大城市建筑局智库报告 2011 - · PDF fileISBN 978-2-940443-26-0. WWF The Energy Report Page 3 ... Kornelis Blok 作者、审稿人

OMAAMO

2011

能源报告2050年 100% 可再生能源

大城市建筑局智库

可持续能源服务与创新公司

大城市建筑局

报告

本报告与右侧机构共同完成

封面图片：欧洲野外奇观/Inaki Relanzon/世界自然基金会（WWF）

世界自然基金会WWF 世界自然基金会是世界上最大、最有经验的独立自然资源保护组织之一，遍布100多个国家中的全球网络活跃着500多万个支持者。世界自然基金会的使命是，制止地球自然环境恶化，建设人与自然和谐相处的未来。通过保护世界生态多样性，确保以可持续的方式使用可再生自然资源，倡导减少污染和浪费性消费。

可持续能源服务与创新公司ECOFYS 该公司成立于1984年，其使命是让人人都能得到可持续的能源供应。Ecofys已经成为节能、可持续能源解决方案和气候政策领域的领军者，在擅长领域特有的协同作用，是获得这一成功的关键。为客户提供智能、高效、实用和可持续的解决方案。

大城市建筑局OMA 大城市建筑局是践行当代建筑、城市化和文化分析的一家主要的国际合伙制公司。大城市建筑局的建筑实践得益于公司有一个以研究为主的智库（AMO），大城市建筑局把主要精力放在建筑和总体规划上，而该局旗下的智库不仅致力于建筑和城市化，还涉足于下述领域，如媒体、政治活动、社会问题研究、能源、时尚、出版和图表设计。

世界自然基金会（WWF）Avenue du Mont-Blanc1196 GlandSwitzerlandwww.panda.org

可持续能源服务与创新公司（Ecofys）P.O. Box 84083503 RK UtrechtThe Netherlandswww.ecofys.com

大城市建筑局（OMA）Heer Bokelweg 1493032 AD RotterdamThe Netherlandswww.oma.eu

此报告的问世与荷兰ENECO能源公司的大力支持是分不开的

ISBN 978-2-940443-26-0

3WWF The Energy Report Page

编者：

总编： Stephan Singer技术编辑：Jean-Philippe Denruyter第一部分的主要作者：Barney Jeffries

第一部分的编辑团队：Owen Gibbons, Ellen Hendrix, Martin

Hiller, Richard McLellan, Donald Pols

对下述审校人和撰稿人所做的贡献特致谢意：

Keith Allott, Jason Anderson, Bryn Baker, Jessica Battle,

Esther Blom, Kellie Caught, Kirsty Clough, Keya Chatterjee,

Thomas Duveau, Wendy Elliott, Magnus Emfel, Lynn Englum,

Mariangiola Fabbri, Ian Gray, Bart Geneen, Inna Gritsevich,

Johan van de Gronden, May Guerraoui, Piers Hart, Joerg

Hartmann, Patrick Hofstetter, Richard Holland, Yanli Hou,

Nora Ibrahim, Stefan Henningsson, Andrea Kaszewski, Sampsa

Kiianmaa, Alexey Kokorin, Li Lifeng, Pete Lockley, Paul

Maassen, Yosuke Masako, David McLaughlin, László Máthé,

Elisabeth McLellan, Martin von Mirbach, Kevin Ogorzalek,

Stuart Orr, Mireille Perrin, Duncan Pollard, Voahirana

Randriambola, Georg Rast, Peter Roberntz, Rafael Senga,

Shirish Sinha, Gerald Steindlegger, Rod Taylor, Ivan Valencia,

Arianna Vitali, Heikki Willstedt, Mattias de Woul, Richard

Worthington, Naoyuki Yamagishi

合作机构：

第二部分由可持续能源服务与创新公司负责编写:

主要作者：Yvonne Deng, Stijn Cornelissen, Sebastian Klaus主要审稿人：Kees van der Leun, Bart Wesselink,

Kornelis Blok

(作者、审稿人和顾问专家的全部名单见第二部分91页。)

大城市建筑局-智库工作团队的负责人：

合作方 Reinier de Graaf 和同事Laura Baird团队成员：Tanner Merkeley, Federico D’Amico

Vilhelm Christensen, Amelia McPhee, Tim Cheung,

Dicle Uzunyayla

翻译：高云鹏

100% 可再生能源


100% 可再生能源

目录为未来可再生能源利用率达到100%而提出的10项建议 8

第一部分

导言 11可再生能源的未来：为什么我们需要这样一个未来 13我们得面对的能源现实 13利用率100%是可能的 23Ecofys情景分析简介 24能源组合 29面临的挑战 43• 节能 44• 电气化 51• 公平 56• 土地和海洋利用 60• 生活方式 66• 金融 72• 创新 78• 未来掌握在你手中 84

第二部分

Ecofys能源情景分析 87执行摘要 92导言 103方法 107需求 115供应——可再生能源（不包括生物能源） 139供应——可持续的生物能源 157投资和节省 192政策考量 217结论 229

附录 231

参考书目 242

总词汇表 252


© Fritz P

ölking / WW

F

图1：面向2050年世界的新视角。地球GIS数据库：地球全图，2002 © AMO


“到2050年，可再生能源可以满足我们所有的能源需求。本报告表明,这样一个转变不仅是可能的，而且也是经济可行的。这种方式提供的能源是全人类都能够支付得起的，且生产能源的方式也是全球经济和地球所能承受的。这种转变会带来巨大的挑战，但我希望本报告能鼓励各国政府和商界正视这些挑战，同时勇敢地把可再生能源经济变成现实。没有什么比我们具有创造可持续未来的能力更重要的了。”

世界自然基金会总干事

James P. Leape



2. 电网：通过电网和交易分享和交

换清洁能源，在不同地区使可持续能

源资源得到最佳利用。 3.

可获得性：消除能源贫困，提供清洁电

力，并推广可持续的做法，如向发展中国家的

人口提供节柴灶。

4. 资金：向可再生的、清洁的能源与高能效的产品和建筑投资。

5.

食物：杜绝食物浪费。采用高效和可持续的方式生产食物，

以便为大自然、可持续林业和生物燃料生产留出土地。通过饮食

获得维持健康所需的蛋白质是每个人都应具有的同等的权利——

为此，富人需要少吃些肉。

1. 清洁能源：仅提倡使用能效最高的产品。开发现

有的和新的可再生能源资源，以便到2050年能够为全人

类提供足够的清洁能源。

为未来达到100%可再生能源而提出的10项建议

建议第一部分:《能源报告》


6.物料：减少化、再利用、再循环——尽量

避免浪费，节约能源。开发耐用材料，还要避

免生产我们不需要的东西。 7.交通运输：要采用更多激励措施，鼓励公共运输

的更广泛使用，减少人员和物资的运输距离。在有条件

的地方推进电气化。支持开展海运和航运中用氢气和其

它替代燃料的研究。

8.技术：在国家、双边和多边层面上，出台促进能

效和可再生能源研发的行动计划。

9.

可持续性：出台和实施严格的可持续性

标准，确保可再生能源满足环境和发展目标。

10.

协议：支持具有前瞻性的气候和能源协议，为可再生能源和

能效计划，提供全球指导和促进全球合作。

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WF-C

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“世界自然基金会（WWF）有这样一个愿景——即到本世纪中叶，世界100%的动力由可再生能源提供。”


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AS

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到2050年，可再生能源使用率为100% 世界自然基金会有这样一个愿景——即

到本世纪中叶，全世界100%的能源由可再

生能源提供。如果我们不能实现这样一个

转变，那么对于预测到的气候变化不断加

剧的影响，我们就不可能避免。

但是到2050年，能够为地球上的每个

人提供100%的可再生能源供应吗？世界

自然基金会要求能源咨询公司Ecofys运用

其专业知识对这一问题给出答案。作为回

应，Ecofys进行了这一既富有胆识又高瞻

远瞩的情景分析。该情景分析说明在未来

40年间，获得近乎100%的可再生能源资

源在技术上是可行的。本报告的第二部分

对该情景分析运用的所有假设、机遇、详

细数据和引文出处，以及重要结论都做了

一一介绍。

Ecofys情景分析提出了若干

重大的问题和挑战，本《能源报

告》探讨了最重大的政治、经

济、环境和社会方面的选择和挑

战，并鼓励在这些方面展开进一

步的讨论。

我们怎样既能满足世界各国人

民未来在能源、食物、纤维、水和

其它物资方面的需求，又能避免其

他问题，如在土地/水的可获得性

和利用方面的冲突，某些地区对

商品日益增长不可持续的消费；

核废料；因地制宜多能互补的区

域需求？

世界需要认真考虑实

现可持续能源未来的转

变到底需要什么，并对

本报告中提出的两难问

题找到解决的办法。应

对这些挑战，为当代和

下一代的能源需求找到

解决方案，是摆在我们

面前最重大、最艰巨、

最紧迫的政治任务。

可再生能源电力

可再生能源供热和燃料

化石燃料和核能

大力开展终端节能

和电气化

基准：

用可再生能源

替代传统能源

仍剩余的化石燃料

可再生能源未来第一部分:《能源报告》


图1：能源情景分析中能源供应的演变显示了重要的变化

来源：Ecofys能源情景分析，2010年12月


“有14亿人口还未用上可靠的电力。”

可再生能源未来：为什么我们需要这样的未来？

向可再生能源转换不仅仅是我

们的最优选择，也是我们的唯一

选择。

今天我们生产和使用能源的方

式是不可持续的。我们的主要化

石燃料资源——石油，煤和天然

气——是有限的自然资源，我们

正在快速将其耗尽，而且它们是

气候变化的首要原因。对最后剩

余的“便宜”化石资源的角逐引

发了多起自然环境灾难，最近

发生在墨西哥湾英国石油公司

（BP）漏油事件就是一例。在

发展中国家，对薪柴和其它生物

质能的过度消耗导致了区域及当

地的土地沙漠化，而这些资源的

低效使用还带来了严重的室内污

染，导致每年数十万人的死亡。

完全可持续的可再生能源电力供

应，是保证所有人安全用能、避

免环境灾难的唯一途径。

我们不得不面对的能源现状：14亿人口还未用上可靠的电力1

当我们大多数人认为用能是理

所当然的基本权利时，世界人口

的五分之一尚未用上可靠的电

力——这就大大降低了他们获得

教育和谋生的机会。随着能源价

格的上涨，世界上的穷人还将继

续被排除在外。

与此同时，27亿多人

还在依靠传统的生物能源

(主要来自木材，农作物

残留物和动物粪便)作为

烹饪和取暖的主要燃料来

源2。这种生物能源的获

取方式往往是不可持续

的，导致了土壤侵蚀和洪

灾的风险加剧，对生物多

样性构成威胁，还增加了

温室气体的排放。传统的

厨灶也是健康的大问题，

世界卫生组织估计每年约

250万妇女和儿童因吸入

厨灶产生的有害烟尘3而

过早死亡。随着许多发展

中国家城市化步伐的加

快，城市中的空气质量也

将进一步恶化。

有限的并且日益昂贵

的化石燃料并不能真正

解决发展中国家的能源

问题，而可再生能源则

为生活质量的改变和改

善几十亿人口的经济境

况提供了可能性。

1. 国际能源署《世界能源展望2010年》巴黎


3 . h t t p : / / w w w . i a e a . o r g / P u b l i c a t i o n s /

Magazines/Bulletin/Bull442/44204002429.

pdf


可再生能源未来第一部分:《能源报告》

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ay / WW

F-Canon

图2：世界原油生产 http://www.worldenergyoutlook.org/docs/weo2010/key_graphs.pdf

石油和天然气快要耗尽廉价的常规油气供应正在减少，然而我

们的能源需求却在持续增长。显然，我们不

能无限期的持续依赖化石燃料。未来的40

年间，预计全球人口将超过90亿，“常规办

法”是行不通的。

据国际能源署（IEA）4 预测，2030年，

来自已知的石油和天然气储量的产量约下降

40%到60%。然而，发达国家对能源的需求

丝毫未减，而中国、印度和巴西等新兴经济

体的能源需求也在迅速增长。如果世界上每

个人使用石油的水平都像沙特、新加坡或美

国那样，那么用不了10年5，世界上已探明

的石油储量就会被用光。对化石燃料资源的

争夺将成为国际争端和潜在冲突的导火索。

能源企业越来越想用非常规石油和天

然气能源填补缺口，比如页岩

气，英国石油公司 “ 深海地平

线”的深海平台采油，或者加拿

大沥青砂。但是这些能源的成本

之高是史无前例的——这不仅仅

是在经济层面。许多能源储量位

于一些世界上最原始的地区——

例如热带雨林和北极——这些区

域对生物多样性和我们赖以生存

的生态循环，从淡水到健康的大

气，都是至关重要的。开采这些

能源既困难也危险，而且一旦出

了差错，会使企业，社会和国家

付出高昂的代价。加工和使用非

常规化石能源会产生大量的温室

气体和化学污染，对淡

水资源的需求也是不可

持续的，并且对生物多

样性和生态循环都带来

了非常严重的影响。


5. 美国和加拿大的年人均石油消费量约为3吨，

沙特约为5吨，新加坡约为10吨。2010年已探明

石油储量据估计为大约2050亿吨（BP世界能源

统计201）

*石油探明储量估计为13,490亿桶。美国每天的

石油消费为1886万桶。世界人口为69亿

“ 如果每个人消费的能源都达到新加坡人和美国人的平均水平，那么全球石油储量会在九年内耗尽。”

非常规油

天然气凝析液

原油：尚未发现油田

原油：有待开发的油田

原油：目前在产油田

每日

百万

桶原

油

10019

90

1995

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

80

60

40

20

0


地图2 非洲有油的地方：P. Hearn, Jr., T. Hare等人，

全球GIS数据库：地球全图15WWF The Energy Report Page

化石燃料来源

油气正在耗尽第一部分:《能源报告》

气候变化已成事实即使化石燃料的供应是无穷无尽的，我

们迫切转为可再生能源的另外一个刻不容缓

的理由是：气候变化。在全世界范围内，有

几亿人已经受到缺水，农作物欠收，热带疾

病，洪水以及极端天气现象的影响。而且随

着地球大气中温室气体浓度的不断增加，这

种状况会更加严峻。世界卫生组织估计，每

年由于气候变化导致的死亡超过15万例6。

全球变暖威胁着地球生态系统脆弱的平

衡，还有可能导致全球四分之一的物种面临

灭绝7。森林、珊瑚礁和其他生态系统的循

环失衡会带来更巨大的经济隐患8，为适应

气候变化而付出的代价是巨大的。最近有

报告显示，到2030年，全世界每年可能需

要花费超过2000亿欧元来应对建筑防洪工

事，为农业输送水，以及重建受气候变化9

影响的基础设施。

为了避免出现灾难性的后果，与工业化以

前的气温相比，我们必须把最终全球变暖的

温度保持在低于1.5℃的水平。要想有机会

做到这一点，全球温室气体排放需要在未来

五年内开始下降，而且到2050年，全球排

放量至少需要减少80%（与1990年排放量

相比），2050年以后减排的幅度还要更大。

全球能源行业是关键。能源行业要对全球

三分之二的温室气体排放负责，

该行业排放量的增长比其他任何

部门都要快。煤是碳密集度最大

的燃料，也是全球温室气体排放

最大的单项来源。只有抓住可再

生能源，再加上力度大的节能措

施，才是我们所需要的最佳的快

速减排办法。

6.http://www.who.int/globalchange/news/fsclimandhealth/en/

index.html

7.http://www.nature.com/nature/journal/v427/n6970/abs/

nature02121.html

8.如要了解气候变化对生态循环的影响，可查阅生态和生物多样性

经济学。（TEEB）《气候问题更新》2009年9月

9.Martin Parry, Nigel Arnell, Pam Berry, David Dodman,

Samuel Fankhauser, Chris Hope, Sari Kovats, Robert Nicholls,

David Satterthwaite, Richard Tiffin,

Tim Wheeler于2009年评估了适应气候变化的成本：UNFCCC述

评和其它最近的估计，国际环境和发展学院和伦敦Grantham气候

变化学院


气候变化已成事实


改变了的现实第一部分:《能源报告》

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“核能是不人道和代价高昂的选择”

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WF-C

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仍在运行的核反应堆

地图3：仍在运行的核反应堆

P. Hearn, Jr., T. Hare等人，

全球GIS数据库：地球全图，2002年

核废物带来的危险长达10,000年

对某些人来说，核电被看成是解决能源

危机的办法之一。核电既能做到低碳排放，

又能大规模的生产电能，虽然铀开采和铀浓

缩也需要消费大量的能源。

但是，我们不能逃避的现实是，核裂变

所产生的危险废弃物在以后的几千年里，其

毒性仍然是很高的，而且世界上没有哪个地

方能安全地储存这些危险废弃物。仅美国和

德国就分别积攒了50,000吨和12,000吨没

有安全处理的高辐射废弃物。美国环境保护

署认为，这些废弃物对公共健康的威胁至少

在10000年以后才会显著降低。

同样需要担心的是，生产核能源所需的

材料和技术也可以用于生产核武器。在这个

政局动荡的世界上，核扩散是非常危险的。

核电也不是一种简单的技术,它需要训练

有素的高级人才，不仅能大规模生产，且需

要不间断运行。对于目前还无法用到电10的

14亿人而言，这显然不是个可行的方法，因

为他们大多住在脆弱国家的偏远地区。

核电也是个极其昂贵的选择。在把数十

亿资金投向新一代核电站建设之前，我们要

问一问，是不是把这些资金用在其它可持续

能源技术上会更好一些。

10.国际能源署，《世界能源展望》，2010年，巴黎

核废物危害长达10,000年第一部分:《能源报告》


世界自然基金会(WWF)的视角

气候变化会破坏像世界自然基金会这样

的环境保护组织在过去50年中所做的一切。

北极熊也许会成为报上的头条新闻，但实际

上没有哪一个物种会不受到气候变化的影

响。许多物种会灭绝，甚至是整个生态系统

都可能会完全消失，如珊瑚礁、高山动植物

的栖息地，如亚马逊的大片热带雨林。

即使许多植物和动物经过千百万年的演

变已经适应了现在的环境，面对温度和降雨

的微小变化仍然会很脆弱。海水变暖和酸化

会威胁到珊瑚礁和磷虾的生存，而它们是许

多地区海洋食物链的基础。像鲸鱼和大象这

样的大型哺乳动物，也要去很远的地方找寻

食物，离开世界自然基金会和其它机构千方

百计要保卫的安全保护区。

作为人类生活交织网络的一部分，人类

也将受到气候变化的后果的影响。世界自然

基金会的任务是保护居住在我们这个星球的

宠大的生物体系，并建立一个健康繁荣的未

来世界。在这个世界中，人类与自然和谐共

存。不管有什么样的艰难选择和挑战，只有

解决能源危机才能实现这一目标。

“我们预测，基于2050年气候变暖中间情景分析，在我们抽样的地区和类别中，有 15-37%的物种会‘注定灭绝’”

* Thomas C.D.等人，2004年，气候变化导致的灭绝

风险，《自然》第427卷，第8篇。


世界自然基金会（WWF）的视角第一部分:《能源报告》


© K

evin Schafer / W

WF-C

anon

地图4：化石燃料和可再生能源潜力大城市建筑局（OMA）的地图只是艺术的再现可再生

能源的丰富潜力，无意明确可再生能源潜力的准确数

量，而是表示基于陆块的粗略估计。

非洲

欧洲

中东

印度

亚洲其它地区

经合组织太平洋地区

中国

俄罗斯

北美洲

图3：世界能源供应

来源：Ecofys能源情景分析，2010年12月

化石燃料供应

可再生能源供应

终终端能源(EJ/

a)

南美洲


100%是可能的

到2050年，实现可再生能源的完全供应

是可能的，但仍有挑战需要克服。

全球能源危机是一个艰巨的挑战，但是

解决问题的办法就在我们的身边。来源于太

阳、风、地热、水和海洋的能源，能够满足

现有全球电力需求的几倍，甚至能够允许供

需波动的变化。我们可以通过一些简单的举

措大幅度地减少能源使用，例如增加建筑保

温层，循环利用材料和安装高效的生物质能

炉具。来源于废弃物、农作物和森林资源的

生物质能具有提供可再生能源的潜力，但也

会带来重大的社会和环境问题，后面在报告

中我们会讨论这一问题。

世界各国人们采取措施的方向是正确

的。 2 0 0 9 年，中国增加了 3 7 G W 的可

再生能源，可再生能源总装机容量达到

226GW，相当于英国11高峰耗电总容量的

四倍，整个非洲12耗电总容量的两倍！在

欧州和美国，2009年新增电力装机容量

的一半以上都来自于可再生能源。在发展

中国家，3000多万家庭用沼气烹饪和照

明。超过1.6亿户家庭使用改良过的生物

质能炉具，这种炉具不但能源效率高，而

且产生的温室气体和其它污染物更少。全

球有7000万家庭在使用太阳能热水器。

在过去的两年间(2008年，2009年)，

风电装机容量增长了70%，太阳能发电(

光伏)增长幅度更大，高达190%。在此

期间，可再生资源投资总额从2007年的

1000亿美元增长到2009年13的1500多亿

美元。

但改变的步伐仍然太慢太慢，非水电可

再生能源仅占所有消费电力的3%。化石燃

料仍在大量开采和使用，全球碳排放仍然在

持续上升。用于化石燃料和核电的政府补贴

和私人投资的资金量，仍然远远超过对可

再生能源和能效的投入，尽管从长远角度来

说，后者的回报率会更高。尽管全球数千户

家庭，尤其是在德国和斯堪的纳维亚地区的

家庭，已经建成了几乎不需要能源取暖或降

温的“被动房”，但更多的工程项目仍在延

用老式低能效的建筑设计。

到2050年，进入完全使用可再生能源的

未来，意味着从根本上脱离现有的人类生活

轨迹。这当然是一个宏伟的目标。

但世界自然基金会认为，这是我们

能够而且必须实现的目标。这个信

念促使我们与世界主要的气候和能

源咨询公司之一，可持续能源服务

与创新公司建立合作伙伴关系。我

们已经委托该公司进行评估，即

到2050年，是否有可能使我们这

个星球的每一个人获得完全可再生

的、可持续的能源供应。

此报告的第二部分是可持续能

源服务与创新公司的情景分析。

该情景分析是迄今为止，同类情

景分析中最宏伟的分析。该分析

表明，到2050年，完全满足全球

能源需求在技术上是可行的，其

中95%来自于可再生资源。这样

做会使能源部门降低80%的温室

气体排放，其中包括陆地生物能

源生产过程中的排放量。

当然摆在我们面前的任务也非

常艰巨，也会遇到多种大型挑战。

但是可持续能源服务与创新公司所

勾画的情景分析说明，实现该任务

具有现实的可能性。该情景分析立

足于目前可以运用的技术，并且使

这些技术达到预定标准的速度也是

符合实际的。尽管所需投资量巨

大，但其花费都是合理的，净成本

不会超过国内生产总值的2%。

可持续能源服务与创新公司的

情景分析中列出了预测的人口增

长量，长途旅行及经济财富的增

长，该情景分析并不需要从根本

上改变我们的生活方式。

可持续能源服务与创新公司为

本报告作出的详细情景分析，并

不是唯一的解决办法，

也不是想成为正式的计

划。事实上，该情景分

析特别对像世界自然基

金会这样的环保组织，

提出了若干大的挑战和

棘手的问题，这些问题

我们会在后面的篇章中

详加讨论。如果我们要

实现100%可再生和可持

续能源供应的愿景，我

们还需要进一步提升这

一情景分析，我们还要

做出某些有助于我们实

现上述目标的社会和技

术的变革。

在介绍可持续能源服

务与创新公司情景分析的

时候，世界自然基金会旨

在说明，将来完全使用可

再生能源不是一个不可能

实现的乌托邦，在技术上

和经济上是可能的，并且

有我们能够采取的具体步

骤——现在就着手——去

实现它。

11. 英国能源需求的数目来源于英国国家

电网网站: http://www.nationalgrid.com/

uk/Electricity/Data/Demand+Data/

12. 国际能源署《世界电力数据2006

年》http://www.eia.doe.gov/iea/elec.

html

13. 可再生资源2010年全球现状报告，

21世纪可再生能源网

“到2040年，我们对化石燃料的依赖可以减少70%”*来源：Ecofys能源情景分析，2010年12月

利用率100%是可能的第一部分:《能源报告》


可持续能源服务与创新公司(Ecofys)情景分析简介14

到2050年，能源的需求量要比现在降低

15个百分点，根据预测，尽管人口、工业产

值、旅客出行和货物运输总量会持续增长，

但力度大的节能措施能使我们用较少的能源

做更多的事情。工业生产当中会使用更多的

可循环的高能源效率的材料，建筑物会按满

足采暖和制冷的最低能耗要求施工或升级，

交通运输也会采用更有效的方式。

我们会尽量使用电能而不是固态或液态

燃料。风能、太阳能、生物质能和水力发电

都是主要的电力来源，太阳能源、地热源和

热泵为建筑物和工业生产提供大量的热能，

考虑到风能和太阳能的不稳定性，更有效的

储存和输送能源的智能电网应运而生。

在其他可再生资源能源无法为飞机、船

舶、载重车辆以及需要很高温度的工业加工

工艺提供燃料时，作为最后一招会使用生物

能源，如液态生物燃料和固态生物质能。我

们可以用废弃物满足部分需求，

但仍需种植可持续生物燃料作

物，或者从管理良好的森林中获

取更多的木材以满足需求。严谨

的土地使用规划，更好的国际间

合作和管理方法，是确保我们这

样做不会威胁到食物和淡水的供

应，或者生物的多样性，或者增

加大气中的碳含量。

到2050年，与常规的情景相

比，我们通过提高能源效率和降

低燃料成本每年能节约近4万亿

欧元的资金。但首先需要投入大

量的建设资金，要大规模安装可

再生能源装机容量，使电网现

代化，改变物资和公共交通运输

的方式，改进现有建筑的能源效

率。投资将于2040年开始受益，

届时收益会大于成本。如果油价

上涨比预期快，如果我们将气候

“ 到 2 0 5 0年，通过提高能效和降低燃料成本，我们每年可节省约4万亿欧元”

变化的成本和化石燃料

对公众健康的影响考虑

在内，那收益还会更早。

14.在可技术能源服务与创新公司情景分

析报告的231—232页有总结所有能源数

据的表格

图4：从来源看世界能源的供应

Ecofys能源情景分析，2010年12月

终端能源：EJ/

年


核能：

煤炭：

天然气：

石油：

生物：藻类

生物：农作物

生物：林业采伐余量

生物：传统能源

生物：残留物和废弃物

水电：

地热：热能

地热：电力

太阳光热

聚光太阳能：热

聚光太阳能：电力

太阳光伏电力

波浪能和潮汐能：

风能：海上

风能：陆上

15

地图5：2010年全球人口密度

世界人口网格分布，第3版（GPWv3）和

全球城乡调查项目（GRUMP），由哥伦

比亚大学地球研究所国际地球科学信息网

络中心提供

世界人口密度

Ecofys情景分析简介第一部分:《能源报告》


未来的新能源


CHANGING REALITYPART 1: THE ENERGY REPORT

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ahr / WW

F-Canon


© C

hris Martin B

ahr / WW

F-Canon

未来能源

全球风电潜力

最终

能源

（E

J/a）

最终

能源

（E

J/a）

全球水能发电潜力

能源结构

未来能源来源简介

如今，全球80%以上的能源来自于化石燃

料（石油，天然气，煤）。剩余的部分来自核

能和可再生能源。而可再生能源以水电为主，

还包括传统的生物质能源，如木炭，但传统的

生物质能源通常使用效率低且不可持续。根据

可持续能源服务与创新公司(Ecofys)的情景分

析，到2050年，化石燃料、核电和传统生物

质能基本会被完全淘汰，取而代之的是更加多

样化的可再生能源。

可持续能源服务与创新公司的情景分析

中考虑到了每种资源的全部潜力，目前的增

长速度，选定的可持续标准，其他的约束条

件及存在的机会，如风能和太阳能资源的不

确定性。技术上的突破、市场推动力和地理

位置的不同都会影响可再生能源开发和利用

的方式，因此，最终的能源分类可能会截然

不同，当然都是基于100%的可持续的可再

生能源。

岸上可实现

的潜力

水电

可实现潜力

海上可实现

的潜力

波浪和潮汐

可实现潜力


“到2050年全球温室气体至少减排80%，世界需要向可再生能源过渡”

图5：世界可再生能源生产潜力Ecofys能源情景分析，2010年12月

PV 太阳能光伏电力

CSP 聚光太阳能电力

CSH 工业用高温聚光太阳能

Low T 低温供热

High T 高温供热

全球太阳能电力和供热潜力

最终

能源

（E

J/a）

最终

能源

（E

J/a）

全球地热能潜力

PV可实现

潜力

低温供热可

实现潜力

CSP可实现

潜力

高温供热可

实现潜力

CSH可实现

潜力

发电可实现

潜力

能源组合第一部分:《能源报告》


太阳能潜力分布图地图6：全球太阳能潜力

美国航空航天局（NASA）提供的世界太阳能潜力分布图


*Bridegette Meinhold，

沙漠基金会，2009年

太阳能

太阳为人类发电和采暖提供了有效又无

限的能源供应。当前，太阳能技术仅贡献了

全部能源供应的0.02%，但是这个比例正在

快速增长。该情景分析提出，到2050年，

太阳能将占全部供电量的50%左右，建筑物

采暖的50%，工业生产用热和燃料的15%，

到那时需要太阳能的年均增长率会远远低于

现阶段的年增比率。

太阳能提供照明、采暖和供电。光伏电

池（PV）会直接将太阳光转化为电力，同

时也可以将其集成到设备仪器（如20世纪

70年代出现的太阳能计算器）或建筑物，

或者安装在如屋顶之类的露天场所。聚光太

阳能发电（CSP）就是利用反光镜或者透

镜将太阳光线聚集到一个很小的区域，从而

收集热能。例如可以加热水，可以通过蒸汽

轮机发电或者直接供热。同样的原理也可以

应用于小规模的食物烹饪和加热水。太阳能

热收集器吸收来自太阳的热量，从而提供热

水。利用了改良的绝热和改良窗户的建筑

物，直射阳光也能用于为建筑物供热。

对于发展中国家来说，它们中的大多数

处于光照充足的区域，太阳能是非常重要的

能源，太阳能可以在乡村、岛屿

和其它“离网”的偏远地区发电。

当然，太阳能的最明显的缺点

是供电波动。光伏电池天黑以后就

无法运行，不过大部分的电是在白

天阳光最充足的时候消费的，阴雨

天时效能就大大降低。但是储能技

术也正在不断的改进：如太阳能聚

热发电系统能够以热能形式储存能

量长达15个小时，可以用来生产

电力，目前该系统正在设计阶段。

波动性问题也可以通过将太阳能电

力和其他可再生能源电力相结合的

方式来解决。

“如果沙哈拉沙漠0.3%的面积用于太阳能电站，其电力可以满足整个欧洲的需求”*

太阳能能源组合第一部分:《能源报告》


© John E

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by / WW

F-Canon


风能

风电目前占全球电力需求的2%，装机

容量在过去4年间增加了一倍多。在丹麦，

风能发电占国内总发电量的五分之一。如果

持续现在的增长速度，那么到2050年，风

电可以满足世界用电需求的四分之一。当然

要实现这个目标，还需要安装100万台陆上

风机涡轮机和10万台海上风机。海上风电

波动性较小，其风机可以功率更大些。

尽管风电场对景观有十分明显的影响，

“至2050年，若再安装100万台陆上风机和10万台海上风机，就可以满足世界四分之一的电力需求” *

但是如果认真规划的话，那么它

们对环境的影响是微乎其微的。

在农田上安装风机，大部分土地

仍可继续用于农业，例如放牧或

耕种。不像化石燃料电站和核电

站，风电场无需任何冷却水。无

论是发展陆上或者海上的风电项

目，都需要审慎规划，以对海洋

生物和鸟类的影响最小

化，在这一方面还要进

行更多的研究。浮动式

风机对于海床的影响相

对较小，并且可以安放

在深水区，目前正处于

试制阶段。

风能组合第一部分:《能源报告》


*来源：Ecofys能源情景分析，2010年12月

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ational Geographic S

tock / Sarah Leen / W

WF

地热能

古罗马人曾利用地壳下面的热能为楼房

供暖和加热水，但就在最近，我们才开始重

新发现它的潜能。根据可持续能源服务与创

新公司的情景分析，到2050年，三分之一

以上的建筑物供暖将来自于地热。这不仅仅

局限于火山活动频繁的地区，几乎在全球15所

有地区都可以用地热提供建筑物集中采暖。

当温度够高的时候，地热能可以用于发

电和局部供热，如工业生产所需的高温供

热。与受天气影响的风能和太阳能不同，地

热能可以持续地供电。冰岛四分之一的电力

供应和几乎全部的供暖都来自于灼热的“地

下室”。在菲律宾，全部电力的五分之一来

自地地热电站16。

地热装机容量每年都要增加5%左右，可

持续能源服务与创新公司的情景分析提出，

我们有理由希望，这个增长率至少提高一

倍，到2050年，利用地热供应全球电量的

4%。地热也可以提供工业用热需求的5%。

当然利用地热资源无疑将影响周围的环境和

住在当地的居民。用于发电的地热蒸汽或者

热水含有有毒的化合物，但是“闭路”系统

能够防止这些有害物质的泄漏。如果选址得

当，控制排放的系统到位，这些对于环境的

负面影响很小。事实上，由于地热电厂需要

卫生的水源地，实际上有可能加大保护周围

生态的力度17。

15.直接的地热供暖不应该与热泵相混淆，热泵将在此情景分析中的需求

侧谈及，热泵会在地热能源之外提供热量。

16.http://www.geo-energy.org/pdf/reports/GEA_International_

Market_Report_Final_May_2010.pdf

17.见于：菲律宾国家公园地热项目：阿波山地热项目的情况；Francis

M. Dolor, 菲律宾国家石油公司能源开发公司


*Ecofys能源情景分析，2010年

“到2050年，超过三分之一的建筑采暖可能来自地热源” *

地热能源组合第一部分:《能源报告》


© M

ichel Terrettaz / WW

F-Canon

“如果我们能利用0.1%的海洋能源，就可以解决150亿人口的能源需求”*


* “M.M. Bernitsas等人提出的振动式水上清洁能源：

一种新概念，从流体流动中生产清洁的可再生能源”，OMAE 2006年

海洋能发电

通过波浪和潮汐，海洋运动能

提供潜力巨大而可靠的能源，但将

其转化为电力还有很大的困难。一

些试验性的项目正在进行，以利用

波浪能和设计可持续性的潮汐系

统，但这是一个比较新的技术。可

持续能源服务与创新公司的情景分

析了解这种障碍，因而假设2050

年，利用海洋能发电的比重可能仅

占全球电能供应的1%。然而，对

于某些非常适合的区域，海洋能发

电所占比重会更高一些，如美国西

北太平洋地区和不列颠群岛。

波浪能和潮汐电力装置会影响

到当地的海洋环境、沿岸社区以及

像海运和渔业这样的海洋产业，所

以选择合适的地点是非常重要的，

同时我们应该不断的改进技术以减

少任何的负面影响。

海洋能源组合第一部分:《能源报告》


© W

ild Wonders of E

urope /Inaki Relanzon / W

WF

“新水电计划要满足严格的环境可持续性和人权的标准。”

