“回到2050”公交（旅客人公里数）公路（吨公里数）航空（旅客人公里数）铁路（旅客人+吨公里数）36新的能源使用方式推动新的能源系统最终的能源结构是这些出行模式创新的直接结果（图18）。尽管所有场景中的人们对交通服务的需求增加，但道路交通的能耗却在减少。这主要得益于系统电气化水平的提升，在“新常态”场景中提高到30%，在“回到2050”场景中提高到55%。如上文所述，在“回到2050”场景中，服务需求的优化也进一步加速了这一进程。在所有场景中，（全球范围）生物燃料和氢能的作用仍然很小。石油需求，在“新常态”场景中下降了45%（由于难以抗拒的经济性，车队实现自然的电气化），在“回到2050”场景中下降了80%。关键问题是新经济体是否会在2050年之前转向电动汽车。道路之外的交通需求继续增加，尽管增速低于预期。铁路继续其自然电气化进程，到2050年，只有一小部分难以电气化的网络继续使用化石燃料。因为缺乏推动脱碳的关键政策，航空和航运在“新常态”场景中没有表现出明显的变化。然而，在“回到2050”场景中，这些行业将几乎完全实现脱碳。在航空业转向生物燃料的同时，航运业正在转向氢基氨。即将到来的创新也使这两个领域的短途利基市场实现了部分电气化。到2050年，出行行业的直接排放量在“新常态”场景中下降25%，在“回到2050”场景中下降85%（每年13亿吨二氧化碳），而2018年的基数是每年近80亿吨二氧化碳。图18–出行能源结构，按细分行业划分划分这个场景有多稳健？本研究的主要目的是展示传统需求模式的变化最终如何重塑能源系统，以及它们对全球脱碳的潜在重大贡献。然而，研究基于对转型程度的许多假设，这些假设本身（在“回到2050”场景中）就是关键临界点和政策的结果。目前的一个关键问题是电池技术的预期发展，这是推动电动汽车普及的重要因素。虽然人们普遍看好这一行业的潜在技术突破，但道路货运的全面电气化可能因为各种原因不及预期。这可能会利好替代燃料（如氢能）在产业链上游（长途货运）的应用。然而，我们认为，更自然的路径很可能在于发展新型物流，使其适应电动货运体系，毕竟电动系统远比替代燃料更有竞争力。但迄今为止，对这一主题的研究有限。电动汽车的普及还受制于充电基础设施的发展，这在新兴经济体和富裕经济体中都是如此，尽管富裕经济体中制约程度较低83。油价的通缩压力（需求减少）也会进一步阻碍向电动汽车的转变，并进一步推迟这一进程。因此，在这个问题上的全球协调政策将发挥关键作用。在我们的预测中，生物燃料的需求主要来自航空业向零碳燃料的过渡。这些假设来自能源转型委员会的工作84。然而，这个问题仍无定论。其他方法倾向于氢燃料电池（但主要是在试验阶段）、合成煤油（来自氢和二氧化碳的组合，尽管这种解决方案的成本仍然是一个问题），或者简单地使用化石燃料并结合补偿计划（负排放，或生物补偿）。最后，铁路运输需求的加速发展可能会遇到一些瓶颈。其中之一显然是在足迹有限的地区进行必要的基础设施建设。另一个是在考虑到必要的材料需求（特别是钢铁）和相关的“隐性”碳排放时，发展铁路系统的确切碳足迹。然而，应该注意的是，这种需求增长的很大一部分发生在城市内部，而且仍然是缓解个人交通拥堵的极佳解决方案。这方面可能需要更多的研究。83详见第七章。84能源转型委员会（2018年），《可行使命》（MissionPossible）37第六章–深度行业探索–工业脱钩推动新的能源系统85回收率的假设考虑了材料达到使用寿命的可用潜力以及它们在最终使用时的实际可回收性水平。更多详情见附件。主要见Labbé,J.（2016年），回收对金属供应贡献的物理限制（Leslimitesphysiquesdelacontributiondurecyclageàl'approvisionnementenmétaux）。86在“回到2050”场景中，新资产的总比例在下降，原因是需求减少和回收增加。87更多详情见附件。88这是由于在当前操作设置中实现供热系统电气化的能力以及使生产更加灵活的能力（并借此机会获得易于负担的电力）。详见第七章和附件89对于钢铁，采用直接还原铁；对于水泥、采用低熟料技术和碳捕集、利用和封存（CCUS）；对于化学品，开发合成和生物燃料等。我们在现阶段没有对制造业的增材实践的发展做出任何假设。更多详情见附件。工业脱钩改变能源使用方式工业是实现现代生活标准的基石，因此我们谈到的许多转型都对其产生重大影响（图19）。首先，Z世代和阿尔法世代新需求的推动，具有竞争力的共享经济以及服务型商业模式（机器、出行、建筑等）的发展，都有助于减少所有行业对原生品的需求。因此，这将极大影响原材料需求（钢铁、矿物、化学品），我们假设这一趋势可能会在所有场景下出现（尽管程度略有不同）。另一方面，分布式制造的兴起又导致消费品需求的小幅反弹，但由于资源效率的提高，对原材料的需求影响很小。建筑（伴随着新的建筑设计）和出行行业的颠覆性变化也大大限制了对原生钢材、水泥和塑料的需求。三分之二的钢材需求来自建筑和汽车行业，而水泥需求主要与建筑行业有关。所有这些创新使得工业生产与可获得商品之间自然脱钩。这种脱钩在“回到2050”场景中更为明显，因为雄心勃勃的政策加速了2050年时间节点内的工业脱碳。在该场景中，钢铁和水泥的实际需求趋于平缓，消费品的实际需求趋于回落，而对其他资本货物的需求只增长20%。钢材和塑料的回收率也明显提高，特别是在我们的核心场景（“回到2050”）中，这主要得益于政策的推动，以及新的供应链和数字可追溯工具的规模发展。这在富裕经济体中尤其明显，因为到2050年，这些经济体的存量几乎接近饱和（主要是钢铁）85。随着几轮设施升级，整个工业部门在能源和资源利用上获得显著进步，通过逐步实施最佳可用技术和数字化解决方案，在“回到2050”场景中，明确的政策激励将加速这一进程86。然而，由于增材制造的能源强度较高，消费品行业中分布式制造的兴起对能源强度的改善产生了负面影响87。这些工业设施也更多地考虑利用易于负担（但间歇性）的可再生能源，并逐步实现业务运营电气化。这对化工行业和制造业（包括食品和饮料生产）更有意义，因为这些行业比其他行业更早实现具有竞争力的电气化供热88。在“回到2050”场景中，政策再次加速这些自然趋势。最后，虽然在“新常态”场景中（缺乏激励措施）对现有流程进行了有限的创新，但在“回到2050”场景中，出现了向新工艺流程的重大转变，进一步重塑了工业运作89。3890详见附件。91Madeddu等人（2020年），欧洲工业通过供暖直接电气化（电转热）实现减碳的潜力。图19–工业发展模式新的能源使用方式推动新的能源系统图20突出了这些在能源使用方面的关键转型如何重塑所有细分领域的能源结构。该图只显示了能源使用方式，原料未计算在内。第一个关键点是大多数行业的能源需求稳定（甚至减少），特别是原材料行业，如钢铁、矿产和化工。（相比其他行业）这种稳定在制造业中不太明显，因为分布式制造业（能源强度高）削弱了其效率的提高。所有行业也都趋于电气化。这是由于电气化供热的竞争力不断增强，以及原材料回收的增加（特别是钢铁，其次是塑料），在“回到2050”场景中，由于雄心勃勃的工业脱碳政策和新的工业流程转型，这种情况会加速90。在所有场景中，工业的总体电气化上升到最终能源需求的40-65%（如果不包括原料，则为50-80%）。在“回到2050”场景中，制造业的电气化率达到95%，化工行业达到85%，钢铁行业达到60%，而水泥行业的电气化率较低，为30%，即通常认为在经济上可达到的最大程度91。用于高温供热的氢能（非原料）仍然限于钢铁和矿产。值得注意的是，它与天然气产生竞争，而到2050年天然气继续在该行业使用。到2050年，工业部门的直接排放量在“新常态”场景中下降20%，在“回到2050”场景中下降75%（每年25亿吨二氧化碳），而2018年的基数是每年近100亿吨二氧化碳（包括过程排放）。-100%-80%-60%-40%-20%0%20%40%60%80%100%120%Steelproduction"NewNormal"Steelproduction"Backto2050"Mineralsproduction"NewNormal"Mineralsproduction"Backto2050"Chemicalproduction"NewNormal"Chemicalproduction"Backto2050"Automotiveproduction"NewNormal"Automotiveproduction"Backto2050"Machineryproduction"NewNormal"Machineryproduction"Backto2050"Otherproduction"NewNormal"Otherproduction"Backto2050"IndustryfootprinttransformationsActivityto2050(baseline)ImpactfromconsumptionchangesShareofnewassetsRecyclingratesEnergyintensityimprovement工业足迹转型“新常态”“回到2050”到2050”的活动水平（基线）回收率能源强度改善消耗变化的影响新资产比例钢铁生产矿产生产化工生产汽车生产机械生产其他生产“新常态”“回到2050”“新常态”“回到2050”“新常态”“回到2050”“新常态”“回到2050”“新常态”“回到2050”39这个场景有多稳健？本研究的主要目的是展示传统需求模式的变化最终如何重塑能源系统，以及它们对全球脱碳的潜在重大贡献。然而，研究基于对转型程度的许多假设，这些假设本身（在“回到2050”场景中）就是关键临界点和政策的结果。首先可以围绕真正意义上循环经济的发展进行讨论：新的商业模式，共享经济的发展，以及回收利用的大幅增加。如果新的产品设计不能使用循环方法，如果供应链需要更多时间来发展，转型则会在一段时间内受到阻碍。而适当的政策激励即可加速转型。而其实我们的预测是相当保守的，因为制造业是一个比房地产或出行集中化程度更高的市场（而且高度相互依赖）。因此，我们认为，工业的变革可能比预期更快。第二个问题可能围绕着各个工业部门的电气化率。虽然我们假设随着廉价的可再生能源的发展，许多行业都将实现具有竞争力的电气化（如果储能技术有助于捕捉这些间歇性的流量93），但高温供热解决方案的技术成熟度仍然较低。我们的假设以外部研究为基础，主要集中在这些已知解决方案和现有技术的领域。然而，一个关键问题是配套的电力基础设施（电网），这可能会限制发展的速度94。另一个选择是为工业加热提供氢能，特别是在已经存在大量生产（主要用于原料）的大型工业设施（和集群）。然而，我们预估直接电气化的经济效益可能更有说服力，但这显然到目前为止这仍是一个开放的问题95。我们认为生物质能在工业中能发挥的潜力也非常有限，特别是与其他外部场景相比96。总体上，我们估计，生物质的供应能力是未来其作为能源资源使用的一个关键问题97。然而，在化工领域，它可以进一步作为原料生产生物源产品（如生物塑料）。随着这一发展，生物质和废弃物可能会成为供热的一种选择，进一步提高其在该领域最终能源结构中的比例。最后，水泥行业碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的发展是减少工业过程排放的必要条件，这种技术可扩展应用到能源有关的排放（特别是煤炭的使用），而偏离我们所预测的弃用煤炭的场景。正如第二章所讨论的，在水泥设施之后二氧化碳的创新性应用可能会引发替代模式的出现，例如特别是各种化学品的生产。92图21只代表能源使用，原料未计算在内。93更多详情，见第七章及附件。94同上95同上96特别是国际能源署的净零排放场景。©经合组织/国际能源署（2021年），《到2050年实现净零排放》97虽然生物质能传统上被认为是一种零碳资源，但我们也应该记住，燃烧生物质会在大气中产生大量的二氧化碳，也是造成环境空气污染的关键因素。图20–工业能源结构，按细分产业划分9240能源系统的电气化程度将逐步提高，到2050年，电力的比例将从20%左右上升到40%-60%（在两种场景中均如此）。电力需求将因此而上升到目前水平的3倍左右。这种大幅增长很可能是即将到来的能源转型的关键之一，对此，全球也正在达成普遍共识。随着现代化和脱碳，世界也变得更加电气化。然而，所有这些供电和输电方式也将成为二十世纪电力基础设施的传统范式的重大创新和变革的对象。新的电力系统势不可挡我们的建模表明，全球发电量将从25000太瓦时增加到2050年的65000-74000太瓦时（在两种场景中均如此）。由于可再生能源的竞争力不断增强，可再生能源发电比例也不断提升。目前，可再生能源发电只占25%，到2050年，这一比例将大幅提高，“新常态”场景，可再生能源发电将达到70%，在“回到2050”场景中达85%，（包括所有可再生能源，特别是水电，见图21）。虽然煤炭被逐步淘汰（在“新常态”场景中速度较慢），但天然气和核能的命运基本上取决于现有的政策。天然气在“新常态”场景中保持其比例（但总量翻倍），在“回到2050”场景中，其需求量减半。而核能需求量在“新常态”场景中保持稳定，在“回到2050”场景中增加，到2050年达到全球能源结构的7%左右（或目前生产量的两倍）。可再生能源增长主要来自于风能和太阳能发电，其比例从不到10%分别增长到34%和38%。图21–发电量第七章–深度行业探索–新基建是转型的核心41分布式发电的主要作用本报告的另一个关键结论是关于分布式太阳能发电的比例，这是2050年太阳能发展的最大机遇。一旦大多数最容易利用的场地被使用，土地使用的限制和邻近社区的抵触确实会减缓大规模太阳能发电厂的发展。同时，分布式发电的经济价值在全球范围内逐步凸显，特别是在新建筑中。因此太阳能光伏开始广泛应用于新建筑中，建筑设计也在不断发展以提高其潜力。随着价格优势的显现，太阳能光伏开始渗透到存量建筑中。到2050年，太阳能光伏发电的全面应用将指日可待98。到那时，分布式发电在“新常态”场景中达到8000太瓦时，在“回到2050”场景中达到16000太瓦时99（图22）。图22–太阳能光伏发电量新的能源供给模式现有的能源（和电力）供给模式都遵循同样的方法。它们将需求与供应相匹配，研究如何优化资产的利用率，以尽可能降低基础设施成本。从历史上看，化石能源发电厂一直作为“可调度”资源运行，以满足刚性需求，主要目标是最大限度地提高利用率。然而，历史表明，电厂常以远低于设计容量的水平运行100。这引起了许多人对新投资的真实平准化度电成本的担忧，并引发了对未来电力成本和资产搁浅风险的质疑101。太阳能和风能大规模应用再次引发了这一讨论。