Energy Reviews | 全球碳中和转型：能源效率、可再生能源、碳交易和先进的能源政策
文章题目：Worldwide carbon neutrality transition? Energy efficiency, renewable, carbon trading and advanced energy policies
关键词：Carbon neutrality; Energy policy; Renewable energy; Energy storage; Energy flexible buildings; Energy/carbon trading
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772970223000135
近日，香港科技大学周跃宽教授团队在Energy Reviews发表文章“Worldwide carbon neutrality transition? Energy efficiency, renewable, carbon trading and advanced energy policies”, 该文章详细探讨了建筑行业的低碳转型的新路径，从零能耗建筑，零碳建筑，能源/碳交换等方面对清洁能源和可再生能源的使用进行了深入探讨，为实现碳中和转型进行了探索及趋势展望。
01 内容简介
1. Introduction （前言）
2. Literature review, scientific gaps and contributions （文献调研，科学差距和贡献）
2.1. Decarbonization in buildings and transportations （建筑和交通的脱碳）
2.2. Low-carbon industry with CCUS （低碳产业与CCUS）
2.3. Energy policy for carbon neutrality transition （碳中和转型的能源政策）
2.4. Scientific gaps and contributions （科学差距与贡献）
3. Methodology （方法论）
4. State-of-the-art review on worldwide energy structure and energy consumption （世界能源结构与能源消费研究进展）
4.1. Worldwide energy structure and energy consumption （世界能源结构与能源消费）
4.2. Global comparison in renewable energy utilization in national energy structure and strategy （可再生能源利用在各国能源结构和战略上的全球比较）
5. Global development status on energy strategy towards carbon neutrality target （实现碳中和目标的全球能源战略发展现状）
5.1. Low-energy buildings （低能耗建筑）
5.2. Zero-energy buildings with renewable and cleaner energy resources （使用可再生和清洁能源的零能耗建筑）
5.2.1. Renewable energy resources （可再生能源）
5.2.2. Advanced storages for power supply reliability （先进的电源可靠性存储）
5.3. Direct current (DC) buildings （直流(DC)建筑）
5.4. Energy flexible buildings （能源灵活建筑）
6. Energy/carbon trading strategy and policy （能源/碳交易战略和政策）
6.1. Peer-to-peer (P2P) energy trading strategy （点对点能源交易策略）
6.2. Building-grid trading strategy and economic tariff （并网交易策略与经济电价）
6.2.1. Building-district heating and cooling grids （建筑-区域供热和供冷网）
6.2.2. Building-district power grid （建筑小区电网）
6.2.3. Other grids （其他电网）
6.3. Building-transportation energy trading （建筑运输能源交易）
6.4. Carbon trading in districts （地区碳交易）
7. Frontier guidelines in future decarbonisations across regions and districts （跨地区和地区未来脱碳的前沿指导方针）
7.1. China （中国）
7.2. EU （欧盟）
7.3. Japan （日本）
7.4. USA （美国）
8. Discussion and conclusion （结论与讨论）
02 内容亮点
1、探索了全球建筑、交通和工业的碳中和路径；
2、探讨了建筑物中的能源/碳流包括点对点能源交易、新能源汽车和碳排放交易；
3、以补贴可再生能源为主，权衡优惠电价和经济压力；
4、讨论了全球能源政策的可靠性、可转移性和可复制性。
03 内容导读
碳排放是全球能源消耗的一大指标，2000年以来，全球碳排放量都在增加。显然，碳排放量在发展中国家(如中国和印度)呈上升趋势，而在发达国家则保持稳定。例如，中国的碳排放总量从2000年的40亿吨增加到2030年的140亿吨左右。因此，制定相应的措施来减少二氧化碳的排放是非常必要的。
可再生能源利用在国家能源结构和战略中的全球比较表明：
1）传统能源（如煤炭、石油和天然气）在能源结构总量中所占的比例仍然相对较高（中国92.7%，英国82%，欧盟69%，澳大利亚94%，美国79%）；
2）能源消耗主要集中在建筑、交通和工业部门；
3）中国能源种类不如其他国家多样化，中国可再生能源占比略低；