水电

水力是目前全球范围内最丰富的可再生

电力资源，为全世界提供近五分之一的电

力。大型水电站通常在大坝后的水库中蓄

水，根据电力需求调节水流。水电能根据需

要提供比较可靠的电力，有助于平衡风电和

太阳光伏这样的波动性电力。

然而，水电会造成严重的环境和社会问

题。由于改变下游的水流，大坝会威胁到淡

水生态环境，并影响到数百万人的生计，这

些人依靠渔场、湿地和农业生产所需的有规

律的淤积物为生。这些大坝破坏了动物的栖

息地，切断了鱼类进入传统产卵地的通道。

修建水库也意味着要淹没大片陆地：全球有

4000—8000万人因兴修水电工程18被重新

安置。


考虑了这些关切，对水电给于相对较小的增

长，与现在的15%相比，到2050年，水力

发电提供电力所占比例为12%。新水电计划

要满足严格的环境可持续性和人权的标准，

并且尽可能的降低对河流和淡水栖息地的负

面影响。

18.http://www.internationalrivers.org/en/way-forward/world-

commission-dams/world-commission-dams-framework-brief-

introduction


水电力能源组合第一部分:《能源报告》


© H

artmut Jungius / W

WF-C

anon

生物质能

生物质是由存活着的有机组织或最近仍

存活着的有机组织形成的物质，如种植物或

动物粪便。生物质能可能是可持续能源服务

与创新公司的情景分析中最具挑战的部分。

生物质能来源很广，并且以多种方式使用。

一直以来，在发展中国家有几亿人使用木材

和木炭作为主要的燃料来烹饪和取暖。最

近，车辆已经开始使用生物燃料取代汽油和

柴油。

从原则上讲，生物质是可再生资源，因

此可以通过种植新的植物来取代目前所使用

的植物。假如用足够的可再生植被吸收生物

质能源利用所排放的二氧化碳，同时采取合

理的管理做法，其温室气体排放是低于化石

燃料的。尤其是对于亚洲和拉丁美洲的人们

来说，生物燃料也有可能为千百万人提供可

持续的生活需要。然而，如果无法进行可持

续生产，对于社会和环境的影响可能是灾难

性的。我们需要一缆子政策和强制认证来确

保生物能源的生产是按最高标准进行的。

尽管可持续能源服务与创新公司的情景

分析也赞同，在条件允许的状况下使用其它

可再生资源，但对于某些具体应用而言，

生物能源是目前唯一适合取代化石燃料的能

源。航空、海运和长途运输需要高能量密度

的液体燃料，从目前的技术和加油设施来

看，这些部门不可能用电或氢做动力。一些

工业流程，如炼钢，需要的燃料不仅是作为

能源，而且是作为生产必须的具有指定物料

特性的原料。到2050年，60%的工业燃料

和工业供热，13%的建筑物供暖，都采用生

物能源。同时为了与其他可再生能源技术保

持平衡，在电力结构（约13%）中仍然需要

发挥某些生物质能的作用。


同时指出，我们可以从废弃物中获得大量的

生物能源。其中有农业和食品加工中的某些

植物残余物，林业和木材加工过程当中产生

的锯末和剩余物，粪肥和城市垃圾。将这些

资源按照可持续的标准加以利用可以获得

其他的环境效益，例如减少甲烷

和氮的排放量，降低动物粪便对

水的污染，减少垃圾填埋场的数

量。在发展中国家，3000多万户

家庭利用沼气池烹饪和照明。情

景分析当中还提到，一些剩余物

和废弃品已经得到应用，如用作

土壤改良剂。

生物质能的第二大主要来源是

森林。根据可持续能源服务与创

新公司的情景分析，2050年将

有30亿立方米的木材被用于生产

能源，主要来源于采伐和加工残

留物、木材废料和“林业采伐余

量”。“林业采伐余量”指商业

性林场中可持续的最大产量与木

材用量之间的余量。这比从原始

森林中砍伐树木，破坏重要的栖

息地更可取，不过以更集约的方

式经营林业会给生物多样性带来

影响。此外，在发展中国家，传

统被用于取暖和烹饪的某些生物

质，将大部分被太阳能之类的可

再生能源取代。，而被替代的这

些生物质能可以有高效的利用。

尽管如此，可持续的满足能源需

求仍然是一个巨大的挑战。

生物质能农作物可以作为液体

燃料的来源，如可以从如油菜籽

等植物中提取植物油，或者用富

含糖、淀粉或者纤维素的农作物

生产乙醇。可持续能源服务与创

新公司的情景分析中提出，要满

足预测的需求，我们需要2.5亿公

顷的生物能源作物用地，这相当

于全球总耕地面积的六分之一。

这便有可能导致森林乱砍乱伐，

食物和水资源短缺，也会给社会

环境造成其他的影响。所以这一

问题必须充分考虑。为了保证

2050年新增的20亿人口

有足够的粮食食用，至

关重要的是不要用人类

种植食物所需或保持生

物多样性所需的土地和

水种植生物燃料。这是

一个巨大的挑战。尽管

可持续能源服务与创新

公司已经在情景分析当

中提出了一系列的保障

措施，但仍需对生物质

能生产对水和土地的影

响做进一步研究，特别

是对环境的影响。

在情景分析中还提

到，藻类有可能成为

高密度燃料的长期替代

能源，它可以生长在陆

上不适于农业耕种的咸

水或污水中。目前利用

藻类大规模养殖来生产

生物燃料仍处于研究阶

段。情景分析中指出，

到2030年左右，藻类

开始成为可行的能源。

到2050年，其作为能

源使用的潜力不大。

生物能源显然需要大

量的土地，情景分析在

提到这一点时将其作为

难度最大的挑战，也是

最棘手的问题。我们将

在60-61页进一步讨论。


© naturepl.com

/ Tim Lam

an / WW

F

地图7：世界生物质能潜力

OMA，艺术家印象

生物质能潜力图非灌溉生物质能产量潜力

生物质能源组合第一部分:《能源报告》


面临的挑战


面临的挑战


表明，到2050年，从技术角度上而言，人

类完全有可能通过可再生资源来满足其能源

需求。但同时也提出了某些具有难度的挑

战，这些挑战不仅仅是来自技术层面，还有

社会、环境、经济以及政治问题，它们也同

样迫在眉睫。

从技术方面来说，确保可再生能源满足

全球能源需求的计划实现有两个关键因素：

（1）我们可以通过改善能源效率和减少能

源浪费来降低能源需求量；（2）由于电能

和热能是最容易用可再生能源产生的两种能

源形式，应尽可能多用电力和直接供热，并

改进电网予以支持。

可持续的能源未来必须是公平的，它对

人类和自然的影响很大程度上取决于利用土

地、海洋和水资源的方式，生活方式的改变

也会发挥关键的作用。

逐步进入可再生能源未来意味着，重新

思考我们现行的金融体制，这也需要创新。

要想得到公平的能源未来，就需要大力加强

地方、国家和区域的治理，同时还需要史无

前例的国际合作和协作，努力在多国和国与

国之间缩短能源富国和能源穷国之间的差

距。

下面将简要介绍一下这些挑战。

面临的挑战第一部分:《能源报告》


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imon de TR

EY-W

HITE

/ WW

F-UK

节能

我们如何能用较少的能源来做更多的事情呢？

根据可持续能源服务与创新公司的情景

分析表明，2050年全球的能源需求量会比

2005年低15%。这与常规情景分析预测的

至少需要两倍的耗能量形成了强烈的反差。

二者的差距并非源于任何活动的减少。尤其

在发展中国家，工业产量、家庭用能、客运

和货运量持续增长。与此相反，能源的减少

量源于尽可能地提高能源效率。

节约能源是未来用可再生能源提供电力

的前提之一。如果我们仍旧像今天这样浪费

能源，我们就不能满足我们这个地球上未来

预计90亿居民的能源需求。节约能源是可

持续能源服务与创新公司情景分析中一个最

重要单项因素。

每一个部门都有我们所需要的实现大量

节约能源的办法，其挑战在于尽快在全球范

围内推广这些办法。

在制造业方面，循环利用材料可大大减

少能源消费。举例来说，使用回收铝取代原

铝制造新产品能够减少三分之二以上的总能

源消耗量。在过去几十年中，耗费大量能源

生产出来的材料的现存量，如钢和铝，已经

有了大量的积累，使得再循环和再利用材料

变得越来越可行。如果有新的材料能够替代

通过高能耗生产的水泥和钢，也就意味着会

节省更多的能源。

产品设计也对能源使用有很大的影响，

例如用更轻的（不是较脆弱的）框架以及新

材料生产轿车，生产更小型的轿车，既可以

减少制造时对高耗能钢材的需求，还能减少

燃料的消费。尽管市面上已经有某些创新程

度很高的型号，但是对于所有“噬能”的电

器而言，进一步提高能源效率仍然有巨大的

潜力可挖。

在发展中国家，超过1.6亿家庭目前使用

经过改进的生物质能厨灶，仅仅使用陶瓷内

层而不是全金属的设计就能够提

高一半能源效率。这种炉具价格

便宜，排放少，又能减少木炭生

产造成的毁林，而且对健康大有

裨益。太阳灶能源效率更高，仅

仅使用和聚集来自太阳的热量。

如果这些小规模解决方案得到广

泛的普及，合在一起就能实现能

源需求的大幅度降低。

世界上已经有了几乎不需要使

用常规能源采暖和制冷的设计和

建造技术了，而凭借气密结构、

热泵和阳光。可持续能源服务与

创新公司预测，到2030年所有的

新建房屋能够达到这些标准。

与此同时，我们需要从根本上

改进现有房屋的能源利用效率。

我们通过隔热的墙、屋顶和地

板，换掉老式窗户，安装回收热

能的通风系统，可以减少60%的

采暖需求。本地的太阳能热系统

和热泵能够满足剩余的采暖和热

水需求。如果到2050年，所有

的房屋都能满足能源效率标准的

话，那么我们每年需改造2-3%的

建筑面积。这难度很大，但并不

是不可能的，德国已经在这一领

域实现了其年度改造目标。

我们也要在交通运输方面减少

能量消费。这意味着要生产各种燃

油效率更高的公交运输车，并使它

们更有效的运行。改进空中交通管

理，可以减少拥堵，使飞行航线和

着陆方法更合理，这样便能够减少

航空燃料的需求，尽管数量少，但

意义重大。同样，在海

运方面，更好的港口、

航线和天气计划，再加

上降低速度，就能够大

大减少燃料的消费。

另外，我们也需要采

用更高效的交通模式，充

分利用公共汽车、自行

车、有轨电车和火车，经

由铁路和海运运输更多的

货物，用高速铁路代替短

途空运。实际上，世界自

然基金会认为，我们需要

在此基础上更进一步，通

过优化城市规划、物流以

及通讯技术，重新评估优

先级，从而减少出行的次

数和里程。

我们节省的能源越

多，可再生能源未来就

越容易实现。这是人人

都可以发挥其作用的一

个领域。


“全球每年照明成本为2300亿美元。淘汰造成浪费的技术能节省60%的电力”*

* Mills. E. 2002年提出“全球照明账单2300亿美元”，国际能效照明协会，斯德哥尔摩

节约能源第一部分:《能源报告》


用较少的能源做更多的事

© M

ichel Gunther / W

WF-C

anon

“ 到 2 0 4 0年，能效和可再生能源可以减少我们对化石燃料70%的依赖”*

* Ecofys 能源情景分析， 2010年12月


© N


tock/ Jim R

ichardson / WW

F

现在该做什么呢？

1、我们必须在全世界范围引进有法律约束

力的针对所有耗能产品的最低能效标准，如

房屋，还有类似于日本的“领跑者计划”和

欧洲环保设计要求。政府、公司和专家们需

要基于最佳可利用技术（BAT）基准的达成

一致标准，并应经常监督和充实这些标准。

2、节约能源应该贯穿于产品设计的每一个

阶段。我们应该在任何可能的地方使用高能

源效率、十分耐用，并能循环利用的原材

料。用于替代类似水泥、钢铁和塑料这类需

要消耗大量能源才能生产出的原材料的替代

品，应作为当前科研和开发的重点。我们应

该采取一种“从摇篮到摇篮”的设计理念，

一件产品寿命结束时，其所有成分都可以再

循环或再利用。

3、我们需要为所有新建房屋制定严格的能

效标准，目标是接近零能源使用，相当于“被

动式房屋”的标准。改造旧房的速度必须加

快，以便提高现有房屋的能源使用效率。政

府应当立法和提供激励措施使其能够顺利

实施。

4、征收能源税是一种现实的选

择，特别是对于富裕的国家来说

更是这样。现在对汽油、电力和

燃料征税已经是很平常的事了。

提高对高耗能产品和汽车的征税

会有助于引导人们使用那些能源

效率高的替代燃料。

5、发展中国家必须逐步放弃使用

能源利用率低的传统生物质能，

并寻找其替代品，如改进的生物

质能厨灶、太阳能灶具和小规模

沼气池。作为承担国际发展义务

减少温室气体排放全球合力的一

部分，工业化国家应当通过提供

资金援助来促使其实现。

6、我们对公共交通要有大的投

入，提供方便、经济、高能源效

率的运输服务，以替代私家车。

我们尤其要改进铁路的基础设

施，应该尽可能用可再生能源电

力为动力的高速列车取代航空运

输，最大限度地采用铁

路运送货物。所有距离

均应采用可持续的公交

运输模式，尤其是基于

铁路的运输，必须比公

路和空运更便宜。

7、个人、公司、社区

和国家都要对他们使用

的能源有更进一步的了

解，尽量在所有有条件

的地方节省能源。开车

时慢一些、稳一些，购

买高能源效率的电器并

在不用时切断电源，关

掉暖气和空调，增加物

资再利用或再循环，上

述是为此做贡献的几种

方法。

节约能源第一部分:《能源报告》


案例研究


Figure XX.XX

WWW.TOPTEN.ORG

“世界自然基金会帮助建立了“Topten-节能上品”项目，通过在线搜索，可以找到市场上能源效率最高的电器”

topten.info

消费者和零售商们可

以通过选择购买能源效

率高的产品给制造商施

加压力。世界自然基金

会帮助建设了“节能上

品”项目（见网址www.

topten. in fo），通过

在线搜索，可以找到市

场上能源效率最高的电

器。有眼光的消费者可

以对越来越多的产品比

较其能源效率等级，如

小轿车和运货车、家用

电器、办公设备、照明

设施、热水器和空调

等。Topten-节能上品

网上搜索工具现在被广

泛应用于欧洲的17个国

家，近期将会在美国和

中国推出。

第一部分:《能源报告》


© N


tock / Tyrone Turner / WW

F


© N

igel Dickinson / W

WF-C

anon

电气化

可再生能源能够有效地提供不竭的电力，但是我们怎样才能改用它们呢？


提出，要尽可能地使用清洁和可再生能源的

电力来取代化石燃料和核燃料。目前的情况

是，电能所提供的能量占总能源需求量的比

例不到五分之一。到2050年，根据可持续

能源服务与创新公司情景分析，电力会占接

近一半。小轿车和火车将全部用电作为动

力，而其他能源（如建筑采暖的燃料）的使

用量会很少。

更多使用可再生电力可能会面临着诸多

挑战。首先是要生产电能。这意味着，要在

对环境造成最小影响的情况下，大规模地增

加我们使用可再生资源生产电力的能力，尤

其是通过风能、太阳能和地热能技术生产电

力的能力。我们需要更多大规模的可再生能

源电站，还要在当地生产更多的电力，如使

用太阳能光伏（PV）屋顶瓦片、水轮机和

单个风机。

我们需要大量的投入来扩大并现代化我

们的输电网，满足不断增长的负荷和不同的

发电来源。我们要高效地从海上风机、沙漠

太阳电站或者遥远的地热电站向城市中心传

输电力，同时尽量减少新电力线路和地下光

缆的影响。高效的国际电网也有助于平衡不

同地区的各种可再生能源。例如：在欧洲，

来自北海地区的风电和海洋电力可以补充阿

尔卑斯的水电和地中海甚至北非太阳能电力

的不足。

太阳能和风能具有提供高效而且不竭电力

的巨大潜力，但这受到输电网容量的限制。

我们现有的输电网基础设施只能容纳有限的

这类易受资源供应影响且电量处于

波动的电力。电网要保持电压和频

率的稳定，避免危险的电力浪涌，

并且需要满足峰荷。目前，我们有

一些电站，主要是煤和核电站，24

小时不停地运行来不间断供电（或

者称“基荷”）。即使可再生能源

的电力供应量很大，这些电站也不

能一下子关闭，这意味着有些能量

是会被浪费掉的。

可持续能源服务与创新公司情

景分析估计，工业化国家的电网

在不进一步现代化的情况下可传

输波动电力为总电量的20-30%。

保守估计，随着科技和电网管理

的进步，到2050年，这一比例将

会提高到60%。剩余的40%来自

水力发电、生物质能、地热电力

以及配有储能的聚光太阳能发电

（CSP）。

超大电网和智能电网的组合是

关键所在。电力公司和消费者会

得到能源供应和价格的信息以助

于需求侧管理。简单地说，当有

风和有日照时，使用洗衣机就会

更便宜。当能源供应充足时，住

户、办公室和工厂通过编程控制

智能电表，运行指定设备或者设

定程自动序运行。电网公司可

以通过调整恒温器的温度调整

电流，以应对电力负荷的突然增

长。当电力供应量超过需要量的

时候，我们可以用来给汽车电池

充电以及用来生产氢气燃料。

与此同时，我们要把

电输送给那些无法用上

网电的人，特别是发展

中国家的乡村地区。我

们可以通过延长现有电

网，或者给住户或社区

建造太阳能、小水电、

风电和小型生物质能

电站。从现在到203019

年，每年为14亿用不上

电的人口20大致提供50-

100千瓦时的供电量需

要大约250亿欧元的投

资额，大约占全球GDP

总量的0.05%。为全世

界供电的电网是20世纪

伟大的工程杰作之一。

在接下来的几十年中我

们为使其现代化所要做

的工作将会是21世纪伟

大功绩之一。

19.国际能源署，《世界能源展望》2009

巴黎

20.国际能源署，《世界能源展望》2010

巴黎

电气化第一部分:《能源报告》



1、我们需要大规模地扩大可再生能源生产

电力的能力。在我们把投资用于那些足以让

我们倒退数十年、新一代成本高且不可持续

的化石燃料和核电站之前，我们需要修建大

规模可再生能源的电站。在网电有限或用不

上网电的地区，我们也需要支持发展地方微

型发电。

2、各国需合作扩大电网的覆盖范围，尽可

能高效地把电力从电力生产中心输送到电力

消费中心。国际电网在稳定电源（如地热、

储存的太阳能热，水力，生物质能）的支持

下，有助于平衡波动电源（如太阳能光伏和

风电），来满足民众的电力需求。

3、我们急需向智能电网投资来帮

助管理能源需求，使得波动电源

和分布式电源有可能占相当高的

比例。这将有助于能源公司有效

地平衡供需，并使消费者对其电

力的使用有更明智的选择。

4、对有效存储电力的方法需要开

展更多的研究，如电池，氢能和来

自太阳能的蓄热。我们也要高效地

管理电网，以便需要时放电，以及

远距离调度电力。

5、到2050年，全世界

所有的小汽车、货车和火

车都应当使用电力。我们

要有立法、投资和激励措

施，以鼓励制造商和消费

者改用电动车。电池技术

的进步、高效燃料电池的

出现能让我们开上电动卡

车，甚至可能是轮船，从

而减少我们对生物燃料的

依赖。这是一个长期的目

标，但是现在就需要我们

对此进行研究和开发。


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地图8：艺术再现未来全球能源网络

GIS 2010年 Dymaxion预测—

大城市建设局智库《全球能源网络分析》

全球能源网络第一部分:《能源报告》


案例研究


“由于对烹饪和采暖薪柴的需求，导致该地区毁林现象严重，世界自然基金会在这里安装了微水电系统”

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小水电

世界自然基金在尼泊尔的乔

里哈卡村附近安装了微水电系

统，原来对烹饪和采暖的薪柴需

求导致该地区毁林现象严重。用

溪水驱动发电机，之后水再流回

小溪，这样对自然的影响降到了

最小。六个村子的100多户人家

现在使用电炉、微波炉、电饭

煲、电冰箱和暖气。在该地区正

在运作四个类似的计划，节省了

数百吨的木材并改善了当地居民

的日常生活。

小水电第一部分:《能源报告》


公平

人人都有使用能源的权力，我们打算以何种方式提供能源呢？

过去，世界能源消费一直是不那么平衡

的，富国经济依赖于廉价的丰富的化石燃

料，并且在世界范围内继续消费大量的能

源。随着化石燃料供应的缩减，世界上其他

国家想利用化石燃料资源助推其发展便不现

实了。使这种不公平加剧的是，穷国受气候

变化危害尤甚，这在很大程度上是由于富国

使用化石燃料造成的。

可持续的能源未来必须是公平的能源前

景。人人都享有同样的权利，并能从世界的

能源资源中获益，但是，所面临的巨大挑战

令人担忧。约14亿人（占世界人口的四分

之一）无法用上可靠的电力21。另外，发展

中国家的人口还在迅速增加。在2010年至

2030年期间，要让发展中国家的27亿人口

普遍能用上清洁能源做饭，所需要的投资总

额约为430亿欧元，或每年约为20亿欧元，

不到全球GDP22的0.005%。

在缺少替代能源资源的情况下，今天成

千上万的人做饭和取暖，只能用生物质能作

为主要的燃料来源。结果，毁林成灾，树木

生长不可持续，生物多样性丧失，碳排放增

加，土质恶化，以及洪水频发。使用生物质

能的炉灶也给健康带来了大问题，发展中国

家的老百姓因吸入老式炉灶的烟尘而死的人

数超过疟疾23——每年因室内污染约有200

万妇女和儿童过早死亡。

要想有一个完全可持续的未来，届时，

人与自然和谐共处，我们必须结束不可持续

的生物质能利用方式。但是，要实现这一目

标，我们就得为民众提供更好的替代能源。

例如高能源效率厨灶就是一个简单而成本低

廉的办法，能够大幅度减少民众对生物质能

的使用，减少碳和黑烟的排放以及由此带来

的健康问题。种植能源速生林也可以减少对

原始森林的砍伐和破坏。世界自

然基金会的新一代种植计划总结

了对种植能源速生林种植进行可

持续管理的最佳做法，尽管这还

不能完全解决能源速生林种植面

临的问题。

从非洲的太阳能到印度尼西亚

的地热，发展中国家用可再生能

源推动经济发展具有巨大的潜

力。大规模的风电电站、太阳能

电站、地热电站正在涌现，可再

生能源为成千上万苦于能源短缺

的民众带来了希望。世界自然基

金会只是帮助发展中国家（尤其

是在约有85%的人口用不上电力

的农村）发展可再生能源项目的

众多组织中的一个。由于这些计

划，目前当地民众已获益于利用

太阳能、风能、小水电以及农业

废弃物和粪便生产沼气所产生的

电力。

可靠的能源利用会给人们的生

活带来巨大改变。电泵能够提供

洁净水，电冰箱能够储存食物和

药品，农场运营更高效。过去，

每天花很多时间打柴和汲水的妇

女，现在有更多的时间投身于教

育、儿童护理，或者提高了她们

自身的生活质量。儿童通过接触

学习资源，如因特网，获得了更

好的教育，或者由于有了电力照

明，晚上也能读书了。从历史的

角度来看，妇女解放、更好的教

育和有保障的生活，一定会伴随

着家庭收入的增加和生育率的下

降。所以，能够用上可

再生资源，也能有助于

抑制人口增长。

生物燃料能够为发展

中国家带来机会——但

是这些机会也意味着威

胁。可持续发展和公平

交易，这些机会能够给

农民提供宝贵的经济作

物，给当地民众提供就

业机会。但是，如果没

有适当的保护措施，这

一机会可能会取代粮食

作物，导致植被破坏，

以及争抢越来越稀缺的

水资源。如果发展中国

家为致富而种植大量的

生物燃料作物而他们的

民众却吃不饱肚子，对

于这种情况我们是不能

容忍的。

可再生能能源对于千

百万人脱贫和转变生活

方式具有巨大的潜力，

我们能源愿景的核心

是，结束能源贫困。


1、发展中国家为提高其可再生能源的能力

需要投资。掌握先进可再生能源技术的国

家，需要与发展中国家分享其知识和技术。

发达国家还应该支持发展中国家发展其自身

的可再生能源产业和创新。

2、世界自然基金会和其他非政府组织，已

经给出了各地可以成功的利用可再生能源生

产电力的途径。各国政府、援助机构和投资

商应该加大对类似复制项目的支持力度。经

验表明，如果当地也能出资，其方案更容易

成功，因为这会增加其自身在这个项目中的

所有权。为促使复制项目的成功，还需要有

小额信贷计划和其他金融创新工具。

3、世界各国需要分阶段逐步停止使用不可

持续的生物质能。在仍然用老办法低效使用

生物质能的地区，应该支持当地民众改用

现代清洁能源，如太阳灶、更具能源效率的

厨灶、发酵池沼气，以及改进的烧炭技术。

当地民众还应采用环境影响小的生物质能来

源，如农作物秸秆或者速生林木。使当地民

众从以可持续的方式管理其森林和自然资源

获益，应该包包含在计划内。

4、如果发展中国家的土地用来满足对生物

燃料不断增长的需求，我们就需要解决粮食

安全、土地使用规划、政府治理、水源使

用、森林砍伐、生物多样性丧失，以及由此

而来的生态系统服务缺失的问题。我们需要

公平的可持续的贸易和投资体系。我们决不

能发展生物燃料而以威胁民众的食物和水供

应，或者导致生物多样性丧失为代价。

5、穷国发展可再生能源需要融资，多边和

双边协议要体现富国帮助穷国发展可再生能

源项目的支持，可再生能源应该成为可持续

发展政策和国际援助计划的核心。

21. 国际能源署《世界能源展望》2010年，巴黎

22.国际能源署《世界能源展望》2010年，巴黎

23.全球清洁厨灶联盟，联合国基金会，http://www.unfoundation.

org/assets/pdf/global-alliance-for-clean-cookstoves-factsheet.

pdf，2010年12月21日检索。

现在该做什么呢？公平

第一部分:《能源报告》


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K


案例研究

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太阳光伏和风电

在偏远的海岸小镇肯尼亚昆嘎没有网电，

世界自然基金会搞了一个海岸专用保护区节

能计划。世界自然基金会于2009年帮助安装

了太阳光伏电池和风电，从而改善了当地民

众的生活和健康。好处还有冷藏鱼的冰箱，

卫生中心的用电和手机充电点。

“世界自然基金会帮助安装了太阳光伏和风电，从而改善了当地民众的生活和健康”