由于这些资源与生俱来就是间歇性的，它们的容量系数很低，太阳能通常低于20%，风能大约为（或高于）30%102。但其平准化度电成本很低（而且越来越低），因为前期成本相对较低（与传统电厂相比），而且运营费用非常有限（维护成本低，没有燃料成本）。在实践中，可再生资源在一个纯粹的择优调度系统中会被优先考虑。在历史上，调度的优先次序由政策来确定（因为成本很高），但风能和太阳能的日益显著的价格优势使其在没有政策统筹的条件下也成为优先调度的对象。因此，整个电力系统正朝着低利用率系统的方向发展，这与当前的认知相悖，并对未来的实际平准化度电成本提出了疑问。然而，传统能源和可再生能源之间存在重大差异。由于可再生资源的间歇性特征，其生产不灵活（不“可调度”）。如果如果在生产时供应过剩，能源就会被浪费（削减），实际利用率就会降低（因此电力成本会更高）。这对光伏发电来说尤其值得关注。由于传统能源是“可调度”的，它们按需运行，其容量系数是一个函数，即在运行时是否有更多负担得起的资源可用。当它们逐渐被可再生能源替代时（在重要的供电时间），它们的平均容量系数就会降低（增加电力成本）。98有关此预测的更多详细信息，见附件。99这是国际能源署当前估计的两倍。©经合组织/国际能源署（2021年），《到2050年实现净零排放》。100例如，参见能源信息署（EnergyInformationAgency）（2021年），主要使用化石燃料的公用事业规模发电机的容量系数；英国能源统计摘要（2021年）、工厂负荷、需求和效率（5.10）101DorrA.和SebaT.（2021年），《重新思考能源》。大搁浅：不准确的主流平准化度电成本估计如何在传统能源资产中造成万亿美元的泡沫102这在很大程度上取决于地点、日常天气模式和季节。特别是对于风能，海上资源提供的容量系数比陆上系统高得多。42因此，储能非常必要。如果间歇性可再生能源的过量供应可以被有效地储存起来，那么各种能源的总体容量系数可以再次得到优化，从而降低成本。今天，正是因为大规模储能不足（无论是在电网层面还是在电表之外），所以大家认为向可再生能源的过渡是有代价的，这也是电价预计会上涨的原因。大量的行业研发正在进行。近年来，电池技术（尤其是电动汽车电池）成为新闻竞相报道的内容，但许多其他技术要么已经存在，要么即将进入市场。针对电网级的储能解决方案的正处于研发高潮，我们可以有把握地预计，与电池相结合，它们将解决储能的难103。电表之外的技术也潜力巨大，很多解决方案也是众所周知的。由于大部分的能源需求是热调节（供热、冷却），在建筑和设施中，热存储早已被证明是一个非常经济的解决方案。很多创新研究关注建筑设计和设施运行的优化，以提供更大的热存储能力。供热电气化不一定需要电池的支持，而冷却需求也可以通过热存储解决方案来解决。此外，尽管负荷需求的灵活性潜力巨大，特别是在工业领域104，但并未得到很好的开发。这一操作在资源可用情况下边际成本近乎为零，却能保证能源获取（并运行操作），这可能会改变许多行业的游戏规则。以上条件的成熟，才能充分发挥易于负担的可再生能源的全部潜力（最大容量系数），从而降低能源价格，并使能源成本低于目前水平。这甚至催生了电力供给侧系统发展的新理念105，其本质是加大供给能力（与目前的需求相比），并使用超大规模的储能系统（建造成本低廉，无维护成本或维护成本有限）和灵活的需求方法，最大限度地利用丰富的低成本能源资源。如此一来，与我们目前的“可调度”范式（主要依赖于不断增加的燃料成本）相比，能源的成本会有更加明显的下降。正是由于这些趋势，我们对存量的电气化采取了关键的假设，特别是在工业领域。价格低廉的电力可以使电气化方案比预期更有说服力106。随着渗透率的提高，电力系统的这种演变也将对能源的最终估值和交易方式产生重大的影响。行业整合和电网新基建基础设施的另一个变化将是未来电网的发展，电网是现代能源供给的支柱。在本报告的第一章中，我们提到了基础设施发展在加速创新发展和能源转型方面的关键作用。因此，能满足新的用电模式的弹性电网的主干网络将在未来发挥根本性作用。如果不能及时发展这样的基础设施，也意味着放慢了向净零碳经济的过渡。然而，这些发展呈现出多种形式。新的城市形态推动新的电网发展范式多种转型重塑了城市中心的面貌：更分散的城市设施，更高能效的建筑（包括翻新的老建筑和新建建筑），建筑中分布式发电的兴起，电动交通（及建筑中的电动车充电），以及供热和烹饪的电气化。这些转型极大地重塑了建筑的能源需求，并促使人们重新思考当前能源系统的传统分类，也就是所谓的行业融合。关键的一点是，建筑成为许多新活动的中心，电气化成为其能源支柱。活动的增长导致电力需求增加近两倍（从大约12000太瓦时的基线）。电气化（供热、烹饪）又增加了5000太瓦时，还需要加上交通电气化的额外需求，约为6300太瓦时107。同时，能源效率（包括“知足”）提供了14500太瓦时的节约，分布式发电提供了16000太瓦时的能源，解决了部分额外需求。图23提供了这些不同要素的视角。第一个关键结论是，更多地利用能源效率和分布式发电，很可能缓解电气化和出行对建筑存量的额外电力需求。103HartD.、BonvillianW.、AustinN.（2021年），电网储能；©经合组织/国际能源署（2021年），《能源储存》；普林斯顿（2021年），电网规模的电力存储；密歇根大学（2021年），美国电网储能情况说明书。其中许多研究工作着眼于开发存储容量，这些容量不仅易于负担，而且可能可以跨季节存储大量能量。104PhilibertC.（2017年），工业可再生能源105主要见Dorr和Seba工作。DorrA.、SebaT.（2020年），《重新思考2020–2030年的能源》106更多详情，请见附件中关于各行业可能出现这样情况的原因。107对于出行，我们假设90%的电动汽车充电是在建筑物内进行的。彭博新能源财经(b)（2021年），《电动汽车展望》。我们在此没有对分布式制造的影响进行建模，但其中一部分也可以在建筑场所实现，如第二章所述。关于其影响的更多细节见附件。43然而，在实践中，这些过渡在存量和新建建筑之间将呈现不同的形式。事实上，分布式发电75%的潜力来源于新建筑108。因为在设计之初新建筑就可以根据分布式的应用来开发相应的基础设施。分布式发电的潜力在新建筑中非常重要，它可以抵消相当大比例的负荷。需要通过电网有效传输的电量可能比传统情况下低得多，而双向充电也将成为常态。如果来自分布式发电的大部分能源能够被有效地储存起来，并且通过智能控制进一步获得负荷灵活性（特别针对供热和出行），那么整个基础设施的电量就能得到显著优化。在这种情况下，建筑物也将成为能源中心（基础设施不可或缺的一部分，服务于交通和一些工业设施），从根本上改变电网的目的。然而，存量基础设施（服务于现有存量）的情况可能会有所不同，它们在应对需求增长方面将面临更大的压力。分布式发电和能源效率将被证明是缓解问题的关键，但由于分布式发电在现有基础上的潜力不大，能源效率将发挥更重要的作用，而负荷灵活性也将变得至关重要。事实证明，城市基础设施升级时间长、费用高，是快速转型的潜在障碍，只有大力改造现有存量并使其数字化，才能缓解这一问题。更进一步，未来新城市形态的基础设施的发展也可以混合现有建筑和新建筑，以优化分布式发电在区域级的潜力。在这种情况下，商业建筑当然应该是一个重点，因为其存量周转率较快。显然，对这种影响的量化分析只能从容量（而不是从能源）角度进行评估，我们在这个问题上还没有进行研究。然而，我们认为关键点的证据仍然非常充分的。这显然是假设了分布式存储的巨大潜力，我们已经论证了2050年之前基本是可以实现的。此外，不同地区的情况可能会有很大的不同，这使得全球视角非常具有挑战性。尽管如此，考虑到“表外”的减排潜力。高度关注高效基础设施的发展，将被证明是实现城市脱碳转型的关键。新的工业足迹推动新的电网发展模式在“回到2050”场景中，从能源的角度来看，转型的规模巨大，并对电网基础设施产生了重大影响。总体而言，钢铁行业的电力需求增长了50%，矿产行业增加了1倍，化工和制造业增加了2倍。电力需求的大幅增长（约15000太瓦时）需要大量的电网基础设施。随着电气化的推进，能源效率将在缓解工业用热需求方面发挥关键作用。然而，目前较低的电力需求水平使（针对电力系统的）能源效率措施难以发挥缓解现有电网基础设施的额外压力的作用109（图23）。简而言之，当前基础设施的规模还不足以应对这种大规模增长。虽然新的设施可能一开始就有适当的电网基础设施，但对已经在运行的设施来说，这个问题可能会变得很突出，特别是在存量周转缓慢的细分行业。增加本地分布式发电的容量可以极大缓解这种压力。我们在此没有具体建模，因为它主要涉及到将大型工业设施直接连接到公用事业规模的可再生能源电厂。事实上，一些大型工业可能决定发展自己的能源设施（只要有空间），但问题是这些设施能在多大程度上满足实际的负荷需求。工业集群（囊括了各种大型工业设施和分布式发电资源）为该行业的未来发展提供了一个有趣的解决方案，众多项目已经开始实施110。此外，分布式存储（特别是热能）和灵活的生产需求管理111，可以增加对可再生资源的利用，从而优化这种方案的潜力。然而，传统的电网不可或缺，工业的成功脱碳将最终取决于能源基础设施的发展速度和质量。基础设施的滞后可能会大大减缓脱碳的速度。108详情见附件。109当转向电气化流程时，供热负荷的能源效率将是限制电力需求增长的一个关键的推动因素。然而，由于电力需求的基线较低（占工业总能源需求的25%），当前电力负荷的效率对创造进一步电气化的空间影响有限。在一些工业部门（如建筑业）高效的热泵可以替代化石燃料，其性能水平（性能系数）远高于100%，从而减少对额外电力的需求，但高温供热过程的情况更复杂，热泵不适合，效率增益不太相关，导致电力需求大幅上升。110SnieckusD.（2021年），德国钢铁巨头Salzgitter通过开创性的风能加氢能试点来实现绿色发展；BaileyM.P（2021年），在摩洛哥宣布的主要绿氨和绿氢项目。111一些工业流程确实非常灵活，特别是氢气的生产（用于原料）。特别见PhilibertC.（2017年），工业可再生能源。4423–基础设施新范式（“回到2050”场景112）转型的影响能源转型的历史表明，一旦创新出现，它们总是依赖于适当的基础设施，以实现加快发展。上面讨论的大多数创新已经开始，但它们未来的发展将取决于未来电网基础设施的发展程度和速度。这个研究一个关键结论是，基础设施不仅要考虑传统的输电和配电网，而且要整合大量的分布式发电、储能和能源效率，因为建筑和设施会逐渐发展成为能源中心。要实现1.5度的目标，除了加速这些转型的出现，关键问题将是基础设施的发展。如果无法认识到“电表外”的分布式资源是未来协作式基础设施的不可或缺的组成部分，这一转型可能会推迟，并使其开发成本可能高于其实际成本。112我们在这张图上包括了工业中分布式制造的额外影响，以便与我们整个报告的方法保持一致。然而，正如第二章所提到的，这种需求的一部分实际上可以在建筑场所内实现。45其他基础设施需求氢氢在能源转型中发挥着重要作用，既是一种原料，也是一种能源资源。在我们的核心场景（“回到2050”）中，氢能需求量从每年9000万吨增长到2050年的近2.8亿吨，或增加了2倍。然而，这一增长虽然显著，却比许多场景要低得多。预测较高的有，彭博新能源财经认为到2050年有可能达到12亿吨（场景范围在2-12亿吨之间），而能源转型委员会认为有可能达到5-8亿吨。国际能源署在其净零排放（NZE）场景中估计氢能潜力为5.3亿吨。另一方面，国际可再生能源机构（IRENA）则认为氢能需求仅为2.4亿吨113。预测之间差异之大突显了氢基础设施发展规模存在巨大的不确定性。图24比较了“回到2050”场景和国际能源署净零排放场景的预测。2050年，氢能在本报告场景中的需求量低一半。虽然两者在工业需求（能源和原料）方面的预测类似，每年约为1.7-1.8亿吨，但“回到2050”场景预测“仅有”1亿吨交通方面的氢能需求，几乎是净零排放场景的一半。这主要是由于合成燃料在航空中的使用减少，更重要的是道路交通以电动汽车为主，而氢燃料电池汽车的渗透率低。最后，在“回到2050”场景中，氢能在建筑或电力行业的均无应用114（主要由于转换效率很低）。在电力需求方面，生产绿氢所需的发电量在净零排放场景中达到14500太瓦时，在“回到2050”场景中达到9200太瓦时，两者都对发电量产生重大影响。这相当于“回到2050”场景中三分之二的绿氢。图24–氢气需求生物质供应考虑到目前在如何快速和可持续地扩大供应规模方面的不确定性，以及世界上许多地区与其他土地用途（尤其是农业）的必要套利，“回到2050”场景对生物质需求的预测也是非常保守的。目前，生物质总消费量约为43000拍焦（PJ），主要来自于新经济体中用于取暖、烹饪和照明的传统生物质。随着现代能源形式（特别是电力）的发展，这种使用方式预计将在未来几十年内大幅下降。该场景估计，到2050年，需求量约为9000拍焦（PJ），比目前的水平减少80%。然而，建筑供暖、生物燃料和工业用热等其他形式的生物质使用的增加，预计到2050年将产生近48000拍焦（PJ）的需求，这一数字与目前的全球需求一致，但这需要发展一个规模相当大的生物质产业。这一数字正好符合传统上认知，即能源和工业用生物质供应的真正可持续的潜力范围在每年30000至50000拍焦（PJ）之间115。113彭博新能源财经(c)（2021年），《新能源展望》；能源转型委员会(b)（2021年）,《使氢能源经济成为可能：在电气化经济中加速清洁氢发展》；国际可再生能源机构（2020年），《全球可再生能源展望：能源转型2050》；©经合组织/国际能源署（2021年），《到2050年实现净零排放》114关于利用氢气发电的关键问题之一是围绕其用于长期季节性能源储存。鉴于转换效率水平低，我们在本报告中认为，其他储能解决方案（其中许多目前正在考虑或处于试验阶段）可能最终占上风，因为它们在本质上更具竞争力。此外，季节性储存的确切需求仍然是一个高度区域性的话题，需要更多的研究。115能源转型委员会（2021年），《净零排放经济中的生物资源：使可持续方法成为可能》02,0004,0006,0008,00010,00012,00014,00016,00001002003004005006002050"Backto2050"NZEIEA2050Hydrogendemand(MtH2/y)andassociatedElectricitydemand(TWh/y)2018Industry-feedstockIndustry-energyTransport-hydrogendirectuseTransport-hydrogen-basedfuelsPowerOtherusesElectricitydemand46缩小差距，迈向净零在“回到2050”场景中，2050年仍有大约55亿吨二氧化碳（图25）。