[論文レビュー] De-carbonization of global energy use during the COVID-19 pandemic

Zhu Liu, Biqing Zhu+16 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2021

Energy and Environment Impacts被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、30か国（世界の電力発電の約70％を占める）の近リアルタイム排出ガスデータを用いて、COVID-19パンデミック期における世界の電力部門の脱炭素化を分析している。2020年に記録的な低炭素強度414.9 tCO2eq/GWhを達成した。これは、石炭・石油発電の6.1％の減少と、低炭素源の6.2％の増加に起因し、2020年5月に再生可能エネルギーと原子力が石炭・石油を初めて上回った。

ABSTRACT

The COVID-19 pandemic has disrupted human activities, leading to unprecedented decreases in both global energy demand and GHG emissions. Yet a little known that there is also a low carbon shift of the global energy system in 2020. Here, using the near-real-time data on energy-related GHG emissions from 30 countries (about 70% of global power generation), we show that the pandemic caused an unprecedented de-carbonization of global power system, representing by a dramatic decrease in the carbon intensity of power sector that reached a historical low of 414.9 tCO2eq/GWh in 2020. Moreover, the share of energy derived from renewable and low-carbon sources (nuclear, hydro-energy, wind, solar, geothermal, and biomass) exceeded that from coal and oil for the first time in history in May of 2020. The decrease in global net energy demand (-1.3% in the first half of 2020 relative to the average of the period in 2016-2019) masks a large down-regulation of fossil-fuel-burning power plants supply (-6.1%) coincident with a surge of low-carbon sources (+6.2%). Concomitant changes in the diurnal cycle of electricity demand also favored low-carbon generators, including a flattening of the morning ramp, a lower midday peak, and delays in both the morning and midday load peaks in most countries. However, emission intensities in the power sector have since rebounded in many countries, and a key question for climate mitigation is thus to what extent countries can achieve and maintain lower, pandemic-level carbon intensities of electricity as part of a green recovery.

研究の動機と目的

• 近リアルタイム排出ガスデータを用いて、COVID-19パンデミック期における世界電力部門の炭素強度の変化を定量する。
• 特に、2020年に石炭・石油を初めて上回った低炭素源へのエネルギー構造のシフトを評価する。
• 電力需要パターンの変化が、低炭素発電機器の運用効率および運用可能性に与えた影響を検討する。
• パンデミック期の排出削減が持続可能であるか、および長期的な気候緩和戦略に与える影響を評価する。
• 2020年以降の炭素強度の回復傾向を調査し、グリーン回復に伴う低排出電力システムの維持可能性を検討する。

提案手法

• 世界の電力発電のおよそ70％を占める30か国の近リアルタイムエネルギー関連温室効果ガス（GHG）排出データを用いた。
• 電力部門の炭素強度を、総CO2当量排出量を総発電量で除算することで算出した（tCO2eq/GWh）。
• 月次で低炭素源（原子力、水力、風力、太陽光、地熱、バイオマス）と化石燃料（石炭・石油）の発電割合を追跡した。
• 各国における日次電力需要パターンを分析し、負荷曲線の変化が低炭素発電機器の運用可能性および性能に与えた影響を評価した。
• パンデミック前（2016–2019年平均）とパンデミック期（2020年上半期）のエネルギー需要・供給トレンドを比較し、活動の減少が与える影響を分離した。
• 炭素強度と再生可能エネルギーの割合の時間的トレンドをモニタリングし、2020年5月ごろに低炭素源が化石燃料を初めて上回ったというインフラクションポイントを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 COVID-19パンデミックは、2020年に世界の電力部門の脱炭素化をどの程度促進したか。
• RQ2 低炭素エネルギー源が世界の電力発電で初めて石炭・石油を上回った時期はいつで、その転換を可能にした要因は何だったか。
• RQ3 パンデミック期における電力需要パターンの変化が、低炭素発電所の運用効率および運用可能性にどのように影響したか。
• RQ4 石炭・石油発電の減少が、観察された炭素強度の低下にどの程度寄与したか。
• RQ5 パンデミック期の炭素強度水準は、パンデミック後も持続可能か。気候緩和戦略にどのような政策的含みがあるか。

主な発見

• 2020年に世界の電力部門は、歴史的最低水準の炭素強度414.9 tCO2eq/GWhを達成し、電力発電の顕著な脱炭素化が実現した。
• 2020年5月に、低炭素源（原子力、水力、風力、太陽光、地熱、バイオマス）の発電割合が、石炭・石油を初めて上回った。
• 2020年上半期に、石炭・石油を燃やす発電所の供給量は6.1％減少した一方、低炭素発電は6.2％増加した。
• 2020年上半期の世界のネット電力需要は、2016–2019年の平均と比較して1.3％減少したが、これは化石燃料使用のより深刻な減少を隠蔽していた。
• 日次電力需要パターンに変化が生じ、朝の上昇勾配がなだらかになり、昼間のピークが低く、負荷ピークが遅延した。これは、大多数の国で低炭素発電を有利にした。
• 多くの国で電力部門の炭素強度はその後回復し、パンデミックに起因する排出削減は、政策的対策なしでは持続できなかった。