2023年的数据表明，全球平均地表温度比工业化前水平已经高出约1.2°C，并在全球各地引发了前所未有热浪，而温室气体排放量尚未达到峰值。如今全球每年超过600万人的过早死亡都与空气污染有关，能源消耗是空气污染的最重要原因之一。
即便如此，人们应对气候挑战，致力于清洁能源的目标依然不会改变。应对氣候挑戰本質上是就改变能源结构的挑戰。
COP28 ：努力接近摆脱化石燃料
COP28大会 图片来源: UN Climate Change
2023年11月30日至12月13日举行《联合国气候变化框架公约》第28次会议（简称为COP28）阿联酋迪拜举行，是历届缔约方大会中规模最大的一届，150多位国家元首和政府首脑，及各国代表团、民间社会、商界、土著人、青年、慈善机构和国际组织的代表共约8.5万人出席会议。
根据COP28会议公布的资料，在目前的气候变化水平下，有5个主要的临界系统已经面临越过临界点的风险，包括格陵兰和南极西部冰原融化、北大西洋副极地环流减缓、暖水珊瑚礁死亡和一些永久冻土区消失。
总共近200个国家在迪拜举行的COP28气候峰会上就能源问题做出了重大集体承诺，重申实现《巴黎协议》将全球变暖限制在1.5°C的目标。各国政府首次认识到，要实现这一目标，与能源相关的排放需要在2050年之前实现凈零排放，并制定了关键目标来帮助实现这一目标，包括到2030年将全球可再生能源产能提高两倍，将全球能源效率提高一倍，以公正、有序和公平的方式，逐步减少未加装减排设施的煤电，逐步取消低效化石燃料补贴，推动能源系统摆脱化石燃料的其他措施，发达国家应继续发挥带头作用。
2023年，全球煤炭发电量创下历史新高，煤炭是人类活动二氧化碳 （CO2） 排放的最大单一来源。国际能源署（IEA）指出：转折点可能很快就会到来，在今天的政策环境下，煤炭需求预计将在本十年结束前达到顶峰，并逐渐下降。
2023 年，化石燃料的生产和使用导致近 1.2 亿吨甲烷排放，相当于约 34 亿吨二氧化碳。这接近2019年创下的历史新高。COP28协议强调需要特别减少这十年的甲烷排放。根据国际能源署(IEA)的分析，到2030年，化石燃料运营的甲烷排放量需要比2022年的水平下降75%，才能将升温限制在1.5°C。
在短期内，鼓励缔约方在 2025 年初之前，在其下一轮气候行动计划（国家自主贡献NDCs）中提出富有雄心的全经济领域减排目标，涵盖所有温室气体、部门和类别，并与 1.5°C 的全球气温升幅控制目标保持一致。
《联合国气候变化框架公约》执行秘书西蒙·斯蒂尔（Simon Stiell）表示：“虽然我们没有在迪拜翻过化石燃料的篇章，但这一成果将开始结束化石燃料时代。现在，所有政府和企业都需要毫不拖延地将这些承诺转化为实际经济成果。
早在2009年，UNFCCC就提出了针对发展中国家进行在损失逾灾害补偿的计划，发达国家承诺每年拿出1000亿美元进行补偿。但“损失与损害”基金在COP28期间才开始运行，并首次迎来共计7.92亿美元的注资，相比发展中国家因自然灾害和海平面上升而承受的损失所需的1000亿美元来说，这点资金的象征性意义更大。与会各方也敦促发达国家切实履行承诺，帮助更多发展中国家应对气候变暖问题。
斯蒂尔强调：“你们每个人都在发挥着真正的作用。在关键的未来几年里，你们的声音和决心将比以往任何时候都更加重要。”
正在发生改变的能源结构
国际能源署(IEA)最新的《電力2024》報告指出，儘管由於發達經濟體的電力消費下降，2023年全球電力需求增長略微放緩至2.2%，但預計從2024年到2026年，全球電力需求增長將加速至平均3.4%。
創紀錄的低排放發電量（包括太陽能、風能和水力等可再生能源以及核能）为減少化石燃料在家庭和企業提供電力方面起到了巨大作用。預計到 2026 年，低排放能源將佔全球發電量的近一半，超过2023 年的水平。