这些排放需要由负排放来进一步补偿，主要借由碳捕集、利用与封存（CCUS）和其他负排放，如基于自然的解决方案和直接空气捕获。我们发现碳捕集、利用与封存（CCUS）达到近30亿吨。电力行业实现完全脱碳（将CCUS计算在内）。在工业方面，如果计入工业能源排放和工业过程排放，仍有大约16亿吨需要减排（将CCUS计算在内）。出行行业也将继续产生13亿吨二氧化碳（建筑存量约2亿吨116）。这些剩余的排放可以通过采用基于自然的解决方案和直接空气捕获来进一步抵消。虽然直接空气捕获的真正潜力（和成本）仍有待充分证实，但基于自然的解决方案也可以提供这种减排。几项研究表明，它们的潜力高于我们的预期117。图25–负排放116一旦计入CCUS，其他转型也会产生近4亿吨的负排放117能源转型委员会（2020年），让使命成为可能；IIASA&IAMC（2018-2019年），由IIASA主办的IAMC1.5°C场景探索活动；IPCC（2018年），全球变暖1.5°C；Arbib等人（2021年），《重新思考气候变化》47采用以消费者为中心的方法实现零排放本报告研究表明，消费模式的重大转型将重塑未来的能源系统，这一点往往被忽视。转型在很大程度上是必然的，因为它们带来了净收益，且其中很多有利于减缓气候变化。因此我们认为经济的现代化对2050年实现整体脱碳起着关键作用。我们在此重点讨论“回到2050”场景，并评估每个驱动因素对整体脱碳的贡献。到2050年，建筑物的直接排放量从近30亿吨下降到约2.1亿吨。基线显示排放量增加了约30%，这包括需求反弹带来的10%的增长。建筑行业的脱碳有三个关键因素。提高存量建筑能效和制定新建筑的能效标准将为减排做出贡献，自我克制进一步加快了这一进程（约占这一类别总减排量的三分之一）。以上措施有助于在2050年前将排放量降低到目前的水平。然后，电气化、向其他燃料的转型（例如热能或现代生物质能）则将进一步降低建筑排放。总体而言，三分之一的减排量来自能效提升和自我克制，50%来自电气化，其余来自其他燃料转换（图26）。图26–建筑变革的关键驱动力图27显示了出行行业的类似瀑布。在图27中，模式转变在总体减排中发挥着至关重要的作用，有助于稳定该行业的排放，尽管出行活动有所增长（以及较低的成本带来的反弹效应）。模式转变占该行业总体减排量的50%。存量的电气化贡献了总减排的大约三分之一，而采用新燃料（特别是航空和航运）亦有贡献。到2050年，该行业的排放量将从近80亿吨降至13亿吨。图27–出行变革的主要驱动力第八章–值得关注的主要变革驱动力自我克制48在工业领域，排放量从近100亿吨（包括过程排放）下降到25亿吨（如果计算包括碳捕集、利用与封存系统的部署，则为16亿吨）。第一个关键驱动因素是循环性和能效提升。它包括共享经济的发展，其他行业（建筑业、汽车制造业）循环措施的影响，能源和资源效率的逐步提升。总体而言，尽管基线增长约50%（包括需求反弹，特别是来自分布式制造的反弹效应），但循环经济和能效提升这一驱动因素有助于将排放量维持在目前水平，并在2050年之前贡献了该行业总减排量的近一半。第二个关键驱动因素是电气化，约占该行业脱碳的三分之一。替代燃料，以及碳捕集、利用与封存（CCUS）将对2050年内无法电气化的部分进行抵消（图28）。图28–工业变革的关键驱动力本次研究的一个重要收获是，需求侧优化（效率、循环性、行为改变，如节约用能）和工艺流程变革（电气化）在能源系统需求侧脱碳中发挥着同样重要的作用。需求侧优化有助于缓解经济活动（和经济财富）增长导致的排放自然增长：经济正在变得更加高效。工艺流程变革（特别是电气化）有助于其它方面的脱碳。因此，应该同时抓住这两个机会。此外，它们都会给消费者带来净收益。正如第二章所讨论的，日益高效的经济也意味着获得更多服务和商品，而事实证明电气化为多个行业带来更大的便利和更优的成本。最后，随着促进能效提升措施的推进和需求的减少，我们更优理由加速清洁电气化，因为它们有助于减少大规模基础设施的建设。以上减排约占全球脱碳目标的一半。其余的来自于供给侧的脱碳，特别是发电——这是重中之重（占总量的90%）。随着老电厂进入淘汰期，以及可再生能源与化石燃料相比变得更有竞争力，这种脱碳进程将加速进行。在“回到2050”场景中，排放量从2018年的约122亿吨下降到2050年的13亿吨，下降了90%（通过实施碳捕集、利用与封存系统（CCUS）实现碳中和），而供给系统的其余部分由于采用CCUS而变成负碳排放。我们的假设中，敏感性分析传递了什么信息如同每次场景规划，本报告也是一项前瞻性的工作，从根本上说是基于关键的假设，这些假设在附件中以尽可能透明的方式进行了详细说明。因此，除了本报告的结果和发现之外，了解定量评估对其中一些关键假设的敏感性也至关重要。总体而言，我们发现，3个关键的转型具有快速脱碳的巨大潜力。首先，城市中心必须彻底转型。这包括对建筑的大规模改造，以及通过公共交通、拼车和其他按需出行服务（也可以通过日益增长的自主交通实现）对城市出行进行重大优化。因此，城市环境的现代化将发挥至关重要的作用。否则，城市脱碳可能会大大减缓。这些转型也对工业产生了连锁反应（对汽车、钢铁和塑料的需求）。循环经济的颠覆性变革会进一步放大这一效果，特别是在建筑业，钢铁、塑料和矿产的需求将大幅降低。如果这种颠覆性变革需要更多的时间来实现规模化，工业脱碳进程也可能受到阻碍。最后，终端的电气化（工业和建筑供热、烹饪、出行等）起着至关重要的作用。我们的假设在建筑和工业领域都比较大胆（80%的电气化）。虽然这在2050年内技术上和经济上都可以实现，但转型速度缓慢也可能拖累脱碳的整体进程。49实现温升1.5度的目标，不仅需要在2050年之前实现净零经济，还需要在未来十年内大幅抑制排放的形态。研究表明，到2030年，排放量需要减少30-50%，世界才有机会保持这一趋势。据估计，这也需要付出目前的承诺3-5倍的努力，而其中许多国家还没有制定承诺计划118。因此，2030年的里程碑是一场与时间的竞赛，需要倾注大量的努力和关注。我们的论点是，只有当政策环境考虑到两个基本因素的情况下，才能实现这些目标。首先，重点必须放在现在可以减排的领域，也就是我们所说的“易于减排”的行业。技术已经存在并具有竞争力的五个行业（发电、建筑、道路出行、制造业和上游无序排放）实际上占全球排放量的60%119。第二个基本因素来自于对上文描述的自然转型的分析。由于其中许多转型最终会给消费者带来好处，一个合理的过渡方法应该是优先推动这些转型，确保包容性转型，以加速这些有益的转型。正如第三章所讨论的，在“回到2050”场景中，到2030年排放将减少30%。到2030年，二氧化碳排放量将从约350亿吨下降到240亿吨。到2030年，碳捕集、利用与封存系统的贡献仍然有限，只有3亿吨的减排量，主要在工业领域。重点是能源系统需求侧的重大转变到2030年，50%的减排量来自于需求侧的转型。虽然新建（建筑、设施）的标准必须考虑到实现净零排放的长期目标，但在这种场景下，关键的挑战是以更快的速度重点改造现有建筑。每年的翻新率必须达到平均3%左右，才能实现减排。这一工作主要集中在富裕的经济体（经合组织国家和中国）。这意味着存量建筑的效率需要提高50-60%（分别为住宅和服务型建筑），新建筑的效率提高60-70%。所有的新建筑都必须采用嵌入式电供热解决方案，而存量改造的重点是取代石油和煤炭供热，以及部分取代天然气。总的来说，到2030年，电供热解决方案在建筑中的比例应达到20-25%。电力应达到建筑领域全球能源需求的50%，而现在只有35%。对于交通出行而言，预计电动汽车将加速替代燃油车，到2030年应达到近20%的普及率120，再辅以一些关键措施，以缓解城市中心的交通拥堵，促进交通模式的转变。航空和航运行业中，生物燃料和氢基燃料将替代10%-15%的石油。到2030年，全球石油需求将下降20%。对于工业来说，加速改造意味着更快地采用最佳可用技术，并把不同的细分领域（存量改造）的能效水平提高10-30%。只要新的电供热解决方案成本具有优势，就会在工业中进一步普及，作为替代煤炭（以及在部分替代石油）的解决方案，而新建筑从一开始就采用的最佳技术。在这种场景下，生物质也起到了过渡作用。天然气需求到2030年保持稳定。在容易实现电气化的行业，天然气被部分取代。在不容易电气化的行业，天然气成为煤炭的过渡替代品。电力在最终能源需求中的比例从目前的20%增加到25%121（图29）。第九章–2030年的当务之急118施耐德电气（2021年），《2030年的当务之急：与时间赛跑》119气候观测（ClimateWatch），由世界资源研究所管理（2021年）；施耐德电气研究120这是全球数字，因此意味着富裕经济体的渗透水平更高。121将原料作为能源需求的一部分进行计算。50图29–2030年的最终能源需求电力系统加速转型到2030年，供给侧脱碳占总减排量的另一半，主要来自发电。总体而言，到2030年，发电量将增加到约36000太瓦时，增幅约为50%（图30）。两个主要的转型围绕着煤炭和可再生能源。燃煤发电量下降40%，这是由于达到使用年限的电厂自然退役，以及为提前退役所做的重大努力。部署的所有新产能（既用于满足新需求，也用于应对提前退役）都来自零碳资源。到2030年，风能和太阳能发电量将增长到近9倍，达到15000太瓦时。实际上，这意味着到2030年，风能将增加到近6倍，太阳能将比2018年增加到15倍。其余的能源由水电和核能提供。图30–2030年的发电量51需要一次重大的全面变革距离2030年只有几年时间，而挑战却与日俱增。这里提出的场景非常雄心勃勃，但如果在未来几个月内实现重大的政策变革，仍然是可以实现的。我们的主要论点是，即将出台的政策应该考虑到2050年的终局，即一个完全不同的能源系统，主要由消费模式的转型驱动。这种转型不仅在短期内是关键，而且长期来看，对2030年以后建设未来的能源系统也非常重要。与此同时，许多这样的转型最终会给消费者带来好处，这是产生积极转变动力，即包容性转变的一个关键因素。简而言之，能源转型只有成为现代化和社会发展的同义词，才能最终取得成功。最后，关于其可行性的一个关键问题也是电力基础设施的问题，所有这些转型将建立在这个平台之上。在短期内，这仍将主要是富裕经济体的问题，因为2030年内的转型主要发生这些地区，但随着经济的持续发展，2030年之后的十年，这个问题将成为新经济体的重点关切。同样，对基础设施未来的展望应该激励短期发展。52场景好坏取决于其假设。因此，将“回到2050”场景与各种现有场景进行比较，并探讨它们之间的关键差异至关重要。这有助于更好地理解脱碳路径中关键假设的敏感性，从而更好地了解成功脱碳战略的关键触发点。我们选择了一组4个外部场景，这些场景在过去几个月里都受到了极大的关注：国际能源署的净零排放（NZE）场景、能源转型委员会（ETC）的净零排放路径、彭博新能源财经绿色场景（在其《新能源展望》中发布的3个场景中的一部分），以及国际应用系统分析研究所（IIASA）于2018年首次发表在《自然》杂志上122的低能源需求（LED）场景。实现净零有各种方法，但有共同的模式所有场景都得出一个类似的结论，到2050年，能源需求将低于目前水平（图31）。低能源需求（LED）场景与其他场景不同，能源水平要低得多，减少了近40%，而其他场景大约减少了15%左右。LED场景的核心假设实际上是研究通过政策实现能源需求降低的最大理论值，包括能源效率、需求侧优化和电气化。这项工作表明，能效潜力巨大，而其他场景不一定充分挖掘了这一点。所有场景都认为电气化在能源结构中占重要比例，在50%到75%之间，“回到2050”场景居中，为60%。这表明除了LED场景之外，所有场景的电力需求都会显著增加（3-5倍），因为基线较低。化石能源的比例在所有场景中也比较相似，到2050年约为5-7万拍焦耳（PJ），或比目前的水平减少80%，但能源转型委员会（ETC）场景除外，该场景预测的需求降幅更大，只有2.2万拍焦耳，需求减少90%以上。除了这些相对常见的趋势之外，各种场景在其他燃料来源（电力除外）的使用上明显不同，特别是生物质、氢、氢基燃料和热能。ETC场景和LED场景（以及在某种程度上“回到2050”场景）显示的生物质需求水平比其他场景低得多。国际能源署的NZE场景预计生物质需求将明显增长（主要是现代生物质能源资源123，因为认为传统生物质在新经济体中将被取代），而其他场景显示相对稳定和略有下降。关于氢，LED场景和“回到2050”场景预计氢能需求比其他场景要低得多，其他场景都认为到2050年的需求会大幅增加。NZE场景的需求量为5.3亿吨，ETC场景在5亿到8亿吨之间，彭博新能源财经（BloombergNEF）场景高达12亿吨，而“回到2050”场景则为2.8亿吨。正如第七章所提到的，这基本上与在道路运输、发电和建筑的预期渗透水平有关。图31–不同场景下的最终能源需求第十章–脱碳路径前景广阔122需要注意的是，这些不同场景所涵盖的范围可能存在细微差异。在仔细研究了每个场景中提出的数据后，我们认为它们具备可比性，因为它们对当前的最终能源需求采用了相似的基线水平。彭博新能源财经(c)（2021年），《新能源展望》；能源转型委员会（2020年），《可行使命》；Grubler等人（2018年），《不依赖负排放技术达到1.5℃目标和可持续发展目标的低能源需求场景》；©经合组织/国际能源署（2021年），《到2050年实现净零排放》。123这包括用于能源和工业的可持续生物质供应，以及各种生物气体和生物原料。53与2018年相比，所有场景普遍认为建筑的最终能源需求到2050年会略有下降（图32）。尽管建筑存量增长，但净零排放（NZE）和低能源需求（LED）场景都设想了建筑能源需求的大幅减少（超过30%），因此与其他方法不同。这表明他们可行性的假设已经被最大化了。出行领域的最终能源需求与建筑领域的趋势相似。虽然“回到2050”、净零排放（NZE）和能源转型委员会（ETC）场景预计该行业的需求将减少30%，但彭博新能源财经和低能源需求（LED）场景更进一步，预计到2050年该行业能源需求将减少近一半，这是基于大规模电气化和活动水平显著优化的激进假设。工业和其他行业的最终能源需求124也展现出不同模式。虽然“回到2050”场景和能源转型委员会（ETC）场景都预测能源需求将减少15%，但低能源需求（LED）场景表明节能的潜力更大，将减少45%，而净零排放（NZE）和彭博新能源财经场景认为到2050年需求将在当前水平基础上略有增长，表明他们在这种情况下更为保守。