太阳光伏和风电第一部分:《能源报告》


海洋生物的影响。从新

的发电中心输送电力，

我们还需要仔细规划远

距离高压压输电线路和

海底电缆的路线。

然而，最棘手的问题

是生物能源 24的作用。

可持续能源服务与创新

公司基本上完全分阶段

弃用化石燃料的情景分

析，有赖于生物能源数

量的实质性增加。在没

有替代技术的情况下，

此情景分析是基于有机

废弃物，现有森林的生

物质能，以及农田上的

生物燃料作物。

土地和海洋利用

我们的能源需求需要土地和海面，要减少此举对人和自然的影响，我们能做什么呢？

我们共同生活的唯一的地球，其容量是

有限的。可持续则意味着不仅我们这一代可

以生存，我们的后代也能获得同样的生存环

境。我们需要空间盖房子，修建基础设施，

我们需要土地种庄稼和棉花，饲养牲畜，我

们向森林要木材要纸张，我们向海洋要食物

要休闲。更重要的是，我们要给大自然留下

空间——这不仅仅是因为栖息于我们这个星

球的千百万物种本身的重要性，还因为我们

需要健康的生态系统，以供应自然资源所需

要的一切，提供清洁的空气和水，调整我们

的气候，为我们的农作物传授花粉，使我们

的土壤和海洋肥沃多产，防止洪灾等等。确

保有一个可再生能源未来，我们使用土地和

海洋的方式是关键，或许是我们

所面临的最严峻的挑战。

在今后几十年中，我们需要大

量建设可再生能源基础设施，重

要的是在适当的地方用适当的技

术，例如，太阳能电厂可以使用

沙漠这样的不毛之地，但是在干

旱地区不用水来冷却的太阳得

热发电（CSP）设备也是重要

的。在无人区往往可以建设地热

场，这样我们就需要仔细地选择

场址，以减少对环境和社会的影

响，同时确保周边环境也得到很

好的保护。如上所述，我们尤其

需要非常严格的评估新的水电

站，我们还应该仔细地选择海上

风电和海洋电力场址，以减少对


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dward P

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F-Canon

可持续能源服务与创新公司情景分析表

明，从技术上讲，以可持续的方式这样做是

可以办到的。根据此情景分析，我们可以向

森林索取比目前商用木材更多的木材，来满

足对固体生物质能不断增长的需求。如果发

达国家民众所吃的肉比现在少一半的话，那

么我们需要种植牲畜饲料和放牧占用的土地

就要更少些。这样一来，就可以拿出足够的

土地种植足够生物燃料农作物，而又不威胁

食品安全，砍伐森林，增加灌溉面积，或丧

失生物多样性。

从全球范围来看，会有足够的农业和森

林用地用于生物燃料的可持续生产。可持续

能源服务与创新公司估计，我们需要大约

2.5亿公顷农业用地，这个数目约占目前全

球农田总量的六分之一。我们还需要另外从

森林获取45亿立方米的生物质能。经过最

严谨的分析，从理论上讲我们可以做到，但

实践上又是另一回事了。目前我们得找到这

些土地在哪里，这些土地现在的用途。我们

需要考虑当地社区及本地居民的权益，移栖

种群的活动，对水源供应的影响，基础设施

的类型，治理制度是否到位，以及其他许多

的限制。事实上，我们给这个星球带来的巨

大压力，意味着我们需要考虑到所有的农业

和林业，而不仅仅考虑生物能源。

可持续能源服务与创新公司情景分析提

到的土地来源，有赖于假定限制肉类消费增

长。要实现肉类公平消费，需要富国民众将

其肉类消费量减半，而其他国家的肉类消费

在目前水平上增加不高于25%，动物蛋白

含量高的饮食比植物饮食需要占用更多的土

地——直接食用植物蛋白比先用植物蛋白喂

养牲畜再供人食用效率更高。目前全球近三

分之一的土地面积（不包括南极洲）用于喂

养牲畜，或用于放牧，或用于种植饲料。

随着全球人口的增加，世界就需要更有

效更公平的生产和消费食物：如果我们对生

物燃料的需求增长紧急的话，那么上述做法

就变得更为紧迫了。可持续能源服务与创新

运量有助于减少需求。

源于水藻、海藻的生物

能源以及用可再生能源

电力生产的氢气是具有

潜力的可持续燃料技

术；同时，无论是一个

地区，还是全球，更好

的土地利用规划对于可

持续能源供应是至关重

要的。

24.要了解世界能源基金会关于生物能

源的立场，可参阅www.panda.org/

renewables

“使用土地和海洋的方式对确保可再生能源应用的未来是一个关键，或许也是我们所面临的最严峻的挑战”

公司的计算是基于农作物产量每

年增加1%，这一数量低于联合国

粮农组织增长1.5%的预测；然而

气候变化也会增加农作物欠收的

可能性。

向森林索取更多的木材会给生

物多样性带来影响，世界各国的许

多商用林木都采用集约化的方式来

使用。所以增加的木材用量只能向

未开发的具有可持续潜力的区域索

取。可以用化肥和种植速生林的办

法来增加产量，不过这对于野生动

植物栖息地、水源和土壤品质有影

响。某些私人土地可以一直提供更

多的生物质能，但是也有经济上和

物流上的困难，森林生物质能用的

多，就要下力气减少植被破坏和土

壤退化带来的排放，并更要加大发

展森林的力度。换句话说，即使在

短期内我们采用了替代能源，也不

应排放更多的林碳。

出于对生物能源增长需求的关

切，世界自然基金会认为，我们

需要采取紧急行动来减少可持续

能源服务与创新公司情景分析预

测的对液态燃料的需求，同时寻

求替代能源。另外，进一步减少

肉类消费，减少航空和长途货物

土地和海洋利用第一部分:《能源报告》



1、所有大型能源基础设施建设，必须满足

独立深入的、社会环境影响评估。这些建设

项目还要达到或超过最佳社会或管理做法及

绩效标准。黄金标准就为产生碳信用额的项

目提供了最佳做法。对于水电而言，世界自

然基金会参与提出了国际水电协会可持续性

指导意见。

2、为保证栖息地和食物供应，水的供应和

生态系统循环，世界各国政府必须停止因生

物燃料而争夺土地的情况。抢夺土地——富

国购买或租用大片土地种植生物燃料或食

物，尤其是在非洲——应该是违法的。另

外，我们需要一个国家一个国家的仔细分

析，什么样的土地和水域可用于生物能源，

要综合考虑社会、环境和经济问题。

3、林业企业、政府和环保主义者需要找到

闲置的土地（森林已经砍伐的但是还没用过

的），在这些区域有可能做到既增加生物质

能的产量，又给生物多样性带来的影响最

小，东南亚、俄罗斯和北美洲潜力最大。世

界自然基金会正在支持“责任种植区”的想

法，这一想法旨在找到既能扩大生产，又没

有丧失生物多样性、碳排放或带来社会影响

的土地。世界自然基金会还通过诸如“高保

护价值框架”这样的计划，帮助甄别这样的

区域，既作为自然生态系统加以保护，又可

以基于保护目的先管起来。

4、我们需要通过制止不可持续的开采和砍

伐来抵消增加的林碳排放，如“减少砍伐和

退化减排(REDD)”的计划，给发展中国家

提供补贴，使他们保护林碳，对减排起到重

要作用。我们还需要推动和采用地方林权管

理和其他的可持续的做法。

5、在国家和国际层面上，生物

能源生产必须基于可持续性的、

受强有力法律控制的标准——约

束力的立法和严格的执法。以下

各项也会起到作用：如志愿者标

准和认证计划，以及“森林管理

委员会”，“关于可持续生物燃料

的圆桌会议”和“更好甘蔗的倡

议”。因为大部分生物能源产于

发展中国家，他们需要支持来有

效发展和执行这些标准。

6、作为个人，对下述事物的选

择，我们应该有更周详的考虑，

如所吃的食物，所用的车辆，以

及其它影响全球土地使用的生活

方式因素。公共政策应该帮助引

导这些选择。

7、我们应该限制依赖

液态燃料的某些领域的

发展（主要是航空、海

运和载重卡车），起码

在我们有了可靠的可持

续生物能源供应之前应

该这样做。这就意味着

我们要找到更好的途径

运送物资和人员，如使

用不依赖液态燃料的运

输工具，减少运输里程

和次数，物资生产本地

化，以及不用上下班通

勤的远距离处理业务方

式。对那些依赖生物能

源作为其化石燃料的唯

一替代能源的行业部

门，我们还需要紧急研

发替代能源。


“所有大型能源基础设施建设项目，必须满足独立深入的社会环境影响评估”

现在该做什么呢？第一部分:《能源报告》


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生物乙醇

在巴西的里贝朗普雷图地区，牧民们在

以前某些用于放牧的土地上种植甘蔗，用其

生产生物乙醇，甘蔗渣用来喂牛，从而补偿

了失去牧场的损失。由于每公顷土地仍然有

几头牛，这样看来，畜牧业没受损失，牧民

还得到了额外的收入。

“用甘蔗生产生物乙醇，甘蔗渣用来喂牛，从而补偿了失去牧场的损失”


生物乙醇第一部分:《能源报告》


案例研究

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dward P

arker / WW

F-Canon

生活方式

我们在自己生活中所做的选择怎样影响能源供应呢？

要实现可再生能源的未

来并不意味着牺牲我们的

生活质量。可持续

能源服务与

创新公

司情

景分析表

明，到2050年，

我们可以用可再生能源

满足我们对所有能源需求

的供应，而又能保持经济

增长速度，过上富足健康

的生活。实际上，对许多

人而言，由于有了电和清

洁能源，生活质量会得到

极大的改善。

不过，我们需要对我们

使用能源的方式做出更加明

智的选择，生活方式的改变

将使我们今后既能用上可再

生能源，又能减少我们的行

为对地球的影响。据预测，

对生物能源的需求会使我们

对森林、农田和淡水生态系

统的利用达到极限。我们特

别需要研究怎样做才能限制

对生物能源的需求和土地利

用，又能致力于百分之百的

使用可再生能源，使更多的

土地和水为人类造福，从而

使人和自然生生不息。


生活方式选择至关重要

要种植足够多的食物以满足全球不断增

长的人口的需求，又要有足够的资用土地满

足对生物燃料的潜在需求，我们当中许多人

需要改变我们的饮食结构。如上所述，可持

续能源服务与创新公司情景分析认为，如

果未来肉类消费能更公正的分配，到2050

年，经合组织国家肉类消费会减少一半，而

在其他国家会增加四分之一。如果我们吃的

肉比现在少，那么可用于种植粮食和生物燃

料作物的土地就会更多，或者回归自然的土

地就会更多。

少浪费粮食也会节约能源并且腾出更多

的土地，根据Tristram Stuart25的看法，从

农田到餐桌这个过程中有一半的粮食

丢掉了……“富国所用的粮食是

其人口（在加上和减去进

口和出口之后）最

低需求的四

倍；剩

余的

粮食要么是

不讲效率地喂了牲

畜，造成粮食热量的净损

失；要么是在供应链中浪费掉；

要么是过多的吃掉了……穷国的粮食供

应少得多：用于喂牲畜的农作物很少，家

里浪费的粮食也很少”。

减少运送粮食和其他物资的距离也会减

少对生物燃料的需求，可持续能源服务与创

新公司情景分析基于 “常规情景”预测，

到2050年货物运输会有急遽的增长——在

经合组织国家会增长两倍以上；在其他国家

会增加五倍。如果我们将长途货物运输的预

测增长数量减少三分之一，为运输而种植的

农作物占用土地就会减少约8%，即2100万

公顷。

到2050年，预测人员流动

也有增长。该预测表明，在经合

组织国家长途旅行的总人数会增

加一半，而在其他国家会增加两

倍。可持续能源服务与创新公司

认为，如果我们采用更有效的交

通运输形式，如徒步或短途骑自

行车，坐公交车或合用轿车，乘

火车而不是坐飞机的话，我们就

可以控制这些增长。

通讯技术的进步会使工作更

灵活，对许多人而言，许多工作

可以在家干，从而减少了通勤的

需求，这又会减少拥堵，改善工

作和生活的平衡。尽管如此，我

们还需要大量投资于有效的公交

系统，同时在观念和行为上要有

根本的改变。

预测航空运输会有急剧的增

加，这在富国和穷国都是

一样的，可持续能源

服务与创新公

司情景

分

析也

涵盖了此

项。今后航空运量

减少便会减少对生物燃料

的需求，大幅度地减少目前的

碳排放。可持续能源服务与创新

公司预测如果航空旅客减少三分

之一，那么为运输而种植的农作

物占用土地就会再减少1900万公

顷。视频会议和新兴创新

技术也会减少商务旅行的

需求，人们也许会选择更

慢的旅行或者假日在家庭

所在地附近活动。

让生活方式改变是需

要时间的，祖祖辈辈靠

从森林打柴的人们不会

在一夜之间就适应用沼

气炉灶做饭，西方社会

喜欢又大又快的轿车早

已深入人心。但是，过

去发生的事实表明，当

民众懂得了采用生物燃

料的好处，当政策向正

确的方向引导民众，他

们会改变其行为的：现

在回收利用在许多国家

已是习以为常的做法，

当烟民逐步了解了健康

的风险，其抽烟人数也

在下降。充分了解我们

自己的选择带来的影

响，就会有助于我们步

入大有希望的完全采用

可再生能源的未来，到

那时人就会和谐

地与自然

共

存。

2 5 . 浪费 — — 未报道的全球食物丑

闻，Tristram Stuart，2009年。

生活方式的改变第一部分:《能源报告》


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1、我们所买的每一样东西，我们所吃的所

有食物，我们的每一次旅行都使用能源。每

个人都需要更清楚地意识到其生活方式所造

成的影响，以及其可能的行动选择而公共政

策应该帮助民众做出更明智的选择。

2、各国的富人为了饮食更健康更平衡，应

该少吃些肉。各国政府，非政府组织，个人

和媒体需要提高我们对饮食和能源需求、生

态系统和气候变化之间关联性的认识。监管

和定价应该反映肉类和畜产品的真实环境成

本和社会成本。

3、需要减少富人对粮食的浪费，我们需要

充分认识到全世界26有约百分之五十的粮食

被浪费掉或者是丢掉，消费者只要做到需要

多少买多少，能吃多少做多少，就能帮助节

约粮食。而食品企业和零售商应该重新评估

他们包装食品的方式，并且倡导用易降解的

原材料包装粮食。从全球层面来看，我们需

要重新审视我们生产和分销粮食的方法，以

便重新平衡目前的粮食体系，即有些地区粮

食多得用不完，而另一些地区的民众在艰难

度日。

4、需要对公交运输系统高投入，

以便给私家车提供一个有吸引力的

替代交通工具。对于人员流动增长

最快的新兴经济体而言，尤其要这

样做。作为航空旅行的替代手段，

需要研发用可再生能源电力的远距

离高速列车。

5、我们需要探索减少人员和物资

运输里程的其他方法，在产品和服

务的生命周期中排放最少的温室气

体。某种程度上，意味着促进地区

经济和使用当地材料。饭店和零售

商应该在本地寻找能够做到可持续

生产的食物，并且使用当令的新鲜

食品，以减少冷藏的需求，厂商应

多用本地产品，在许多行业，用因

特网和移动电话完成交易可以取代

旅行的需要。雇主应该支持在家干

活，大型跨国公司应运用视频会议

和新兴通信技术。

6、当然并不是什么都可

以在本地种植和生产，

国与国之间的贸易对于

最有效（高效）的利用

资源和物资来说，是必

不可少的。要鼓励，特

别是发展中国家生产和

消费有可持续认证的产

品，认证机构如：热带

雨林联盟、UTZ认证、

有机或公平贸易等。当

地生产这些产品带来的

社会和环境益处，以及

相关的环境益处，远大

于长途运输给环境带来

的影响。

26. Lundqvist, J., C. de Fraiture和

D.Molden。节约水：从田地到餐桌控

制食物链的丢失和浪费，SIWI政策简

介，SIWI2008年。




减少飞机旅行

抑制飞机旅行的增长

意味着用于种植生物燃料

的土地会更少些。许多企

业和机构都加入了世界自

然基金会英国的活动，承

诺五年内减少百分之二十

的商务飞行。许多大型机

构，如苏格兰政府，也都

加入了这一活动。音频视

频会议和网络会议成为面

对面会议的替代手段。英

国电讯公司(BT)成为首

家成功应对这一挑战的企

业，这绝不是巧合。

减少飞机旅行第一部分:《能源报告》


案例研究©

National G

eographic Stock/ Tyrone Turner / W

WF

金融

从长远来看看，可再生能源在经济上是划算的。但是，我们怎样才能筹集到所需要的资金呢？

世界正在摆脱几十年

来最严重的金融危机，

许多国家仍然还能够感

受到其影响，各国政府

在千方百计的削减预算

赤字。银行不愿意放

贷，金融家们正在寻求

投资安全，家家户户也

收紧了自己的钱袋子。

现在一年要格外筹集

到1万亿欧元的资金可不

是个好时候，但是如果

到2050年，为了我们每

一个人，我们要完全实

现可再生能源供应，(现

在)这钱正是我们需要筹

集到的。

从长期来看，这一投

资的回报是丰厚的。根

据可持续能源服务与创

新公司情景分析，与“

常规情景 ”相比，我们

每年还会节省近4万亿

欧元。这仅仅是因减少

运营成本（主要是燃料

成本）而获得的成本节

约，还没有包括因减少

了气候变化影响而导致

的成本节约。根据斯特

恩报告 27，如果我们不

能实现可再生能源完全

供应，从根本上减少温

室气体排放，气候变化

带来的成本会高达全球

G D P 的五分之一。此

图6：企业研发回报时间曲线

LM. Murphy 和 P.I.Edwards，缩短了死亡谷的

距离：从政府部门融资过渡到私营部门融资，国家

可再生能源实验室，2003年5月

现金流或销售

技术研发

能源部/国家

实验室和各州

典型的

一级投资人

企业家和种子

资金投资人

债券持有者

私人部门公共部门

风险资本家

死亡谷

早期

采用创新者早期大量应用后期大量应用滞后销量

现金流

业务和产品开发早期商业化


长期机遇

外，上述成本节约也没有包括新增数百万就

业机会的价值，以及健康和社会效益带来的

附加值，如更好的空气质量和幸福感。

但是，在我们开始看到这些回报之前，

需要大量的资金投入。大规模安装可再生能

源装机，电网现代化，改造公交基础设施，

以及提高我们现有建筑的能源效率，这些都

需要大笔资金。未来25年，全球资本支出

每年需要继续增加约3.5万亿欧元，但这笔

开支还不到全球GDP的2%。与此同时，节

能和降低燃料成本意味着运营支出很快开始

下降，到2040年，节余资金就开始超过成

本支出。

令人遗憾的是，我们目前的金融体制并

不支持这些长期战略思考，投资者盼望几年

就得到回报。只要建火力发电站和天然气电

站比修建风电场和太阳能电场更便宜，新的

电力开发项目就不能完全留给自由市场说了

算。我们需要新的金融模式，如风险共担的

公私合伙制，鼓励长期投资于可再生能源和

能源效率。立法和稳定的政治框架也有助于

刺激投资：例如在欧洲，只要国家还在为谁

负责电网升级改造而争论不休的话，那么投

资商就会谨慎支持海上风电项目。

强制收购电价是为可再生能

源创造有利条件的关键，执行这

些举措后，对于用可再生能源，

如太阳光伏或风电，自己进行发

电的住户、企业、社区和其它机

构，其收益有了保障。由于回报

得到了保证，强制收购电价被证

明是鼓励民众投资可再生能源的

有效办法，并且有助于降低可再

生能源电价。目前50多个国家

都实行了强制收购电价，美国

25个州，中国和印度28的部分地

区也实行了这一办法。

虽然对可再生能源的支持力度

越来越大，但需要与常规能源补

贴做一个比较。常规能源补贴的

数量之巨仍然使对清洁电力的投

入资金量不值一提。最近经合组

织报告算出全球化石燃料补贴额

为每年297000亿欧元，发展中国

家补贴金额占三分之二。这些补

贴的目的往往是为了给穷人提供

能支付得起的燃料和电力，所以

这些补贴不应一下子取消，作为

替代，可以把这些钱再投到可再

生能源和能源效率用途上。

尽管许多国家的政府正在削减

公共支出，但可再生能源方面的投

入也有助于刺激经济的增长，创造

许多“绿领”就业岗位。中国最近

就宣布了一项投入50000亿元人

民币（相当于5800亿欧元）的新

的十年替代能源计划，

该计划能创造1500万个

就业岗位；德国在可再

生能源部门已用工约30

万人30。能源效率方面的

节省，尤其是在工业部

门，也能有助于刺激经

济竞争力和创新。

从经济方面来看，支

持逐步做到完全采用可

再生能源电力供应的观

点是有说服力的。当我

们再考虑到环境和社会

的成本和效益，情况就

更是勿容置疑的了。目

前的挑战是克服追求短

期效益的呼声，而认识

其长期的机遇。

27.http://webarchive.nationalarchives.

gov.uk/+/http://www.hm-treasury.gov.

uk/stern_review_report.htm

28.2010年可再生能源现状报告；21世

纪能源网，巴黎，2010年

29.http://www.worldenergyoutlook.

org/docs/G2_Subsidy_joint_Report.

pdf

30.http://www.erneuerbare-energien.

de/inhat/45805/5466

金融第一部分:《能源报告》


地图9：

全球能源网络概念图，大城市建设局


能源网络

WHAT NOW?PART 1: THE ENERGY REPORT


1、我们急需为可再生能源创造一个平台，

或者是一个更好的向可再生能源倾斜的平

台，以反映其潜在的长期益处。要大力推进

强制性收购电价，对可再生能源采暖，也要

引入类似的机制。至于补贴，我们需要结束

对化石燃料和核电能的明补和暗补，但不要

对穷人提高能源价格。

2、只有市场和消费者能够获得更多的可再

生能源，对可再生能源的财政支持才能真正

有效地发挥作用。遗憾的是，现有电力供应

的垄断者往往是这一情景的反对者。因此，

对可再生能源实行积极的“优先并网”政

策，必须成为任何立法的一部分。目前这一

做法在欧盟已经得到实现。在近年清洁电力

有增长的大多数国家和地区，有这样的立法

条款是至关重要的。

3、我们需要在国内和国际上加大实施“总

量控制和交易机制”的力度，使其涵盖所有

的污染大户，如火力发电站和高耗能产业，

给碳设高价会有助于鼓励向可再生能源、能

源效率以及减排投资。

4、全球气候谈判需要大力侧重

向发展中国家提供金融和技术支

持，帮助它们提高生产可再生能

源和改进能源效率的能力。

5、各地民众不论是在自己的家中

或者在公司或社区，都应安装任

何能买得起的有效的小型发电设

备，或实施改进能源效率措施。

无论从环境或经济上来看，这些

做法都是划算的。政府、能源企

业或企业家应该鼓励这样做。

6、全球政策制定者和金融机构，

需要开发鼓励向可再生能源投资

的金融工具。

7、投资人应拒绝向化石燃料和核

能公司投资，而要买可再生能源

和能源效率相关企业的股票。要

储蓄的人通过选择支持可再生能

源的银行、退休基金或者信托基

金可有助于扭转局势。

8、政治家需要明确的

支持可再生能源和能源

效率，制定支持性的立

法，以使投资人建立起

信心。政党需要让投资

人确信，明确无误的能

源政策会使政府免于更

替。全世界各国的立法

需要通过多种举措，如

有法律约束力的能源效

率标准，来克服对能源

现状的偏袒。

9、更多的市场激励可以

刺激能源效率，如对能源

效率高的电器降低增值

税（VAT），或者根据能

源效率对轿车和房地产

实行差别税率。



绿色地热

世界自然基金会的“火环”计划，支持

在印度尼西亚、菲律宾、马来西亚和巴布

亚新几内亚，以可持续的方式挖掘其地热潜

力。该计划的愿景是，通过约180亿到400

亿欧元作为绿色地热投资，到2020年，将

这几个国家的地热装机容量提高三倍；到

2015年，与投资于煤碳相比，此举可能有

助于多创造45万个工作岗位；到2020年为

90万个。

“ 地热能可提供目前全球能源产量的 1 0 倍以上” *

*来源：IPCC, 第3工作组， “减缓气候变化”，2007年


绿色地热投资第一部分:《能源报告》


案例研究

© Jam

es W. Thorsell / W

WF-C

anon

创新

什么样的进步能使我们的可再生能源愿景成为现实呢？

可持续能源服务与创新公司在

本报告的第二部分描绘的能源情

景分析是宏伟的和根本的解决办

法，但又坚实地根植于现实，所

提到的技术和工艺是已经行之有

效的。这些技术和工艺多年后肯

定会提高和完善，但本报告在评

估其发展潜力时又是谨慎的，这

意味着我们还有机会在可持续能

源服务与创新公司情景分析的基

础上进一步提高。到2050年，将

可再生能源的比例从95%提高到

100%，减少对生物燃料的需求，

以及对食物和淡水供应与自然界

带来的压力。

但是要实现上述目标，我们

还需要实质性地加快可再生能源

生产和能源效率方面的研究和开

发。同时，在全世界每年要从全

球各部门 31研发总支出9000亿

欧元中拿出约650亿欧元，用于

这些领域的研发。在未来十年期

间，我们需要将这笔开销提高一

倍。根据可持续能源服务与创新

公司的情景分析，到2040年，

其年研发支出会高达1700亿欧

元。到2025年，重点是减少能

源需求，这是最紧迫的要求，其

途径主要是：开发能源效率更高

的材料、工业生产工艺和车辆技

术，尤其是电动车。


研发投资

技术发展很快。在赖

特兄弟首次飞行后的五十

年，伦敦到约翰内斯堡航

线就有了载客的喷气式飞

机。伯纳斯-李于1991年

写出了万维网的首个网

页，而现在有了20亿网

络用户和数不尽的网页。

如果有了正确的政治和

经济支持，那么到2050

年，人类智慧将使我们实

现可再生能源供应100%

的愿景。

31. 预计全球2009年研发支出为11400亿

美元。见http://www.battelle.org/news/

pdfs/2009RDFundingfinareport.pdf

氢在工业上可以发挥大的作

用，如航空和海运。不过根据可

持续能源服务与创新公司情景分

析，到2050年，氢只能提供一

小部分能源。氢是最终极的可再

生燃料：其原料是水，水蒸气是

唯一的排放。氢通过直接燃烧或

燃料电池生产能源，也很容易通

过电解作用生产氢气。电解用电

可以在需求低供应多的时候，用

可再生能源电力实现。然而主要

的挑战依然是氢的储存和输送。

大力开展氢的研发，可能对未来

的能源平衡造成大的影响，英国

皇家邮政在用氢为其苏格兰刘易

斯岛的邮政车提供燃料。这是一

个实验项目，人们正在有兴趣地

关注该项目的进展。

根据可持续能源服务与创新公

司的情景分析，到2050年，世界

仍然需要烧用少量的煤（低于能

源供应总量的5%）。这是因为某

些工业生产工艺，如炼钢，有赖

于特殊的化学特性以及煤产生的

高温高热，需要研究替代的生产

工艺和材料，来逐步淘汰化学燃

料的。

供应侧（特别是可再生能源电力和燃料）

变得越来越重要。正如我们已经看到的，智

能电网能够管理需求，能接纳更大比例的波

动电力，可以发挥重要的作用，也是研发的

一个重要领域。智能电器能够对不同电力供

应作出反应，会使供应侧进一步完善。

我们还需要侧重改善风电和太阳能电力

的储存，有几种解决方案已经得到应用：太

阳能电力可以作为热量储存；风电可以用来

转动飞轮，飞轮的旋转运动在需要电时可以

发电。飞轮储能可以追溯到许多世纪以前。

压缩空气储能，自从十九世纪就问世了，是

另一种储能办法。风电场可以把空气泵入地

下，然后根据需要释放压缩空气用于发电。

电能还可以储存在电池中，电池技术是

开发的一个重要领域。我们还需开发出能够

储存足够电力的技术，从而为长途货车提供

动力。

使用可再生氢、燃料电池、电动卡车运

输，会大幅削减生物燃料的需求，但实现此

举，未来还有很长的路要走。同时，我们需

要研究有效的生物燃料，发现哪一种农作物

可以占用土地和淡水少，生产能源多。藻类

有可能真正提供可持续的生物能来源，我们

需要研究出用藻类生产燃料又尽可能影响环

境小的办法。不过作为提醒，我们应该避免

将我们自身不必要的锁定在对液态燃料的高

需求上。

创新第一部分:《能源报告》


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ild Wonders of E

urope /Diego Lopez / W

WF


1、我们需要实质增加在研究、

开发和技术商业化方面的投资，

从而使全世界逐步做到百分之百

的使用可再生能源供电，如高能

效材料、设计和生产工艺、电动

车、可再生能源发电、智能电

网，以及替代燃料。

2、与此同时，那种让全

世界长期使用不可持续

的能源供电的想法，尤

其是开采非常规化石燃

料的技术，应该划上句

号。我们需要限制来自

现有电站的损害，有些

电站可能还会保留几十

年。

“目前，可再生能源仅占世界能源供应的13%” *


图7：未来世界构成意象图一切都在变化，却看不出什么变化。看不见的革命。

*IPCC2007年，第三工作组：减缓气候变化

要做到这一点的一个方法就是采用碳捕

获和储存技术（CCS）。对现有电站、高

排放的工业生产工艺（如水泥和炼钢）以及

生物质能电站，碳捕获和储存技术还应该继

续发展。

3、全球和各国可再生能源创新的政策往往

是零零散散的，或者根本就没有。政府需要

引入支持性政策，并与工业和金融界代表密

切合作。

4、我们需要教育、训练和支持科

学家、工程师和其它技术工人，

他们将提出、设计和维护新的能

源基础设施。我们还需要支持拥

有帮助我们实现可再生能源未来

想法的企业家和创新企业。

5、发展中国家需要支持

其创新能力的建设，我

们大家会从分享来自不

同国度的知识而获益。

6、因为生物燃料对社会

和环境有潜在影响，应

优先研究如藻类和氢等

替代燃料。



© O

MA

光伏屋顶

LED节能灯具

能源供应来自于就地可再生能源

EV 车辆

振动发电

太阳能电池涂层

能效窗户

强化地热采暖

与PDA设施连接的公交运输时间表


案例研究

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ichel Gunther / W

WF-C

anon

*IPCC 2007年：第3工作组：减缓气候变化

“ 如果航运业使用现代燃料电池，可以减少20-40%交通运输温室气体排放” *

回到未来

有时创新意味回到过

去。船舶一直利用风

力，而新一代的帆船能

够减少海运部门所需

燃料的数量。混合动力

货船，如荷兰公平运

输轮船公司生产的生态

货轮，把帆和备用引

擎结合起来。德国公司

Beluga SkySails部分动

力竟然来自大风筝，已

经完成了横跨大西洋的

货运航程，据说燃料使

用减少10%到35%32。

32.http://www.skysails.info/english/

informat ion-center/background-

information/skysails-performance-

calculation/

回到未来第一部分:《能源报告》


全球人口增长预测

人口

（1

0亿

）

人口增长预测


未来就在你的手中

世界面临着能源危机，这是毫无疑问

的。由于对化石燃料的需求已经超过了环

境和经济可持续供应的能力，可持续能

源供应成为紧迫的需求。用不上能源成为

贫穷的主要原因之一。更为严重的是，如

果我们要在最佳时机避免灾难性的气候变

化，那么全球在未来几年中，就需要开始

大幅降低二氧化碳排放。

我们作为个人、社区、企业、投资人、

政治家，必须立即果敢地行动起来，三心二

意的解决方案是用处不大的，我们必须尽可

能早地全面实现可再生能源供应。

这是可能的。本报告的第二部

分，提出了我们可以实现上述目

标的一个途径，其详细程度是前

所未有的。当然这不是一个最终

的解决方案，也不是尽善尽美

的，正如我们看到的，此报告提

出了许多挑战和难题，但提到的

这些解决办法近在手边。我们提

出这些来引发争论和敦促行动。

现在我们需要对该报

告所提出的问题做出回

答。我们需要进一步讨

论，但这一切在于，我

们需要付诸行动，我们

每一个人，今天就开始

行动吧。

图8：世界可再生能源和化石燃料使用情况预测

到2050年，全球能源供应

全球

能源需求

非可再生能源

能源需求

可再生能源

能源需求

未来就在你的手中第一部分:《能源报告》


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anon / Fernando Zarur


ECOFYS 能源情景分析

第二部分


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ild Wonders of E


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ild Wonders of E


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Ecofys Kanaalweg 16-G P.O.Box 8408 NL-3503 RK Utecht

The Netherlands

电话：+31 (0) 30 66 23 300

传真：+31 (0) 30 66 23 301

邮箱：[email protected]

网址：www.ecofys.com

第二部分 ECOFYS 能源情景分析

作者：Yvonne Deng, Stijn Cornelissen, Sebastian Klaus

© Ecofys 2010

89Part 2 - The Ecofys Energy Scenario

前言

此能源情景分析由可持续能源服务与创新公司(Ecofys)

编制，本公司是能效、可再生能源和气候变化领域一家主要

的咨询公司。

该研究始于2008年，是Ecofys的一个内部研究项目，之

后成为与世界自然基金会(WWF)合作开展的研究项目。世界

自然基金会也在热切地探索到2050年百分之百使用可再生能

源的可能路线。

主要撰稿人列表如下，但是作者也感谢没有列在此表内

的许多其他顾问，他们从本项目之初就做出了贡献。

主要作者：

Yvonne Deng 博士（项目主任）

Stijn Cornelissen

Sebastian Klaus


综述

本能源情景分析为全球实现可持续能源供应提供了可能路径。本报告全面分析了全世界能源利用的各个方面，以及利用可获得的可持续资源实现能源供应的各种可能方式。情景分析基于工业生产过程、汽车和建筑物的实际用能活动。

本报告对每一种用能都提出了如下问题：

实现这些功能需要的最低能源数量是多少？

我们如何以可持续的方式提供这种能源？

这份具有崭新视角的全球能源情景分析包括以下主要内容：

为所有的部门提供了一条既大胆又可行的路径；我们可以构建这样一个能源系统，到2050 年，95％的能源都源于可持续的资源。

该能源系统仅利用了多数可持续能源资源中的一小部分，使得情景分析更加坚实。

我们可以建立并保持一个舒服的生活方式，虽然我们的生活看起来会有所不同。

提高能效是利用可持续资源满足未来能源需求的重要前提。

电力是最容易从可持续资源获得的能源形式，因而电气化是关键。

如果管理得当和政策到位，的所有的生物能源(主要为满足剩余燃料和供热需求)都可以通过

可持续的方式获得。

与常规情景下的能源系统相比，该情景的能源系统有巨大的成本优势，因为其前期投入可以

被后期的能源成本节约所抵消。

0

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400

2000 2010 2020 2030 2040 2050

情景分析中全球能源供应的全部构成如下图所示最终能源（E焦耳/a）

核能：

煤炭：

天然气：

石油：

生物：藻类

生物：农作物

生物：林业余量采伐

生物：传统的

生物：残留物和废弃物

水电：

地热：热能

地热：电力

太阳光热

聚光太阳能：热


太阳光伏电力

波浪能和潮汐能：

风能：海上

风能：陆上

最终

能源

：E

焦耳

/年

92A Sustainable Energy Supply for Everyone

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目录：

1. 简介.............................................................................................