4）中国的可再生能源使用量（4.8%）相对低于欧盟28国（25.5%）。
因此，对于中国的碳中和转型，增加能源类型（如生物燃料、可再生能源、水能）的多样性，均衡比例，提高可再生能源在国家能源结构中的比重是有效的途径。
从能源供应方面来看，天然气、太阳能、风能、海洋能、核能、垃圾焚烧发电等多种低碳能源资源是更好的选择。为了确保供能的可靠性和稳定性，可以设计储能，如热、电和氢储能。然后，能源将分配给最终用户，如建筑、运输和工业。而脱碳路线主要包括碳替代、碳减排、碳封存和碳循环。
中国的碳中和路径包括：
1）碳税；
2）碳捕获；
3）碳替代；
4）建筑和运输电气化；
5）可再生能源部署。
2020年中国的碳强度比2005年降低了48.4%。碳中和转型的关键步骤包括减少化石能源消耗、大规模部署负排放技术、发展和建立全国性的“绿色市场”。
04 重要结论
本文讨论了全球能耗以及碳排放，并确定了碳减排的重要性，同时通过可再生能源的分布和比较探讨了中国碳中和转型的可能策略。此外文章还展望了可进行的脱碳路线，包括碳替代，碳减排，碳封存和碳循环。
1、增加能源类型的多样性
在全球范围内对能源来源的比较表明，传统能源（如煤炭、石油和天然气）仍然在总能源结构中具有相对较高的比例（如中国的92.7%，英国的82%，欧盟的69%，澳大利亚的94%，美国的79%）。此外，相对于欧盟28个成员国（25.5%）, 中国的清洁能源使用比例相对较低（4.8%）。因此，对于中国的碳中和转型，增加能源类型的多样性（例如生物燃料、可再生和水电），并提高国家能源结构中可再生能源的比例是有效的途径。
2、推动清洁能源的供应
零能耗建筑需要清洁能源供应，需要政府和经济市场的支持。然而，上网电价激励不足(可再生能源市场渗透率低)和巨大的经济压力(可再生能源系统投资高)之间的冲突需要权衡策略，将来自政府的经济压力只分配给政府和最终用户。此外，上网电价仅适用于太阳能光伏和风力涡轮机，具体政策因地区而异。例如，香港的上网电价为2.4-4.1元/千瓦时，而中国大陆仅为0.3元/千瓦时。在风能方面，英国的上网电价最高，为1.58元/千瓦时，而中国最低，为0.75/0.85元/千瓦时。
3、推动能源/碳交易
能源/碳交易将显著影响可再生能源利用率、终端用户积极安装可再生系统或参与电动汽车互动的接受度。然而，能源/碳交易的广泛应用还有很长的路要走，主要原因包括：i）建筑物中不成熟的能源/碳交易原则；ii）不同参与者之间多向交易行为的不清晰边界；iii）平等的成本效益分配规则；iv）节能举措、脱碳化和碳交易之前的互联关系。
4、全球各地区去碳化路径不同
全球各地区和国家的去碳化路径有所不同。在中国大陆，节能、可再生能源供应、电气化和CCUS显示出22%（3.3亿吨CO2）、20%（2.99亿吨CO2）、30%（4.5亿吨CO2）和28%（4.2亿吨CO2） 的去碳化潜力。在香港特别行政区，CO2排放可以分别通过交通领域（3.2%、720万吨）、CCUS（33%、734万吨）、建筑领域（39.1%、871万吨）、电力供应领域（68.6%、1527万吨）和综合减排策略（82.4%、1834万吨）来实现。此外，在欧洲、日本和美国也有类似的趋势，主要关注电力供应和建筑环境。在日本，碳减排量分别为191 Mt（42%）、176 Mt （40%）、67 Mt（32%）和70 Mt（55%）的电力、工业、交通和建筑领域。
作者简介：
周跃宽博士，助理教授，香港科技大学(广州) 可持续能源与环境学域，香港科技大学机械与航空航天系附属助理教授。国际能源会议CUE 2020最佳论文奖获得者，第二届华人能源与人工环境国际学术会议优秀博士生奖获得者，入选全球前 2% 顶尖科学家（前1%，2022美国斯坦福大学），国际科学组织Vebleo 协会会士（Vebleo fellow）。目前在Cell子刊，Energy & Environmental Science, Renewable & Sustainable Energy Reviews, Applied Energy, Energy Conversion and Management等国际Top期刊发表论文超过60篇,总引用量近2000次，H-index 30，3篇入选国际高被引论文(ESI 1%)，主编国际专著1部（Digitalization and Machine Learning for Integrated Smart Building-Transportation Energy Systems, Elsevier），参与国际专著重要章节7部。国际期刊Energy Reviews, Carbon Footprint编委，北京能源与环境学会理事会理事。周博士的研究旨在通过清洁能源生产、节能系统设计和运行、智慧能源集成创新、人工智能预测和优化等技术，实现低碳建筑与可持续区域能源系统，缓解气候变化，实现建筑领域碳中和，研究涉及跨学科领域和多学科交叉，包括材料工程、热力学、传热学、流体力学、可再生能源工程、能源经济学和人工智能等。
引用信息：
Yuekuan Zhou,Worldwide carbon neutrality transition? Energy efficiency, renewable, carbon trading and advanced energy policies, Energy Reviews (2023), 2, 100026.
Energy Reviews
简介
《Energy Reviews》是由深圳大学主办，联合 Elsevier出版集团创办的一本国际性、跨学科、高质量开放获取 (Open Access) 学术期刊，由谢和平院士担任创刊主编，美国工程院Derek Elsworth院士、中国科学院何雅玲院士、李永舫院士、香港理工大学倪萌教授担任联合主编。发表能源领域前沿方向、最新进展、发展趋势、权威观点等高质量学术文章，构建全球能源一流成果和一流学者的合作交流平台，向公众传播有影响力的能源领域研究成果。接收包括但不限于能源研究的新理论、新方法和新技术; 能源研究的多学科（材料、物理、化学、生物等）交叉融合探索技术; 化石能源低碳利用与CCUS; 氢能、可再生能源与储能先进技术; 新型能源转换方式探索与应用; 能源领域现代信息技术（人工智能，大数据）等相关方向的优质稿件。
“关注前沿 | 引领趋势”