图32–不同场景下按行业划分的最终能源需求总而言之，所有场景都趋向于预测能源总需求的降低，并且认为电力在能源结构中的作用大大增加。然而，不同场景的假设因行业而异，建筑和出行行业的差异为上下20%，工业行业的差异高达40%。这显然证实了明确阐明所做的假设是多么重要，特别是关于活动水平发展的假设，同时加强消费模式作为向低碳经济过渡的主要推动力的作用。在这方面，低能源需求（LED）场景特别值得关注，因为它表明：如果最大限度的利用所有可减排的机会，节能潜力将非常巨大。124由于缺乏某些场景的可用数据，这包括所有其他最终能源需求，包括工业、农业、转型行业和非能源使用等。54对不同行业的深入研究表明，建筑和工业部门之间存在巨大差异国际能源署在2021年发布了一份重要报告，即净零排放（NZE）场景。这份来自国际合作重要机构的报告值得仔细研究，特别是该报告包含了大量数据，这有助于重新验证和挑战所做的假设，这在此类研究中是最重要的。建筑“回到2050”场景与国际能源署的净零排放（NZE）场景在某些方面有所不同（图33）。关键区别之一在于最终需求。我们预估的2050年能源需求要高得多，这可能是由于我们对于纯粹的建筑改造措施预期较低，但是认为人们对于住房面积的需求将会反弹，同时，冷却系统会被更广泛应用125。虽然“回到2050”设想的电气化率更高，但两种场景下其他能源的需求很接近，因此趋势是相似的。对于到2050年未实现电气化的存量能源需求，“回到2050”场景假设供热（区域供热、直接供热等）发挥更重要的作用，并且认为氢能没有贡献，可能会被经济性更高的资源取代。图33–建筑行业最终能源需求和排放（与净零排放场景对比）126出行“回到2050”场景与国际能源署净零排放（NZE）场景相当吻合（图34）。这两种场景确实显示了出行行业相似的能源需求。然而，在“回到2050”场景中，对石油产品的需求仍然高出一倍，这可能是因为对新经济体的不同假设。我们的设想是，到2050年，全球客运领域的电动车比例将达到70%，剩余的传统汽车基本在新经济体中。在“回到2050”场景中，对道路货运氢基础设施发展重要性的预期也低于净零排放（NZE）场景，致使该行业的氢需求量减少。图34–出行行业最终能源需求和排放（与净零排放场景对比）125我们估计到2050年，由于财富的增加和气候变化，冷却系统将进一步渗透到建筑环境中。详见附件。126此图表中报告的二氧化碳排放量仅对应于直接与能源相关的排放量。55工业“回到2050”场景中的碳足迹与国际能源署净零排放（NZE）场景的碳足迹有很大不同，讲述了一个关于未来工业体系的非常不同的故事（图35）。“回到2050”场景实际上得出结论：最终能源需求将低于当前水平，这是因为需求变化，以及共享经济和循环经济的发展。我们预测的电力在能源结构中所占的比例也要高得多，达到65%127，而净零排放（NZE）场景的预估接近50%。这一差异也是由于多种因素的综合作用：循环利用很大程度上实现了电气化128，分布式制造创造了对电力的额外需求，而且我们假设某些行业会因为可再生能源的经济价值潜力129积极地推进电气化，特别是化工行业。净零排放（NZE）场景则继续依赖化石燃料，更多地使用生物质和氢作为工业加热的替代能源。图35–工业最终能源需求和排放（与净零排放场景对比）130综上所述，虽然国际能源署净零排放（NZE）场景在建筑存量转型方面比“回到2050”场景更激进，但该场景在工业转型方面却更保守。如前所述，这些差异也告诉我们，这两者都存在加速转型的巨大潜力，这一信息证实了我们最初的论点：必须关注能源系统的需求测。127原料被计算在内。见第六章。128主要是钢铁。对于塑料，我们假设50%以上的回收采用机械（电动）方式，其余部分来自化学回收过程。129更多详细信息，请见第七章和附件。130Figure35includesfeedstockaswellasenergydemand.ThefiguresfromtheInternationalEnergyAgencyarelimitedtothescopeofenergyresourcesreviewedinthismodel图35包括原料和能源需求。来自国际能源署的数据仅限于本模型所审查的能源资源范围。56电力“回到2050”场景和净零排放（NZE）场景的两个预测非常相似（图36）。两个场景的发电量都达到了70000太瓦时以上。发电结构也非常一致。大部分的增长来自于风能和太阳能发电，到2050年占总发电量的70%。核电和水电的绝对值都增加了一倍，在两种场景下，核电的比例约为7%，水电的比例为12%。主要的差异与天然气有关。在“回到2050”场景中，燃气电厂占2050年全球发电量的4%，而在净零排放（NZE）场景中，燃气电厂（几乎）完全被生物质取代。尽管使用生物质作为发电资源可以发挥其负排放的内在优势（如果与碳捕集、利用和封存相结合，也就形成了所谓的生物能源与碳捕集和储存“BECCS”），但“回到2050”场景并不预期这种技术的广泛应用。分析的另一个不同之处没有在图中表示，是来自分布式发电的太阳能比例。如第七章所示，在“回到2050”场景中，分布式发电量达到16000太瓦时（或近60%的太阳能总发电量），这一数字比净零排放（NZE）场景（7500太瓦时）高出一倍。图36–发电量（与净零排放场景对比）将差距缩小至零的不同方法两个场景的目标都是到2050年实现净零排放。然而，两个场景中剩余排放水平是不同的（图37）。到2050年，“回到2050”场景中的二氧化碳排放量约为55亿吨，而净零排放（NZE）场景达到76亿吨。由于部署了碳捕集和负排放解决方案，两个场景均实现了碳中和。在“回到2050”场景中，碳捕集、利用和封存系统的发展（包括在生物质上产生负排放）到2050年达到约30亿吨，不到净零排放（NZE）场景的一半。相反，这一场景更多地考虑了负排放的潜力，特别是通过利用基于自然的解决方案（补偿），而国际能源署并未纳入的这样一个假设。这两种方法都同样有趣，并揭示了未来的潜在发展空间。最终是在源头捕获排放（并有可能大规模发展生物质产业，通过直接捕获产生负排放），还是仅仅通过基于自然的解决方案做出更大努力来补偿剩余排放？哪一种方法更好？每种方法的经济成本是多少，对生物多样性发展的副作用是什么？这些很可能成为未来几年研究讨论的重点。图37–负排放（与净零排放场景对比）57仍需关注的问题和下一步措施如果不评估我们研究工作的边界和限制，这份报告就不完整。在这次研究中，我们确实有意忽略了几个行业。数字技术的能源（和碳）足迹就是其中之一。随着上文描述的世界越来越数字化，源于数字基础设施的能源需求必然会增加。同样，到2050年，水需求量预计将增加约50%，这主要发生在缺水地区，随着水的供给越来越能源密集，这些地区的能源基础设施将面临进一步的压力。然而，其增长程度取决于众多的参数，因此无法将合理的预测纳入上述分析中。但是我们估计这些新的“服务”将占未来全球能源需求的相当大的份额，并在附件中提供了一些参考点。采矿业也可能随着时间的推移而变得更加能源密集，因为矿石品位质量明显下降，而对资源的需求却不断增加131。然而，我们忽略的主要行业是农业、林业和土地利用（AFOLU）行业。这一行业的温室气体排放量约为110吨二氧化碳当量/年，占总量的20%以上。这主要是来自于畜牧业，更重要的是来自于土地利用方式。•牲畜业需求是未来的一个关键问题，新兴一代的饮食和口味的变化，以及肉类替代品工业的发展，都会影响牲畜业需求的发展方向。减少对天然牲畜的需求，不仅会显著减少温室气体的排放，还可以腾出土地用于重新造林和天然碳汇132。•土地利用方式也将因为相互竞争的利益而发生变化：几个地区对可耕地的需求不断增长133，生物质（特别是生物燃料）产业的大规模发展的潜力，利用土地收获能源资源（公用事业规模的光伏或风力发电场），以及生物多样性保护和恢复实践。虽然自然生态系统是主要的碳汇，但这些其他需求会进一步影响农业、林业和土地利用行业的温室气体排放。在政府间气候变化专门委员会（IPCC）的78种场景中，有30%的场景认为，到2050年，该行业实际上可以成为一个净碳汇，其封存水平从几亿吨到100亿吨不等。RethinkX的研究表明，这个范围的上限可以在2035年之前实现134。海洋也可以发挥比我们通常认为的更大的作用（它们已经是地球上最大的碳汇）。其他的创新也被排除在本期研究之外。纳米和生物技术的创新所带来的材料替代的巨大潜力，可能会进一步改变钢铁、水泥和其他金属和矿物等原材料行业的足迹。然而，这一趋势超出了本报告的范围，由于其潜在的巨大影响，需要在未来进行更详细的研究。此外，消费品（本报告的研究对象）之外的的工业化增材制造也可能通过完全重新设计具有更低资源足迹的机器和资产，对上游价值链造成进一步影响。在报告中，我们还估计了核能技术对整个发电结构的明显贡献。这一假设是基于新的核能发电技术（如小型模块化反应堆或微型模块化反应堆）的发展前景，但仍处于早期阶段。虽然我们不能把它们排除在这样一份报告之外，但它们的发展仍有待实现，并面临诸多挑战，其中包括政府的监督和此类设施的总体成本。因此，我们的研究仍然相当保守，而且承认需要开展更多的工作来进一步完善这一预测。最后，最大的不确定性与气候适应有关，以及已经可见的为应对气候影响而进行的基础设施投资。这也可能需要围绕碳捕集和碳清除系统进行一系列的创新，这一点在本期报告尚未得到深入研究。总而言之，仍有许多领域有待研究。尽管前景光明，但第一期报告揭示了一系列全新的转型，这些转型都可能对能源系统的未来产生实质性的影响，从而影响全球温室气体的排放。最后，这份报告大体上提供了关于未来能源系统的全球综合数据。未来的研究将进一步探讨上述主要不确定性，同时也会更详细地探讨区域路径。第十一章–虽然只是起步阶段，但需要立刻现采取行动131虽然传统预测认为，到2050年，资源需求将增长近2倍，但我们的上述研究表明，对金属和燃料的需求可能会降低。然而，矿石品位的下降也意味着（对于给定的金属量或燃料含量）需要更高的矿石开采量，因此能源需求也更高。联合国环境规划署（2019年），《全球资源展望》；MuddG.（2010年），“增长的极限”和“有限的”矿产资源：重新审视假设，用那只半容量的杯子喝水。132主要见Arbib等人（2021年）的工作，《重新思考气候变化》133PetitV.（2021年），《全球秩序的未来》134IIASA&IAMC（2018-2019年），由IIASA主办的IAMC1.5°C场景探索活动；Arbib等人（2021年），《重新思考气候变化》58是时候采取行动了本报告有两个主要结论。第一个结论是，我们的能源消费方式的自然转型（来自于创新和行为改变）将降低经济的碳密集度。由于这些变化带来实质的收益，所以转型势不可挡。我们要传递的第一个关键信息是，1.5度的目标可能比我们想象中的更加可行。第二个结论是，只要我们共同迎接这些变革，并通过明智的政策加速转型，到2050年仍可实现净零经济。简而言之，应将能源转型视为我们经济现代化的“加速器”，一种“积极的投资”，而不是一种“负担”。同样，精心设计的转型也必须符合经济和人类的发展。这是因为现代化也将提高生产力和财富水平，推动消费者和企业的变革。换句话说，有一条明确的路径可以兼顾气候变化和社会进步，我们认为这是在不到30年的时间里实现如此巨大规模变革的唯一选择。然而，要做到这一点，能源转型路线图和政策必须从纯粹的“以基础设施为中心”的方法过渡到整合互补的“以消费者为中心”的方法。图38总结了本报告的主要结论，并强调了这种政策转变在在实践中的可能情况。我们的主要观点是，用现代解决方案解决现代的问题，而现代政策框架必须予以支持。我们没有时间可以浪费：在未来十年，需要制定更加雄心勃勃的政策计划才能实现1.5度目标，因为需要付出（比当前的承诺）3-5倍的努力135。到目前为止，现行的方法主要集中在发电、出行电气化（和公共充电基础设施）上，以及部分地发展电网基础设施（尽管主要是为了实现与可再生能源的互联互通），并开始关注为“难以减排”行业发展氢基础设施。应该对这些措施进行补充，重点关注建筑和工业存量，推进其现代化，或者换句话说，对目前以基础设施为重的政策，应加以补充以消费者为重点的政策。核心是三个主要重点领域：•首先，新的（建筑、工业设施、车辆）必须符合未来标准，以打破目前能源系统的惯性。•其次，通过（跨所有行业）的雄心勃勃改造来修复现有系统，逐步使现有存量达到新系统的水平。•最后，建立21世纪的能源主干，一个有弹性的、更分散的和数字化的电网基础设施，这是其他所有变革展开的平台。支持以上几点的技术基本都已经存在，它们还将提供丰厚的回报和更好的传统服务获取方式。这种方法将实现更具包容性（最终更有价值）的转型。这次评估的另一个关键发现是富裕经济体和新经济体之间的根本脱节。虽然前者需要全面加快转型，因为它们占当今全球排放的主要部分，但也必须为新经济体制定一条通往充满活力的净零经济路线。在这方面，一个关键的推动因素将是发展一个现代化的、面向未来的（即脱碳和分布式的）电力基础设施，这反过来可以使这些经济体在新解决方案的基础上实现跨越式发展。作为最后的说明，本报告首次揭示了创新将如何进一步改变能源系统以及它们如何在2050年之前为全球经济的脱碳做出贡献。虽然我们致力于继续研究这些主题，并在未来几年进一步完善我们的研究结果（包括具体的区域路径），但我们希望这项工作能够为全球致力于制定可行路线，实现净零排放的研究界带来启发。135施耐德电气（2021年），《2030年的当务之急：与时间赛跑》59图38–政策转变Legaldisclaimer政策转变传统重点围绕现代化的“以消费者为中心”转型中的互补重点一年来的重大胜利重塑城市环境新建筑标准（主要的能源性能目标）大规模的改造项目（集中在低效住宅建筑和传统的围护结构、窗户等工程上）对电动车制造的强制性要求和对消费者的激励措施公共充电基础设施的发展面向未来建造新建筑并实现现代化-使数字解决方案成为效率和灵活性的基线标准，并设定明确的衡量指标和里程碑-将住宅和商业建筑的翻新率提高到3%的年复合增长率-整合分布式发电和热存储（在新建建筑中）-实现供暖和烹饪电气化（在新建建筑中不使用燃气锅炉，在现有建筑中淘汰化石燃料：从石油和煤炭开始），并支持发展充满活力的热泵市场-重点采用电动车私人充电，电动车智能充电在建筑物中是强制性的-支持进一步提高家用电器的效率（和可平移负荷的连通）改造建筑-加快建筑的数字化和脱碳：设计、可追溯性和循环性重塑城市中的出行-支持出行服务的部署-支持自动驾驶汽车在特定使用情况下的部署（新的交通规则）-促进城市中的出行模式转变（公共交通）重新设计城市的基础设施-电网数字化：更智能、更灵活的运行，到电表级；-将电网作为一个平台：将分布式发电和储能作为关键的能源资源-评估新建筑与现有存量混合的机会，以实现分区优化制定所有新建建筑实现零碳的标准出台明确淘汰内燃机的政策制定智能改造计划（数字化、分布式发电、电动车等)重塑工业能力新重点：难以减排行业碳价格氢气基础设施w面向未来进行工业建业和现代化-促进工业的数字化（在所有工业细分行业），重点关注二氧化碳和环境监测、能源和资源保护以及资产寿命管理-在新的和现有的升级中促进采用最佳可用技术（和工艺）-工业供热电气化（主要重点是淘汰煤炭和石油），特别是在新建项目中。