[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究利用来自30个国家（占全球发电量约70%）的近实时排放数据，分析了新冠疫情期间全球电力部门的脱碳化进程。研究发现，2020年碳强度创下历史最低水平——414.9 tCO2eq/GWh，主要受化石燃料发电量下降6.1%以及低碳能源发电量上升6.2%的推动，且可再生能源与核能首次在2020年5月超过煤电与油电。

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.

研究动机与目标

• 利用近实时排放数据，量化新冠疫情期间全球电力部门碳强度的变化。
• 评估2020年能源结构向低碳和可再生能源的转变，特别是首次实现低碳能源超过煤电与油电的转变。
• 研究电力需求模式变化如何影响低碳发电机组的运行性能与并网效率。
• 评估疫情时期排放减少的可持续性及其对长期气候缓解策略的启示。
• 调查2020年后碳强度的反弹趋势，并探讨在绿色复苏背景下维持低排放电力系统的可行性。

提出的方法

• 利用来自30个国家的近实时能源相关温室气体（GHG）排放数据，覆盖约70%的全球发电量。
• 将电力部门的碳强度计算为总CO2当量排放量除以总发电量（单位：tCO2eq/GWh）。
• 按月追踪来自低碳能源（核能、水电、风能、太阳能、地热能、生物质）与化石燃料（煤电与油电）的发电量占比。
• 分析各国的每日电力需求模式，评估负荷曲线变化对低碳发电机组可调度性与运行表现的影响。
• 对比疫情前（2016–2019年平均）与疫情期（2020年上半年）的能源需求与供应趋势，以分离出活动减少的影响。
• 监测碳强度与可再生能源占比的时间趋势，识别关键转折点，如2020年5月低碳能源首次超过化石燃料。

实验结果

研究问题

• RQ1 新冠疫情在多大程度上推动了2020年全球电力部门的脱碳？
• RQ2 全球电力生产中，低碳能源首次超过化石燃料的时点是什么时候？哪些因素促成了这一转变？
• RQ3 疫情期间电力需求模式的变化在多大程度上影响了低碳发电厂的运行效率与调度？
• RQ4 化石燃料发电量的减少在多大程度上促成了观测到的碳强度下降？
• RQ5 疫情时期的碳强度水平能否在后疫情时代持续？这对气候缓解政策有何启示？

主要发现

• 2020年，全球电力部门实现历史最低碳强度，为414.9 tCO2eq/GWh，标志着电力生产显著脱碳。
• 2020年5月，来自低碳能源（核能、水电、风能、太阳能、地热能、生物质）的发电量首次超过煤电与油电。
• 2020年上半年，燃烧化石燃料的发电厂发电量减少6.1%，而低碳发电量增长6.2%。
• 与2016–2019年平均值相比，2020年上半年全球净电力需求下降1.3%，掩盖了化石燃料使用量的更深层次减少。
• 每日电力需求模式发生改变，表现为早晨爬坡平缓、正午峰值降低、负荷峰值延迟，多数国家的低碳发电更占优势。
• 在许多国家，电力部门的碳强度此后出现反弹，表明疫情驱动的减排效果若无政策干预难以持续。