2. 方法.............................................................................................

2.1 生物能源分析方法 ...............................................................

3. 需求.............................................................................................

3.1 总的结果 ............................................................................

3.2 工业...................................................................................

3.3 建筑业 ...............................................................................

3.4 交通运输 ............................................................................

4. 供应-可再生能源（不包括生物能源）.........................................

4.1 总的结果 ............................................................................

4.2 可再生能源电力和热能的潜力（不包括生物能源）...................

4.3 效果-电力..........................................................................

4.4 效果-工业用热能和燃料........................................................

4.5 效果-建筑业用热能..............................................................

4.6 效果-交通运输部门使用燃料.................................................

4.7 温室气体排放......................................................................

5. 供应-可持续生物能源.................................................................

5.1 综述：用可持续生物能源满足需求..........................................

5.2 生物能源的可持续性：确保可持续性的方法.............................

5.3 生物能源的可持续性：土地使用和食物安全.............................

5.4 生物能源的可持续性：农业和加工业的投入.............................

5.5 生物能源的可持续性：林业余量采伐......................................

5.6 生物能源的可持续性：残留物和废弃物的利用..........................

5.7 可持续的藻类......................................................................

5.8 与其它研究的比较................................................................

5.9 生物能源的可持续性:温室气体排放节省量...............................

6. 投资和节省.................................................................................


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附录A主要数据....................................................................................

附录B需求假设....................................................................................

B1 工业活动变化 .....................................................................

B2 建筑活动变化 .....................................................................

附录C生物能源假设.............................................................................

C1 可回收的部分 .....................................................................

C2 能源农作物产量 .................................................................

C3 转换技术的效率 .................................................................

附录D生物能源敏感性分析..................................................................

附录E林业综述.....................................................................................

附录F残留物和废弃物分类综述............................................................

附录G参考书目....................................................................................

6.1 简介 ..................................................................................

6.2 一般情况 ............................................................................

6.3 工业 ..................................................................................

6.4 建筑 ..................................................................................

6.5 交通运输 ............................................................................

6.6 电力 ..................................................................................

6.7 电网 ..................................................................................

6.8 可再生能源热能和燃料..........................................................

6.9 研究与开发..........................................................................

6.10 能源价格敏感性分析.............................................................

6.11 结束语................................................................................

7. 政策考量......................................................................................

7.1 需要有政策 .........................................................................

7.2 政策目标 ............................................................................

7.3 建议 ..................................................................................

8. 结论............................................................................................


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252

G1 参考书目-简介/方法 ........................................................

G2 参考书目-需求 ................................................................

G3 参考书目-供应（不包括生物能源）....................................

G4 参考书目-生物能源：一般情况 .........................................

G5 参考书目-生物能源：残留物和废弃物 ................................

G6 参考书目-投资和节省 ......................................................

附录H缩略语表.................................................................................


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图目录

图1-1 全球利用多种可再生能源的潜力.......................................

图2-1 三种能量关系？是告诉我们能源使用的逻辑概念.................

图2-2 预测未来能源需求的概念.................................................

图2-3 用三种不同的载体类型审视能源的使用：电、热和燃料.......

图2-4 用于计算2000年—2050年能源需求和供应的综合方法.......

图2-5 为确保愿景的生物能源供应，在能源情景分析中使用的框架

（图中的形状的大小不表示愿景中类别的大小）....................................

图2-6 生物能源方法，表示不同的生物质能输入类型和导致满足需

求的不同能源载体类型.......................................................................

图3-1 2000年—2050年全球跨所有部门的能源需求。.................

图3-2 能源情景分析中全球能源需求的演变与其它能源情景分析的

比较。上面四条线是一次能源；下面五条线是终端能源..........................

图3-3 情景分析用作基础的全球人口和GDP................................

图3-4 2005年以绝对值（右侧）表示的活动情况；2005年以人均

值（左侧）表示的活动情况。所显示的“A类”部门（工业），居住建筑

面积（房屋）和旅行里程（交通）工业生产值.......................................

图3-5 “A类”工业部门的全球生产情况....................................

图3-6 工业部门活动指数表示的演变..........................................

图3-7 4个“A类”工业部门的耗能演变，包括循环利用/替代燃料

的途径...........................................................................................

图3-8 按能源载体类型细分的全球能源使用总量..........................

图3-9 建筑部门全球居住建筑面积的变化....................................

图3-10 用指数表示的建筑面积（R=住宅，C=商用）的变化...........

图3-11 建筑部门（住宅）能源强度的变化....................................

图3-12 按建筑部门（住宅）能源强度的变化，建筑部门全球能源使

用总量.............................................................................................

图3-13 用指数表示交通运输部门活动变化 ...................................

图3-14 客运交通运输的模型改变................................................

图3-15 货运交通运输的模式改变................................................

图3-16 交通运输部门能源强度的变化..........................................


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图3-17 按交通运输部门能源使用的变化，交通运输部门的全球能源

使用总量..........................................................................................

图4-1 按交通运输部门能源使用的变化，全球所有部门的能源需求

图4-2 情景分析中按来源细分全球能源供应（互补砍伐包括可持续

的传统生物质能份额）.......................................................................

图4-3 全球风电利用潜力（左侧：随时间推转利用潜力的变化；右

侧：最大可行的潜力..........................................................................

图4-4 全球水电和海洋电力的利用潜力（左侧：随时间推移利用潜

力的变化；右侧：最大可行的潜力.......................................................

图4-5 全球利用太阳能电力和热能的潜力（不包括建筑、太阳能、

热能）（左侧：随时间推移利用潜力的变化；右侧：最大可能潜力）.......

图4-6 全球利用地热能的潜力（左侧：随时间推移利用潜力的变

化；右侧：最大可能潜力）.................................................................

图4-7 能源情景分析中全球的电力消费 ......................................

图4-8 由于电网的局限，光伏和风电的制约因素

幅度表示各地区的差别....................................................

图4-9 由供应侧主导的电力全球应用潜力与实际应用 ...................

图4-10 由需求侧主导的（非生物能源）电力全球应用潜力与实际应用

图4-11 全球工业部门供应选择的细分（不包括电力）....................

图4-12 全球建筑业部门供应选择的细分（不包括电力）.................

图4-13 全球交通运输部门供应选择的细分（不包括电力）.............

图4-14 情景分析中能源系统的全球二氧化碳当量温室气体排放.......

图5-1 能源情景分析中到2050年，可持续生物能源使用与可持续

潜力以及可持续生物能源温室气体排放与化石燃料的关系的综述 .............

图5-2 能源情景分析和其它研究中可再生能源份额综述。左右表之

间的绝对数据不能比较，因为它们分别是终端能源使用和一次性能源使用

图5-3 全球生物能源选项与化石燃料和其它可再生能源的使用 .......

图5-4 能源情景分析中生物能源可持续性的理性观点 ...................


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图5-5 能源情景分析中对靠雨水种植的能源作物潜力的评估结果......

图5-6 在目前情况下以及在情景报告中，到2050年，全球土地主体

的土地利用，不包括南极洲（总计13,200 Mha）。在情景分析中，生物能

源农作物用地值250Mha为生物能源作物最大的占用土地数量.................

图5-7 在国际应用系统分析研究所（IIASA）的研究中，以前不包括

土地利用。其它不适合农业的土地包括贫瘠土地和内陆水体....................

图5-8 在情景分析中未加考虑的土地是基于目前的农作物占地或者是

未保护的林地 .....................................................................................

图5-9 情景分析中未加考虑的土地是基于农业靠雨的适当性.............

图5-10 情景分析中根据保护生态多样性的需要，没有包括的土地......

图5-11 情景分析中根据人类发展的需要，没有包括的土地................

图5-12 情景分析中根据全球食物安全未计算在内的土地...................

图5-13 情景分析中根据食品安全没有包括的土地..........................

图5-14 基于可持续的获得额外的林木和可持续的使用传统生物质能包

括或未包括的互补砍伐.........................................................................

图5-15 能源情景分析中到2050年，五个品种的可持续残留物和废弃

物的可利用潜力.................................................................................

图5-16 可再生的城市固体废弃物潜力补充分析...............................

图5-17 在经合组织国家，从谷物中回收的秸杆部分。由于秸杆还有其

它的用途，如作为土壤肥料喂牲畜或做牲畜褥草或其它收集困难，作为能源

用的秸杆只占35%..............................................................................

图5-18 藻类培养周期图解.............................................................

图5-19 能源情景分析中全球土地使用与文献中生物能源区域潜力的比

较。不确定性表明，编者视潜力为一个幅度变量而不是一个固定的数额......

图5-20 能源情景分析中能源作物的全球一次能源使用与文献中初级生

物能源潜力的比较。不确定性表明，编者视潜力为一个幅度变量，例如由于

未来产量的不确定性。正如(国际能源署，2009年)和(Dornburg 2008年）

给出了同样的数据，也有部分编者来自于上述机构，他们是在互通信息的。

图5-21 到2050年，能源情景分析中的生物能源温室气体排放与化石

燃料的关系.........................................................................................

图6-1 成本计算的一般方法.........................................................


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图6-2 能源价格的指数变化，显示了生物质能指数的加权均值(w.a.)。

该指数有很大的不确定性........................................................................

图6-3 能源情景分析中全球年成本总额...........................................

图6-4 每个部门的净成本额...........................................................

图6-5 成本额与全球GDP比较......................................................

图6-6 计算工业成本的方法...........................................................

图6-7 工业（所有部门）财务状况.................................................

图6-8 计算建筑业成本的方法.....................................................

图6-9 建筑业单位成本情况...........................................................

图6-10 建筑业财务状况.................................................................

图6-11 计算整个交通运输成本的方法..............................................

图6-12 计算交通运输成本的方法-基础设施.....................................

图6-13 计算交通运输成本的方法-车辆技术.....................................

图6-14 交通运输财务状况-基础设施...............................................

图6-15 交通运输财务状况-车辆技术...............................................

图6-16 计算电力成本的方法...........................................................

图6-17 电力财务状况....................................................................

.图6-18 计算电网成本的方法...........................................................

图6-19 电网财务状况....................................................................

图6-20 计算生物能源成本的方法...................................................

图6-21 可再生能源热能和燃料财务状况..........................................

图6-22 计算研究和开发成本的方法..........................................

图6-23 研究和开发财务状况...........................................................

图6-24 敏感性分析采用的能源价格范围..........................................

图6-25 不同能源价格情景分析的净结果..........................................

图8-1 能源情景分析中能源供应的变化显示了重要的发展.................

图8-2 人均可再生和非可再生能源需求的变化.................................

图B-1 根据（Bernardini, 1993年）格式化的使用曲线强度..............

图B-2 格式化的建筑面积和人均 G D P 之间的关系（国际能源

署，2004年）......................................................................................

图E-1 情景分析用图解对森林产品分成不同的生物能源类别加以综述

（RF=可回收部分）..............................................................................

图F-1 情景分析用图解对残留物和废弃物流动加以综述，对一次、二

次和三次残留物和废弃物加以区别...........................................................


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表格目录

表3-1 产业部门定义....................................................................

表3-2 建筑部门定义....................................................................

表3-3 交通运输部门定义..............................................................

表3-4 所用车型的效率和燃料改变的假设........................................

表4-1 可再生能源电力可分成供应侧主导和需求侧主导的(平衡)选项..

表5-1 用于生物能源的可持续性标准..............................................

表5-2 额外需要的农田：对食物供应和需求以及其平衡的不同假设的

影响....................................................................................................

表6-1 几个部门使用的技术使用期和增长比例.................................

表6-2 每个产业子部门的投资回收年数...........................................

表6-3 每种举措和每个部门（欧元/ 建筑面积）的投资和增长比例.....

表6-4 可再生能源电力的装机容量成本(欧元/兆瓦)以1000欧元为单位

表7-1 需要有重要的公共政策综述.................................................

表7-2 重要的私营部门合作和所需要的支持政策..............................

表7-3 建筑部门的需求侧政策建议：改造........................................

表7-4 建筑部门的需求侧政策建议：新建........................................

表7-5 建筑部门的需求侧政策建议：设备等....................................

表7-6 交通部门的需求侧政策建议：改变模式.................................

表7-7 交通部门的需求侧政策建议：电气化....................................

表7-8 工业部门的需求侧政策建议 ................................................

表7-9 供应侧政策建议：用可再生能源和暖和供电...........................

表7-10 供应侧政策建议：电网........................................................

表7-11 供应侧政策建议：向乡村穷人输送能源.................................

表7-12 生物能政策建议和例子：土地使用........................................

表7-13 生物能源政策建议和例子：农业和加工的投入........................

表7-14 生物能源政策建议和例子：秸杆和废弃物..............................

表7-14 生物能源政策建议和例子：互补砍伐....................................

表A-1 全球按来源和年份计所提供的能源（E焦耳/年）.....................

表A-2 全球按来源和年份计所提供的能源百分比..............................


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表C-1 能源情景分析中所用的回收秸杆 .........................................

表C-2 能源情景分析中所用的能源作物产量 ...................................

表C-3 生物能源技术的转化效率 ...................................................

表D-1 农作物生物能源基本敏感性分析..........................................

框目录框2-1 意外情况：关于生物能源转换的技术选择.............................

框3-1 案例研究：优质作物节省了化学工业的能源使用....................

框3-2 场景：建筑业的改造速度....................................................

框3-3 案例研究：大城市的建筑业制冷需求....................................

框3-4 场景：电池需要的材料.......................................................

框3-5 意外情况：货物运输..........................................................

框4-1 场景：能源情景分析中的氢燃料的作用................................

框4-2 场景：可再生能源的可持续性.............................................

框4-3 场景：供应主导与需求主导的电力来源................................

框5-1 意外情况：来源于生物质能的材料.......................................

框5-2 案例研究：甘蔗和牲畜一体的可持续土地利用.......................

框5-3 场景：能源情景分析中的土地利用.......................................

框5-4 场景：全球土地利用方面的牲畜饲料作用.............................

框5-5 意外情况：为未来食物需求和食物供应建立模型....................

框5-6 场景：能源情景分析中生物能源的水利用.............................

框5-7 场景：能源情景分析中的森林.............................................

框5-8 案例研究：作为能源的小水藻类..........................................

附录附录A 重要数据..........................................................................

附录B 需求假设..........................................................................

附录C 生物能源假设....................................................................

附录D 生物能源敏感性分析..........................................................

附录E 林业综述..........................................................................

附录F 残留物和废弃物分类综述....................................................

附录G 参考书目..........................................................................

附录H 词汇表.............................................................................



第一章简介

过去200年我们见证了世界范围内人类社会用能的快速增长。而最近几十年的发展已

经很清楚地表明了这种能源供应的方式是不可持续的，无论是短期还是长期的能源安全，

都是政治和社会议程的首要议题。

目前公众对能源系统变革的争论分歧不大，主要表现为信任现有系统，而不信任替代

系统。主流共识是最希望看到现有能源系统结构的渐进式变化。通常，情景分析研究会根

据“常规”参考情景显示此种增量变化。

这种对未来的看法，与可再生能源界持有的那种“一切皆有可能”的认识迥然不同。

事实情况是许多可再生能源的纯技术潜力远远超过我们目前的需求，而下面的说法也

经常出现：

“太阳在一小时给地球提供的能量超出整个地球一年所需要的能量。”

即使我们对可再生能源潜力做出更现实的评估，考虑到可行的利用率和区域差异，由

于可再生能源资源丰富，各种事实都证明我们可以通过可再生资源满足我们的能源需求（

参见图1 - 1）1, 2。全球2007年终端能源使用（经一次能源转换后）约为310 EJ3（一次能

源使用约为500 EJ）。 [国际能源署，2009年]

当我们核实这些数字时，全球终端能源需求约300 EJ/年，实际可再生能源潜力为100

到1000 EJ/年，我们意识到需要进行更加细致的研究，不仅仅研究在合适的地方有合适的

能源量，还要研究适宜的能源形式（如电力或燃料）和适宜的用途（如建筑物供暖与工业

供热）。

1. 注：本文件关于可再生能源’“潜力”，指的是可在任何特定时间点可用的潜力，如本图所示，。

2. 除非明确地标记为一次能源，如图1-1中，本文件中所有图表示的的能源表示最终能源值。建议读者牢记，在任何显示为燃料和电力的最终能源的图

表，电力的份额将显示比电力发挥的能量功能的实际份额小。另见第3.4.4节。

3. 不包括非能源利用


图1-1 不同可再生能源资源的全球利用潜力

我们需要对能源系统有通盘的考虑，而本研究所做的能源情景分析恰恰提供了这样的分析，

对能源系统所有部门、所有地区、所有的载体形式都进行了系统研究。

我们提出的一个关键性问题是：

“到2050年，可以在全球建立一个完全可持续的能源系统吗？”

我们发现，只要有宏伟又符合实际的可再生能源增长速度，（几乎）完全可持续的能源

供应在技术上和经济上都是可行的。

然而，这条通往未来世界的道路将严重偏离“常规”情景分析，这条路径也需要做出一

些（困难）的选择。我们将在本报告中讨论这些选择。

本报告的结构如下：

在第2章（方法）中，我们将介绍由我们创造的代表世界能源系统的概念框架。该框架简

单易懂，就连对此感兴趣的门外汉也能轻松理解，但对正在探讨中的能源系统的整体复杂性

也不乏十分详细地描述。

生物：藻类

生物：农作物

生物：林业余量采伐

生物：传统生物能

残留物和废弃物

低温热能

高温热能

水电

地热：电力


聚光太阳能：热能

太阳光伏电力

波浪和潮汐能

风力：海上

风力：陆上

目前全世界最终能源需求

一次

性源

（E

焦耳

/a）

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2000 2010 2020 2030 2040 2050


按照所提出的方法，在第三章（需求）中我们首先讨论我们的假设和对能源需求的研究

发现。由于我们对生物质能供应的格外关注，随后的能源供应研究被分成了两个部分。第4

章（能源供应-不包括生物质能的可再生能源）讨论除生物质能之外的所有可再生能源方案，

使用这些能源是我们的优先考虑。第5章（供应-可持续生物能源）介绍了情景中生物质能的

利用。

最后，我们在第6章（投资和成本节约）阐述了本情景分析的经济可行性，接着，在第7

章（政策考量）中，概述了实现本情景分析所需要的政策要素。第8章（结论）结束全文。



第二章方法

能源情景分析用下述三叠能量关系的范式，预测未来全球需求和供应：

1.提供能源服务所需的能源降低到最低水平

2. 用可再生能源提供能源，尽可能首先使用本地资源

3. 尽可能清洁地利用“传统”能源，提供剩余的能源需求

图2 - 1三叠能源关系是一个告知能源使用情况的逻辑概念。

具体而言，确定了以下步骤：

1. 未来能源需求预测能源需求是需要能源的活动（如出行或工业生产）的数量和单位活动能源强度（如每次

出行量所消费的能源）的乘积。

a. 未来需求侧的活动可以在文献上查到，或根据人口和国内生产总值增长加以预测。

b. 未来需求侧的能源强度是预测，假定以最可能快的速度推出最高效的技术

c. 需求按载体（电力，燃料，热能）来合计。

2．未来供应预测 a. 用不同的载体预测的能源供应潜力

b. 需求和供应按照以下的优先次序达到平衡

i．来源于非生物质能资源的可再生能源（电力和本地供热）

ii．可持续的生物质能潜力

iii. 传统资源，如化石燃料和核能，作为“最后手段”

通过能源的合理化

利用限制能源需求

使用可再生能源

满足剩余的需求

必要时，尽可能高效、

清洁地使用化石燃料


图2-2 预测未来能源需求的概念性方法

正如第1章所述，有必要将供需进行较为详细的比较，从而得出有意义的结论。能量流动

是以载体类型为特点的，即分成电力和燃料；此外，热能需求单独考虑。这样一来，我们就得

出由国际能源署能源平衡所报告的三个主要载体，而本研究报告正是以此为准。 [国际能源署

平衡，2008年]

图2-3能源利用以这三种不同载体类型来度量：电力，热能和燃料。

我们进一步采取这种方法，审视了能源系统各个部门的能源需求（参见图2 - 4）。

能源需求可分为以下部门：工业，交通，建筑和服务，其他4。对于其中的每一个部门，还

详细明确其能源需求的特点，从而引导能源载体分得越来越细。为了描绘出能源需求在未来是

如何发展的，评估了未来的活动水平，未来能源强度是基于有说服力的能源效率假设。

一旦能源需求按载体（可再细分）类型（第1步在三叠能量关系中）所确定，在特定年份各

种供应选择就会按优先次序利用，来满足达到其实际可用潜力的需求5。在此应当指出的是，根

据其发展阶段，用哪些技术是要选择的。在这项研究中，我们试图仅仅依靠现有技术或只需要

增加科技开发的技术。对于偏离这一假设的地方，我们给予了明确的说明和解释。

4. “其他”包括农业和渔业以及其他国际能源署能源统计未具体明确的用途。

5. 在本报告中每当我们提到能源资源潜力，指的是可用潜力。可用潜力是某一资源在特定时刻、基于当时应用状态下具有前瞻性又可行的应用路径，可供应

的能源数量。请注意，虽然认为应用速度在技术上和经济上是可行的，但并不一定能形成成本最低的情景分析（参见第6章），通常需要一个替代“常规”情

景的政策环境（参见第7章）。

能源（J或Wh）

强度活动（人-公里）（公吨-公里）（平方米）

能量需求=能量强度×活动

电力燃料热能


图2 - 4 用来计算2000到2050年能源需求和供应的总体方法

首先，非生物能源供应选择，例如风能，太阳能和地热，已经说得很多了。其中大多数

是单一能量载体选项，例如太阳能光伏或风能只能供电，当地的太阳能热仅能给当地的建筑供

热。其次，用到了生物能源选择。

上述全部方法如图2 - 4所示。这里重点注意的是，可用于电力需求的不同的可再生能源数

量，而作为热和燃料载体的选项很少。

模型逻辑

能源流动方向

供应技术需求

陆陆上+海上风电

电力

( 还有

电解氢

气）

工业

交通运输

（公路、铁

路、海运）

建筑业

建筑业

建筑业

工业

集中式光伏+太阳能聚热

生物质能-残留物

生物质能-补充采伐

生物质能-作物

生物质能-传统

生物质能-藻类

地热-电

其它（水电等）

当地太阳能-热能

主要能源需求部门

地热采暖

化石燃料-其它

生物能源-电力

化石燃料-电力

生物能采暖

化石燃料采暖

化石燃料-交通运输

生物燃料-工业工业

燃料工业

生物燃料-交通运输燃料

交通

运输

交通

运输

交通运输(公路、

海运、空运）

排序方向

需求

电力

燃料-公交运输

燃料-其它

热能

热能-当地

化石燃料

当地热能

工业

建筑

运输


虽然此情景分析主要是针对全球的，但从根本上是基于全球十个地区区域层面的计算，这

十个地区在其能源使用和潜力，以及其发展阶段和发展速度等方面区别很大：

. 欧洲

. 北美

. 拉美

. 俄罗斯等欧亚国家

. 中东

. 经合组织太平洋地区

. 中国

. 印度

. 其他亚洲地区

. 非洲

2.1生物能源的分析方法

基于下列原因，对来源于生物质能的生物能源，要比大多数其他可再生能源选项做更详细

的分析：

. 生物能源需要更全面的分析框架来分析其可持续性，因为生物质能的种植和加工和生物能

源的利用具有大量的与之相关的可持续性问题。. 生物能源包括多种不同能源载体类型来供应多种不同生物能源。因此，需要有不同可能的

转换路径的详细框架。

在本节中，我们简要说明本情景分析中能源分析方法的两个要素。详见第5章。

生物能源的可持续性

生物能源的可持续性是能源情景分析的一个重要方面。首先，在整个可再生能源供应中，其

一，生物能源的份额会因为首先选择使用其他可再生能源而尽可能减少。其次，残留物和废弃物

利用优先于其他能源作物的使用。对于这两类，标准适用于整个生物能源链，以保证可持续性

的。图2 - 5说明了这种观点。第5章详细描述了情景分析的生物能源供应和其可持续性标准。

生物能源的转换路径

由于生物质能可以以多种不同类型的能源载体提供能源供应，往往又是以相同的转换路径

来提供，通过一切可能的生物能源路径来利用生物质能，也要考虑到源于部分路径的残留物。

图2 - 6通过一个简化图表说明了这一分析方法。


图 2-5 能源情景分析中采用的框架，确保了愿景中生物能源供应的可持续性。（图上形状大小

并不表示愿景中类别的大小。）

为了使预测稳健，选择技术和供应方式的重要原则就是，只使用目前可用的，或仅需要增

加技术开发的选项。

有两个例外情况，技术的根本性突破，一个供应选择是来自藻类的油，一个技术选择是木质

纤维素发酵制燃料乙醇。在目前的市场上，虽然这两种选择都极具商业可行性，但二者都尚不

成熟。考虑到藻类从生长到收获还需要研发，我们只能从2030年起大量使用藻类油。

另一个重要的假设基于传统的生物质能的使用。目前，大约35 E焦耳初级生物质能用传统

方式使用。这主要包括木质生物质能和农业残留物，发展中国家用于家庭供暖和烹饪。到2050

年，该情景分析将通过替代传统生物质能的路径，提供能源满足这些需求。因此，传统使用生

物质能的方式会随着时间的推移逐步退出。在本情景分析中，对退出的一部分传统生物质能再

以可持续的方式应用，参见5.6节。

在本情景分析中，图2-6显示的不同生物质能路径按优先顺序列在下面：

1. 传统的生物质能：由于这种生物质能目前在使用，在情景分析中先用的是这种。随着时间的

推移，这一类生物质能会退出，其贡献也逐渐变小。

可持续性标准

食品安全

生物多样性和储碳库保护

人类发展

雨养农业

生物能源：能源

可持续性标准

可持续养分利用率

闭环处理水利用

生物能源：林业余量采伐

可持续性标准


生物能源：秸杆和废弃物

可持续性标准


农作物

林业余量采伐


可持续性标准

可持续性利用额外的森林生长

传统生物质能可持续份额利用

生物能源只能

在其他可再生

能源供应枯竭

后方可使用

利用残留物，

然后是林业余

量采伐，再然

后是农作物可持续性标准

残留物利用

可持续性废弃物的利用

非生物可再生能源供应

可持续性通过生物能能源链得以保证


2. 可持续残留物和废弃物：例如农业，林业和食品加工部门等产生的可持续残留物和废弃物，

尽可能用来满足需求6。

3. 可持续林业余量采伐：这个类别包括可持续砍伐额外种植的森林得到木质生物质，以及传统

生物质能使用的可持续性份额部分的木质生物质。这部分用来尽可能填补木质纤维素路径的其

余需求。

4. 可持续能源作物：能源作物用来尽可能多地填补其余能源需求，而又维持其可持续潜力7。

能源作物包括：油料作物，淀粉和糖料作物，以及（木质）纤维素作物。

5. 可持续藻类：藻类是用来产油以满足石油路径的其他需求。藻类放在最后使用，是因其种植

和收获目前还不能证明是商业上的成熟技术。

图2- 6中介绍的路径假定转换效率在附录C3中也有

图2-6生物能源路径展示了各种生物质能投入类型和转换路径，从而出现了满足需求的不同能

源载体类型。8，9

6. 保障相互抵触的用途，例如分别在农田里和森林中保留适当的一小部分农业或森林残留物。

7. 参见第5节关于可持续生物质能的讨论。

8. “管网升级”是指允许经过清洁和压缩的沼气被输送到供气管网。

9. 在图像中的形状大小并不表示情景分析中类别的大小。

藻类

油+油脂作物

糖+淀粉作物

（木质）纤维作物

传统生物质能（随着时间推移，不可持续的

传统生物质能使用逐步放弃使用）

林业余量采伐（传统利用的可持续部分，可

持续的额外的森林增长）

农业残留物

森林残留物和木材废弃物（伐木和加工，木材废弃物）

湿废弃物（粪肥，工业废弃物，城市固态废

弃物产生的可再生混合湿废弃物）

油脂残留物和废弃物

干废弃物（城市固态废弃物产生的可再生混合干废弃物）

油/脂肪变成燃料的油/脂肪

发酵

燃烧

酵化+管网升级

酵化+燃烧

焦碳生产

航空

海运

公路和铁路

电力

高温热量

低温热量

燃气（铝/化工）

造纸用木材

水泥窑燃料

炼钢用焦碳


框2-1 意外情况：生物能源转换的技术选择

意外情况生物能源转换的技术选择

第2.1节为所选技术项描述了有说服力的情景分析的基本原理，包括生物能源转换路

径。当然，这些选择路线在终端能源供应结果和意外情况中会有反应。

最显著的作用发生在运输部门：情景分析通过只使用油和油脂为原料的路径供应海运

和航空燃料部门。其他对海运和航空燃料潜在的未来选择并不包括在内，像（木质纤维

素）生物质能的热化学转化，例如伴有费-托（Fischer-Tropsch）合成的气化。这意味

着，相比包含热化学选项的情况，源于可持续能源作物和藻类的油品供应需求在增长。

这种油料的大部分是用于航运和航空部门。

在这种情景分析中，我们选择排除热化学转化路径，因为目前其他路径的提出和实施，

如木质纤维素生物质能发酵，获得的关注超过热化学转换路径。当然热化学转化路径，或

其他燃料转换的路径，其进度将有可能快于预期。在这种情况下，其它的路径变得可行，

将使未来生物能源供应甚至比本情景分析中的更为灵活。虽然我们自然欢迎这样的可再生

能源技术开发项目，但我们已经选择不从数量上依靠它们，以使本情景分析少依靠未知的

未来发展。



第三章需求

3.1总的结果

对我们能源系统的了解开始于对能量需求的做细致研究（参见第2章）：

. 能源在哪里使用？

. 以什么形式和以什么样的效率使用？

. 这种能源能实现那些功能？

. 此功能是否可以以不同方式实现？

来说明这种方法一个典型的例子是我们在建筑物上的能源使用。我们的能源需求总量中

有相当大的一部分来自住宅建筑环境，特别是比较冷的气候中。能源是以热的形式使用，往

往转换效率很低，伴有很大的损耗。

所期望的功能是一个温暖的家，但是否需要以当前的形式实现此功能？事实上，如果建

筑能够隔热，并且热损失少的话，用较少的能量就会实现这种功能。

图3-1 从2000年到2050年全球各部门能源需求

如果针对所有三个需求部门，工业，建筑和运输，问这些问题10，引出有如图3-1所示的

未来能源需求情景分析。

能源情景分析的总的答案是，能源需求可能在未来40年期间减少，同时可能向更多的人

提供能源服务。凭借积极推出最具能效的技术，该情景分析初步实现了这个目标。如果这条

路一直走下去，与目前世界范围内能源使用相比，能源需求就可以稳定，继而减少。

10. 研究能源需求有多种不同的路径。我们选择的部门：工业，建筑和运输部门，都与国际能源机构（IEA）对于各部门的能源统计报告相一致，这为本

研究奠定了基础。这三个部门，涵盖大约85％的能源使用总量，我们对此进行了详细研究。其余的部门（包括农业，渔业，采矿等）都包含在这项研究

中，但没有单独审视。假定它们涵盖能源功能，可视为类似于建筑，运输和工业能源功能的组合体。本分析不包括能源载体的非能源利用。

其他

工业最终能源（E焦耳/a）

建筑

运输

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2000 2010 2020 2030 2040 2050