-促进分布式发电的采用（联网可再生能源电厂），并促进本地储能能力（电、热）的发展用循环性重塑工业-大力加快零垃圾填埋（包括废弃物）的速度-支持可追溯性和具体的排放责任-促进再利用/翻新/再利用的计划-促进循环性设计的采用-推动加速实现回收（和收集）的目标和任务重新设计工业和集群的基础设施-电网数字化：更智能、更灵活的运行-将电网作为一个平台：将分布式发电和储能作为关键的能源资源，尤其是对工业集群而言-加快电网基础设施的部署，特别是在大型工业设施中部署制定所有新建设施实现零碳的标准制定智能改造强制要求制定循环经济法规加速电网发展，重点关注工业集群出行（私家电动车以外）航空和航运脱碳加快模式转变和提供新的出行产品和服务-支持国内出行从航空转向铁路-支持新的物流和体系的发展，以及车队脱碳航空/航运路线图基础设施电网规划燃煤发电（不新建，逐步淘汰现有）为新经济体创造跨越式发展的机会-在全球范围内支持新经济体加速推广电网基础设施的建设开发电气化的竞争策略-停止所有化石燃料的补贴-推动城市中心和工业领域分布式发电发放许可-重新平衡各种能源的税收-重新设计零售方案，为灵活性提供激励（分时电价、需量电费、电网成本等）出台明确淘汰煤炭的政策为分布式发电提供便利条件和激励措施制定新的能源资源零售和税收机制（化石燃料与电力）其他对新的创新技术（如电池、太阳能等）提供研发支持共同语言（分类法、更严格的非财务报告、透明度、绿色金融）投资于资源-投资于年轻一代的教育-提高节约用能意识共同分类法60法律免责声明本出版物中的内容仅供参考。虽然已尽力确保其准确性，但不能被理解为任何形式的明示或暗示的保证或担保。不应依靠本出版物做出投资建议或其他战略决策。本出版物中提出的假设、模型和结论代表了一种可能的场景，本质上取决于任何一家公司无法控制的许多因素，包括但不限于政府行为、气候条件的演变、地缘政治考虑以及技术的转变。这些场景和模型并非是对未来的预测，也不代表施耐德电气的商业计划战略。施耐德电气标志是施耐德电气欧洲股份公司（SchneiderElectricSE）的商标和服务标志。任何其他标志归其各自所有者所有。61附件时间窗口正在关闭2021年8月9日，政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了备受期待的第一工作组关于气候变化的自然科学基础的文稿。本报告将于2022年纳入完整的第六次评估报告（AR6）中，第六次评估报告报告还将纳入关于气候变化影响和缓解途径的其他文稿。IPCC第六次评估报告的第一工作组成果已于2021年8月9日发布136。这份报告清楚地概述了人类在全球变暖中的关键作用（图39）。图39–人类对气候变化的影响137在过去的200年里，现代经济的发展帮助数十亿人摆脱了生存经济，导致了地球温室气体交换的重大失衡，从而引发全球变暖和气候变化。而这仅仅是一个开始。后果将是严重的，而且在很大程度上已经不可避免。将于2022年发布的评估报告将更多阐明这些问题。同样显而易见的是，变暖进一步加剧，其后果可能是更具破坏性的（图40）。136IPCC（2021年），《2021年气候变化：自然科学基础》137同上62不同的全球变暖效应的极端事件现在（+1度）未来（+1.5度）未来（+2度）未来（+4度）十年一遇的极端温度事件2.8倍的可能性（升温1.2度）4.1倍的可能性（升温1.9度）5.6倍的可能性（升温2.6度）9.4倍的可能性（升温5.1度）五十年一遇的极端温度事件4.8倍的可能性（升温1.2度）8.6倍的可能性（升温2度）13.9倍的可能性（升温2.7度）39.2倍的可能性（升温5.3度）十年一遇的强降水事件1.3倍的可能性（降水+6.7%）1.5倍的可能性（降水+10.5%）1.7倍的可能性（降水+14%）2.7倍的可能性（降水+30.2%）十年一遇的干旱1.7倍的可能性（土壤干燥度+0.3）2倍的可能性（土壤干燥度+0.5）2.4倍的可能（土壤干燥度+0.6）4.1倍的可能性（土壤干燥度+1）图40–极端事件及其强度的预计变化138这就是为什么现在必须快速纠正这种气候转型根源的原因。2018年，IPCC发表了另一份出版物，阐述了将全球变暖限制在1.5摄氏度的路径。这将在即将发布的第六次评估报告139中得到进一步的充实和修正（图41）。结果非常明确。一方面，二氧化碳的净排放量必须在本世纪中叶归零，而其他温室气体的排放必须大幅减少。另一方面，这一切必须快速进行。在这方面，2030年已经成为一个重要的里程碑，我们已经在另一份报告140中对此进行了探讨。这个问题的核心是能源，能源占世界温室气体排放的70-75%左右。另外20%与农业、林业和土地利用管理（AFOLU）有关，其余的来自于废弃物和工业流程排放141。图41–减缓气候变化路径142138IPCC（2021年），《2021年气候变化：自然科学基础》139IPCC（2018年），《将全球变暖控制在1.5摄氏度》140施耐德电气（2021年），《2030年的当务之急：与时间赛跑》141施耐德电气研究；气候观测（ClimateWatch），由世界资源研究所管理（2021年）142IPCC（2018年），《将全球变暖控制在1.5摄氏度》63假设的详细信息到2050年实现12大转型的可能性从讨论12大转型开始，我们首先需要评估它们在2050年之前部署的可能性。下表基于报告正文中提到的上述参考资料，并尽我们所知，提供了一个指示性的视角，说明我们在定义渗透率的假设时遵循的准则（图42）。虽然我们在本期只介绍了全球性结果，但我们也按地区对不同的渗透率进行建模，考虑到市场成熟度、推动这些创新的基础设施的可用性、跨越式发展的机会、现有的政策以及各行业的周期和存量周转率。在下文中，我们将进一步详细说明这些假设，用一系列假设表示考量的各地区的最低/最高普及率。12大转型促进采用的好处就绪（成熟）水平出行道路运输电气化很高充电成本降低维护成本降低很高内燃机在2030年之前在全球范围内达到持平出行交通即服务多式联运系统中大量基础设施投资（多式联运系统）即使总拥有成本具有吸引力，交通即服务（TaaS）仍然很昂贵高已经存在的解决方案交通即服务在大都市中心以外的地区仍然缺乏覆盖出行自动驾驶汽车很高与交通即服务相结合，可能会颠覆出行成本低5级能力没有明确的路线图但存在某些特定的应用（例如机场班车等）出行新型燃料低燃料成本相近或更高—政策推动为主高已有的解决方案规模仍然是个问题建筑分布式发电和储能（电力、热力）很高能源成本降低，已经在某些市场得到证明，并可能在未来几十年内适用于所有市场在某些电力系统可靠性较低的市场中具有更大的弹性高已经大规模存在储能仍然是高资本支出（针对电池）和跨地区缺乏适当的价值链复杂的政策环境建筑卓越的空间调节技术高能源成本降低，舒适度提高很高已经大规模存在当地价值链仍需进一步改善建筑虚拟化生活环境很高实时连接持续创新数字效率解决方案以短回报期带来显着收益很高已经大规模存在庞大的创新生态系统已经建立建筑施工的颠覆性变化中施工效率更高，施工成本更低不一定立即转化为较低的购置成本低新兴市场工业数字化制造最佳可用技术高运行可靠性提高；利用率和资本回报率提高；成本降低和对资源的依赖性降低；供应链优化客户参与度提高高已经广泛可用，但需要时间来部署，定制以满足特定需求和限制。翻新计划是升级的主要目标工业新的工业流程中新兴工艺仍然更昂贵电气化在某些领域具有竞争力并带来额外的好处最终的问题是可再生能源基础设施的可及性低大多数应用处在试验阶段工业循环式供应链中获取某些服务的成本（例如共享平台）降低中对于许多应用来说，共享服务的平台已经大规模存在真正的供应链循环在大多数行业仍处于新兴阶段工业分布式制造中为制造带来更大的便利—仍处于早期采用阶段制造业中的新3D打印设计提供了重要的生产力视角低大多数应用处在试验阶段图42–创新的可能性64关键假设–建筑传统上，基线场景需求的变化源于人口演变、经济增长和自然的存量建筑变化。在这个方法的基础上，我们整合了新的参数，这些参数都会对能源需求的演变产生影响。这些参数的演示方式在所有活动行业都是相似的。我们首先研究服务需求的演变，包括现有服务和新的模式。然后，我们评估存量翻新率（现有系统被新系统取代的速度），以及能效差异。最后，我们关注能源使用，特别是能源转型和设备的能源效率。我们还在各种场景中采取了不同的假设，主要的变化是（因气候目的而采取的）政策加速了积极的转型，减轻了需求上升。建筑领域，我们特别关注居家办公、网上购物和新的商业模式，以及它们如何影响存量的住宅和商业建筑。我们认为，由于购置成本的降低、出行成本的下降和通勤需求的减少（居家办公、网上购物），城市中心以外的住宅需求将出现增长。我们的假设还整合了新的使用模式，特别是由于行为。我们还对存量建筑的翻新以及在新建和改造建筑中达到的能效水平做出了假设。最后，我们对2050年存量建筑中热泵和空调系统的普及率做了假设，并在其中考虑了预期的能效提升。我们的假设认为，到2050年电气能耗水平将大幅提升，这是在过去几十年中已经观察到的趋势。我们的假设还包括了厨房的电气化，特别是作为传统生物质的替代品。假设因场景而异。虽然“新常态”场景遵循自然发展趋势，但“回到2050”场景假设了重大的政策转变。在“新常态”场景中，经济的现代化、技术的发展驱动了存量建筑的翻新和能源转型。较低的住房成本也带来了住宅需求的显著回升（与基线相比），特别是在尚未完全城市化的新经济体。然而，在“回到2050”场景中，政策通过直接的激励措施，并以加快存量建筑翻新为重点，加速了现代技术的部署。这些政策还着重于抑制住宅需求的反弹，并进一步促进最终能源使用的节约。如前所述，我们提供了一个假设的范围，不同地区使用了范围内的不同数据，但我们并没有详细说明每个地区的评估方法。然而，从宏观层面看，我们看到新经济体的住宅需求比富裕经济体更加强劲，而建筑能效和设备普及率较低，特别是在“回到2050”场景。65图43–建筑假设住宅“新常态”场景“回到2050”场景服务需求新的使用方式引发的存量演变：与基线相比全球增长为+13%-住房足迹因建筑成本颠覆和迁出市中心而反弹，对各地区影响：+0-40%新的使用方式引发的存量演变：与基线相比全球增长为+4%-住房足迹因建筑成本颠覆和迁出市中心而反弹，对各地区影响：+0-20%新的使用模式-来自日益关注的公民的节能意识强化：对各地区供热/制冷能源需求的影响：下降0-10%-来自日益关注的公民的节能意识强化：对各地区供热/制冷能源需求的影响：下降0-15%存量周转率翻新-年平均翻新率1%-与基线相比能源强度下降15%新建-与基线相比，各地区能源强度下降20-40%（个体）-与基线相比，各地区能源强度下降30-50%（集体）翻新-年平均翻新率3%-与基线相比能源强度下降35-50%新建-与基线相比，能源强度下降60%（个体）能源使用热泵渗透-各地区新建筑渗透率50-80%，现有存量渗透率20%-各地区性能改进系数18-27%空调渗透率-各地区渗透率50-90%-全球EER提高20-50%家电-能源强度到2050年下降30%热泵渗透-各地区所有存量（新建+翻新）渗透率50-80%-各地区性能改进系数18-27%空调渗透率-各地区渗透率50-90%-全球EER提高20-50%家电-能源强度到2050年下降30%商用“新常态”场景“回到2050”场景服务需求新的使用方式引发的存量演变：-与基线相比全球增长为-19%-居家办公：各地区办公室足迹为负30-50%-网上购物：零售足迹增长为-10%-商业建筑再利用和重新配置：零售足迹增长为-5%新的使用方式引发的存量演变：-与基线相比全球增长为-34%-居家办公：各地区办公室足迹增长为-80%-网上购物：零售足迹增长为-10%-商业建筑再利用和重新配置：零售足迹增长为-5%新的使用模式存量周转率翻新-年平均翻新率1%-与基线相比能源强度下降30%新建-与基线相比，各地区能源强度下降30-50%翻新-年平均翻新率3%-与基线相比能源强度下降45-60%新建-与基线相比，各地区能源强度下降70%能源使用热泵渗透-各地区新建筑渗透率50-80%，现有存量渗透率20%-各地区性能改进系数18-27%空调渗透率-各地区渗透率100%-全球EER提高20-50%家电-能源强度到2050年下降30%热泵渗透-各地区所有存量（新建+翻新）渗透率50-80%-各地区性能改进系数18-27%空调渗透率-各地区渗透率100%-全球EER提高20-50%家电-能源强度到2050年下降30%66关键假设–出行与建筑类似，我们首先在基线的基础上评估服务需求的演变。我们考虑到出行模式的各种转变。通勤由于居家办公和网上购物的兴起而大大减少。然而，更低的出行成本、更大的工作灵活性和对社会交流的渴求对出行需求产生了反弹效应。模式转变也在发生，尽管发展模式不同。长途运输系统（铁路、航空）都会受到政策和行为变化的影响。拼车和交通即服务也进一步增加，后者受到自动驾驶汽车颠覆的进一步鼓励，从而重塑了城市内的出行。道路运输电气化是一个明显的趋势，我们对2050年的采用情况做了关键的假设。由于电池系统的主导地位，我们不认为到2050年氢气会在道路运输中发挥关键作用。我们预计，该领域的进展将不会给竞争性氢气运输价值链留下空间。我们相信，除了电池的天然竞争力之外，道路物流系统模式的改变也将进一步加速这种趋势，这些模式将由数字技术改变，并围绕着更易于负担的电动动力系统的关键机会（和限制）而构建。然而，对于航空和海运，我们认为在这个阶段，替代性绿色燃料将占主导地位，其中绿色氢可能是生产合成绿色燃料或氨气（用于航运）的关键原料。这一转变主要发生在“回到2050”场景中，由严格的脱碳政策而不是纯粹的经济因素所推动。尽管有几份报告估计，直接电气化可能会发挥比通常预期更大的作用，但我们认为认为它的作用仍然有限。在“新常态”场景中，因通勤减少而导致的出行需求下降，被交通成本降低（和新的城市形态）导致的反弹所补偿。