到2025年初，可再生能源將超過煤炭，佔總發電量的三分之一以上。到2025年，隨著法國產量的攀升，日本的幾家核電站重新上線，以及新反應堆在中國、印度、韓國和歐洲等許多市場開始商業運營，預計全球核能發電量也將達到歷史最高水準。时隔50多年，化石燃料在全球發電中的份額再次降至60%以，且很可能不会大幅度回升了。到2026年，可再生能源与核电的总发电量将超过一半。
國際能源署執行主任Fatih Birol表示：「電力部門目前產生的二氧化碳排放量比世界經濟中任何其他部門都多，因此令人鼓舞的是，可再生能源的快速增長和核電的穩步擴張將共同滿足未來三年全球電力需求的所有增長。“這在很大程度上要歸功於可再生能源背後的巨大勢頭，越來越便宜的太陽能引領潮流，以及核電重要回歸的支援，到2025年，核電的發電量將達到歷史新高。雖然需要更多的進展，而且要快，但這些都是非常有希望的趨勢。
自2020年以来，清洁能源领域的投资增长了40%。推动减排是关键原因，但并不是唯一原因。成熟的清洁能源技术具有充分的经济性。能源安全也是重要因素，对燃料进口国而言尤其如此，比如中国，在积极扩大石油、天然气进口来源的同时，也是全球最大的可再生能源制造和使用国；工业战略和创造清洁能源就业机会的愿望同样是重要因素。2020年，每25辆售出的轿车中有1辆是电动汽车；到了2023年，每5辆售出的轿车中就有1辆是电动汽车。2023年，可再生能源发电容量将增加超过500吉瓦（GW），创下新的纪录。用于进行太阳能部署的费用将超过每日10亿美元。眼下，清洁能源系统的关键组成部分（包括太阳能光伏组件和电动汽车电池）的产能正在迅速扩大。因此，国际能源署最近在其更新的《净零排放路线图》（Net Zero Roadmap）中得出结论认为，尽管实现将全球升温限制在1.5°C这一目标非常艰难，但并非不可能。
海上风电 图片来源 三峡集团 www.ctg.com.cn
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清潔能源轉型的加速擴大意味著化石燃料的增長空間所剩無幾：IEA在《世界能源展望-2023》中提到，2023年石油、天然氣和煤炭的需求首次達到峰值。化石燃料在一次能源需求中的份額從過去二十年的80%下降到2030年STEPS中的73%，APS中的69%和NZE（Net Zero Emissions净零排放）情景中的62%。
统计显示，目前全球6成的能源消耗来自G7（七国集团）加上中国和印度。这些成员正对能源结构的优化调整。
作为全球第一的制造业大国，中国长期处于能源需求和使用的顶端位置，因此中国能源结构的变化也会对全球能源结构变化产生深远影响。2023年，在服務業和工業部門的推動下，中國的電力需求增長了6.4%。隨著中國經濟增長預計將放緩，對重工業的依賴程度將降低，IEA預測，中國電力需求增長速度將在2024年放緩至5.1%，2025年為4.9%，2026年為4.7%。即便如此，到2026年，中國的電力需求總增長量約為1400太瓦時，超過歐盟目前年用電量的一半以上。截至 2022 年底，中國的人均用電量已經超過了歐盟，並且還將進一步上升。太陽能光伏元件和電動汽車的快速生產以及相關材料的加工將支持中國電力需求的持續增長，同時其能源结构也在不斷發展。
2022到2026 全球各地主要能源需求变化 图片来源：iea.org
IEA指出：預計到2026年，全球電力需求增長的約85%將來自發達經濟體以外的國家，尤其是中國、印度和東南亞國家。
从用电量的角度，中國在全球電力需求增長中所佔份額最大，但印度在主要經濟體中增長率最快，到2026年，印度的年均用电增长会在6%以上。东南亚地区的人均用电量正在快速增长。
另外一个极端是非洲大陆，这个拥有接近13亿人口的地区，人均用电量仅为印度的一半，仅有东南亚人均水平的30%，且分布极为不均。
传统的发达地区，北美和欧盟，在2023年的电力需求呈下降趋势，但用电数据最慢也会在2026年前后恢复增长。
未来几年全球额外新增电力需求几乎可全部来自可再生能源 图片来源:iea.org