对未来能源需求的情景分析是与”常规”情景全面比较，或参照其它情景分析，这些情景

分析中，通常能源需求假定比现在多出一倍，即便是最乐观的情况（见图3 - 2）。

与其他的宏伟的情景相比，此能源情景分析是不同的，它假设到2050年能源需求下

降；大多数其它情景分析预测最好的也是需求稳定。 [气候应对措施; 政府间气候变化专门委

员会，2000；绿色和平组织，2010年; Shell，2008年; van Vuuren，2007年; 世界环境组

织，2009年]。

图3 - 2，关于全球能源需求演变，此情景分析与其他能源情景分析比较。上面的3条线是一次

能源，下面的6条线是最终能源。

需要明白的是，在此情景分析下能源需求总量的减少并不是源于活动的减少，而是主要取

决于能源强度的降低，而不是人均活动水平的减少（见图2 -2）。

这意味着，这里提出的能源情景分析是基于一个提高生活水平和经济持续发展的假设。图

3 - 3显示了该情景分析把人口增长与GDP增长作为假设的基础，用来预测未来的活动。 [联合

国，2007; 世界可持续发展商业理事会，2004]

0

200

400

600

800

1000

1200

2000 2010 2020 2030 2040 2050

联合国政府间气候变化问题研究小组 A1B 参考情景分析

联合国政府间气候变化问题研究小组 B1 参考情景分析

世界能源展望 2009年，450计划

壳牌蓝图

VanVuuren 参考

VanVuuren 400

气候解决方案

促进能源革命

此能源报告


图3 - 3作为该情景分析基础的全球人口和国内生产总值

为了进一步说明这一点，图3 - 3扼要显示了该情景分析中选择的假设活动。这里显示的

活动是那些最常与“生活标准”或“舒适度”相关的活动：

. 住宅居住空间的数量

. 工业生产数量11作为消费指标

. 旅客出行量（人- 公里）

正如图3 - 4所示，所有这些活动都随时间的推移而增加，经合组织地区的工业生产除外，

这些地区的活动，通过减少废弃物，增加再利用和提高材料效率（参见第3.2节），节省的潜

力很大。由于大多数工业化国家的人口稳定，以及工业化经济体越来越能够满足国内高耗能

商品的需求，预计对某些商品的人均生产水平将趋于稳定，甚至会在不减少终端用户消费量

的情况下减少。

在下面针对特定部门的章节会更详细的讨论。

11.“A类”部门只显示在这里—详见第3.2.1节

0

2

4

6

8

10

12

14

2000 2010 2020 2030 2040 20500

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200G

DP

万亿

欧元

，2

00

5年

人口

10

亿为

单位

人口

GDP （万亿欧元，2005年）


图3 - 4 以2005年活动指数，绝对值（右），人均值（左）。也显示了“A类”部门

（工业），住宅建筑面积（建筑业），以及人-公里（运输业）的工业生产值。

0%

100%

200%

300%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0%

100%

200%

300%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0%

100%

200%

300%

2000 2010 2020 2030 2040 20500%

100%

200%

300%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0%

100%

200%

300%

2000 2010 2020 2030 2040 20500%

100%

200%

300%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

20

05

年活

动指

数

人均活动程度指数绝对活动程度指数



非经合组织非经合组织

经合组织经合组织

世界世界

20

05

年活

动指

数

20

05

年活

动指

数

20

05

年活

动指

数

20

05

年活

动指

数

20

05

年活

动指

数

工业（A）建筑（R）运输


3.2工业

3.2.1工业- 定义

工业部门使用这里所定义的三种载体类型的能源：电力，燃料和热能。

工业包括下列部门（即它不包括在情景分析中被当作供应侧的电力部门-参见第4章）：

表3 - 1工业部门定义

此情景分析使用标志部门预测活动进展和评估效率提高的潜力。例如，这意味着我们假

设整个有色金属部门可以提高效率，可以类似于假设的铝产品能效的改善。

为简单起见，对于本报告的后面部分，我们将用情景分析中的名称代指工业部门。

3.2.2工业 -未来活动

首先对四个部门的活动水平（“A类”部门）按照吨的产量进行评估，并与人口的增长

相联系。在最后的三个部门（“B类”部门）活动水平按国内生产总值的增长进行评估。

“A类”部门

对于这些部门，基于“使用强度”曲线的逻辑（见附录B1），针对未来人均吨产量的变

化做出假设，这个假设再乘以未来人口数，以估算未来总的生产水平。

工业部门(国际能源署的定义)铁和钢

非铁或钢的金属/有色金属

非金属材料

纸，纸浆和打印纸

化学和石化

食品和烟草

[其他]

情景分析类别

“A”

“B”

工业部门(情景分析标志部门)钢

铝

水泥

纸张

化学制品

食品

其他


图3-5显示了钢铁、水泥、铝、纸张这四个工业部门的最终活动水平。

“A”类工业部门的全球生产水平

“B类”部门

对于这些工业部门，目前的生产数据很难找到，并且许多不同的生产过程聚集使其在技术

层面上成为一个非常庞杂的部门。

因此，我们对于这些部门部门沿用了类似的路径，正如在许多计量经济模型中所采纳的，

同时也假定未来物力活动水平与人均国内生产总值挂钩，但挂钩的程度会越来越低。

图3 -6显示了“A类”和“B类”部门的最终活动变化情况，以2005年的生活指数为准。

情景分析中假定工业生产未来几十年在非经合组织地区会一直增长，而在经合组织地区会保持

稳定，并开始减少。这些削减不需要降低生活水平，而是反映了用户端增加了对材料的再利

用，以及在生产商端材料效率的进步，例如建造框架更轻便的的汽车，从而降低了每辆车对钢

材的需求。

除了对材料的需求减少之外，生产过程中做到回收利用，以便提高能源效率。在过去几十

年中，高耗能材料的存量已有增长。由于库存的很大一部分达到其使用寿命，预计随着回收材

料的增加，回收利用也会增加。这可能会导致一次能源生产只需要来弥补以下损失，如：消耗

性使用（如卫生纸，化肥），质量损失（如纸纤维，塑料）或其他损失。

0

1

2

3

4

5

6

7

2000 2010 2020 2030 2040 2050

产量

/年（

10

亿吨

）

纸

铝

水泥

钢铁


图3 - 6 工业部门活动指数变化

3.2.3工业- 未来的能源强度

一旦为每一个部门确定了总生产水平，未来能源强度估算就会基于重要的标志部门生产

过程来估算。总的结果是强度下降，对 “A类”部门是按生产的每吨能源计算，对“B”类

部门能源是按经济价值计算。

图3 - 7显示了对四个“A类”部门能源强度演变进行详细审视的结果。虽然一个一个部

门来看，每种技术都是不同的，但是所有部门都沿用这些共同的假设：

. 增加回收投入材料的使用或者采用替代途径，如钢铁、纸张和铝的回收利用，以及在水

泥生产中将替代材料投入到水泥熟料生产过程中。. 大力改造现有工厂以满足绩效标准，在所有新工厂12使用最佳可用技术的严格要求。. 随着时间推移继续改进最佳可用技术。

对于“B类”部门，假定年能效提高2％，此项提高的具体途径是：加强工艺优化，提高

能源供应效率，提高动力和照明系统的能效，以及针对部门的具体措施。

12. 对于早期工业工厂未作明确的假设，但迅速转移到BAT将可能需要对效率最低的工厂进行雄心勃勃的改造或更换。

活动

（按

20

05

年生

活指

数计

算

0%

100%

200%

300%

400%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

绝对活动水平指数

部门（A）

非经合组织

部门（A）

经合组织

部门（B）

非经合组织

部门（B）

经合组织


0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

图3 - 7 四个“A”类部门能源强度的变化，包括利用回收/替代途径

钢

在钢铁部门，标准的生产线是使用高炉，由煤制成的焦炭做为投料。随着时间推移这种工

艺的能效会提高，并且更多的采用减少冶炼的工艺。目前这个生产过程中的平均能源需求约为

20 - 25GJ燃料和生产每吨钢约450千瓦时的电；本情景分析假设，到2050年，所需能源可以

降低到平均每吨12GJ燃料和100千瓦时的电（例如可广泛采用减少冶炼的工艺，并假定进一

步改进目前的最佳可用技术）。[Kim，2002年；Worrell，2008年]

其余燃料的三分之一将以生物炭的形式由生物质能提供，从而摆脱以煤为主的焦炭。到2050

年，假定其余的燃料使用仍然以焦炭为主。

循环使用的钢材路子更具能效，但是循环材料投入比率已经很高了。然而本情景分析假定，

到2050年，对回收材料的利用有小幅增加，在经合组织地区约为70％；在非经合组织地区约

45％。本情景分析假定采用电弧炉加工生产，回收工艺会使能效从每吨6GJ燃料和600-800千

瓦时增加到1.5GJ燃料和350千瓦时。[Martin，2000年]

纸张

铝

水泥

钢铁

能源

强度

（G

J/ 吨）


水泥

水泥部门，作为一个非金属材料部门的的标志部门，目前正在开展提高能效，应把平均能

源强度从每吨5-6GJ降到3GJ燃料，同时假定一个30%电力需求减少（到每吨约80千瓦时）。

因为需要高温，只有一半的燃料需求可以由生物质能来提供，但在可以用生物质能的地方，任

何可以燃烧的生物质能也是适用的。本情景分析还假定，高耗能、高排放的熟料生产会减少。

到2050年，约40%的水泥生产所需的熟料将由工业副产品取代，如高炉的炉渣、飞灰或天然

火山灰。这样做将导致水泥凝固比较慢，但具有更高的强度。[Kim，2002年]

框3-1 案例研究：水泥工业中一流的水泥厂节约能源

铝

铝作为非铁金属标志性部门，在生产过程中会有越来越多的二次再生铝。回收利用铝所

用的燃料不容易用生物燃料取代，每吨要用4-5GJ的燃料，这是一个比生产原铝更高效的生产

工艺。生产原铝每吨预热电极还要多用1-2GJ燃料。生产每吨铝要用15-16兆瓦时（不是千瓦

时）的电力，相当于每吨55GJ，也就是说，生产原铝比再生铝耗能更多。本情景分析假定，

将来生产铝可以降到每吨约12兆瓦时，但是只要有可能应优先采用回收再生铝。到2050年，

本情景分析认为回收再生铝在总产量的份额中会由10-30％上升至60％。[Worrell，2008年]

案例研究水泥工业一流的水泥厂节约能源

水泥工业是用能大户，也是全球温室气体的排放大户。美国是世

界上第三大水泥生产商。

盐河建材集团在美国亚利桑那州克拉克斯经营一家大的水泥厂，

该厂于1950年建成，长期以来，进行了多方面的升级改造以提高窑

容量和其他运行系统。

1999年，该公司安装了一套新设备，大大提高了能效。该水泥厂

升级改造的内容包括：

. 供原料，燃料以及成品水泥的直立粉磨机

. 一个新的5级低氮氧化物排放预热器/带有一流熟料冷却装置的段

烧炉窑， . 一个现代炉窑燃烧装置。

新设备大大提高了全厂主要用能生产环节中的能效，减少电力消费50%，减少燃料消费37%。

升级使克拉克斯水泥厂成为北美能效最好的水泥厂之一。该厂的成就得到了美国环境保护署能源之

星计划的认可。


纸

对于造纸部门，使用再生纸浆经济账和能源账都有利可图，一下子就可以节能30-40％。

因此，本情景分析假定将来再生纸浆的份额在在造纸工业会显著的增长，尤其是在目前纸回

收率比较低的区域更是这样。到2050年，平均达到70％。凡仍在使用原生纸浆（输入纤维的

15-20％以上）的地方，情景分析假定其燃料和电力的能源强度会降低约40-50%。[国际能源

机构，2007]年。

3.2.4工业-未来能源的需求

图3 - 8表明，工业能源的总需求会如何演变，源于活动和强度的改变。在本情景分析中最

初此需求会继续增长，但增长逐渐放缓并到2020年左右达到峰值，到2050年会重回到2000年

的水平。

如上详述，工业能源的总需求演变，需要彻底从目前往往已经过时的技术转变为采用当前

最佳可用技术，即最高效的技术以及使用替代路径或最佳的循环再生利用。此情景分析还认

为，经合组织地区通过提高材料的效率，生产用能源会适度的减少。

值得注意的是，图3-8所示的热量总需求的一小部分会由氢燃料提供，也参见框4-1。

图3- 8 全球工业部门按能源载体类型的全部能源利用情况

0

20

40

60

80

100

120

2000 2010 2020 2030 2040 2050

不可替换的

化石燃料

燃料

（A类）部门

高温热能

（B类）部门

电力

最终

能源

（E

焦耳

/a）


3.3 建筑

建筑部门实现能源节能和电气化的潜力很大。建筑寿命也很重要：鉴于我们建筑的使用寿

命，今天建筑设计的决策，会影响建筑能源使用几十年，往往高达100年之久，存量建筑也是。

3.3.1 建筑-定义

建筑部门，在本文中被简化为“房屋建筑”。根据国际能源署能源平衡定义(详见表格

3- 2)，此部分也包括居民和服务部门建筑所使用的能源。

表格 3- 2 建筑部门定义

3.3.2 建筑-未来的活动

此能源情景分析中，采用下述步骤确定能源部门未来的活动情景：

1、未来总建筑面积，这是房屋建筑部门的活动标志，其预测是基于人口增长和增加的人均居

住面积13。类似工业部门，未来人均居住建筑面积是由居住面积和人均GDP之间的关系决定的

（详见附录B2）。

2、基于典型的历史的拆迁率的假定来区分目前现有的建筑面积（2005年以前的存量）和待建

的建筑面积（新存量），居民建筑部门的结果如图3- 9中所示。

13. 由于起点差异，在各个地区的增加量不一定是一样的

建筑部门

(国际能源署定义)

居民

商用和公共服务

建筑部门

(情景分析定义)

居民

商用


图3-9 建筑部门，全球住宅建筑面积的变化

计算商用建筑面积的方法类似，但不使用人口增长作为标志，这个变化紧盯着GDP的增

长，但是有一个去耦合因素。

住宅和商用面积的总的变化情况如图3-10所示

绝对活动指数水平

图3-10 建筑面积指数的变化（R=住宅用，C=商用）

0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

400,000

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0%

100%

200%

300%

400%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

居民

建筑

面积

（1

0亿

平方

米）

活动

（按

20

05

年生

活指

数计

算）

新建建筑量

现有建筑量

房屋建筑部门（非经合组织国家）

房屋建筑部门（经合组织国家）




3.3.3 建筑 - 未来能源强度

这里的能源情景分析，指的是未来居住或商用建筑面积每平方米可能的热能和电力需求。

1.采用以下步骤探索可能的能源强度变化：

对每种类型的建筑面积预计未来的能源强度将基于以下的假设：

1）2005年之前存量

i. 所有现有的2005年前的建筑都要重建或翻修以满足更高的能源效率标准的要求。这就要求

现在每年重建翻修2.5%建筑面积。这个速度较现行的标准高，但也是可行的(详见图3-11)。

ii. 一般来说，对于某个特定的翻修，我们假定采用隔热墙、隔热屋顶和隔热地面，用能效高

的窗户换掉老窗户，安装带有热回收装置的循环系统就能减少60%的采暖需求。

iii.剩下的需求中，四分之一的热能或热水需求可以通过当地太阳能供热设备来解决，另外四

分之三由热泵来供应。14

iv.冷却需求可由当地可能的可再生能源方案解决（详见表格3- 4）。

v. 我们也估计到了，由于增加的冷却需求，还有增加的电器设备和驱动热泵，单位面积用电

需求增加。

2）新建筑存量

i. 本能源情景分析假设越来越多的新建筑会按照接近“零”能源使用标准来修建15，到2030

年，100%的新建筑都会执行上述标准。由于采用了十分低能耗的建筑墙体（隔热和改善的门

窗），以及几乎没有能耗的空气交换（使用热能回收系统），这些建筑成了非常节能的建筑。

ii. 剩余的供热需求可以由被动式太阳房（窗户带来的日照）和内部的得热（人，电器），和

以太阳能供热装置和热泵的可再生能源系统来补足。

iii.比较今天修的新建筑，这种建筑类型不需要任何种类的燃料供应，即是一座完全使用电能

的建筑。

iv.这个“近乎为零的能源消费”理念也同样适用于温/热带气候地区，往往采用传统的建筑方

法。如采用户外遮阳设备或最佳通风措施（夜间通风效率高于日间）。详见框3- 3。

14.其它的技术，如使用木材颗粒炉，也许在很小市场中仍被使用，但在此情景分析中，我们没有将其考虑在内，因为我们只注重使用可再生能源电力的热

泵。

15.这里的“接近零的能源消费标准”，我们指的是按德国开发的被动式太阳房标准修建的建筑的用能标准。


v.在这些地区，建筑一直会有降温的需求，特别是那些非居住用建筑，它通常配有大量电

脑（如办公室）或照明（如零售业），使得楼内温度很高。此能源情景分析也预测和估计到

制冷需求越来越大，电器越来越多，以及热泵使用这些都会带来电力需求的增长（参见上述

内容）。

图3 - 11 建筑部门（房屋）16的能源强度变化。

图3-11中显示了总的能源强度发展趋势。从图中我们可以看出平均每单位建筑面积的热能消耗

大幅的降低了，与此同时，同样面积的电力需求也增加了50%。这是因为由于热泵运行带来的

用电需求，同时，我们假设了电器、照明和降制冷设备也增加了用电需求，因为对这些需求只

能被能效提高部分地减少。

16. 注意：在此图中所示的热能并非由加热泵或太阳能供能方案所提供的热能。热泵的电力需求（照明和其它电器用电）也含在电力曲线中。

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

平均

每单

位面

积的

能源

强度

居住用电

居住用热

商业用电

商业用热


框 3- 3 案例：建筑的翻修率

3.3.4 建筑业 - 未来能源需求

尽管建筑业的活动有大幅度的增加，如建筑面积，但上面论述的能源强度降低减少了建筑

采暖对燃料的需求，或直接向建筑供热的需求。同时，也预测到电力使用的增加。这些结果如

图3-12所示。

图3 - 12 按建筑载体类型划分，全球建筑部门能源使用总量

0

20

40

60

80

100

120

140

2000 2010 2020 2030 2040 2050

案例建筑翻修率

到2020年，本情景分析假设翻修率将从目前的水平提

高到2-3%，到2050年或2005年之前，允许对现有的建筑

存量全部翻修。

鉴于现在世界上很多地方的建筑翻修情况，这也许是

个富有挑战的大手笔。然而，这样高的翻修率以前也不是

第一次．根据德国CO2大楼报告（德国政府报告，2006

年），2006年德国建筑的翻修率高达2.2%。根据国家能

源效率行动计划（德国政府报告，2007年），德国政府根

据欧洲标准的现行政策，确定到2016年将建筑翻修率目标

定为2.6%。

不可替换的

化石燃料

电力

最终

能源

（E

焦耳

/a）


MED- ENEC 项目，2007年8月“地中海国家

建筑部门的能效” (www.med-enec.com)。MED-

ENEC项目被认为是欧盟与地中海国家之间和欧盟-

地中海伙伴关系成员国的地中海国家之间设计和实施

合作方面的一个大工程。大部分地中海国家的城市和

工业化中心都有较高的能源需求，而且农村地区想要

获得能源非常困难。与此同时，与日俱增的人口，高

速的经济发展和飞速的城市化进程也使得现有能源结

构压力加大。建筑存量成为能源消费大户之一，占有

最终能源消费总量的25-45%，并且仍有上升趋势。

框3- 4 案例研究：地中海国家的建筑降温需求

能源节约的最大潜力来自于城市，减少降温需求，

需要同时对需求侧管理和建筑规划过程有通盘的考

虑。MED-ENEC项目从可持续的商业观点出发，将示

范工程与能力建设统一考虑，该项目侧重强化商务服务

和支持市场，同时提高制度能力，并建立有利的机制结

构以及财务和经济手段。

此项目在10个国家开发了10个试点建筑项目：由于

根据当地具体情况，又有当地企业家的参与，这些项目

都实现了，并且获得了杰出的成果：

. 获得三项国家能源地球奖

. 在这些国家有后续的行动

. 每年节约总量900吨，整个建筑寿命节约45,000吨

. 具有大规模普及的潜力

案例分析地中海国家的建筑降温需求


3.4 运输

3.4.1 运输-定义

运输部门的活动一般用人公里表示客运（pkm）；用吨公里表示货运（tkm）。

因此，在情景分析中，运输部门是区分为客运和货运两种模式。详细定义如表3 - 3所示。

3.4.2 运输-未来的活动

能源情景分析对未来的交通运输量[世界可持续发展工商理事会，2004年]用的是“常规”

情景分析（BAU）运输活动预测，该预测既详细又得到证实。常规情景分析根据国内生产总

值的预测，预见到在全世界范围内，出行量会有显著的增长（见图3-13）。

在能源情景分析中，基于常规情景分析，进行运输模式转换，预测不用运输方式的出行量，

客运结果如图3-14所示；货运结果如图3 -15所示。

在常规情景分析中运输量有望大幅度增加，特别是在发展中国家，明显侧重于个人公路运

输。虽然随着国内生产总值的增长总的运量有望增加，但显然常规情景分析对不同运输方式分

别预测，不会导致出现高能效的运输系统，很可能会给基础设施带来相当大的挑战。

17. PTW=单人两轮及三轮车

运输模式（国际能源署的定义）

公路公路公路公路铁路航空公路铁路航空

国内航行+世界海运用燃料

运输模式（能源情景分析的定义）客运-单人两轮及三轮车17

客运-汽车，城市客运-汽车，非城市

客运-公共汽车+长途客运汽车客运-铁路客运-飞机货运-卡车货运-铁路货运-飞机

货运-船舶


因此本情景分析认为，普遍模式改变必然出现，即弃用无效的单人用车公路和航空模

式，而改用更有效的铁路和合用车公路模式。

绝对活动水平指数

图3- 13 运输部门活动指数变化

结果，世界范围内轿车的交通量增长减少了（源于非经合组织地区的增加和经合组织地

区的稳定或减少），同时伴随共用出行模式的大幅度增加，尤其是铁路运输。

这种模式的转变甚至导致，预计到2050年，外出的动力客运量会有适度的减少，主要的途

径是：

. 由乘车出行改为人力出行，如走路和骑自行车18。

. 由（商务）航空旅行改为视频会议19。

应当指出，出行模式的改变，即弃用单人驾车出行改为更有效的模式，需要研究土地使

用规划，让高覆盖的大众公交系统成为可能，同时使其在生态上和经济上具有可持续性。

虽然有人认为模式转换的设想是过于大胆的，但是从理论上看还可以做得更好。

18. 注意，模式转换中所涉及的步行和骑自行车适用于短途，所以总的人公里量改变不大。

19. 视频会议将主要取代一部分商务旅行，而这只占航空客运的一小部分。[CCC，2009年]

0%

100%

200%

300%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

活动

（2

00

5年

指数

）

运输-非经合组织国家

运输-经合组织国家


图3-14客运交通的模式改变

对货运而言，货运量从航空和卡车模式转为铁路模式20。虽然更多区域性的经济模式更有

希望降低总的货运量，但这种选择在此未作考虑，因为这种假设缺少定量依据。

请注意，需要维持客运和货运量增加的铁路运输能力是非常大的。可以这样认为，在常

规情景分析中，公路运输一直需要有类似的增加，但是确保高运力和良好管理的铁路网的挑战

不容低估。

图3-15 货运运输的模式改变

20. 请注意，因数据的获得性，海运长期的能源使用没有依据活动建模，而是依据国内生产总值预测建模，类似于工业的“A类部门”和“B类部门”的做法。

运输

（吨

pkm

或tkm

）

运输

（吨

pkm

或tkm

）

货运- 卡车货运- 铁路货运- 飞机

非经合组织经合组织

0

5

10

15

20

25

30

2000 2050 BAU 2050 Scenario02468

101214161820

2000 2050 BAU 2050 Scenario

运输

（吨

pkm

或tkm

）

运输

（吨

pkm

或tkm

）客运- 单人两轮及三轮车

非经合组织

国家

经合组织

客运- 公共汽车+长途客运汽车

客运- 汽车、城市

客运- 铁路

客运- 汽车、非城市

客运- 飞机

05

101520253035404550


0

5

10

15

20

25

30

35



3.4.3 运输-未来的能源强度

采用下列步骤，确保本情景分析采用最有效的运输模式，同时尽最大可能使用可再生能源：

1. 采用最有能效的技术和使用方式，如：减少阻力的卡车，改进航空交通的管理或减少混

合动力车的燃料需求。

2.尽可能采用电气化模式，如在市区环境采用电动车，采用电动火车系统。

3.作为最后一种办法，在可能的情况下，提供可持续生物质能燃料（参见第5章）。

表3-4基于本情景分析中计算总结了燃料改变的设想。最值得注意的设想是：

. 轻型机动车要完全改用插电混合及/或电动车成为主要的技术选择。

. 长途大货车因改进了材料的选择、发动机技术和空气动力，不需要改为电力运输（因现

行的技术对电池体积和重量有限制）。货车30%使用电力，意味着完全电气化的送货车，

可以走完“最后一英里”。. 正逐步由氢所取代的一（小）部分航运燃料，氢可由可再生电力生产，因为有了船舶集

中加注系统，这种选择必定是可行的（见框4-1）。

框3-4 案例：电池需要的材料

案例电池需要的材料

交通部门的电气化预见了所有的汽车，公共汽车和约30%

的卡车/运载工具会大规模改用电动车和插电电式混合动力

车。随之而来，大量的电动汽车将需要大量的电池生产；一个

行程150公里的电动车需要重达四分之一吨的电池。

近年来，使电动车变为可能的的技术是锂离子电池，其能

量密度可以保证行程150公里车辆的需要。评估所需要的锂的

数量，假定所有的车辆都使用这种材料，超出了我们的研究的

范围。然而，鉴于电动车大量的需要锂，在世界范围锂的供应

显然引起关注。与其他部门进行回收和再利用的同时，锂电池

也需为重新使用而翻新。另外，还需要进一步研发替代性材料

和不同电荷的储存技术。


表3- 4 所有交通工具的能效和燃料更换设想

由此带来的运输部门能源强度的整体变化，按燃料使用和电力使用区分，如图3-16所示。请注

意，与燃料相比，电力份额看起来相对小一些，因为燃料需要以较低的效率进行转换，为车轮产生

机械能。

21. 凡需要从燃料转变为电能的地方，均假设电动汽车将平均需要1.5-2.5倍少的最终能量，因为能量传递到车辆不需再转换。

22. 经合组织地区的低端范围，以摩托车使用为基准；非经合组织的高端范围，其中单人两轮及三轮车被假定为包括更高的份额的电动小型摩托车。

方式

客运-单人两轮及三轮车

客运-汽车，城市

客运-汽车，非城市

客运-公共汽车+长途客

运汽车

客运-铁路

客运-飞机

货运-卡车

货运-铁路

货运-飞机

货运-船舶

效率增加

2050 对2000

50%

75%(2000: 8-11 l/100 km

2050: 2-3 l/100 km)

50% – 65%

30%

~50%

65%

30%

~50%

~50%

电气化21

40- 90%22

90%

70%

50%- 70%

95%-100%

n/a

30%

95%-100%

n/a

无[但约5%

的氢气来自

电力]

评述

如，小型摩托车

90%,即大部分的交通由电动车辆或插

电式混合动力汽车的电力部分完成

混合动力汽车 / 电力的, 尤其是在城市

全面转向电气化铁路，减少阻力，优化空间

机身和发动机的改进设计，从空中交通

管理的优化获益, [中国强制认证,2009]

2009]

“最后一英里”电气送货车全面转向电气化铁路

见上述飞机乘客旅行

螺旋桨和船体维护和更新，改造包括非

对称曳航，操作改进包括速度降低；船

舶里的氢燃料所占份额很小[国际海事

组织，2009]


图3-16 运输部门的能源强度变化

3.4.4 运输-未来的能源需求

假设基于模式转换后的活动演变和燃料转换后的能源强度演变，导出运输部门整体能源

需求的演变，如图3-17所示。

图3-17 按能源载体划分全球运输部门的能源使用总量

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0

20

40

60

80

100

120

2000 2010 2020 2030 2040 2050

能源

强度

（M

J / pkm

或 M

J / tkm)

终端

能源

（单

位：

E焦

耳/a

)

客运-燃料

客运-电力

货运-燃料

货运-电力

燃料-航空

燃料-航运

燃料-公路/铁路

电力

客运

客运

客运

客运

客运

客运

货运

货运

货运

货运

货运

货运


关于能源效率和电气化大手笔的假设，导致运输部门的能源需求缩减，尽管其基本活动有强劲

的增长。在说明图3-17时，重要的是要记住，因为需求是以最终能源显示，正如国际能源署能源

平衡所界定的，电力在运输部门的份额看起来不大，尽管在多种模式中它为绝大多数车轮提供了机

械能。这是因为燃料还需在车辆的内燃机中转换，所以意味着需要更多的能量（见脚注2）。

请注意，我们认为航运燃料需求一小部分份额，如图3-17所示，可以由氢燃料提供，也可参

见框4- 1。

框3-5 意外情况：货物运输

意外情况货物运输

货物运输以及航空和航运，是对燃料需求最大的运输部

门之一。虽然情景分析包含了短距离货运的巨大的电气化，

例如所有“最后一英里”送货车，以及由卡车到铁路货运的

大量模式转变，有人认为，余下的长途货车在未来短期内不

会改用电动车。

对这种需求，还存在其他的选择，在本研究中并没有被建模：

. 使经济更加本地化

目前，一部分货物运输是用于两地间运送货物，既可以是该产品的生产者，也可能是该产

品的消费者，从能源的视角来看这样的运来运去是有问题的。一个例子就是把农产品从世界的

一个地区运到当地能生产同样产品的另一个地区，给这一效应定量超出了本研究的范围，但是

这种情况值得注意，减少这类货运量意味着存在着减少公路、空运和海运能源需求的可能机

会。

. 长途货运使用氢

如框4-1所述，在本研究的时间框架内，氢燃料被认为是无法用于长途货运的。然而，可

以设想可持续的交通运输部门还有另一条路。这就是要特别注意建设供长途货运使用的适当

的氢燃料加注网络。在这样的情景分析中，公路货运的化石燃料或生物燃料需求，从理论上

会大为减少。



第四章供应- 可再生能源（不包括生物能源）

4.1 总的结果

第3章对需求侧的详细假设，得出：

. 与“常规”情景相比（BAU），总需求量大幅度降低

. 电气化率提高

最终得出的细分总体需求如图4-1所示。应特别注意的是：电力需求会从不到60E焦耳/a增加

到120 E焦耳/a以上。相比之下，热量和燃料需求会先增长，然后在若干年后大幅度下降23。

下一步要做的是使能源供应与该需求相一致。根据（第2章所述）方法，可以按以下顺序完成

该项任务：

1.在可行的地方，先采用非生物质能可再生能源选项。

2.如果不能完全满足需求，应根据当年可持续利用潜力利用生物能源（参见第5章）

3.所有余下需求由常规能源供应，例如：化石和核能源。

图4-1 所有部门按能源载体划分的全球能源需求

23. 注意：例如与交通运输燃料相比，电力份额看上去不大，但是因为交通运输燃料要以相对较低的效率转变，以产生驱动车轮的机械能

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2000 2010 2020 2030 2040 2050