然而，在“回到2050”场景中，政策促进了居家办公的普及，进一步减少了通勤需求，并为城市的流通带来了更大的制约，缓解了反弹效应，促进了更多的公共交通的采用，特别是在富裕经济体中。同样，在“回到2050”场景中，由于各地区综合充电基础设施的加速发展，道路运输的电气化进程加快143。与富裕经济体相比，在新经济体的影响更为有限，但两种场景的一个关键区别是，我们在“回到2050”场景中假设富裕经济体对新经济体的大力支持将加速这一发展。143预计90%的充电将在建筑物内进行。彭博新能源财经(b)（2021年），《电动汽车展望》客运“新常态”场景“回到2050”场景服务需求-居家办公、网上购物对通勤的影响：各地区需求下降5%-交通运输成本下降带来的反弹效应-居家办公、网上购物对通勤的影响：各地区需求下降15%-通过政策缓解交通运输成本下降带来的反弹效应新的使用模式模式转变-在新经济体中趋向于私家车（公交比例在各地区降至10-30%）-铁路/航空：与基线相比稳定（铁路方面：中国总旅客人公里数下降到10%，印度下降20%）拼车-在工业化经济体中增长25%。自动驾驶车辆即服务：在各地区城市的渗透率为30-80%模式转变-通过政策鼓励在城市中使用更多的公交（占乘客人公里数的30%）-铁路/航空：经合组织国家的航空旅行量减少了50%，由铁路来弥补拼车-在工业化经济体中增长50%自动驾驶车辆即服务：在各地区城市的渗透率为30-80%存量周转率到2050年实现100%到2050年实现100%能源使用-电动车普及率：各地区为25-75%。-公交、两轮车：100%电动化-电动车普及率：各地的电动车普及率为50-100%-公交、两轮车：100%电动化-航空：100%脱碳（生物燃料、氢气、电气化）货运“新常态”场景“回到2050”场景能源使用与基线相比没有变化与基线相比没有变化新的使用模式与基线相比没有变化-特别是自动驾驶车辆对需求的影响有限与基线相比没有变化-特别是自动驾驶车辆对需求的影响有限存量周转率到2050年实现100%到2050年实现100%能源使用-道路货运：各地区的电气化率为25-75%-道路货运：各地区的电气化率为50-100%。-航空：100%脱碳（生物燃料、氢气、电气化）-海运：100%脱碳（生物燃料、氢气、氨气）图44–出行假设67关键假设–工业关键材料需求将受到其他行业发展的巨大影响。建筑和出行存量的发展，或新的建筑技术和循环性措施将影响对钢铁、水泥和塑料的需求。对绿色燃料的需求（特别是在航空和航运方面）和一些行业（特别是钢铁144）的流程变化也将影响对氢气的需求。制造业的循环性，特别是围绕延长使用寿命和发展共享经济的措施，也将大大影响这些行业的商品需求。在我们的场景中，对分布式制造的普及也进行了建模，假设传统消费品制造业被部分取代。至于建筑，我们评估了存量周转率的发展变化。到2050年仍然在使用中的设施，到2050年都将经历若干次翻新改造，新设施将满足新的性能标准（并在2050年充分利用最佳可用技术的潜力），其中一部分将使用不同的处理工艺。最后，回收设施的兴起也将影响全球存量的演变。从技术的角度来看，我们对数字技术和最佳可用技术的部署所带来的节约进行了关键假设，假设到2050年实现100%的覆盖。流程的电气化在不同行业（和地区）有不同的趋势，但随着新的可再生能源基础设施的上线，各地的电气化程度都在上升。不同场景中的假设也有所不同。在“回到2050”场景中，政策有利于促进更加循环的经济的兴起，同时加速在工业中采用新工艺流程以及燃料向脱碳电力的转换。144对于钢铁，我们基本上假设从传统的BF-BOF（高炉-氧气高炉）工艺流程部分转向DRI（直接还原铁）工艺。然而，在本期节目中，我们没有对电解冶金技术的潜力进行建模。钢铁“新常态”场景“回到2050”场景服务需求钢铁需求的影响：各地区下降3-19%-建筑存量的演变：见建筑-建筑效率：需求下降10%-出行的演变：见出行-循环性和分布式制造：钢铁需求下降5%钢铁需求的影响：各地区下降28-35%-建筑存量的演变：见建筑-建筑效率：需求下降25%-出行的演变：见出行-循环性和分布式制造：钢铁需求下降10%新的使用模式无无存量周转率回收比例：各地区25-67%-工业化经济体的当前比率（应用寿命为25-50年）-在新经济体中为25%现有工厂仍在运行：各地区0-50%到2050年新工厂上线-新经济体中100%的旧工艺流程-工业化经济体50%的新工艺流程（假设使用直接还原铁和电弧炉技术（DRI-EAF））回收比例：各地区50-90%-工业化经济体的存量不增长，最大限度地回收利用-在新的经济体中为50%（雄心勃勃的政策，但存量持续增长）到2050年新工厂上线：各地区50-100%的新工艺（假设使用直接还原铁和电弧炉技术（DRI-EAF）能源使用能源效率-回收利用：能源强度降低80%-翻新和新建（数字+最佳可用技术）：能源强度降低30%，包括所有过程电气化-由新工艺流程中的结构决定能源效率-回收利用：能源强度下降80%-翻新和新建（数字+最佳可用技术）：能源强度下降30%，包括所有过程电气化-由新工艺流程中的结构+现有存量的雄心勃勃的改造政策来确定68水泥“新常态”场景“回到2050”场景服务需求-建筑存量的演变：各地区需求增长为-5%至+22%-建筑效率（废弃物管理，规范优化、模块化结构）：各地区需求下降20%-建筑存量的演变：各地区需求下降8%至16%-建筑效率（废弃物管理，规范优化、模块化结构）：各地区需求下降33%新的使用模式无无存量周转率-现有工厂仍在运行：各地区为0-50%-工业化经济体100%的新工厂整合新工艺流程（低熟料等）-现有工厂仍在运行：各地区为0-30%-工业化经济体100%的新工厂整合新工艺流程（低熟料等），其他地区为50%能源使用能源效率-改造和新建（数字+最佳可用技术）：现有工艺的能源强度降低30%-新工艺流程：能源强度+10%燃料转换-电气化增加+5%，各地区6-22%的份额能源效率-改造和新建（数字+最佳可用技术）：现有工艺流程的能源强度降低30%-新工艺流程：源强度增加10%燃料转换-各地区电气化比例为21-33%。-全球范围内煤炭使用完全被取代石油化工“新常态”场景“回到2050”场景服务需求与基线相比没有影响一些工艺流程变化对氢气需求有轻微影响，特别是在钢铁方面建筑保温的增加，以及更重要的是包装再利用和优化对塑料需求的影响：各地区下降0-13%工艺脱碳和绿色燃料（航空、航运）对氢气需求的重大影响循环性和分布式制造的影响：对石化需求下降5%（主要对塑料的需求）新的使用模式无无存量周转率回收比例：30%-机械回收占60%，化学回收占40%现有工厂仍在运行：各地区0-50%基于存量周转率，新工厂在2050年前上线回收比例：30%-机械回收占60%，化学回收占40%现有工厂仍在运行：各地区0-50%基于存量周转率，新工厂在2050年前上线能源使用能源效率-循环利用：机械能源强度下降90%，化学能源强度为零-改造和新建（数字+最佳可用技术）：所有工艺流程的能源强度降低30%电气化：各地区达到20-85%。-各地区电气化的比例翻倍能源效率-回收利用：机械能源强度下降90%，化学能源强度为零-改造和新建（数字+最佳可用技术）：所有工艺流程的能源强度下降30%电气化：全球85%-实现最大的电气化潜力汽车“新常态”场景“回到2050”场景服务需求-建筑存量的演变：各地区需求增长为-5%至+22%-建筑效率（废弃物管理，规范优化、模块化结构）：各地区需求下降20%-建筑存量的演变：各地区需求下降8%至16%-建筑效率（废弃物管理，规范优化、模块化结构）：各地区需求下降33%新的使用模式无无存量周转率-现有工厂仍在运行：各地区为0-50%-工业化经济体100%的新工厂整合新工艺流程（低熟料等）-现有工厂仍在运行：各地区为0-30%-工业化经济体100%的新工厂整合新工艺流程（低熟料等），其他地区为50%能源使用能源效率-改造和新建（数字+最佳可用技术）：现有工艺的能源强度降低30%-新工艺流程：能源强度+10%燃料转换-电气化增加+5%，各地区6-22%的份额能源效率-改造和新建（数字+最佳可用技术）：现有工艺流程的能源强度降低30%-新工艺流程：源强度增加10%燃料转换-各地区电气化比例为21-33%。-全球范围内煤炭使用完全被取代69聚焦回收利用我们经基本上对钢铁和塑料的回收率进行了建模。然而，预计其他各种成分的回收将加速，特别是不同的金属类别（铜、铝等），甚至包括混凝土和骨料。作为第一个近似值，我们估计这些变化不会导致能源需求的实质性转型，然而这当然需要更深入的关注。对于钢铁来说，今天从废钢电弧炉（EAF）的产量约占总量的20%。我们估计，这一比例在“新常态”场景中会上升到40%，而在“回到2050”场景中上升到70%。后者是假设富裕经济体的钢铁需求接近饱和，到2050年实现90%的回收率145。因此，新经济体（到2050年尚未达到饱和）的比率要低得多，到2050年为50%左右，这一假设在全球范围内与现有研究一致146。对于塑料，我们估计有一半的塑料将被收集回收和完全回收，其中三分之一通过化学方式回收，另外三分之二通过机械方式回收147。145关于钢铁的最终回收潜力，仍有争论。一个关键问题是铜污染，这可能会妨碍其在许多应用中使用（特别是汽车）。参见AllwoodJ.等人（2017年），《铜污染将如何制约未来全球钢铁回收？》146Labbé特别估计，如果100%的金属可以回收（根据雄心勃勃的政策框架），并且估计需求每年增长2%，存量使用寿命为30-40年，回收可以支持大约50%的需求。存量钢材的寿命因用途而异（建筑用钢的寿命超过50年，相当于全球需求的50%，但机械和运输设备用钢的寿命只有或不到20年）。Labbé,J.（2016年），《回收利用对金属供应的贡献的物理限制》。147Hundertmark等人（2018年），《塑料废弃物回收如何改变化学工业》图45–工业假设机械“新常态”场景“回到2050”场景服务需求无无新的使用模式循环性措施的影响：对机器的需求下降15%-50%的机器以服务方式运行-使用寿命延长30%循环性措施的影响：对机器的需求下降30%-50%的机器以服务方式运行-使用寿命延长30%存量周转率到2050年实现100%全新到2050年实现100%全新能源使用能源效率（数字+最佳可用技术+新设计和增材制造）：能源强度下降20%电气化：到2050年达到80%能源效率（数字+最佳可用技术+新设计和增材制造）：能源强度下降20%电气化：到2050年达到100%其他行业“新常态”场景“回到2050”场景服务需求无无新的使用模式-循环性措施的影响（共享经济）：对消费品需求下降20%-分布式制造（生产的本地化、成本降低）：活动水平+5%循环性措施的影响：-共享经济+禁止报废和强制再利用的政策法规：各地区消费品需求下降50-60%分布式制造（生产的本地化、成本降低）：活动水平+5%存量周转率到2050年实现100%全新-75%的传统工艺流程-25%的分布式制造到2050年实现100%全新-75%的传统工艺流程-25%的分布式制造能源使用能源效率-传统工艺流程（数字+最佳可用技术）：能源强度下降10%-分布式制造：制造业的能源强度x1.5电气化：各地区24-80%-各地区电气化的比例翻倍能源效率-传统工艺流程（数字+最佳可用技术）：能源强度下降10%-分布式制造：制造业的能源强度x1.5电气化：到2050年达到95%70聚焦分布式制造我们对分布式制造的主要假设是，它首先渗透到消费品领域，到2050年取代50%的现有流程。尽管机械、运输设备和建筑行业出现了非常令人鼓舞的迹象，但我们没有对其他行业做出假设。这应该是进一步研究的对象。我们还估计，由于更容易获得以及更低的（可能感知的）成本，这种采用会推动消费品需求的反弹（我们估计在预期活动水平增长的基础上再增加5%）。我们还估计，分布式制造的能源强度可能比传统做法更高，尽管材料需求会低得多（会对自然资源开采和提炼产生连锁反应）。鉴于缺乏关于这一主题的文献，我们武断地假设能源密集度是当前工艺流程的1.5倍，导致该行业的能源需求大幅增加。我们的评估得出该行业的电力需求为7700太瓦时（与能源强度没有额外增加的基线水平相比，增加了2600太瓦时）。关键假设–供应供应结构评估是POLES-Enerdata模型的直接输出，根据不同类型供应技术的最低成本轨迹和碳价格得出（“回到2050”场景）。在“回到2050”场景中，我们还纳入了一些关于发电的关键假设，因为我们假设该行业到2050年实现零排放。•这意味着燃煤和燃油发电将完全退役，剩余的天然气基础设施将配备碳捕集、利用和封存技术，或者用绿色气体替代天然气。•虽然大部分发电是由可再生资源提供的（按平准化度电成本（LCOE）计算，本质上更便宜），但仍有一部分发电是由核电提供的，这源于小型模块化反应堆和微型模块化反应堆的发展（在某些地区），我们认为这种发展届时可能会展开。在该模型之外，分布式发电的具体前景也得到了研究。这将是施耐德电气可持续发展研究院即将发布的出版物的主题。因此，我们在此描述了该模型中的关键假设。需要注意的是，整个模型是建立在建筑行业基础上的，没有考虑到工业设施中可能使用的分布式发电资源。遵循以下步骤评估超额潜力：•在全球范围内评估屋顶面积（作为（当前和预测）建筑面积的代理）以及建筑类型。在不同的建筑结构中，这些比率从15%到接近100%不等。我们认为它们随着时间的推移会趋于稳定。•评估适合分布式发电的屋顶面积，这在很大程度上取决于屋顶的形式、建筑密度及其位置、方向和已经安装的设备。这种合适的屋顶面积在很大程度上取决于建筑设计148，我们假设随着未来十年分布式发电的渗透变得更加经济合理，屋顶面积将继续增长149。虽然在我们现有建筑的模型中，目前的比率在10-50%之间变化，而我们估计，通过改进设计，新建筑的合适屋顶空间可以达到70%。•评估分布式发电的潜力（每平方米的太阳能板）。这在不同地区也有很大差异。我们使用全球太阳能资源地图集（GlobalSolarAtlas）的数据来得出区域潜力，并在此基础上加上20%的降级系数，以考虑太阳能电池板输出电力和有效可用电力之间的损耗150。148不同地区的比率在10-15%和70%之间（较低的情况来自Apur和Egis对巴黎市中心的研究，较高的情况来自Taminau和Byrne对纽约的研究）。Apur&Egis（2015年），太阳能潜力分析。大巴黎的屋顶；Deng等人（2015年），量化世界范围内现实的风能和太阳能电力供应；经合组织/国际能源机构（2019年），2019年可再生能源；TaminiauJ,ByrneJ.（2020年），城市规模的城镇可持续性：纽约市分布式太阳能的时空分布图149彭博新能源财经（2021年），《实现客户驻地太阳能的潜力》。