可再生能源在發電中的份額預計將從2023年的30%上升到2026年的37%，這一增長主要得益於更便宜的太陽能光伏發電的擴張。在此期間，可再生能源將取代化石燃料供應，從而抵消美國和歐盟等發達經濟體的需求增長。與此同時，在中國，可再生能源的快速擴張預計將滿足所有額外的電力需求，
光伏：无心插柳的意外收获
太阳能光伏能够更快地让世界转向清洁能源 图片来源：iea.org
在2015年，全球光伏的发电量仅为50GW，到2022年，光伏发电能力达到220GW，IEA预计在政策和经济的多重作用下，到2030年全球光伏发电能力将达到500GW，仅此一项每年就可为地球减排16亿吨二氧化碳。值得一提的情况是，目前光伏产业的发展，使得太阳能电池板的制造能力处于远超部署能力的状态，2022年的全球光伏产能就达到640GW，而要将这么多电池板部署并实现发电，以目前的速度到2030年都未必能够完成。这种情况会加大行业风险，但是由此带来的成本降低，很可能会让光伏能源的成长速度超过人们的预期。
但是光伏的潜力却远远不止发电这么简单，在中国，人们在大规模建设光伏发电站的时候，有了新的收获。
在中国青海省海南州，有一个荒僻的地方叫塔拉滩，由于气候恶劣，千百年来都无人问津。但是该地年平均日照超1800小时(一年8760小时)，地形相对平坦，却是发展光伏的理想场地。2011年开始，这个地区开始架设起光伏面板，到2022年，经过10多年的建设，这个面积约为610平方公里的地方建成全球装机容量最大的光伏发电厂，2022年发电量达到了144亿度。
在这个光伏发电厂建设过程中，人们发现，成片的太阳能板，让发电厂平均风速降低50%，土壤水分蒸发量减少30%，原本几乎不可见的荒草等绿植竟然开始大量生长，厂区的绿化率从原本不到10%，迅速超过了80%。但是野蛮生长的绿色植会影响到光伏发电厂的运转。就在工作人员为除草烦恼的时候，当地为饥饿羊群寻找食物的牧民奇迹般地解决了这个问题。
双方一拍即合，牧民在光伏电站放羊“除草”，而电厂免去了除草的烦恼。与很多动物不同，羊吃草通常不会去挖断草根，因此不会对草场造成毁灭性打击，而其排泄物又可以达到改善土壤品质的作用。让植被更加丰富，从而养得起更多羊群。
沙漠光伏下的绿色 黄河上游水电开发公司 www.hhsd.com.cn
就这样，原本只想在荒漠建设一座电厂的黄河上游水电开发有限公司，经过数年的建设，意外收获了一座优质牧场。
光伏放牧 图片来源 黄河上游水电开发公司 www.hhsd.com.cn
在戈壁荒滩 “板上发电、板间种草、板下放羊”的光伏产业发展模式成为佳话。原本的“荒漠之地”变为“生态绿洲”，环境得到很大改善。
光伏发电受阳光时常的限制也透过附近的水电站得到解决：日落后电厂利用附近龙羊峡水电站实现水光互补，有效解决光伏发电的弃光难题和安全并网问题，推动了大规模水光互补和清洁能源互补技术的发展。
2022年“世界最大装机容量的光伏发电园区”和“世界最大装机容量的水光互补发电站”获得吉尼斯世界纪录的成功认证。
截至2022年底，中国青海省海南州光伏生态园养殖藏羊2万多只，年牧草产量达11.8万吨，年节约养殖成本720万元人民币。
受到到这项工程的启发，中国在其他荒漠或沙漠地区也相机开展了类似项目。
内蒙古库布其沙漠光伏治沙项目 图片来源： 三峡集团 www.ctg.com.cn
库布其光伏治沙项目位于内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗库布其沙漠腹地，由三峡集团所属三峡能源联合亿利集团投资建设。项目装机规模200万千瓦，占地10万亩，配套容量400兆瓦/800兆瓦时（即最大充放电功率400兆瓦，总储容量800兆瓦时）储能系统以及10万亩沙漠治理生态建设工程。
库布其光伏治沙项目也是国内一次并网的最大单体光伏项目，年均发电量约41亿千瓦时，每年可节约标准煤约123万吨，减少排放二氧化碳约319万吨。项目同步采用微创气流植树法、风向数据法、无人机飞播等先进技术，预计修复治理沙漠面积10万亩，年均减少向黄河输沙约200万吨。