最终

能源

（E

焦耳

/a）

燃料-不可替代

化石燃料-工业

燃料-航空

燃料-海运

燃料-公路/铁路

热量—低温

热量 – 高温

电力


如果严格遵守上述能源选项的先后次序，则能源供应的总体演变如图4- 2所示24。在高能

效推动下能源需求变稳，同时可再生能源供应在后续年份的快速增长，从而使能源系统来源

中的95%是可持续的。

图4 - 2 情景分析中的全球能源供应，按来源细分。（林业预料采伐包括传统生物质利用中

的可持续部分。25）

在以下章节中将对需求部门的每种需求，我们将详加讨论，在此之前还要详细介绍可再

生能源的潜力。在第五节中对生物能源的复杂课题给予特别关注。

24. 在这里要提醒读者的是，由于此图显示的是最终能源，燃料的份额 (如来自化石燃料或生物能源)看起来比电力和热能等要大。

25.有关传统生物能源利用的构成，其来源不清楚。我们预计其中有很大比例将来源于林木，尤其是在今后若干年，因此，本情景分析将其归于林业余量采伐。

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2000 2010 2020 2030 2040 2050

核能煤天然气石油生物质能：藻类生物质能：农作物生物质能：林业余量采伐生物质能：传统生物质能：残留物和废弃物水电地热：发电地热：电力太阳光热聚光太阳能：供热聚光太阳能：发电太阳光伏电力波浪和潮汐能风电：海上风电：陆上

最终

终端

能源

（E

焦耳

/a）


方框4 - 7 场景：氢燃料在能源情景分析中的角色

场景氢燃料的作用

尽管有这些好处，确实还存在着以下几种挑战：

. 尚不具备氢燃料运输网络。这意味着需要大规模的安装新型的充气基础设施，以便向运

输用户配送氢燃料，例如：客车等。. 氢的能量密度比常规燃料低，即使在高压下其质量密度也相对较低，这使其储存和运输

体积过大。. 将电能转化成氢，然后再转化成电，这样做的能效比直接使用原来的电能低得多。

出于上述原因，本情景分析认为，应主要在下述场合采用氢：

. 在负荷中心之间的行程，或直接在生产现场附近使用，这样一来，需求就很容易与新的

可再生能源电力网络成为一体（即不是在客运上使用，而是适用于工业中心的设施）. 充气站之间往来的时间和距离要短（例如：仅用于一小部分短途海运，认为不适宜于公

路运输）

除了取代燃料和热能需求外，在氮肥生产上也需要使用一些氢，以便在生产可持续生物

能源的生物质时获得可持续的营养成分。

到2050年，共有9E焦耳的其它电能需求可用于：

. 取代约5E焦耳的工业燃料和热能，其中主要用于化工、铝和水泥生产

. 取代约0.5E焦耳的海运燃料

. 供应3.5E焦耳电能，用氢生产化肥

氢燃料所具有的若干好处使它能够在本情景分析中起到桥梁的

作用：. 由于氢是一种燃料，因此可以减轻对可再生燃料/或高温供热燃

料的需求，而能

用于高温供热的可持续燃料选项很少。. 氢可以是完全可持续的，例如：如果可以用可再生能源电力电

解产生氢的话。. 如果用可再生能源生产氢，氢还可以用作可再生能源电力的

储存介质，即发电过剩时，储存供应侧生产的电力。


4.2 可再生能源电力和热能（不包括生物能源）的潜力

由于有了本章图中所示的利用潜力，本研究才得以进行。考虑了技术壁垒和难度大但却

切实可行的市场增长过程，这种潜力是指在任何给定时间点能够实现的潜力。

该利用潜力不一定代表成本效益最大的发展，即该潜力没有考虑到市场壁垒或其它来源

的竞争。可实现潜力是指具有长期发展水平的完全可实现的潜力。

4.2.1 风能

本情景分析既包括陆上风力也包括海上风力发电。陆上风电在过去十年间增长明显，

大多数年份的年增长率超过25%。鉴于世界某些地区陆地风力稀少，海上风力发电越来越

受到重视。世界上有几个海上风电场已在运营，目前还有许多风电场正处于运营和规划阶

段。[GWEC，2007年；Hoogwijk，2008年]

本情景分析基于这样的假设：风电在未来二十年具有继续稳定增长的潜力，而在其后增

长水平会显著放缓。

海上风电年增长速度约为30%，陆上风电增长的速度接近20%。

图4 - 3 风电的全球潜力。（左侧：随时间推移利用潜力的变化；右侧：最大可行潜力）

最终

能源

（E

焦耳

/a）

风电：海上

风电：陆上

可实现潜力0

50

100

150

200

250

300

2000 2010 2020 2030 2040 2050


4.2.2 水电

在本报告中，我们将两种类型的电力生产归类在“水”电标题下，即：水力发电，

以及波浪和潮汐发电。水力发电是乞今为止最大的可再生能源，它提供的能源几乎占全世

界的15%；2009年，水电装机容量超过980千兆瓦[REN21，2010年]。虽然水力发电

生产可持续进行，但以往项目都对生态和社会产生了副作用。因此，为了反映尊重现有生

态系统和人权的变化需要，我们严格限制水力发电未来的增长。[世界自然基金会，2006

年；Hoogwijk，2008年]。

波浪和潮汐发电（也叫做“海洋电力”）的潜力不如其它形式的电力（例如：风能或

太阳能）密集，但却可以高度集中在多风海岸，例如英国。有几个利用波浪能源和设计可持

续潮汐系统的试点项目正在进行。情景分析包括了波浪和潮汐能源，估计其潜力为海上风

力潜力的5%左右，其估计反映的是安装波浪和潮汐能设备地区的估算值。 [EOEA, 2010

年；OES-IA，2010年]

图4- 4描划了上述两种能源的潜力，即水力和波浪/潮汐电力资源。

图4- 4 水电和海洋发电的全球部署潜力。（左侧：随时间推移利用潜力的变化；右侧：最

大可行潜力）

最终

能源

（E

焦耳

/a）

水电

波浪和潮汐发电

可实现潜力0

5

10

15

20

25

2000 2010 2020 2030 2040 2050


4.2.3 太阳能

对可持续的电力和热力生产，直接利用太阳能具有最大的技术潜力和可实现的技术潜力，

尤其是在光照充足的地区就更是如此。

能源情景分析包括四种不同来源的太阳能：. 光伏太阳发电（PV）. 聚光太阳发电（CSP）. 工业高温供热聚光太阳热（CSH）. [建筑低温太阳能供热26]

前三种来源的应用潜力如图4 - 5所示。

光伏太阳能是一种早已成熟的电能来源；2009年末，世界装机容量大约是21GW[21世

纪可再生能源网，2010年]。该情景分析所包括的光伏太阳能潜力是基于25-30%的持续年增

长率，其中包括今后二十年，集成在建筑上和大面积光伏太阳能设备的产出。[EPIA，2009

年；Hoogwijk，2008年]

图4- 5 全球太阳能发电和供热的利用潜力(不包括建筑太阳光热供热)。（左侧：随时间推移

利用潜力的变化；右侧：最大可行潜力）

26. 建筑太阳能供热是业已成熟的技术，已经得到广泛的应用。在本情景分析中将其归于需求侧，其潜力约相当于现有建筑供热需求的10%。所以在此没有提

供单独的潜力图

0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000

2000 2010 2020 2030 2040 2050

最终

能源

（E

焦耳

/a）

聚光太阳能供热

聚光太阳能发电

光伏

可实现潜力


随着聚光太阳能（CSP）贮能时间的不断延长，更由于在天黑后也能提供所需的电能，

其潜力越来越受到人们的注意。贮能时间长达15个小时的系统目前正处于设计阶段。虽然聚

光太阳能仍处于技术不成熟的阶段，但人们对它的期望较大，因此该情景分析所基于的假设

是：未来几十年将会见证该技术强劲的市场渗透力，其可能增长率约为20%。

工业高温供热聚光太阳能（CSH）由于聚焦了太阳热能，能使工业设备直接利用产自于

聚光太阳能场的高温。由于这项技术尚未投入市场，因此本研究将其视为很小的潜力，该潜

力大约是聚光太阳能27潜力的十分之一。

4.2.4 地热

地表以下的高温地热能一经发现便可直接用于（“直接使用”）建筑供热。在温度足够

高时，它还可用来发电和/对生产加工供热。地热能已得到多年的开发利用，到2007年底，

全世界利用地热发电的装机容量已达10GW左右。考虑到以前对这种可选用能源缺少应有重

视，及其提供需求主导的可再生电力的巨大潜力，本情景分析所基于的假设是，目前5%的

年度增长率有可能增加一倍，达到其它可再生能源选项的水平。

本情景分析地热能的潜力如图4 - 6所示。

图4 - 6 全球地热能源利用潜力。

（左侧：随时间推移利用潜力的变化；右侧：最大可行潜力）

27. 这是一种保守假设。建议对工业供热需求分布以及就近工业高温供热聚光太阳能来源的可用性做进一步研究

最终

能源

（E

焦耳

/a）

地热：低温

地热：高温

地热：电力

可实现潜力0

10

20

30

40

50

60

2000 2010 2020 2030 2040 2050


框4 - 8 场景：可再生能源的可持续性

4.3 效果 - 电力

未来电力供应系统的演变是供应“侧”的关键课题之一。正如4.2节所述，有许多不同

的可再生电力能源选项可供使用，其潜力甚至远远超出了未来需求，所谓可再生能源的“天

堂”就在于此。可持续能源供应选项的多样性和丰富性，这是为什么我们致力于在需求侧使

需求电气化，例如通过使用建筑热泵和通过在交通部门大力开展电力化的原因之一。

图4 - 7 能源情景分析中的全球能源消费

核能

石油

天然气

煤

生物质能：农作物

生物质能：林业余量采伐

生物质能：残留物

地热发电

水电

聚光太阳能发电

光伏太阳能

波浪和潮汐

风电：海上

风电：陆上

最终

能源

（E

焦耳

/a）

0

20

40

60

80

100

120

140

2000 2010 2020 2030 2040 2050

场景可再生能源的可持续性

能源情景分析将太阳能、风能、水电和地热等能源，

包括生物质能，归入可再生能源。其目的在于用这些能源

取代来自于常规能源的能源，例如煤、石油、可燃气和核

电等，因为常规能源是依赖这样的燃料，即补足它们所需

的时间要比我们使用它们的时间长得多。

然而，即使是可再生能源，也必须对其可持续性以

及对当地环境的影响进行认真评估。第5章完全是讲生物

能源的可持续性，但其它能源选项也提出了一些需要解决

的关切。关键的目标是可持续的景观和基础设施的发展计

划。如果基于当地环境认真计划，可再生能源会在不产生

不可接受的“副作用”的情况下给人类带来益处。


鉴于电力需求的变化，本情景分析中的图4- 7表示实际上使用了多少可再生能源电力。

框4-3 情景：供应- 与需求主导的电源

除了认真实现供需平衡外，在本情景分析中，电力系统另外还存在一个约束，即：供应

主导型28发电量有一个最高限量（以电力总需求的百分比表示）。这反映了一个事实，即需

要一定的平衡电量，需要需求主导的电源确保供应连续。来源分类见表4 - 1。

28. 供应主导型的电力选择是那些能根据任何给定时间依靠能源可用性而发电的资源，如：风电、光伏电或海洋电。需求主导型电力选项是那些容易按需求电

力安排发电的选项，例如：地热发电、水电、带有蓄电的聚光太阳能和来源于生物质能的电力

场景供应-与需求主导的电源

电力供应系统正在经历快速变革。仅在几十年前，该系统还是由大型中心调度的化石燃

料或核能电厂组成。用资本密集型的核电厂或低运营成本的燃煤电厂来满足“基荷”，即使

在夜里，这个水平的电力需要也是需要满足的。这类电厂要确保长时间运行，才能使这些电

厂的高投入回收回来。燃气电厂是“调峰”电厂，投资少但运行成本高，白天用它来满足另

外的负荷。

电力供应系统正在日益变成一个动态市场，许多不

同供应商可以向这个市场提供不同数量的能源，其中某些

部分需求甚至可以通过控制达到供需优化平衡。将来大部

分电厂的输出都是可变的；“基本负荷”将不复存在。

例如，在风速大时，风电的产出增加几乎是零边际成本

的，而有时却刚巧赶上需求低谷时间，如夜晚。即使是前

者，“基本负荷”电厂也会在这个时段为它所发的电找到

客户，但由于电价低（接近边际成本），这种电厂在那些

时段无法收回投资。

在本情景分析中，我们对“供应主导”的资源[在有自然资源（太阳、风、水）时，它可

以按零边际成本提供能源]和“需求主导”资源（它可以变动地独立运行）做了区分。如果各

种资源正确结合并且在较大地理区域上有合适的电网连接，就能随时以可靠的方式提供所需

要的电力。正在增加供应主导型的资源，以及需要需求主导型资源提供电力“平衡”，带来

大量的技术挑战，将需要在研发上下大力气。


为了平衡负荷模式，因而需增加并网的供应主导型电力的份额，一个地区内的电网应该

连接顺畅。鉴于目前世界大部分地区的电网状态，这意味着需要大量投资于地区电网建设和

对地区电网扩容。

必须消除瓶颈以使电力能够传输畅通，通过：. 增加容量. 增加传输线路的范围

2020年以后，要使电网更稳定，可能还需要其它的技术需求。本情景分析开展研究的前

提是，研发支出主要用于发展这种技术（还可参见第6章）。

表4 - 1 将可再生能源分成供应主导型和需求主导型(平衡)选项

即使电力系统的准备行动立即着手，本情景分析先限制太阳能和风能的份额，随着时间

的推移逐渐取消这一限制，会考虑给这类大型基础设施项目以较长的时间提前量（15-25

年）。30

图4 - 8表示本情景分析设置了允许并网的供应主导型电力的比例限制。其前提条件是目

前的电力系统在基础设施或管理系统不发生重大改变的情况下能够容纳20- 30%的供应主导

型电力，参见[可持续能源服务与创新公司（Ecofys），2010年]。

29 . 水电在此的分类是需求主导型。然而好的环境做法应包括对小水流的注意

30. 注意：在全球范围内没有对现有火力电厂的退役做出明确的假设。虽然如此，但大部分地区还在增建火力电厂，这显然与本情景分析的发展之路是不相适应的

来源

陆上风电

海上风电

潮汐和波浪发电

光伏发电

聚光太阳能

地热

水电

生物电

类型

供应主导型

供应主导型

供应主导型

供应主导型

需求主导型

需求主导型

需求主导型29

需求主导型


图4- 8 由于电网的限制，对光伏和风电的约束。幅度表示地区之间的差别

考虑到可再生能源会有更大程度的普及，在此仅做了有限度的分析。我们基于许多研究

[Blok, 1984年；S- rensen, 2004年; ECF路线图，2010年]，到2050年，如果电力系统重

新设计，可提供比现今更多的灵活性，期望所有地区的限制比例将上升到60%。这要求充分

利用下述的所有手段：

. 改进行电网容量，以消除瓶颈和增加传输能力。

. 做好需求侧管理，尤其是对趸售客户的管理，但单个客户层次管理也要做好

. 储能，采用抽水蓄能31、集中储氢和蓄热

. 多余的可再生电力转化成氢，在某些特殊应用中作为燃料使用（见框4-1）。

这里要注意的是：本情景分析仅设定了上述限制，基于能源系统，实质假定电力系统将

会以某种方式演进，以允许这些假设生效。去精确评估这是如何实现的，以及储能和智能电

网系统会发挥什么样的作用，不属于本研究的工作范围。

31. 通过平衡自然流入与决定发电量的流出，或通过在非高峰时间用泵给水库充水可将能源贮存在水电站的水库中。所有水电基础设施对环境和社会都具有潜

在影响。必须重视下游流量，因为调峰运行会影响河流的自然习性和人类对河流的使用。通过位置、设计和操作规程的智能选择，可以按现有的国际公认可持

续性标准，避免、最大程度减少、减轻和补偿对这些地区的影响。

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2000 2010 2020 2030 2040 2050

供应

主导

型来

源的

最大

电力

份额


电网约束解释了，即使可用潜力超出了需求，仍未全面利用可再生能源的原因。图4-9表

明：到2030年，对供应主导型能源的大量应急需求将会显现。这些潜力之所以未得到全面利

用，其原因在于电网约束32，即我们的电网需要时间为接受大量的供应主导型电源做准备。

图4 - 9 全球供应主导型电力的部署潜力与实际利用

即使对于需求主导型电力供应选项，我们所用的潜力也并不是最大。这会令人感到惊奇，

因为需求始终留有缺口，该缺口要由生物能源来填补。出现这种现象的原因在于地区差。例如

图4-10表示在今后若干年中聚光太阳能有巨大的潜力。虽然如此，但由于该潜力大部分出自于

电力需求低的地区，因此这种潜力不能得到充分的使用。

32. 备注：能源情景分析允许在世界十个地区中的每一个地区分享电力。地区之间的分享地力没有被加以考虑；实际上，采用这种做法会进一步优化世界的电

力供应。

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2030 2040 2050

一次

能源

（E

焦耳

/a）

光伏

波浪和潮汐

风电：海上

风电：陆上潜力用量潜力用量潜力用量


图4 - 10全球需求主导型（非生物）电力的利用潜力与实际用量

4.4 效果 - 工业供热和燃料

鉴于4.2节所述的可再生能源（以及生物质能 - 参见第5章）潜力，在工业部门可以看到

下述的热量和燃料需求供应图（见图3- 8）。

图4 - 11 全球工业部门（不包括电力）供应选项细分

早年能源供应主要来自于化石燃料。随着可持续生物能源的问世，它开始取代这些燃料，

从而其范畴扩展到“传统”的造纸领域之外。到2050年，在采取了大手笔的能效措施后，生

物能供应几乎占工业燃料和热量需求的三分之二。

化石能源：不可替代

化石能源：可替代

化石能源：高温（“B”类工业部门）

生物质能：燃料（“A”类工业部门）

生物质能：高温（“B”类工业部门）

地热：高温供热

聚光太阳能：高温供热

水力

地热：电力


潜力用量潜力用量潜力用量0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2030 2040 2050

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2000 2010 2020 2030 2040 2050

一次

能源

（E

焦耳

/a）

最终

能源

（E

焦耳

/a）


直接工业加工过程所需热量部分由地热提供，但在2030年后，将由直接聚光太阳热能

提供。其余的化石燃料需求保持不变，用于一些工业过程，比如说，这种工艺不仅依赖于能

源和含碳量，而且还依赖于当前化石燃料的机械特性。

4.5 效果 - 建筑供热

鉴于4.2节中所谈到的可再生能源（以及生物质能 - 参见第5章）的潜力，下面供应图显示

的是满足建筑部门的供热需求（见图3- 8）。

从2015年起，大手笔的改建和高标准新建筑所采取的能效措施，导致对建筑环境热需

求快速下降。有些地方仍需要供热，如空间采暖、水加热和煮饭，这些功能越来越多的由地

热和太阳能供应。在今后几十年中，目前所使用的传统生物质能会被逐渐弃用，而只有一小

部分继续使用（不超过当前用量的30%）。在本情景分析的最后几年，由于采用其它可再生

能源选项以及需求锐减，即使少量生物能源也不再需要。33

图4 - 12 全球建筑部门（不包括电力）能源供应选细分

33. 注意：在最后几年至2050年，大约有11EJ份额的可持续传统生物质能可用于满足其它生物能源需求。然而，由于对传统生物质能使用构成尚不明确，在

此我们选择不将归入其它的生物能源类别。

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2000 2010 2020 2030 2040 2050

终端

能源

（E

焦耳

/a）

化石燃料

生物、其它

生物、传统

地热

太阳光热


4.6 效果 - 交通运输燃料

鉴于4.2节（以及生物能源- 参见第5章）中谈及的可再生能源潜力，下面的供应图会显

示满足交通运输部门中的燃料需求情况（见图3- 8）。

能源需求将持续上升几十年，但该需求的增长速度将会由于模式变化和电力化而放缓。

大约到2020年，总体需求将开始下降，到2050年将下降到远低于2000年水平。随着许多为

一系列终端应用提供生物燃料的新转化技术的成熟，用于汽车运输的生物燃料用量将从当前

增长状况开始加速，其中包括航空燃料。到2050，其余所有交通燃料将完全由生物能源提

供，而化石能源会逐渐被完全淘汰。

图4 - 13 全球交通部门（不包括电力）的能源供应细分

4.7 温室气体（GHG）排放

虽然能源情景分析主要侧重于实现可持续能源系统，但它对审视新能源系统的最终排

放状况也有兴趣。我们下面对来自情景分析中的能源系统的排放进行了基本分析，化石能

源载体采用标准排放系数、文献提供的LCA系数以及我们自己对所有生物能源所做的分

析。[IPCC，2006年]在风能、太阳能、水电和地热等能源中，除水电（排放系数在高估时

约为10吨CO2/百万千瓦时）外，其它排放量预计都是零。[Gagnon, 1997年]

终端

能源

（E

焦耳

/a）

化石燃料：车辆

化石燃料：航运

化石燃料：航空

生物质能：汽车

生物质能：航运

生物质能：航空

0

20

40

60

80

100

120

2000 2010 2020 2030 2040 2050


图4- 14在考虑上述假设基础上，通过能源情景分析演示了以CO2当量34为单位的与能源

相关的排放的总体演变。这张图包括了由生物能源（见5.9节）和水电（标明“CO2可再生

能源”）生产导致的全生命周期排放。

早年的排放量显然紧随能源供需演变(见图4 - 2)。但在后续年份，随着高排放能源供应

选项被低排放和零排放能源选项所取代，总排放量快速减少。

总之，能源情景分析预测，在2000至2050年间，大约9000亿吨的CO2当量的排放。

总之，根据能源情景分析，到2050年时，与能源相关的CO2- 当量排放量与1990年水

平相比将会降低约80%35，36。

34. 本文所示的排放量是CO2-当量排放量。然而，由于该排放量只涉及能源系统的排放量，因此绝大部分排放物是CO2。其中有很少一部分排放物是NOx和

CH4，本文将其转化成CO2-当量，以便统一使用。

35. 这些是“原始”排放量。其余排放量的一个较大的份额来自航空，考虑到航空较高海拔的影响，对这一数据进行修正，排放量可降低到约70%。

36. 如果可以减少水电排放量的话，排放量降幅还可以增大。水电排放系数是按历史观察的排放率选取的，然而，若选用小水电，如径流式电站，排放量还会

更低。

0

5

10

15

20

25

30

2000 2010 2020 2030 2040 2050C

O2 排

放(1

0亿

吨／

年)

CO2 化石和核能

CO2 可再生能源


碳的捕获和贮存

碳的捕获和贮存（CCS）技术的应用可能会导致今后若干年工业和发电用化石燃料和生

物能源的排放量进一步下降。

然而，将碳的捕获和贮存技术用于本情景分析的大多数排放不太有吸引力，主要是因为

预计它会成熟得较晚，需等到2025 - 2030年。在可对碳的捕获和贮存技术进行大规模使用

前，化石燃料的使用已经大规模下降，以致于投资于CCs有可能产生不了所需的回报。

因此，在情景分析的背景下，侧重以下各方面应当更合乎逻辑：

. 到2050年及之后，降低或替代仍有的5%化石能源的各能源选项

. 降低生物质燃烧所导致的CO2排放的各能源选项

. 降低工业用生物质所导致的CO2排放的各能源选项

. 降低生物燃料生产所导致的全生命周期CO2排放的各能源选项

. CCS系统，开始用于化石燃料，但后来适合用于BECCS（生物能源的CCS系统）。



第五章供应-可持续生物能源

5.1 概述：用可持续生物能源满足需求

本情景分析汇集了大量的可持续生物能源供应，以满足在使用其它可再生能源选项后的其余需

求。本情景分析仅涵盖可持续的、与化石能源基准相比可大量减少温室气体排放的生物能源供

应。37

图5 - 1表明：该情景分析在可再持续性潜力范围内能够满足生物能源的使用需求，同时还可大幅减

少温室气体排放。

图5-1：能源情景分析的可持续生物质能源使用与可持续潜力以及可持续生物能源温室气体

（GHG）排放与到2050年的化石情景综述。

重要的是要懂得，与其它研究相比[Greenpeace，2010年；壳牌，2008年；经合组织/国际

能源署，2009年]，此能源情景分析使用了大量的生物能源，如图5- 2所示。

37. 本情景分析对生物能源可持续性的的路径如5.2节所述，另外在5.3至5.7节还做了进一步的阐述。最终温室气体排放减少量如5.9节所述。

一次

性生

物能

源（

E焦

耳/a

）0

50

100

150

200

250

300

350

400

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90温

室气

体排

放(二

氧化

碳当

量／

MJ

)终

端能

源使

用生物质能：藻类

生物质能：农作物

生物质能：互补砍伐

生物质能：残留物和废弃物

温室气体排放

潜力用量温室气体

排放与化石

燃料的关系

情景分析中

温室气体排

放与生物能

源的关系


图5-2 能源报告和其它研究中有关可再生能源分担比例的概览。左面两个图和右面两个

图的绝对数不能相互比较，因为它们分别是最终和主要能源用量。

生物质能份额大的主要理由在于，本情景分析在能源供应方面比其它的能源研究采用了

更高的可再生能源份额总量，2050年该比例达到95%。当试图实现这样的高份额的可再生

能源时，我们发现，最大的挑战就是可再生燃料和热能供应。

因此，在情景分析中，生物能源大都主要用来提供交通燃料和工业燃料以及热能，即满

足用可再生电力或其它可再生热能无法满足的能源需求。在其它需求主导型电力来源不足（

见图5-3）时，仅有很少量的生物能源用于电力生产。由于总体需求量在过去十年间趋稳，

生物能源的使用也是稳定的。

0

100

200

300

400

500

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0

400

800

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0

100

200

300

400

500

2000 2010 2020 2030 2040 2050

0

400

800

2000 2010 2020 2030 2040 2050

能源报告

促进2010年的变化

非可再生能源

其它可再生能源

太阳能和风能

非具体可再生能源

所有其它可再生能源，包括太阳能和风能

生物质能

《世界能源展望2009年》参考情景

壳牌蓝图一次

性能

源使

用（

E焦

耳/a

）

终端

能源

（E

焦耳

/a）

一次

性能

源使

用（

E焦

耳/a

）

终端

能源

（E

焦耳

/a）


终端

能源

（E

焦耳

/a）

图5- 3 生物能源选择与化石燃料和其它可再生能源的全球利用情况

生物能源所涵盖的主要能源需求类型有：

. 交通运输燃料的储能密度往往是一个至关重要的因素；尤其是：

o 远程公路交通

o 航空

o 海运

电或太阳能供热不充分的工业燃料；尤其是：

o 温度要求很高的应用

o 需要特定能量载体的应用，例如：气态或固态燃料。其中钢铁工业正是需要采用具有一定结构

强度的固态燃料的一个例子。

由于这些需求一般只能通过某个生物能源供应选项加以满足，因此情景分析中所需的生物能

源供应量较大。这意味着在情景分析时间范围的较早年份，充分采用了可持续生物能源的潜力。然

而，到2050年，跟情景分析中其它可再生能源选项一样，不再需要该项最大生物能源潜力，而有

了意外的能源供应，如图5 - 1所示。农作物类意外能源供应意味着并非所有能找到的可持续土地潜

力都需要用于种植能源作物。

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2000 2010 2020 2030 2040 2050