据预测，分布式发电将在未来几年在全球范围内达到电网平价，推动进一步采用。此外，新建筑的回报期远低于5年，并且呈下降趋势，这对新建筑而言在很大程度上是一个“明摆着不用思考”的问题。150全球太阳能资源地图集（GlobalSolarAtlas）（2021年），全球太阳能资源地图集，来自Solargis、ESMap、世界银行集团71到目前为止，这些假设估计全球分布式发电的潜力大约为7500太瓦时，考虑到存量的增加和合适的屋顶面积的增加，到2050年可增加到25000太瓦时。这些研究结果与其他研究的当前和预测潜力是一致的151。这一潜力的75%集中在新建筑中（由于到2050年新建筑的比例和屋顶对太阳能装置的适用性增加）。此外，80%的潜力集中在住宅环境中152。该模型的下一步是对渗透率做出假设。我们对这两种场景采取不同的假设：•在“新常态”场景中：我们假设从2040年开始（各地区）在新建筑上系统地发展太阳能光伏发电，因为经济性在全球范围内达到电网平价（市场驱动渗透率提升）。我们还假设到2050年全球三分之一的现有存量都配备了太阳能光伏。这产生了大约8000太瓦时的分布式发电总量。•在“回到2050”场景中：我们假设采用更激进的方法来实现建筑存量的脱碳，假设从2025年起所有新建筑都配备太阳能光伏，现有存量的三分之二配备太阳能光伏。到2050年，这将产生16000太瓦时的分布式发电。关键假设–各种用途的能源成本关于能源转型的一个普遍说法是，它将导致能源成本的提高。这是一个需要更深入研究的主题，因为实际的能源成本是几个项目的复杂代理。我们在这里只对这个复杂的问题提供一些见解。这将是未来出版物的研究对象。传统上，能源成本是根据其交付时的价格点进行比较。这种比较的第一个问题是，它们包括了一系列的税收，大大模糊了情况。例如，欧洲家庭的电力税是天然气的四倍153。第二个问题是，比较往往停留在交付点的价格上，没有考虑到有用能源的成本，或用于所需服务的有效能源。一个典型的例子是各种供热方案的性能差异。传统的燃气锅炉的效率约为90%，而热泵的性能效率为300-500%（因为它们使用来自周围环境的天然可再生能源）。因此，对于类似的有用能源，热泵使用的输入能量要少3-5倍。另一个例子是汽车动力系统，电动汽车的效率大约是传统汽油车的3倍。因此，要了解各种能源的能源成本竞争力，关键是要考察不含税的有用能源的竞争力。图39对这这一问题进行了高屋建瓴的总结。1千瓦时的有用能源被转换为化石燃料和电力解决方案的等效最终能源需求（计入使用中的废弃物），涉及三个主要行业：出行、低温供热（建筑、制造业）、高温供热（加工行业）。由于电力系统的效率更高，成本平价是由化石燃料的成本乘以效率系数来定义的。然后对化石燃料和电力的成本进行评估，将税排除在外。本分析使用了美国能源信息署的数据154。不同地区的情况显然大不相同。第一个关键的结论是，在所有其他条件相同的情况下，电力系统在出行和低温供热应用（使用热泵）方面具有竞争力。在高温供热方面，尽管接近平价，但情况更为复杂。可再生能源的竞争力不断提高，推高了发电成本的通缩压力，未来这可能提高电气化解决方案的竞争力。为大型工业场所提供分散的可再生能源也可以显著降低能源的整体成本（因为不包括电网成本），尽管它不会提供这些设施所需的所有能源。然而，电力解决方案竞争力的一个关键是在供应充足时储存这种高度廉价的可再生能源的能力。因此，储能将在电力解决方案的整体竞争力中发挥根本作用。虽然在固定式储能的成本上花费了大量的笔墨，但电表背后的热存储也提供了一个重要的前景（因为这些需求大多是用于加热和/或冷却，而不是用于出行）。解决方案已经存在，并且通常具有很强的成本竞争力，更不用说当它们被直接整合到新的设施设计中时（或利用现有的设备，如建筑物中的水箱），其边际成本接近零155。虽然这种评估显然需要更深入、更多的区域性和行业研究，但我们可以有把握地得出结论，认为电气化是需要付出代价的这种论点在很大程度上被误解了。这也没有考虑到改进后的可再生技术所带来的日益增长的竞争力，以及随着需求的逐步减少，化石燃料基础设施成本的可能增加。151当前的预测范围在8,000太瓦时和18,000太瓦时之间：Deng等人（2015年），量化世界范围内现实的风能和太阳能电力供应；经合组织/国际能源机构（2019年），2019年可再生能源；对于预测，Deng等人（2015年）估计2050年的潜力为25,000太瓦时（与我们的预测非常一致），此外还需要增加从外墙（光伏建筑一体化）收集太阳能的额外潜力，这约占额外的15000太瓦时。Deng等人（2015年），量化世界范围内现实的风能和太阳能电力供应。152施耐德电气研究153欧盟统计局（Eurostat）（2020年），家庭数据154能源信息署(b)（2021年），表5.3。最终客户的平均电价；能源信息署(c)（2021年），汽油和柴油燃料的最新情况；能源信息署(d)（2021年），天然气价格；施耐德电气研究155主要见PhilibertC.（2017年），工业可再生能源；DorrA.、SebaT.（2020年），《重新思考2020–2030年的能源》72图46–能源成本关键假设–水能需求如今，每年的水需求量约为3900立方千米，预计到2050年将增加50%，但预测结果有很大差异156。水能需求分为三个主要过程：供应（和输送）、分配和废水处理。供应有多种形式，从地表开采到地下水抽水和海水淡化（海水淡化占全球供水量的比例不到1%）。目前只有20%的废水得到处理157。水主要用于农业（约占总需求的70%，直接抽取和使用），然后用于能源、工业和市政用途的比例几乎相同（各占10%左右）。最后两项涉及水的分配。这些过程中的每一个环节都显示出不同的能源强度。供水能源强度范围从低至0.01千瓦时/立方米到高达3-5千瓦时/立方米（海水淡化）。配水的能源强度范围在0.1-0.5千瓦时/立方米之间，废水处理的能源强度范围在0.1-1千瓦时/立方米之间158。尽管对当前水能需求没有明确的预测，但根据全球平均能源强度，可以模拟出目前的水能需求约为800-1000太瓦时。我们目前的模型得出的数字与国际能源署的预测相似159。到2050年，水务行业的未来能源需求存在诸多不确定性。•我们的模型是基于到2050年需求增长50%而建立。在其他条件相同的情况下，这将产生大约400-500太瓦时的能源需求增长。•我们还假设，到2050年，100%的城市和工业废水将被处理。这将产生额外的400太瓦时的能源需求。•然后我们假设水需求增长的很大一部分来自于海水淡化。这里的数字差别很大，从30太瓦时（假设在总供水量中的比例与目前相当）到4900太瓦时（假设100%的额外需求来自海水淡化）。假设20%的额外需求将产生1000太瓦时的额外能源需求。50%的比例将产生2500太瓦时的能源需求。这一思想实验还不足以得出精确的预测结论，但它已经清楚地表明，海水淡化在全球水供应中的比例将是该行业未来能源需求的决定性因素。考虑到需求的增加主要来自于供应稀缺的地区160，有理由认为海水淡化将在总供水量中占据更大的比例，从而对关键地区的全球能源需求产生巨大影响。总的来说，这是一种新的能源利用方式，但迄今为止很大程度上被忽视了。然而，还需要进一步研究，这将是后续出版物的研究对象。156Citi（2017），全球水危机的解决方案；国际可再生能源机构（2015年），水、能源和粮食关系中的可再生能源；©经合组织/国际能源署（2016年），《水能关系》（WaterEnergyNexxus）；PetitV.(b)（2021年），《火的时代即将终结》157事实上，约65%的城市废水得到处理，但工业废水的处理比例较低，农业废水的处理比例接近于零。158经合组织/国际能源署（2016年），《水能关系》159同上160PetitV.（2021年），《全球秩序的未来》73关键假设–数字技术的能源足迹评估数字技术对能源需求的确切影响是一项复杂的工作，因为对应包含哪些内容没有公认的分类标准，而且未来有很大的不确定性。2021年，施耐德电气采用自下而上的分析方法，发布了对2030年ICT行业能源需求的预测161。预测结果显示，2020年至2030年的能源需求将增长50%，从目前的约2000太瓦时增加到2030年的3200太瓦时，这是巨大的增长，但也消除了人们对需求不可控和快速增长的许多担忧。本研究还重点指出了关键的不确定性，主要围绕两个问题：•如何计算来自制造业的能源需求是目前预测中的一个关键争议点，而且仍有许多不确定因素。•虽然短期预测可以相对容易地从目前的趋势中推断出来，但预测该行业的中期需求必须考虑到新的IT服务（人工智能、区块链、自动驾驶汽车等）和新的IT能力（量子计算、新的硬件创新、新的连接服务等），这些都很难预测。因此，准确预测数字技术对2050年全球能源需求的未来影响，超出了本报告的范围。然而，很明显，随着经济继续利用数字技术，这一行业足迹将大幅增长，到2050年可能占全球能源需求的相当大的比例。作为一个思想实验，如果能源需求的增长速度继续按计划进行（在我们的预测中，大约5%的年复合增长率），到2050年，能源需求将达到约8000-9000太瓦时。POLES-Enerdata模型POLES-Enerdata是世界能源行业到2050年的部分平衡模拟模型，包括各行业从上游生产到最终用户需求的完整模型，以及产生温室气体排放。POLES模型是由Enerdata与欧盟委员会联合研究中心（塞维利亚）和格勒诺布尔大学-国家科学研究中心（GAEL实验室）合作使用并共同开发的。模拟过程采用逐年动态递归法，包括内生的国际能源价格和按地区对供求关系的滞后调整，从而考虑到主要模块之间的相互作用：能源供应、能源转换和最终能源需求。POLES-Enerdata的地理分布包括54个国家，其中包括20国集团成员，另外还有12个区域集合，构成了全球覆盖面，适用于分析全球以及区域或国家层面的长期能源和气候趋势。图47–POLES-Enerdata模型结构161施耐德电气(e)（2021年），《数字经济和气候影响》74最终需求这一模型考虑了分布在工业、交通和建筑之间的11个不同细分行业的最终需求，采用了更为自上而下的计量经济学方法和自下而上的技术经济评估相结合的方法，来确定各行业的能源需求水平。能源需求按具体用途细分，例如，建筑中的空间和水暖供热、冷却或电器；运输中的货物和乘客；工业中的自备电力、能源使用和原料。在适用的情况下，各种技术相互竞争以满足能源使用，例如，不同类型的锅炉和热泵用于供热需求，或不同类型的车辆（电动汽车、插电式混动汽车、内燃机）用于道路运输。能源供应主要能源的供应，如石油、天然气、煤和生物质，也是内生的考虑因素。尤其详细描述了石油和天然气的供应，涵盖了88个生产国，并利用最终可开采资源的现有数据估计储量的变化。考虑到地理上的特殊性、贸易路线的特殊性及其潜在的演变（例如液化天然气作用的提升），对国家间的生产和贸易流进行建模。能源转型电力和氢气的需求必须在其特定的模块中得到满足，这些模块涉及到容量规划和发电/调度。在发电方面，有30多种技术互相竞争，以满足容量需求，其中包括火力发电厂（包括更先进的技术和碳捕集和封存）、核反应堆、水电站、风能（陆上和海上）、太阳能（集中式和分布式）。考虑到可再生能源的不确定性和间歇性，由此产生的发电量通过择优排序法得出。同样，14种不同的氢气生产技术在容量规划和发电调度中相互竞争，包括灰色、蓝色和绿色（电解、太阳能甲烷重整）技术。输入数据POLES-Enerdata中的历史能源消费数据是从Enerdata自己的国际能源数据库中提取的，每年都会更新。这一模型还使用外部宏观经济和人口统计假设，如来自国际公认来源的截至2050年的各国GDP和人口数据162。技术经济数据，如资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）以及发电厂、制氢厂或其他技术（如热泵和道路运输车辆）的性能，也是从各种来源收集163并定期更新。162国际货币基金组织（IMF），牛津经济研究院（OxfordEconomics），联合国开发计划署（UNDP）163经合组织/国际能源署，ASSET-PRIMES75详细结果基于这组假设，我们对能源需求的演变进行建模，然后对由此形成的供应系统进行建模，以满足这些需求。以下表格整合了建模工作的所有结果。这只是一个全球视图。区域预测将在随后的出版物中详细说明。活动水平活动需求的演变2018“新常态”2050“回到2050”2050钢铁产量（千吨）100%143%102%其中废钢-电弧炉占比（%）19%39%69%水泥水泥产量（基数100）100%140%96%化工化工产品产量（基数100）100%159%137%其他行业汽车100%136%136%机械100%161%137%其他100%109%91%住宅面积（百万平米）100%194%183%热泵份额（%）1%61%74%服务面积（百万平米）100%187%164%热泵份额（%）1%29%70%乘客活动水平汽车和摩托车行车公里数（Gkm）100%153%96%汽车和摩托车旅客人公里数(Gpkm)100%176%131%铁路旅客人公里数/吨公里数100%223%299%公交旅客人公里数（Gpkm）100%191%170%道路货运道路吨公里数(Gtkm)100%169%152%航空航空旅客人公里数100%188%143%航空吨公里数100%126%90%图48–活动水平变化最终能源需求最终能源需求（PJ）20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）419,756451,333479,472382,353360,558石油产品168,657164,916124,896132,26045,056天然气63,37073,79964,03151,49316,954煤炭51,85150,84836,06827,6384,227电力77,630113,635205,059107,682228,700生物质和废弃物43,18336,67331,94445,33736,949其他15,06511,46217,47417,94128,671图49–最终能源需求，全球76最终能源需求–建筑最终能源需求（PJ）服务20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）39,74347,42260,30438,76748,274石油产品4,0763,4532,2661,960506天然气8,5199,6368,7055,7331,411煤炭2,3762,2421,58680333电力20,90927