蒙西库布其沙漠200万千瓦光伏治沙项目施工现场 图片来源： 三峡集团 www.ctg.com.cn
库布其光伏治沙项目是首个在沙漠区域大面积应用柔性支架材料的光伏治沙项目。项目采用“板上双面发电、板下双层生态、板间双层养殖”的立体生态光伏治沙模式，通过双玻组件实现板上双面发电，可增加发电量5%-10%；板下种植优质牧草和药材等作物，实现立体生态种植；板间运用先养鸡后养羊的“畜禽草耦合”治沙技术实施养殖，畜禽粪便还田治沙改土，实现“板上发电、板下种植、板间养殖、治沙改土、乡村振兴”的“光伏+”多重效益。
这种由光伏发电带来的新型农业方式，也迅速推广到了世界其他地方，在美国这种新型的方式被称为“光伏放牧”（solar grazing），据统计统计，全美已有5000只绵羊吃上了太阳能板下的牧草。
由此推及，在干旱的非洲撒哈拉大沙漠，这种方式是否能为当地人带来实实在在的好处？
储能加速电池技术的发展
為了在2030年之前將全球可再生能源容量增加兩倍达到1500GW，同時保持電力安全，儲能能力需要在现有基础上增加六倍。，這符合《巴黎協定》的目標，即在2100年將全球平均氣溫上升限制在1.5°C或更低。電池儲能为行业提供了90%的增長动力，到2030年全球电池产能将將增長14倍，達到1200吉瓦，並輔以抽水蓄能、壓縮空氣和飛輪。為了實現這一目標，到2030年，電池儲能的部署必須繼續以平均每年25%的速度增長，這將需要政策制定者和行業採取行動，利用電池儲能可以在幾個月內在大多數地點建成的事實。
为实现2030年碳中和，約60%的一氧化碳減排與電池有關，使其成為實現全球共同氣候目標的關鍵因素。近20%與電動汽車和太陽能光伏電池直接相關。另外40%的減排來自最終用途和可再生能源的電氣化，而這些電氣化是由電池間接促進的。
在2024年5月中旬，由于光伏电池板数量持续增长，欧洲电力交易所EPEX SPOT SE，德国与荷兰部分时段电力出现-500欧元/兆瓦时的价格。这一周的周末，德国甚至接近一整天都处于负电价之中。交易所的一位负责人表示，当天超过70%的时间里，电力交割价格为负数。业内人士认为整个7月与8月会出现越来越多负电价。
如果储能容量足够的话，这些可再生能源就不会被白白浪费掉，并在交易市场呈现负值。
除了部署成本、速度等原因，制约储能发展的还有安全问题。
2024年5 月 15 日，位于美国加州的曾被称为世界最大的锂离子电池储能设施发生火灾，并持续燃烧了五天。这座2020年上线的储能站由 LS Power公司所有，具备 250 兆瓦的储电能力，使用 LG 化学公司的锂离子电池。
锂离子电池的安全性问题在电动汽车使用中并不罕见，因此使用同样原料的储能设备也不能完全幸免。
储能行业正在不断研发锂离子以外的替代方案。据不完全统计，2023 年至今，全球发生储能安全事故超 70 起，其中，其中韩国最多，美国其次。
受电动汽车市场成长的驱动，电池技术在近些年持续发展，成本相比10多年前下降了90%，能量密度和稳定性也在增加。但是距离真正意义上的广泛的储能应用，现有的电池技术还需要进一步改善，因此，储能设备目前更多地扮演是紧急备用电源的角色。
小结：
2030年的能源系統，其中清潔技術發揮的作用比今天大得多。這包括全球道路上行駛的電動汽車數量幾乎是其 10 倍;太陽能光伏發電量超過目前整個美國電力系統的發電量;可再生能源在全球電力結構中的份額接近50%，高於目前的30%左右;熱泵和其他電加熱系統在全球的銷量超過了化石燃料鍋爐;對新海上風電項目的投資是新燃煤和燃氣電廠的三倍。
所有這些增長都只是基於世界各國政府當前的政策設置。如果各國按時、足額兌現其國家能源和氣候承諾，清潔能源的進展將更快。然而，仍然需要採取更強有力的措施來保持將全球變暖限制在1.5°C的目標。
参考资料：
联合国气候变化公约组织unfccc.int
国际能源署iea.org
