[논문 리뷰] De-carbonization of global energy use during the COVID-19 pandemic

Zhu Liu, Biqing Zhu외 16명|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 05.

Energy and Environment Impacts인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 30개국(전 세계 전력 생산의 약 70%)의 실시간 온실가스 배출 데이터를 활용하여 코로나19 패an데믹 기간 동안 세계 전력 부문의 탄소중립화를 분석한다. 2020년 탄소 강도는 역대 최저 수준인 414.9 tCO2eq/GWh에 도달했으며, 이는 화석연료 기반 전력 생산이 6.1% 감소하고 저탄소 자원의 비율이 6.2% 증가한 데 기인한다. 2020년 5월을 기점으로 재생 가능 에너지와 원자력이 석탄과 기름을 처음으로 초월했다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실시간 배출 데이터를 활용하여 코로나19 패안데믹 기간 동안 세계 전력 부문의 탄소 강도 변화를 정량화하는 것.
• 특히 2020년 동안 석탄과 기름을 처음으로 초월한 저탄소 자원의 에너지 믹스로의 전환을 평가하는 것.
• 전기 수요 패턴의 변화가 저탄소 발전기의 성능과 통합에 미친 영향을 분석하는 것.
• 패안데믹 시기 탄소 배출 감소가 장기적 기후 완화 전략에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 2020년 이후 탄소 강도가 다시 상승하는 경향과 녹색 회복 과정에서 저배출 전력 시스템을 유지를 위한 가능성에 대해 조사하는 것.

제안 방법

• 세계 전력 생산의 약 70%를 차지하는 30개국의 실시간 에너지 관련 Greenhouse Gas(GHG) 배출 데이터를 활용하였다.
• 전력 부문의 탄소 강도를 총 CO2당량 배출량을 총 전력 생산량으로 나누어 계산하였다(tCO2eq/GWh).
• 매월 저탄소 자원(원자력, 수력, 풍력, 태양광, 지열, 생물질)과 화석연료(석탄, 기름)의 전력 비중을 추적하였다.
• 국가별 일일 전력 수요 패턴을 분석하여 수요 곡선 변화가 저탄소 발전기의 가동 가능성과 성능에 미친 영향을 평가하였다.
• 활동 감소 영향을 분리하기 위해 패안데믹 이전(2016–2019년 평균)과 패안데믹 기간(2020년 상반기)의 에너지 수요 및 공급 추세를 비교하였다.
• 탄소 강도 및 재생 가능 에너지 비중의 시계열 추세를 모니터링하여, 2020년 5월과 같이 저탄소 자원이 화석연료를 처음으로 초월한 전환점 등을 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 코로나19 패안데믹이 2020년 세계 전력 부문의 탄소중립화에 어느 정도 기여했는가?
• RQ2 저탄소 에너지 자원이 세계 전력 생산에서 처음으로 화석연료를 초월한 시점은 언제이며, 이러한 전환을 가능하게 한 요인은 무엇인가?
• RQ3 패안데믹 기간 동안 전기 수요 패턴의 변화가 저탄소 발전소의 운영 효율성과 가동에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ4 화석연료 기반 전력 생산 감소가 관찰된 탄소 강도 감소에 기여한 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 패안데믹 시기의 낮은 탄소 강도 수준이 패안데믹 이후 에너지 시스템에서 지속 가능한가? 이는 기후 완화 정책에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 2020년 세계 전력 부문은 역대 최저 수준의 탄소 강도 414.9 tCO2eq/GWh를 기록하여 전력 생산의 급격한 탄소중립화를 이룩했다.
• 2020년 5월을 기점으로 저탄소 자원(원자력, 수력, 풍력, 태양광, 지열, 생물질)의 전력 비중이 석탄과 기름을 처음으로 초월했다.
• 2020년 상반기 동안 화석연료 기반 발전소의 공급량은 6.1% 감소했고, 저탄소 발전은 6.2% 증가했다.
• 2016–2019년 평균 대비 2020년 상반기 전 세계 순 전력 수요는 1.3% 감소했으며, 이는 화석연료 사용 감소 폭이 더 깊었음을 가리킨다.
• 일일 전력 수요 패턴이 변화하여 오전 래프트가 완만해지고 정점 수요가 낮아지고, 피크 수요가 지연되는 경향을 보였으며, 이는 대부분의 국가에서 저탄소 발전을 유리하게 만들었다.
• 다수의 국가에서 전력 부문의 탄소 강도가 이후 다시 상승했으며, 이는 패안데믹 기반 감소가 정책 개입 없이 지속되지 않았음을 시사한다.