,88841,55926,33141,833生物质和废弃物1,3621,9432,6481,1991,385氢气00000热能2,5002,7533,3672,7403,105最终能源需求（PJ）住宅20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）88,26981,99390,70273,39379,451石油产品9,0916,4931,4633,927314天然气19,47617,1377,85911,4231,202煤炭3,1153,0032,3401,12948电力21,43332,21655,82631,64962,038生物质和废弃物28,60219,30113,58018,9907,932氢气0373912热能6,5526,9138,0126,2367,904最终能源需求（PJ）20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）128,012129,414151,007112,159360,558石油产品13,1679,9463,7295,88745,056天然气27,99526,77316,56517,15616,954煤炭5,4925,2453,9261,9324,227电力42,34260,10497,38557,981228,700生物质和废弃物29,96421,24416,22820,18836,949氢气0373928,671热能9,0529,66611,3788,97711,010图50–最终能源需求，建筑77最终能源需求（PJ）出行20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）117,186129,845127,366107,91282,608石油产品110,255113,98889,37889,12618,203天然气2,0192,3871,2931,517259煤炭22222电力1,0878,21629,79710,95434,861生物燃料3,8245,0646,4285,37817,615氢气和氢基燃料018846993611,669热能9,0529,66611,3788,97711,010最终能源需求（PJ）铁路20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）2,2962,8324,5442,9555,853石油产品1,2581,2661,224983469煤炭22222电力1,0371,5653,3191,9715,383生物燃料00000氢气00000最终能源需求（PJ）航空20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）14,22817,27025,46016,27119,177石油产品14,22816,21921,78114,841959电力00002,301生物燃料01,0513,6781,42914,383氢气和氢基燃料00001,534最终能源需求（PJ）海运20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）11,76614,35917,24812,24112,522石油产品11,76614,35917,24810,4051,252电力0006121,878生物燃料0006121,252氢基燃料0006128,139最终能源需求–出行图51–最终能源需求，出行最终能源需求（PJ）道路20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）88,89695,38480,11576,44645,056石油产品83,00382,14449,12562,89715,523天然气产品2,0192,3871,2931,517259电力516,65126,4798,37125,298生物燃料3,8244,0132,7493,3361,980氢气01884693241,99578最终能源需求–工业最终能源需求（PJ）工业（不包括原料）20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）127,892137,330136,688116,242103,847石油产品12,41610,5365,3918,1351,014天然气24,96930,31226,14124,7727,225煤炭43,58839,95623,22522,7541,146电力31,94242,37872,66135,32884,190生物质和废弃物8,9648,9755,43917,2634,292氢气08971,5325,0314,117热能6,0134,2742,2992,9581,863最终能源需求（PJ）钢铁20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）30,33832,72225,91429,19811,173石油产品27236616375790天然气2,4392,8001,3303,990510煤炭22,05321,46311,78813,069854电力4,8147,03411,7825,8247,099生物质和废弃物1734872302,810612氢气052852,5331,750热能586518536215259最终能源需求（PJ）矿产品20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）18,33920,48819,25316,34715,453石油产品2,2102,2261,3281,827650天然气2,7324,0474,2964,7294,853煤炭10,2869,7537,3542,875215电力2,4893,0424,5772,7744,990生物质和废弃物4961,0741,0913,0081,850氢气02194849622,090热能127127124173805最终能源需求（PJ）矿产品20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）20,51220,76419,35517,99616,671石油产品2,0781,8407711,22370天然气6,6006,4013,6735,051845煤炭4,4363,0401,5841,87837电力4,7766,51511,5974,94214,174生物质和废弃物908545392,508641氢气0208201493130热能2,5321,9059901,901774图52–最终能源需求，工业79最终能源需求（PJ）其它20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）46,66654,74364,41146,03946,378石油产品32,81930,44526,39829,11225,020天然气8,38714,32620,0338,0486,856煤炭2,7705,6458,9162,9502,999电力2,2582,9385,2163,4205,779生物质和废弃物4311,3903,8492,5085,725氢气00000热能00000发电量（太瓦时）20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”总发电量（太瓦时）24,67536,98565,79835,83374,155煤炭38%19%7%16%0%天然气23%21%17%15%4%石油3%1%1%1%0%生物质和废弃物2%2%1%2%1%核能10%9%7%8%7%可再生能源24%48%67%58%87%水电16%15%13%16%12%风能5%16%26%20%34%太阳能2%17%28%23%38%其他0%0%0%0%2%氢气0%0%0%0%0%最终能源需求（PJ）其它工业行业20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”最终需求（PJ）58,70263,35672,16752,70160,549石油产品7,8566,1043,1284,329204天然气13,19817,06316,84211,0021,017煤炭6,8135,7002,4994,93240电力19,86325,78744,70621,78857,927生物质和废弃物8,2056,5603,5818,9381,189氢气04187631,043148热能2,7681,72464966925最终能源需求–工业最终能源需求–其它发电量图52–最终能源需求，工业图53–最终能源需求，其它图54–发电量80排放量（百万吨二氧化碳/年）20182030“新常态”2050“新常态”2030“回到2050”2050“回到2050”总排放量35,15232,70324,94223,5310总排放量（不包括补偿）35,15232,70325,36623,8365,625工业（包括非能源用途）7,2007,2185,2444,6281,246工业流程2,7162,9812,8092,2781,304工业碳捕集、利用与封存00-133-165-923建筑物2,9852,6731,5571,543210交通运输7,9958,2916,4696,4631,320发电12,2409,6998,1707,4731,272电力碳捕集、利用与封存00-232-70-1,252其他转型1,6361,5291,0221,293258其他碳捕集、利用与封存00-59-65-638负排放3813129515814其他负排放000-5-2,811二氧化碳排放量图55–二氧化碳排放量811.AllwoodJ.,AshbyM.,GutowskiT.,WorrellE.(2013).Materialefficiency:providingmateri-alserviceswithlessmaterialproduction.PhilTransRSocA371:20120496.Accessed:June2021.http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.04962.AllwoodJ.,DaehnK.,SerrenhoA.C.(2017).HowWillCopperContaminationConstrainFutureGlobalSteelRecycling?AmericanChemicalSociety.Accessed:June2021.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b009973.AMFG.(2020).“HowSustainableisIndustrial3DPrinting?”March10.Accessed:June2021.https://amfg.ai/2020/03/10/how-sustainable-is-industrial-3d-printing/4.Apur&Egis(2015).Analysedepotentielsolaire.ToituresduGrandParis.Accessed:June2021.https://www.egis.fr/sites/default/files/150502_-_apur_-_etude_integration_solaire_small.pdf5.AgoraEnergiewende&AFRYmanagementconsulting(2021).No-regrethydrogen:ChartingearlystepsforH₂infrastructureinEurope.Accessed:September2021.https://static.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2021/2021_02_EU_H2Grid/A-EW_203_No-regret-hydrogen_WEB.pdf6.Arbib,J.,SebaT.(2017).RethinkingTransportation2020–2030.TheDisruptionofTransportationandtheCollapseoftheInternal-CombustionVehicleandOilIndustries.RethinkX,May.Accessed:September2021.https://www.rethinkx.com/transportation.7.ArbibJ.,DorrA.,SebaT.(2021).RethinkingClimateChange.HowHumanityCanChoosetoReduceEmissions90%by2035throughtheDisruptionofEnergy,Transportation,andFoodwithExistingTechnologies.RethinkX.Accessed:July2021.https://www.rethinkx.com/climate-implications8.AggrawalS.(2019).TheLessKnownAlphaGeneration.PurdueUndergraduateResearchConference.1.Accessed:January2021.https://docs.lib.purdue.edu/purc/2018/Oral_Presentations/19.AssociationforSafeInternationalRoadTravel(2021).RoadSafetyFacts.Accessed:September2021.https://www.asirt.org/safe-travel/road-safety-facts/10.BaileyM.P.(2021).MajorGreenAmmoniaandHydrogenProjectAnnouncedinMorocco.ChemicalEngineering.Accessed:September2021.https://www.chemengonline.com/maj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