生物质能：交通燃料

生物质能：工业供热和燃料

生物质能：建筑供热

生物质能：电能

其它可再生能源


意外情况意外能源供应：来自生物质能的材料

目前，石油(产品)、天然气和煤等化石燃料不仅用于能源供应，而

且这些能源还用作生产塑料等材料的原料。这些材料还可以用木材、

沼气和植物油这些生物质能为主的原料生产。因此，材料和能源部门

之间会争夺生物质能。

由于材料原料的使用发生在能源系统外部，因此它超出了本情景

分析的范围。有一个例外是5.5节对以可持续林木作为生物能源潜力所

做的评估。在该评估中，考虑了当前和未来用于建筑部门以及纸浆和

造纸部门的工业圆木需求。

即使材料原料的使用超出了本情景分析的范围，我们仍对它对能源系统的影响范围做了

评估。国际能源署数据[国际能源署的报告《供需平衡，2008年》]表明：2006年，总共有

490百万吨油当量或21百万兆焦耳原油(产品)、天然气和煤被用作石油化工原料。这相当于

化石燃料总用量的9%。采用情景分析的人口增长和国内生产总值，推断到2050年材料原料

用量估计为66E焦耳。由于这个估计值未考虑未来材料效率和回收利用的得益，因此对其估

计有可能过高。

根据图5 - 1，我们可以看到，到2050年，除了生物能源生产所需的生物质外，这个

66E焦耳的物料需求还可由可持续生物质潜力来提供。此外，还可以分级利用源于生物质的

材料；在产品使用周期结束后，例如，它们可以作为能源燃烧使用。这种方法可将作为材料

使用的生物质资源和作为能原使用的生物质资源整合在一起使用，从而不会在其使用上出现

竞争。

方框5 - 10 意外能源供应：来自生物质能的材料


5.2生物能源的可持续性：确保可持续性的方法

为了使能源情景分析体现其可持续的特点，生物能源的供应必须是可持续的，并形成大量的温

室气体排放节省。本能源情景分析能保证做到这一点，靠的是用生物能源的全面理性观点来分析生

物能源的可持续性。如图5-4所示。

5.3至5.9节有更详细的描述。

图5- 4 在能源情景分析中，针对生物可持续性的概念路径

从图5-4中的概念图，我们推论出一套评估源于残留物、废弃物、林业余量采伐、能源作物和

藻类的可持续生物能源潜力的可持续性标准。表5-4介绍了这些标准。

这个情景分析的生物能供应需要同时满足关键可持续性标准和导致高温室气体排放节省

我们可以达到关键可持续性的标准

持续性的土地使用低土地使用改变碳的排放

持续性的林业余量采伐

持续性的农业和加工输入

低原料培养温室气体排放

持续性的残留物和废弃物使用低温加工和

运输碳排放

与此同时，我们能达到高量的温室气体排放节省


表5-1 适用于生物能源的可持续性标准

课题

土地使用和食品安全

农业加工和投入

林业余量采伐


子课题

当前土地使用农业用水使用

生物多样性保护

人类发展

食品安全

加工水使用

农业营养素使用

额外森林增长的可持续使用

传统生物质能的可持续份额的使用

残留物的可利用性

废弃物的可持续使用

要制定适用于确保可持续性课题的标准

. 不包括当前森林用地，受保护用地和农田的改变. 不包括不适合农业雨水补给田地的区域

. 部分包含在当前土地使用标准中

. 外加排除具有高生物多样性价值的土地


. 外加排除适合人类发展的土地


. 外加排除满足食品需求的土地

. 生物燃料生产加工用水可采用闭路循环

. 从可持续能源和原料中得到氮肥产量

. 磷和钾肥使用: 闭路方法

. 排除受保护的，不可及的，不便打扰的森林地区. 排除非商业种类. 排除工业目需要的林地

. 排除当前70%用传统方式使用的生物质能

. 排除不可用的残留物

. 额外的回收利用

. 不包括从不可再生资源中产生的废弃物


框5 - 11 案例研究: 甘蔗种植结合畜牧业的可持续性土地使用

他们同时下面论及的可持续性课题考虑了在图5-4左侧看到的那些课题：

. 土地使用和食品安全（5.3节）：我们已经排除了下述用地：为确保生物多样性得到保护的用

地，森林碳贮存得到保护的用地，人类发展用地和食品需求不受到种植生物能源破坏的用地。另

外，在生物能源作物用地的潜力方面，我们只包括了适合雨水补给农业的土地。. 农业和加工投入（5.4节）：我们将生物能源作物栽培限制在适用于雨水补给的农业用地。这

是一个重大的农业投入可持续性准则，因为水是主要的农业投入之一。除此之外，为确保加工用水

的可持续利用，在生物燃料工厂加工生物质能时，我们采用闭路水的办法。我们需要通过采用精耕

细做或闭路水的方法，尽可能少投入肥料。最后，所有氮肥都是用可持续能源和可持续的原料生产

的。. 林业余量采伐（5.5节）：我们只在能够做到可持续砍伐木材的地方做林业余量采伐。第一种

来源是有额外森林生长物的地方。为了确保这种砍伐是可持续的，只砍伐商用的、不受保护的或者

是已经不正常的林木。

案例研究甘蔗种植结合畜牧业的可持续性土地使用

我们用土地有不同的使用方式：可以提供食物，纤维制品, 供应房

屋和能量储备，保护大自然及其生物多样性。可用的土地数量是有限

的, 因此用一种可持续的方法来满足这些增长需求是很重要的。

一种可使土地产量持续增加的方法是引入混合的农作物畜牧农业系

统，这种系统的一个例子是甘蔗种植结合养牛，[Sparovek，2007

年]。巴西地区的里贝朗普雷图实践了这一理念。

先前只是用来大量牛养殖的土地现在也部分用来生产甘蔗。这种甘蔗被加工成乙醇燃料。

在加工过程中产生的残留物被用作牛的补充饲料。

因为现在有了一种牛饲料的资源，喂养同种牛只需要更少的放牧地，因此为甘蔗的种植提

供了更多的土地。

结果显示，用这种方法，同样的土地过去只能养一些牛，现在养同样数量牛的同时，还可

以从甘蔗中生产出乙醇。除此之外，农民的收入也提高了，动物蓄养的环境也没有变差，因为

蓄牛量很低。


第二种来源是使用一部分传统生物质能。为了确保其可持续性，会逐渐弃用大部分传统生

物质。本情景分析中不使用传统的生物质能。

. 残留物和废弃物（5.6节）：我们只将那些源于可再生资源产生的残留物和废弃物包括进

来。任何会出现争夺性使用情况的残留物，我们对其不加考虑。

在5.3至5.6节中，本情景分析会详细讨论所有的标准和这些标准的应用。采用本情景分析

中的生物能源会获得温室气体排放量的节约，5.9节将讨论这些标准如何对其产生影响。

5.3生物能源的可持续性：土地使用和食品安全

本情景分析对于种植生物能源作物的土地使用按重要性做了排序。另外，为了节省农业投

入，不要求灌溉38，本情景分析将生物能源作物种植仅限于适合种植用雨水补给的用地。

因此，在本能源情景分析中，下面的土地不适用于种植生物能源作物：

. 用于提供食物，饲料和纤维的土地；考虑到未来人口增长和饮食的变化情况。

. 用于生物多样性保护和森林生态系统中高碳贮存森林生态系统的土地。

. 用于为人类发展而扩大居住环境的土地。

. 不适合或勉强适合种植用雨水补给能源作物的土地。

我们基于这种土地使用的优先顺序，对用雨水补给种植能源作物的土地潜力做了评估。图

5- 5显示了这一评估的结果。

我们认为需要有一个实质性的土地利用规划（政策），用正确的方式指导土地使

用。7.2.3.节会详细讨论这一点。

38. 我们认为农业水使用是个复杂的问题。一方面灌溉的集中使用能导致（局部和地区）淡水缺少。另一方面，灌溉是实现土地丰产潜力的手段，从而减少对

额外农业用地的需求。因此我们选择在适合雨水补给的农田安排种植能源作物。这可以提高产量而不需要额外利用水，有些做法可以提高产量，如临时储存雨

水，用雨水浇灌。如果对当地或区域的生态系统和水源供应没有破坏性影响的话，就可以这样做。


这个评估数据来自于国际应用系统分析研究所最近的一项研究 [Fischer，2009年]。该研究报

告的2.7节评估了不同生物能源作物的生产潜力。我们使用了这一研究报告和可持续能源服务与创

新公司的分析的数据，采用图5.5中的分级方法，对能源情景做了评估，并在随后的内容中做了详

尽的描述。

a.全球陆地总量（不包括南极洲）

b.不包括：受保护土地，荒地，城市区域和水体

c.在国际应用系统分析研究所（IIASA）案例中研究报告中所考虑的土地总量

d.不包括：目前的农田

e.不包括：未加保护的林地

f.不包括：不适合雨水补给的农业用地。

g.雨水补给农业的潜力

h.不包括：生物多样性保护，人类发展和食物需求的额外用地。

i.情景分析中能源作物的潜力。

j.能源情景分析：能源作物的土地使用

z.目前用于维持畜牧业的土地（仅供参考；可能与其它类别重叠）

图5- 5 针对能源作物的旱地耕作的土地潜能得出的能源情景分析评估结果

1.起点；全球土地总量不包括南极洲为132亿公顷。

2.不包括受保护土地，荒地，城市地区和内陆水域，因为他们不能用于农业。根据国际应用系统

分析研究所（IIASA）的数据，总量达54.23亿公顷。

3.不包括目前保护现行农业食品生产的用地。根据国际应用系统分析研究所的数据，总量达15.63

亿公顷。图5- 8可见。

4.不包括所有当前未受保护的改为受保护的林业用地，以保护森林生物多样性和森林碳贮存。根

据国际应用系统分析研究所的数据, 总量达28.06亿公顷。图5- 8可见。

5.不包括不适用或勉强适用于雨水补给农业以确保只种植雨水补给的生态能源作物。根据国际应

用系统分析研究所的数据, 总量达25.15亿公顷。图5- 9可见。

6.不包括满足生物多样性保护，人类发展和食物需求的追加土地。这是基于可持续能源服务与创

新公司的文献分析，在表5-10和5-13中有更详细的描述。总量达2.2亿公顷。

所有数量按百万公顷（Mha）计算

13,200

5,423

7,777

1,563

2,806

2,515 3,920673220 250893

a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. z.总量未考虑 IIASA

总量当前耕地

森林用地

不适合的

雨浇田潜力

额外排除

情景分析雨浇田潜力

情景分析靠雨浇田

目前家畜


基于这一评估，我们计算出能源情景分析中雨水补给能源作物种植可持续潜力土地总量为

6.73亿公顷。在5.3.1到5.3.5节中对这一评估还有更详细的论。

评估的潜力来自于草地和生长稀疏的林地。目前这类土地大部分用做低畜牧量的草地。通

过限制未来畜产品的需求，对现行畜牧量非常低的畜牧制度加强管理，将上述土地用于其他目

的是可以办到的。在5.3.5节和框5-4中有更详尽的描述。另外，框5-4介绍了目前用于蓄牧牲

畜的39.20亿公顷39土地总量的情况。

能源情景分析将6.73亿公顷潜力看作潜力。然而，能源情景分析认为用不了全部土地潜

力。到2050年，用于生物能源作物种植的最多土地为2.5亿公顷，如图5-5所示。

编制能源情景分析时所做的设想对这两个数值的影响很大，一个是可用土地6.73亿公顷，

另一个是实际用于生物能源作物种植的土地2.5亿公顷。例如，可用土地取决于食品需求和农

业生产率的变化（见5.3节）。而实际用于种植生物能源作物的土地又取决于许多设想，这种

情况最突出的体现在交通运输部门（又参见附录D）。

39. 数字仅为比较使用


框5- 3 场景：能源情景分析中的土地利用

场景能源情景分析中的土地利用

世界范围内的全部陆地体量不包括南极洲，面积约为132亿公顷（合1.32亿平方公里）。

这块土地的现状或者功能通常是指“土地利用”。土地利用有许多类型，有些土地为人类有

效的使用，如农业用地、人类开发用地，如城区和交通基础设施。其他土地利用反映了土地

的自然状态，如林区和草场、林地。

此情景分析涵盖了七种不同土地利用方式的土地使用分析。在于5.3节和其小节的分析

中，我们计算了下述情况对全球土地使用的诸多影响，如人口增长、饮食改变、生物能源

利用和生物多样性保护。图5-6显示了土地利用的目前情况和2050年的情景分析情况。

图5- 6 目前情况和到2050年情景分析中的全球陆地体量的土地利用，不包括南极洲，

总计为132亿公顷。2.55亿公顷的生物能源作物用地为情景分析中生物能源作物用地的最

大数量。

从图5-6中，与目前的情景相比，生物能源作物显然有较大的增长。但与总的土地利用

相比，增长不大。大量的现在未保护的区域，森林和草地、林地也置于保护状态。在本节

和其小节部分，对各种土地的类型加以详细的介绍。我们认为，要有用正确方式指导土地

使用的实质性的土地利用规划（政策），在7.2.3节将进一步讨论。

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000土地

使用

（百

万公

顷）

无保护的草地和林地

无保护的被森林覆盖的区域

受保护区域

生物能种植地农业种植地

农业种植地

人类发展区域

其余不适合农业发展区域


5.3.1 当前土地使用

我们的能源情景分析中，不包括非能源作物用地。非能源作物用地如下：

以下土地不可能成为能源作物用地

1.荒芜的土地

2.城市地区

3.内陆水体

以下土地不允许作为能源作物用地

4.受保护土地

5.林地

6.农田

国际应用系统分析研究所（IIASA）的资源研究报告，早就把上面先列出的四种土地利

用方式排除了，从而减少如图5- 7所示的评估土地量。

图 5- 7在国际应用系统分析研究所研究报告中早就排除的土地利用方式，其它不适合农

业用地包括：荒地和内陆水体。

然后我们进一步排除所有当前被森林覆盖的土地和当前的农业耕地转换为保护当前森林

生物多样性、森林碳贮存和当前食物生产的土地40。图 5 - 8 展示了这些排除情况的结果。

40. 下面的步骤已经处理了额外的生物多样性和食品安全保护问题见5.3.3和5.3.5节。

3,311

264

1,848

7,777


其它不适宜农业的土地

城市用地

受保护的土地

在国际应用系统分析研究所研究报告中考虑的土地总量


图 5 - 8 在情景分析中，基于当前的农业耕地的土地使用或作为未保护的森林占地被排除

总计，在排除这些用地之后，起初的34.08亿公顷还剩下8.93亿公顷。

5.3.2 雨水补给农业用土地的可持续性。

我们也确信可持续的水投入对于能源作物种植是必要的。因此在国际应用系统分析研究

所研究报告中我们排除了所有被认为是不适合或者是有点适合雨水补给农业的土地。图5-9

显示了这一做法的结果。

5.3.3 生物多样性保护

德国全球变化咨询委员会关于生物圈的保护作了一项研究[WBGU,1999年]。其中的一个

结论是为了保持生物圈的不同作用，10-20%的大陆块应该被保护，比如气候调节和它的生物

多样性。关于受保护地域的世界资料库提供最近的数据，声明14%的大陆快现在已被保护。

德国全球变化咨询委员会进行了一项有关保护生物圈的研究[德国全球变化咨询委员会

（WBGU，1999年）]。这项研究的结论之一是，10%到20%的世界土地体量应该加以保

护，从而保护生物圈的不同功能。诸如气候调节和生物多样性。

提供的最新统计数据表明，世界陆地体量中只有14%目前受到保护[世界保护区域数据库

（WDPA，2009年）]。


当前农业耕地

无保护的森林占地

在情景分析评估中考虑到的土地总量

1,563

2,806

3,408


图 5 - 9 在能源情景分析中基于雨水补给农业的可持续性的土地排除

因此，由德国全球变化咨询委员会提出的范围上限，还有6%的全球陆地体应该得到保

护，尽管这6%在哪里还不知道。我们的计算表明，满足这一要求还会减少6%用雨水补给种

植能源作物的土地潜力。这一减少量补上了5.3.1节介绍的基于国际应用系统分析研究所数

据所排除的应保护的土地，减少量合计达5400万公顷，如图5 - 10所示。

图5-10 情景分析中排除的基于生物多样性要保护的土地

474

419

2,515

446

54

394

2,515



非常适合或适合

中度适合

不适合或有点适合


排除生物多样性保护

中度适合



5.3.4 人类发展

Hoogwijk做过一项关于可再生能源潜力的研究，其中对建筑环境的土地利用增加情况进

行了评估[Hoogwijk，2004年]。目前建筑环境所占用的陆地估计占全球除南极洲以外陆地

面积的2%。联合国预测估计到2030年这个陆地占用率会增加到4%[UNEP，2002年]。

我们因此假设，到2030年，建筑环境的陆地占用率会由现在的2%增加到4%。如果根

据能源情景分析中所使用的人口增长数目来推断，到2050年，这个数字会达到5%。建筑

环境的陆地占用率由现在的水平增加到2050年的水平，就会另外需要（不包括南极洲在内

的）全球陆地体3%的面积。

接下来，我们假定，这些新增的建筑环境占用的是未被保护的草原或森林。因为其它类型

的陆地或者不可能被使用，或者不允许被使用，或者能被使用的可能性非常小。不包括南极洲

在内的全球3%的陆地面积就占到了未被保护的草原和森林面积的12%，这样就会导致我们减

少了12%潜在的能够由雨水补给方式种植能源作物以用于人类发展的陆地。

根据本文5.3.1部分列出的国际应用系统分析研究所提供的数据，这个减少量是在排除掉

城市面积的基础上的补充。如图5-11所示，减少的总面积是104万公顷。

图5-11 情景分析中，不包括用于人类发展的土地

5.3.5 食物需求

要有多少耕地才能满足未来食物的需求是一个很有争议的问题。我们用一个比较可行的方

法来估算现有耕地量是否能满足未来食物需求的增加。我们这个方法的前提是，假定2005年



不包括用于生物多样性保护的土地

不包括用于人类发展的土地

中度适合


390

54

104

345

2,515


食物的供应与需求是相等的41，它们的指数都设定为100%。那么我们就预测它们到2050年的

变化如下：

我们用如下的分级方法一步步推算食物需求量的增长情况：

1. 我们由目前的人均消耗卡路里值开始计算，这个数值来自于[联合国粮农组织统计数据

（FAOSTAT）, 2010年b]。目前人均消耗的植物热量大约是2400千卡，而人均消耗的

动物热量在非经合组织地区和经合组织地区分别是350千卡和950千卡42。将动物产品的热

量通过转换系数换算成农作物当量。这些转换系数43是根据生产这些动物产品所必需的农

作物饲料投放量得出来的。每生产1公斤动物产品所需要的饲料量分别是：17公斤(肉类)

，2.4公斤(蛋类)，1.7公斤(乳制品)。

2.分别计算经合组织国家和非经合组织国家在2005-2050年间按常规情景分析(BAU)人均

饮食量。这是在现有的饮食预测基础上作出的[联合国粮农组织（FAO）2006年]。

3.然后我们假定在2005-2050年间，全世界总的动物产品消耗量的增长控制在65%以内。考

虑到人口增加的影响，这就意味着在这个时间段内，人均动物产品消耗量(换算成农作物当量)

只增加10%44。

41. 这就是说，我们在预测未来食物需求和供应时，并没有考虑食物分布方式。这并不是说目前的食物分布方式应该一直保持不变。目前全球食物分布明显不

均，但这个问题不是本研究的内容。

42. 这其中，大约210千卡(非经合组织地区)和480千卡(经合组织地区)来自肉类产品，余下的则来自乳制品、蛋类、鱼类等。

43.对于肉类，这个系数是从文献数据中得到的。文献数据包括各种类型动物的饲料转化率数值[Smeets，2008年]及目前各种动物肉类消耗量的分布情况[联

合国粮农组织，2006年]，其中肉类以牛肉、羊肉、猪肉和猪肉制品的混合肉类计。对于蛋类，使用的是[Blonk，2008年]中的数据。对于奶制品，使用的是

[Smeets，2008年；Pimentel，2003年；Linn，2006年]中的数据。假定每公斤以干物质计的饲料的能量是19兆焦。[Smeets，2008年]。

44. 这可以通过以下的饮食情景分析来达到，但只能将其作为一个例子来看待：

到2050年，经合组织地区和非经合组织地区的饮食结构中，肉类(和蛋类)的量是相同的。这个饮食结构意味着，与2005年相比，到2050年，经合组织地

区的肉类消耗量减少50%(蛋类消耗量保持不变)，而非经合组织地区的肉类消耗量增加25%(蛋类消耗量增加60%)。到2050年，在经合组织地区，乳制品消

耗量保持不变，而在非经合组织地区，乳制品消耗量翻了一翻多，达到经合组织地区人均乳制品消耗量的50%。在这个限制肉类消耗的的饮食结构中，非经合

组织地区的人均每日食物的总摄入量大约是2800千卡，经合组织地区则是大约是3000千卡。这就意味着与2005年相比，到2050年，这个摄入量在经合组织

地区降低了10%，而在非经合组织地区增加了10%。


4. 我们将这个限定好的人均饮食量与情景分析中的人口增长数相乘，得到以农作物当量来

表示食物需求增长总量。这些数据以2005年的数值为100%，换算后在图5-12中用黄线表

示出来。

我们以现有耕地量每年能增产1%来推算食物供应的增长量。增产率1%是取了在文献中

所提到的预测增产率在0.4-1.5%这个范围的中间值[联合国粮农组织，2009年；联合国粮农

组织，2006年；PBL，2009年；IIASTD，2009年；Erb，2009年]。这个分析中并没有

明确考虑天气变化对产量的影响，但我们通过选择增产率预测中的中间值，尽量使我们的假

设更加合理一些。

这个增产率是以2005年产量为100%来计算的，在图5-12中用蓝线来表示。作为参考，

图5-12也包含了在过去50年中粗粮的产量数据，这期间的增产率比能源情景分析中假定的

1%要高。

图5-12 在基于全球食品安全的情景分析中计算了不包括的土地

从图5-12中我们可以看到，在我们情景分析的假设中，现有的耕地是能够满足2050年的

全部食物需求的。但是，在中间年份中，会有一些变化。以现有耕地量计，我们计算出食物

短缺的最大值出现在2035年，短缺的耕地量为现有耕地量的4%，达到6300万公顷。

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

180%

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

数值

(按2

00

5年

生活

指数

计算

)

产量

需求量

粗粮产量（实际数字）

到2035年，还需要6300万公顷的土地


框5-4 场景：牲畜饲养在全球陆地利用中起到的作用

场景牲畜饲养在全球陆地利用中起到的作用

用于牲畜饲养的陆地在全球已被

使用的陆地中占了很大一部分比重。

因为很难得到准确的数字，我们根据

以下的文献数据做了一个估算。

1. 用于种植饲料作物的耕地。根据

[IIASA，2009年]的估算，这部分耕

地占了目前总的15.63亿公顷耕地量

的33%，即5.2亿公顷。

2. 用于永久性草场或牧场的土地。根据[联合国粮农组织统计数据，2010年]的数据，最近

几年中，这一部分土地面积大约是34亿公顷。这就是说132亿公顷陆地中的39.2亿公顷，或

者是说不包括南极洲在内的全球30%的陆地是用来饲养牲畜了。

这就表示，如果能够减少饲养牲畜所占用的陆地的话，就会节余下很大一部分陆地来用作

其它目的。情景分析中提到了两种方法来减少这部分陆地的使用量。

1. 降低畜牧产品需求量，特别是肉类的需求量。这就需要限制肉类消费，创造一个更加可

持续的饮食方式。这个可以通过将经合组织国家人均肉类消耗量降至2005年的50%来实现。

而在非经合组织国家，要保证人均肉类消耗量与2005年持平，这也意味着到2050年非经合

组织国家的肉类消耗量会增加25%。关于这种饮食假设的更详细的内容可以参阅本文第5.3.5

部分。

2.强化低密度畜牧系统。按照上面的估算，大约34亿公顷的陆地被用作了永久性的草场或

牧场。这些畜牧系统的密度很低，每公顷面积只有不到1头或只有几头牲畜。可以通过例如将

畜牧与农作物种植整合到一起的方式来持续强化这些系统，并且不会对动物造成不利影响。

这样，在同样面积的土地上，不仅能得到相同数量的畜牧产品，还能得到附加产品，如粮食

作物或生物能源作物。框5-2就是一个甘蔗和牛共存的例子。

本情景分析通过这两种手段，采用可持续的观点看待畜牧产品的生产和消费，并提出了可

持续的陆地利用方案，如框5-3所介绍的。


框5-4 场景：牲畜饲养在全球陆地利用中起到的作用

意外为未来食物需求和供应建立模型

食物是世界上最重要的农业产品。这一点从下面两个事实中就能反映出来：几乎所有的

农业产品都是直接用来养活世界人口，或间接用来喂养能够提供动物产品的牲畜。其它的农

产品，例如用来生产服装的纤维，用于提供能源的生物质能以及烟草生产，只在目前的农业

生产中占了很小的一个份额。

这就意味着，为食物的需求和供应以及它们之间的平衡建立模型，对于所有的农业和土

地利用的分析，包括情景分析中的生物能源潜力分析，都是非常重要的。这是一项非常复杂

的工作，原因如下：

. 需求：未来对食物的需求是取决于世界人口数量以及人们的饮食结构。而饮食结构，反

过来说，又是建立在一些因素上，比如财富和文化选择。饮食结构中动物产品所占的比重尤

为重要，因为这需要大量的动物饲料。

. 供应：未来食物的供应取决于有多少面积的陆地可供粮食种植，以及单位面积陆地的粮

食产量。从长期来看，很难预测产量会如何提高，因为它也取决于很多因素，比如说研发成

果、技术应用、教育以及可持续性的要求。

. 需求和供应间的平衡：人们对食物供应与需求间的平衡问题知之甚少。我们通常认为目

前的食物供应是足以满足全球需要的，只是由于分布的不平衡才导致了世界上一部分地区食

物的短缺45。

在能源情景分析中，有多少可用于种植生物能源作物的陆地在很大程度上依赖于食物分析中

所作的假设。在可能的地方，我们都使用了传统的假设，但有一个明显的例外，就是我们在

肉类消耗上做了限定，提出了一个更加可持续的饮食结构。见5.3.5部分。

45. 在能源情景分析中，并没有对食物分布体系的变化做出明确的假设。这就意味着我们这里的计算，是假定目前的食物供应和分配是平衡的，并且将来也

会一直保持平衡。平衡的意思是说在全球范围来看，没有因食物生产不足，而需要我们“预留”出额外的耕地的情况；也没有被过度使用的耕地，如果减少

这部分耕地的食物生产便会影响到食物供应的情况。但这并不是说区域性的短缺或过度供应不存在，只是因为情景分析中没有对这些情况在未来会怎样变化

做出假设。减少食物和农业领域的浪费可能会改善这种状况。这并不是本研究的范畴，但就这一问题做出更深入的研究是很有价值的。


意外情况为未来食物需求和供应建立模型

从表5-2可以看出，这些因素的任何改变都会对粮食种植所用耕地的需求量产生巨大影响。

表中列举的数字就表示出了这些变化是如何导致现有的农业耕地轻微或大幅增加或者大幅减少

的。

同样地，在需求侧的变化也会影响在情景分析中实际的陆地利用情况(而不是这里所显示

的潜在的陆地)。附录D中简要探讨了这个问题。

表 5- 2 对粮食用耕地的额外需求：不同的假设对食物供求及平衡的影响

因素

情景分析的结果

供应: 年产量增长

需求: 肉类消费量

需求与供应的平衡

可用的

673

300 - 1,080

350 - 1,270

500 - 800

已使用的

250

-

-

-

对能源情景分析中使

用的数据做出的改变

-

用0.4-1.5% 来代替

1%46

肉类消费量的降低，

用25- 75% 来代替

~50% 47

用2005年供应是需求的90-110%，来代

替平衡

生物能源农作物耕地

尽管在至2050年间任何给定的年份，已知的63百万公顷额外土地对于满足食物需求是很

大的数量，但是在情景分析的的整个时间跨度内，我们还是选择在潜力中将其排除在外。这个

缩减是在5.3.1部分列出的IIASA数据基础上对现有的农业耕地进行了一部分排除之后的缩减。

在图5-13中可以看到这个缩减。

46. 情景分析中更多的关于这个问题的假设的信息请见5.3.5部分

47. 情景分析中更多的关于这个问题的假设的信息请见5.3.5部分和框5-4


图5- 13 在情景分析中，基于食品安全不包括的土地

5.4 生物能源的可持续性：农业和加工的投入

为确保可持续的农业和能源作物加工，我们为它们所需要的投入做了一个可持续发展的框架。

加工用水

根据文献数据、专家意见和我们以前的经验，我们认为，实现生物燃料加工用水的封闭循

环在商业上是可行的。这就是说，生物燃料加工厂排放出的清洁水量与它们的所抽取的总水量

是一致的，因此不会对正常供水造成不利影响。这项技术的供应商Dedini[Dedini，2008年]宣

称，它们建的工厂抽取的是不可饮用的河水，排放的却是可饮用水。如果这一点能够被证实，

那么这些工厂就可以充当净水厂的角色。

农业用水

在情景分析中，对能源作物的产量预测是建立在雨养农业系统的基础上的。在这种系统中，

营养物质是加到土地中的。

在农业用水方面，情景分析中的能源作物不需要灌溉38。能源作物的产量按照土地对于雨

养农业的适应性来衡量(见附录C2)。这就意味着大部分情景分析中的作物产量是目前高投入的

农业系统所能得到的最大产量的50-70%。附录C2中列出了这些产量数据。

35754

104

63

316

2,515



因生物多样性保护而排除

因人类发展而排除

因食物安全而排除

中度适合



框5-6 情景：在能源情景分析中，生物能源的用水情况

水，尤其是淡水，是人类一个非常重要的资源。我们将水用

作营养物质，作为饮用水，作为一种农业资源，也将它用作其

它用途，比如清洁、娱乐和运输。水也是保护自然及其生物多

样性的一个要素。因此水在能源情景分析中一直被看作是可持

续资源。情景分析通过引入以下方式来实现这个水资源的可持

续利用：

. 生物能源加工用水的闭路循环：生物能源加工厂所排放的水的纯度能够达到或高于它所抽

取的水的纯度。更多信息参见5.4部分。

. 生物能源作物的雨养种植：在能源情景分析中，生物能源作物是不需要灌溉的。它们从自

然降雨中获得必要的水分。更多信息参见5.4部分。

. 用海水或咸水栽培藻类：用于生产交通生物燃料的海藻油是从用海水或咸水而不是淡水栽

培的藻类中提取的。更多信息参见5.7部分。

场景在能源情景分析中，生物能源的用水情况

农业养分的利用

关于农业养分的利用，能源情景分析中包含了一个以氮、磷、钾为基础的最常用的养分的框

架。这个框架的目的是要尽量减少对养分的补充，从可持续的来源中产生以氮为基础的养分。

. 所有的肥料：氮(N)、磷(P)、钾(K)：尽可能的采用封闭循环来减少对肥料的需求。

o 通过精耕细作减少对N、P、K的投放。

o 尽量减少N、P、K在环境中的流失。

o 从废渣和废液中回收N，P，K，例如将排泄物返还回土地中。

. 氮(N)肥

o 在情景分析中，氮肥是与可持续的热能一起生产的。

o 在情景分析中，氮肥中的原料氢是从可再生能源发电中产生的。


因此，为了确保尽可能做到养分可持续的利用，在能源情景分析模式的需求侧方面，我

们包括了以下内容：

. 为种植生物能源作物而生产氮肥所需要的全部热能投入。

. 为种植生物能源作物生产氮肥而生产氢所需要的全部电力。

这种机制也可以用于存储供应主导的可再生能源电力。

由于空气中的氮是目前氮肥生产方法48的唯一必要组成部分，生物能源种植的氮肥生产可

以实现完全可持续发展，前提是所需电力如能源情景分析所述，能够从可持续来源中获得。

此外，我们建议尽可能采用养分闭路方式，如采用精耕细作技术，尽可能减少养分损失和

循环再利用来自于残留物和废水的养分。例如，出于对养分应用相关的经济或政策考量，在发

达国家的农业中，采用这种做法的趋势已经是大势所趋。

精细农业的目的是调整养分应用以满足作物的确切需要。养分损失的减少可以通过改进应

用方法来实现，通过这样一种方式使用养分，养分就不会轻易流失。养分循环可以通过将富含

养分的残留物和废弃物返回耕地得以实现。这包括从湿垃圾（如粪便）发酵后沼液中回收养分

作为土地肥料，因为在发酵过程中养分能被保存下来。相关内容请参阅5.6节。另一个例子是

从人类的污水中回收养分。我们认为，这种闭路循环所需的必要技术和做法需要进一步完善和

更广泛的普及，才可能得到更好的推广使用。

5.5生物能源的可持续性：林业余量采伐

森林木材砍伐是为了满足不同的用途，如用于建筑，造纸或能源生产。在能源情景分析

中，我们已经分析了从森林中为能源而获取木质生物质能的可持续潜力，当然也考虑到了木

材还有用于其他用途的需求。这种可持续的林业余量采伐包括两个部分，在此我们分别加以

讨论。

48. 在目前的氮肥生产中，天然气与空气在高温和高压作用下发生反应产生氨气，然后进一步加工成氮肥。由于天然气既为热能的来源也为氢气的来源，在我

们的愿景中，我们用可持续的热和氢气取而代之。


框5- 7 场景：能源情景分析中的森林

49. 我们认识到，这部分的规模只是一种估计，可能会因当地条件的不同而不同。因此，以前作为传统生物能使用的可持续生物质能利用应适应当地的情况。

此外，最不可持续的利用应首先淘汰。

在可持续的全球生态系统中，森林发挥着重要的作用。

他们吸收二氧化碳并以生物质能的形式存储，同时还能释放出

氧气。此外，森林是世界生物多样性的主要组成部分。因此，

在情景分析中，我们不容许任何耕地扩张到目前为林地的地区

中，不管是为获取食物，还是为获取生物质能源。事实上，我

们增加了世界上受保护的土地面积约50％。欲了解详情，请参

阅框5- 3。

森林中的植被通过吸收二氧化碳和和阳光中的能量得以生长。一部分树木砍伐下来可提供

木质生物质，如用于建筑，以及提供能源。这应以可持续的方式实施。情景分析中的从林业获

取生物质能的潜力来自于可持续来源，即：

. 包含两类子类的可持续林业余量采伐：

o 例如，在满足工程施工、建筑和造纸的其他需求后，在有剩余的可持续林业潜力的地区，

才可以进行林业余量采伐。

o 传统生物质能的可持续利用：在许多地区，特别是发展中国家的农村地区，目前是用传统

生物质能提供能源。能源情景分析预测，到2050年，传统生物能源的使用将逐步淘汰，因为

它将逐渐被如太阳热能等其他供应选择取代。我们估计，从全球平均水平来看，目前在传统生

物能源使用中，有30％的潜力可释放出来，而用可持续的方式获取。因此，在本情景分析中，

这30％的部分49被保留下来作为满足低温建筑热能需求的可持续生物能供应，正如目前就是这

样做的。另外现有70％的传统的生物质能未被纳入可持续利用的范畴，在情景分析中属于逐步

淘汰的部分。

. 可持续木材加工和木材采运作业残留物和木质废弃物：用于非生物能源的可持续林业和木

材加工的残留物，例如：木材加工厂的木屑及废木料。

5.5和5.6节进一步详细阐释了木材可持续林业余量采伐和残留物和废弃物的相关内容。综

述示意图参见附录E。

场景能源情景分析中的森林


5.5.1额外森林生长物

可持续额外森林生长物，这里是指目前没有砍伐的生长物：

. 不需要为将来用做工业圆木（如用于建筑或造纸）用而生长的。

. 为生态健康可以砍伐的。

该情景分析对于可持续额外森林生长物的潜力主要是依据Smeets的一个研究 [Smeets，2008

年]，下面介绍的内容有一些修改。

根据这项研究，世界上额外森林生长物的技术潜力到2050年会达到约64E焦耳木质生物

能。然而，生态约束潜力约为8 E焦耳。出现这个差异的原因是从生态潜力中排除了所有保

护的区域，交通不便的区域，及原生态区域50。这意味着，供应木材的地区仅限于不正常的

或目前可供应木材的森林地区。

进一步的可持续性保障是在全年总增量中仅使用商用林，而不用其它的可用林木51。

因为Smeets的计算有一部分是根据较老的资料来源[联合国粮农组织，1998年]进行计算

的，我们又选择六个国家（巴西，俄罗斯，拉脱维亚，波兰，阿根廷和加拿大）做了额外

的计算。我们认为此举尤为必要，因为在上述六国的一些国家，从1998年至今，“不正常

的”森林面积发生了相当大的变化。

在附加计算中，由可用于木材供应的不正常森林面积的额外增加，而带来的可持续林业

余量采伐量，是依据一些国家最近2010年全球森林评估报告（2004-2008年间的数据）[粮

农组织，2010]，和原来的基础数据相比，而确定的。这带来了更多的补充潜力，尤其是俄

罗斯和加拿大。造成主要差异的原因在于能作为木材供应的不正常森林的更新统计数据。上

述六国的额外潜力被Smeets列入了生态潜力，带来了～27E焦耳的可持续额外森林生长物

全球总潜力。

50. 用于水土、山坡和分水岭保持的区域也要保护

51. 潜力由每年总增量（即一年单位面积森林增长量）、被考虑的森林面积和对木材产品的需求而决定。因为商用林每年增加值是按国家平均水平来计算，而

在森林面积中的商用林份额相对较高，其潜力很有可能被低估，这也为保障可持续砍伐做法提供了一个“缓冲区”。


几个因素促成了这一相对较大的额外潜力：

这些因素中最重要的是：. 与1986-1995年间的数据相比，更新了有关森林利用的统计资料（也更具可靠性）. 在诸如俄罗斯和巴西这些国家林业部门的较大变化（林业部门的发展，更全面看待林区

的功能和交通改善）. 联合国粮农组织目前给出的统计数据的类别和定义分得更详细

图5-14 根据额外森林生长物的可持续采伐和传统生物质能可持续使用，包括和不包括林业

余量采伐的分类

5.5.2 传统生物质能的可持续部分利用

目前仍然用传统的办法使用一部分可持续的生物能源，主要是室内采暖，被归类为“林业

余量采伐”（包含传统利用）。我们认为，这种利用方式的大部分情况是木质生物质能52，不

过显然也有其他部分的生物质能来源。

本能源情景分析还认为，目前认为不可持续的生物能源传统利用都会逐渐放弃使用，而代

之以更多的可持续途径，如太阳能供热选项。

52. 关于使用传统生物质能利用构成的详细数据都不可用。因此，我们决定不让它进入住宅建筑部门供热以外的任何其他供应线。然而，在现实中，它的部分

可能适合于木质纤维素转化。

27

11

25

所有数值单位为EJ

额外森林生长物的可持续采伐蕴藏量

可持续传统生物质能蕴藏量，能源情景分析中包括此项

不可持续传统生物质能蕴藏量，能源情景分析中不包括此项


目前还无法得到有关传统生物质能利用可持续部分的文献资料。因此，随着情景分析逐

步淘汰传统生物质能利用，我们估计淘汰的30％生物质能会以可持续的方式获得。这一类别

的全世界的潜力可达11E焦耳。请注意，在该情景分析中的后几年，由于建筑物热能需求大

幅减少和其他可再生能源选项的利用，这一潜力不会完全被用。

在林业余量采伐类别中，我们可以获得38E焦耳的木质生物质能，如图5-14所示。

5.6 生物能源的可持续性：残留物和废弃物的使用

我们研究了图5- 15所示类别53的残留物和废弃物的文献。完整的来源一览表可参见附录

G5。

图5-15 能源情景分析中2050年的五类54可持续残留物和废弃物潜力

在获得每类残留物和废弃物潜力的文献数据后，我们做了三个补充分析，以得出最终残

余物和废弃物的潜力数字：

53. 在能源情景分析中，人类污水未被归类为能源来源；因为有关这一潜力的文献非常有限，所以无法收集确凿的数据。在任何情况下，人类污水很可能只是

整体残留物和废物潜力的一个小小贡献者[欧洲经济区，2006年]。当然，该方案仍支持不论是发达国家还是欠发达国家的人类污水都可生产能源的观念。不

过，基于上述原因，从数量上来说它不包括在方案的能源供应中。

54. 因舍入的差异，单个数值可以构成为不同的总额。

1

25

25

38

11油脂残留物和废弃物

林业残留物和木材废弃物

农业残留物

湿残留物和废弃物

干废弃物


总计：101 EJ


1.我们改编了2050年粪便和废弃的动物脂肪潜力的文献预测，以反映情景分析5.3.5节中

的肉类消费水平。

2. 我们改变了城市固体废弃物（MSW）的干废弃物潜力，以反映这一事实，即并非所有

的城市固体废弃物都是可再生的；有些是湿的，有些是干的，见图5-16：

a.全球47 E焦耳的潜力，依据现有文献，我们估计，25％可以循环使用（如纸张）。

这是对发生在垃圾来源预分类之后已回收的补充，预分类回收如在家庭中或在包装公司分开收

集的废纸回收。

b.剩余35E焦耳的潜力，依据现有文献，我们估计，60％不可再生，如塑料。

c.剩余15E焦耳的潜力，依据现有文献，我们估计，75％是干废弃物，25％是湿废

弃物。

3. 我们改变了有些类别的可用性比例，也称为可回收部分（RF），因为他们与其他情景

分析原则55不一致。图5-17的例子介绍并解释了在经合组织国家用于谷物秸秆的可回收部

分。我们在分析中使用的可回收部分详见附录C1中的表。

木材加工剩余物和木材废弃物直接依据[Smeets，2008年]而得出的，Smeets的研究已

经考虑了这些来自其他部门的残余物和废弃物（例如造纸和细木工板行业）的多种其他用

途。该研究初步计算这些残留物对生态无害的可能性，然后以贸易为主的模型56中再减去所

有需求，包括其他的用途。

55. 一个例子是，将发酵物作为肥料返回到土地，这也包括如甜菜和木薯残留物的发酵物。正因为如此，通常用于土地养分循环而留下的残留物，可以移走，

消化并返回给提供相同养分循环的土地。

56. 减去这些潜力中具体部分的特定需求是可取的，这可以确保这些部分和其具体用途之间的密切联系。[Smeets，2008年]采用一种略微不同的方法，以调

查地域分割和贸易影响。这与中间产品贸易流量的长远观点是一致的。


47

12

35

21

4

11

a. b. c. d. e. f.

35%

65%

a.在预分类回收后的全球混合城市物体废弃物

b.不包括：情景分析中的补充回收

c.不回收循环的混合城市物体废弃物

d.不包括：不可再生废弃物

e.能源情景分析提到的混合城市物体废弃物中的湿废弃物

f.能源情景分析中混合城市物体废弃物中的干废弃物

图5-16 可再生城市固体废弃物潜力补充分析

图5-17 经合组织国家用于谷物秸秆的可回收部分。因受诸如土壤肥料，动物饲料或动物垫

草等多种用途以及收集障碍等影响，只有35％的秸秆能用于能源目的。


城市固体废弃物情景分析再循环不可循环的城市固体废弃物

情景分析中湿废弃物

情景分析中干废弃物

谷物可用秸秆

谷物非可用秸秆

不可再生的


由此产生的残余物和废弃物类别如下，他们在生物智能链中的来源57用括号里的字母表示：

初级（P），二级（S）和/或三级（T）：

. 油脂—1 E焦耳（S，T）： o 动物脂肪 o 用过的烹饪油. 林业残留物和木材废弃物—25 E焦耳（P，S，T）： o 伐木残留物— ～5E焦耳 o 木材加工剩余物— ～10E焦耳 o 木材废弃物— ～10E焦耳. 农业废弃物—25E焦耳（P, S）： o 谷物 o 油菜 o 咖啡 o 大豆. 湿残留物和废弃物—38E焦耳的（S, T）的： o 甜菜加工剩余物 o 马铃薯加工剩余物 o 粪便 o 油棕榈空果皮 o 棕榈油厂污水 o 甘蔗 o 木薯 o 湿城市固体废弃物. 干废弃物—11E焦耳（吨）： o 城市干固体废弃物

5.7 可持续的藻类

在利用完残留物，废弃物和生物能源作物58后，能源情景分析使用藻油满足其余的用油

要求。由于商业规模的藻类生长和收获目前仍处于发展过程中，该情景分析只包括从2030

年起以后的重要藻类使用。该情景分析中使用藻类的方法是基于最近可持续能源服务与创新

公司对水生生物质能全球潜力的研究[Ecofys，2008年]。这项研究确定了水生生物质能不

同的长期可行性潜力。在这项研究中，长期总能源潜力大约是6000 E焦耳，包括需以重大

技术进步为前提的公海领域大型藻类培育。最保守的情景分析只包含从生长在灌满盐水的露

天池塘中的微藻中获取的藻油。据估计，用此技术生产的藻油总潜力为90E焦耳。

57. 初级残余物与生物质能生产有关（如秸秆），二级残留物与生物处理有关（如木屑），三级残留物与产品使用有关（如粪便）。三级残留物，尤其是当其

不再有经济价值时，通常被称为废弃物。另见附录F。

58. 由于并非在可持续生物能耕地潜力中找到的所有土地都适合种植油料作物，即使耕地潜力没有充分利用，也需要培育藻类。


能源情景分析中的藻类培育遵循这样的一个框架，即优化微藻的有益性能，但不背离研究中

提出的对陆地藻类培育方案。在这一框架内，情景分析设立的生物能源可持续标准得到认同。

此框架包括以下内容：

. 在不适合大量贮存碳的非耕田地上培育微藻 o 主要以氮和二氧化碳肥料为农用肥 o 仅在咸水中进行藻类培育

. 从藻类中提取油并提供应生物燃料加工厂

. 培育能源投入包括抽水用电和油萃取用电等……

. 可选：剩余藻类生物质能可以精炼以收集诸如蛋白质的高价值成分。也可用蛋白质部分生

产动物饲料产品，潜在地减少了对种植动物饲料作物的需要。

. 油萃取的生物质能残留物可以被直接消化，或在可选精炼步骤之后消化。其沼气燃烧产生

电能和热能。电力生产包括藻类培育的能源投入。

. 用闭路养份循环的方式，将消化阶段的残留物及沼气燃烧的二氧化碳反馈给藻类。对于氮

营养物，我们的目标是75％实现封闭循环。

. 藻类培育循环再开始。

这个循环过程如图5-18所示。

在情景分析中使用的海藻油的最高限额到2050年为21E焦耳。基于可持续能源服务与创新

公司研究计算的产量，这相当于使用约30万公顷非耕地。使用21E焦耳的油约是90E焦耳海藻

油潜力的25％，此海藻油是指最保守情景分析中只包含从生长在灌满盐水的露天池塘中的微藻

中获取的海藻油。因此，情景分析中提及的海藻油使用相当符合Ecofys的研究找到的可能性，

尤其是因为未来的技术进步，在开阔水域培育海藻有更大的潜力可挖。


图5-18 藻类培育循环的图解表示

框5 -17案例研究：作为能源来源的微藻

案例研究作为能源来源的微藻

微藻是生活在水环境中的小生物，通常是微米范围的大小。像植物一样，它们通过光合作用

获取二氧化碳和阳光。这使他们成为其他水生物种的重要食物来源。微藻是藻类大家族的一部

分，藻类还包括大型藻类，如海藻。

微藻生长迅速，能合成蛋白质，脂肪，油和抗氧化剂等有价值的成分。因此，海藻培育在商

业上是为了获取含高附加值价值的营养添加剂，如欧米茄-3脂肪酸。一个很好的例子是自1982

年以来在美国的池塘里种植微藻并供应给天然食品市场的Earthrise公司。

藻类产生的油也可用作能源目的。为此而大面积种植微藻的做法目前正在全世界范围发展。

这包括美国的 Sapphire和PetroAlgae公司，夏威夷的Cellana公司和以色列的Seambiotic公

司。主要的能源公司，如在Cellana的合作伙伴Shell，ExxonMobil公司 [ExxonMobil，2009

年]业已开始对用作能源的藻类技术进行投资。

二氧化碳氮肥

非耕地低碳存量

精炼(可洗) 精炼生物质消化

油被加工成运输用燃料，剩余生物质能用来尽可能多地封闭循环：

电力如抽水和分离

余下生物质能

参与残余物生物质能

电力，来自热电联营的二氧化碳及残渣中的养分返回给海藻培育太阳

如动物饲料众的蛋白质

残渣（富含养分）

分离

沼气

油

盐水


5.8 与其他研究的比较

我们对能源情景分析中用于能源作物土地的潜力及用于一次生物能源的生物能源作物和藻

类的潜力，与其它文献数据作了比较。[Smeets，2008年；IEA，2009年；Dornburg，2008

年；IAASTD，2009年；Hoogwijk，2004年；Erb，2009年；VanVuuren，2009

年；WBGU，2008年；Campbell，2008年；Field，2008年]。

通过比较，我们区分了与能源情景分析59一样的研究范围内，没有或很少采用可持续性标准

的研究和那些应用了一系列可持续性标准的研究。

图5-19 能源情景分析中全球土地利用与文献中生物能源区域潜力的比较。“意外供应”是编

者提出的潜力范围，而不是一个明确的数目。

图5-19显示，在能源情景分析中用于生物能源种植的土地处于文献中潜力范围的底端。重要的

是要注意到，能源情景分析中用于种植能源作物的土地使用量是取了2005- 2050时间段中的最

大值。

59. 标有“没有或一些可持续性标准”的研究一般会考虑粮食安全和生物多样性标准。标有“完全可持续性标准”的研究一般增加了水的利用，土壤保护，土

地恶化，森林砍伐和森林碳储存标准。这使得标准类型范围和能源情景分析的类似。然而，应用标准的这些方法和程度和在分析过程中做出的假设有很大不

同，从而导致研究结果之间的差异。情境中不同假设对粮食安全的影响的分析结果的一个例子如框5-5所示。

435

1,400

729

1,400

2,856

250

385

386

87

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000

Smeets, 2008年

Hoogw ijk, 2004年

完全可持续性标准

完全可持续性标准- 可能性

没有或一些可持续发展标准

没有或一些可持续发展标准- 可能性

能源报告

Campbell, 2008年

Field, 2008年

能源报告

Van Vuuren, 2009年


图5-20 能源情景分析中能源作物的全球一次能源用途与文献一次生物能源潜力的比较。“意外

供应”是编者提出的一个潜力范围，这是由未来产出的不确定性等因素造成的。因为[国际能源

署，2009年]和[Dornburg，2008年]给出了相同的数字且有些部分是由同一批编者做的，所以

将他们归在一起。

图5-20表明，能源情景分析中的能源作物的一次生物能源用途处于文献中潜力范围的底端。能

源情景分析中能源作物的一次生物能源用途是2005-2050时间表中的最大值。注意到这一点很

重要。最大使用量发生在2035年，其他年份的使用量都较低。

5.9生物能源的可持续性：温室气体排放节省

第5.2节提出的生物能源可持续性框架包含这样一个事实，与化石替代能源相比，通过使用

生物能源可实现较高的温室气体排放（GHG）节省。因此，我们分析了与生物能源情景分析中

生物能源使用相关的温室气体排放周期。

我们包括了生物能源使用周期中六个不同因素的温室气体排放：

. 土地转换为生物能源耕地时，土地用途变化导致的排放。

[联合国政府间气候变化问题研究小组，2006年]给出了这些转换带来的排放因素。

. 用于藻类和生物能源作物的氮肥在生产和应用过程中的排放 [IFA，2009年；联合国政府

间气候变化问题研究小组, 2006年； Ecofys, 2008年]

. 用于生物能源作物培育的农业燃料的投入，林业种植和农业残留物的收集过程中的排放

[JEC，2008年]

180

115

120

80

210

164

215

488

1,057

30

30

32

27

125

90

9

49 21

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

Smeets, 2008年

Hoogw ijk, 2004年

IEA,2009/Dornburg 2008年

Field, 2008年

Van Vuuren, 2009年

IAASTD, 2009年

Erb, 2009年

WBGU, 2008年

Energy Report

Campbell, 2008年

完全可持续性标准

完全可持续性标准-意外供应

没有或一些可持续发展标准

没有或一些可持续发展标准-意外供应

能源情景分析— 一次能源用能源作物

能源情景分析— 一次能源用藻类

所有数值单位均为E焦耳


. 将生物质运送到加工点的过程中的排放物 [JEC，2007年]

. 生物能源转换过程中能源输入的排放物 [Ecofys，2008b年]

. 将生物能源载体运送到最终使用地点过程中的排放物[JEC，2007年]

这些因素包括了与能源使用有关的排放。由于能源情景分析大幅度增加了低或无温室气体

排放物的可再生能源技术的份额，我们分别做了两个计算：在第一个计算中，能源投入的排放

因素是从联合国政府间气候变化问题研究小组化石燃料标准中得到的 [IPCC，2006年 b]；另

一个因素来源于能源情景分析数据。因此，我们给出了结果的范围。

图5- 21 2050年60能源情景分析中生物能源温室气体排放与化石燃料参考情景对比

图5-21 显示了生命周期分析的结果。我们计算出2050年与生物能源相关的每MJ最终能

源使用温室气体排放量是12-18gCO2eq(当量)。对于化石燃料参考情景来说，这一数值是

70-80gCO2eq/MJ60。这意味着，即使是最保守的计算，（化石燃料参考情景下的能源投入）

平均温室气体排放节省量约为75％。当使用对应的能源情景分析值时，平均温室气体排节省量

约为85％。

60. 为保持一致，化石燃料标准依据的是目前“情境”中使用的联合国政府间气候变化问题研究小组直接排放值。这意味着，他们不包括与化石燃料生产相关

的使用周期排放，如钻井和运输排放。此外，随着使用油砂等生产化石燃料的困难越来越大，对于今后有可能增加的化石燃料排放因素，标准可能没有纠正。

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

节省

75%- 85%

温室气体排放量(gCO2eq/MJ 最终能源使用)

温室气体排放与化石燃料的关系

温室气体排放情景分析生物能源


第六章投资和节省

6.1简介

能源情景分析通过对能源系统自下而上的符合实际的方法审视了未来完全采用可再生能源

的可行性，但是，提出的这一路径并不一定是实现这一目标最有成本效益的方法。然而，它对

于预测本能源系统（与“常规”情景能源系统相比）的相关投资和节省，是具有深刻意义的。

以下各节将：. 描述用于计算能源情景分析中的投资和节省的方法和假设. 表明下面计算的作用和局限

对所有部门的通用方法，基本数据以及全部或大部分领域所使用的参数都在6.2节加以介绍。

6.2节以后，将以单独章节分别介绍每一部门的具体方法、假设和结果。这些部门包括：. 工业. 建筑物. 交通运输基础设施. 运输车辆技术. 电力. 电网. 可再生热能和燃料. 研究与开发（R＆D）

结论考虑到主要参数的不确定性、投资分配和收入。

6.2 概述

能源情景分析的成本模式试图回答的两个关键问题是：. 什么是能源情景分析中的净成本？. 什么是启动投资？

要回答这两个问题，每个部门的成本核算分为资本支出（CapEX）和运营支出（OpEx），

也包括由于更低的成本或没有燃料成本而产生的节省。


到2050年的每年支出和节省，会在其发生的当年计算和报帐，这意味着投资不是年年一样

的，有时要尝试形成长期战略61。所以，在任何给定时间段，有显示的结果，当时“真实的”

投资需求，或“现金流”。用这种方法更适合于能源情景分析，从全球和宏观经济的视角，回

答上述的两个关键问题。为了评估投资收益率，需要有均化成本法。

尽管能源相关的资本支出和运营支出也已被尽可能量化，但并未考虑间接投资和节省。因

此，没有计算如环境恶化降低风险，气候损失减少带来的保险和非保险成本，减少的适应支出

及减少的医疗支出等所有的外部效益。

[Stern，2006年]预测常规情景分析的气候变化成本占年国内生产总值的5％- 20%，取决

于社会成本的考虑范围。比较而言，将使全球温室气体排放量保持在500-550ppm CO2-eq62

的成本，是国内生产总值的1％。

计算出来的所有支出和节省都是对上述参考情景的补充。这意味着，总投资通常会高于资本

支出，但不管怎样，投资的主要部分将在参考情景分析中做出。通过集中研究本能源情景分析和

常规情景分析之间在经济上的差别，投资和节省的结果突出说明了本情景分析净财务影响。

所有成本的数额均以2005年欧元为单位。

61. 美国能源情报署将均化成本定义为表示“在整个财务周期中建设和经营一家发电厂所需总成本的现值，转为平均的年度支付款额，再按假定工作周期的预

计年度发电量摊销”。因情境中的现金流方法，初始总投资（资本支出）仅与同年燃料成本（运营支出）节余作比较。常用于私人投资的均化成本法，将在整

个周期中分配资本支出，还包括2050年以后的节省。这就使得建可再生能源电厂的投资与建常规电厂的投资相比具备更高的盈利能力。

62 . [Stern，2006年]，结论摘要


图6 -1成本计算通用方法

一般来说，每个部门的计算方法是使用相同的一组制定部门的活动数据作为能源情景来计

算的：

. 每个时期额外容量要求（如，以年/吨计算的生产能力，或者兆瓦计算的发电能力），以得

出资本支出数额。. 每个时期的更有能效的或使用可再生能源作燃料的活动（如生产的吨数或发电的兆瓦时），

以得出运营支出数额。

然后容量数据乘以每容量的单位资本成本（倒如，欧元/吨/年或欧元/兆瓦），或类似于计

算出每期的资本支出成本。活动数据再乘以每项活动的单位成本（如，用于燃料节省的欧元/

GJ），或类似于计算出每个时期的运营支出。

对于电网以外的各部门来说，一组基本的能源价格用于计算燃料支出和节省。这些能源价

格是2010年设定的综合价格，预测使用每年2%的平均增长率，对不同燃料、部门和客户，增

长率范围为1-4%[能源信息署，2009年]。然而，对于情景分析中预计的生物质能市场，我们采

用以需求拉动的逻辑来计算不同生物质能来源的价格，5％为年度价格上涨的上限。这导致了

生物能源较大的价格增长，由于历史资料的缺乏和这个市场未来发展的不确定性，这也是一种

合理的假设。

对于一些关键能源价格的数据，包括生物质能的平均价格，参见图6-2。关于能源价格的敏

感度分析，参见第6.10节。

能源情景中整个期间所有活动

装机容量变化/年如装机瓦数

资本支出/年运营支出/年

资本支出/单位如

运营支出/单位如

活动/年如生产兆瓦时

其他假设如学习曲线


图6- 2 能源价格变化指数。生物质能指数的（加权）平均值（w.a.）如图所示，该平均值带有

较大的不确定性。

几个部门采用的针对部门和技术的使用期年数和进步率。

表6-1说明哪些部门将使用期年和进步率用于计算中。进步率表明对一定的技术或生产工艺

的学习潜力。学习潜力表现为与累计产量有关的成本减少。例如，0.8的进步率意味着当累计产

量每增加一倍时成本将减少20％。因此，进步率相同的情况下，有较少累计产量的新技术，一

般会比有较高累计产量的旧技术，具备更强的成本降低潜力。

表6- 1，各部门所用使用期年和进步率

部门

工业

建筑物

交通运输基础设施

运输车辆技术

功率

电网

可再生热能和燃料

研究与开发

使用年限？

X

X

X

X

X

X

X

-

已用的进步率？

不明确

X

-

X

X

-

X

-

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2005 2020 2030 2040 2050

20

05

年指

数=

10

0

能源载体

电力

煤

天然气

油

生物质能

2005年欧元价格

0.03欧元/KWH

2.02欧元/GJ

3.15欧元/GJ

6.22欧元/GJ

3.15欧元/GJ


主要发现

图6-3所示的能源情景分析投资和节省的总体结果显示了将在具体部门成果中印证的两个发现：

1.年度资本支出费用为正（=投资），每年约1万亿欧元，最初高于负运营支出费用（=节省）

。到2035年，资本支出增长到几乎每年3.5万亿欧元，但运营支出节省的增长要高得多。

2.到2040年，净数额就会从支出转向节省。在最大值时，净成本每年低于2万亿欧元，但到

2050年净节省几乎达到每年4万亿欧元，而运营支出节省每年将达6.5万亿欧元以上。

图6- 3 能源情景分析预测的全球总计年度成本的结果

将所有部门的净支出如图6-4进行比较，很明显，直到2030年，建筑投资都将在总支出中

占主导地位。到2040年，由运输部门（基础设施和车辆技术）节省所致，总净成本将转向净

节省。在后来的几年里，主要来自生物质能的这些节省将大于稳步增长的可再生热能和燃料

支出。但是请注意，这些费用有很大的不确定性，在这里价格的发展也是保守估计（=强劲增

长）。这可能导致对可再生热能和燃料部门成本的过高估测。

在一般情况下，在模拟时间的前段时间，前期资本支出高于运营支出节省。因此，几乎所

有领域需承担年度净费用，直到2030年。由高效率和燃料价格上涨引起的不断增长的燃料节

省，导致2040年以后每年均有净节省，主要由交通运输部门63的节省来拉动。

63. 运输分为”基础设施”和”车辆技术”。基础设施部分，包括投资和运输活动改变（方式转换）带来的节省。更多的火车，公共汽车，铁路和铁路电力的

附加费用将由汽车，卡车，道路建设和维护的较低支出以及相关交通运输燃料的节省来给于更多的补偿。更多细节请参见第6.5节。

-8

-6

-4

-2

0

2

4

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050单

位：

万亿

欧元

/年年度总净金额

年度总运营支出

年度总资本支出


图6- 4 各部门净成本

国内生产总值和能源情景分析的资本支出、运营支出和净成本之间的对比见图6-5。鉴于全

球国内生产总值的预期增长，相对而言，净成本的高峰将在2025年出现，在GDP的2％以下。

运营支出节省将不断上升，在2050年达到全球GDP的3.5％，带来大约2％的净节省。

图6- 5 成本结果与全球国内生产总值的对比

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

-50

0

50

100

150

200

2010 2020 2030 2040 2050-5%

0%

5%

10%

15%

20%

-50

0

50

100

150

200

2010 2020 2030 2040 2050-5%

0%

5%

10%

15%

20%

单位

：万

亿欧

元/年

单位

：万

亿欧

元/年

工业

交通运输基础设施

功率

研究与发展

国内生产总值

资本支出份额

运营成本份额

净成本份额

建筑物

运输车辆技术

电网



6.3 工业

工业部门分为以下七个子部门（见表3-1）：

. 钢铁

. 水泥

. 铝

. 纸张

. 化学品

. 食品

. 其他

至于前四个部门（“A类部门”），由于情景分析确定了必需的能效提高，资本支出成

本可由子部门具体投资回报年数来推知。假定这些能效提高采用的是常用的改进措施64，其具

体、固定的投资回报年数如表6-2所示，对于各地区之间和整个分析期，假定技术进步和增加的

边际成本可平均抵消。

图6- 6 计算工业部门成本的方法

这些（更好的）能效措施至今仍未采用，其原因可能是：. 公司要求更短的回收期时间. 缺乏有关这些措施及其效益的信息. 阻碍经济高效的能源节省措施执行的其他原因

64. 不包括碳捕捉与封存（CCS）

能源情景分析中的产量按吨/年或按欧元/年计算

生产能力变化/年每年各部门高效产能

资本支出/单位2005欧元/吨/年

其它假设举措的回报年数节能/成本~常数

运营支出/单位按欧元/GJ计算节约的化石燃料

活动/年每年各部门生产吨量



对于为实现能源情景分析的额外能效的提高所需采取的措施而言，其投资回报年数的估计

是在充分考虑情景分析所有影响的情况下做出的。这意味着按基数来算，同样的措施可能有更

长的投资回收期，因该情景分析在各部门和各地区的能效技术与基数相比有更强劲的发展。受

经济规模和范围影响，能源情景分析中工业部门能效措施的成本要低于基数。部分成本需要从

对更节能的产品和生产工艺的更高要求（和价格）中来“偿还”。

表6- 2 各工业子部门投资回报年数

投资回报年数乘以燃料成本可计算出生每个年生产单位的投资。资本支出的成本要根据从

情景分析中的活动数据得出的产能数据来计算，包括使用周期结束更换设备的成本。

运营成本支出是与资本支出相关联的一个2%的固定比例，用于承担由于投资节能设备带来

更高的运营成本。燃料成本节省来自于一组基本能源价格和能效提高，包括从化石燃料到电力

的几个环节的改变。

然后，将四个“”A类子部门”的结果按其相应的规模，以能源的方式推广到整个工业部门。

子部门

钢铁

水泥

铝

纸张

投资回报年

4

3.5

4

5.5


图6-7 工业（所有部门）的结果

主要发现

在工业部门的投资将在2050年达到高峰——每年20亿欧元，如图6-7所示。相对于其他部

门，这是一个低峰值投资。由于回报率估计会低于5年，燃料节省在第一阶段后会超过投资。

每年的资本支出将缓慢而稳定地增长，直到2050年。随着时间的推移，效率的持续提高将加

速燃料节省。因此，直到2050年，各个部门的节省继续增加，届时年净节省将增加到1,340亿

欧元。

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

单位

：十

亿欧

元/年

资本支出

净资本

运营成本


6.4 建筑

图6- 8 计算建筑部门成本的方法

用于建筑部门的成本计算，要区分住宅和商业大楼。商业大楼的楼面面积被假定是住宅楼

楼面面积的2.5倍，在能源效率措施得到实施时创造规模经济。两个类别的措施和每平方米楼面

面积各自成本分别在表6-3做以解释。每种措施的投资均依据目前的价格和直到2050年的预期

进步率。随着时间的推移，进步率允许某些具体成本的减少。

表6-3 各部门每种措施的投资和进步率（欧元/m2楼面面积）


容量变化/年改造/新建被动式太阳房平方米/每年

资本支出/单位2005年欧元/平方米

运营支出/单位节约的化石燃料按欧元/GJ计算

其他假设按建筑计的措施成本

每种类型的标准建筑

活动/年按年计每种建筑物类型的GJ

能源方案中全部建筑面积及MJ/m2

部门

住宅

商业

类别

改造

新建

改造

新建

技术太阳能热

热泵

隔热

被动式太阳房太阳能热太阳能热

热泵隔热

暖通系统热回收被动式太阳房

太阳能热

进步率0.8

0.750.90.90.80.80.8

0.750.90.90.80.8

2010年的投资20

10010960

10020136786406713


0

50

100

150

200

250

300

350

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

-2.000

-1.500

-1.000

-500

0

500

1.000

1.500

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

基于在情景分析中的改造和新建建筑面积的变化，资本支出的费用按每个时期计算，包括为

新建建筑或改建节能建筑的设备到期更换费用。新建的寿命以及改造建设的措施，预计为25年。

运营成本费用是通过效率的提高、情景分析中每平方米相关能源的节约以及终端用电、用

热的价格来计算的。

图6- 9 建筑部门单位成本变化

图：6- 10 建筑部门结果

单位

：欧

元/平

方米

单位

：十

亿欧

元/年

住宅改造商业改造住宅新建商业新建

资本支出

净成本

运营支出


主要发现

如图6-10所示，建筑部门每年的资本支出费用将在2030达到高峰期——全球每年几乎为

1200亿欧元。净成本高峰期出现在2025年，达每年～850亿欧元，持续下去，能源节省会

高于投资，当然也是因为单位投资成本的降低。每年节省增加和投资略有下降的趋势仍在继

续，这导致在2045年出现每年净节省，并在2050年出现超过4500亿欧元的最大值。

6.5 运输

图6- 11 计算交通车辆成本的方法

运输费用是通过区分运输系统中两个方面的转变来计算的：. 乘客和运输量在不同交通方式之间的转变带来的相关投资和节省（运输基础设施），以及. 燃料和效率提高（运输车辆技术）的转变带来的相关的投资和节省。

投资和节省的计算首先用于基础设施，然后再用于车辆技术。燃料转换费用因此可通过该情

景分析确定的划分模式来计算。这可以保证支出或节省不重复计算。但是必须指出，如果计算

顺序发生逆转，基础设施和燃料转换会改变。

对于基础设施，依据基准的活动数据以及能源情景分析，每种运输模式所要求的容量（车辆

数）以及所要求的公路和铁路轨道公里数（分别由于汽车运输和铁路旅客）被计算。连同每种

运输方式标准车辆的单位价格，两个情景分析的资本支出投资均可以计算出来。这些情景分析

之间的资本支出差额就是基础设施资本支出。

模型改变更少的汽车、飞机，更多的公共汽车和火车

模型改变更少的化石燃料，更高能效的混合动力车和电动车

每种运输方式乘客公里数/公里数

基础设施投资

车辆技术投资


图6- 12 计算交通运输-基础设施成本的方法

基础设施运营支出费用包括选择效率更高的交通工具带来的燃料节约。这些燃料节约的计

算方式为：用每种运输方式基准的和能源情景分析的活动数据分别计算，再分别乘以每个运输

方式的燃料效率和燃料价格。

图6- 13 计算交通运输-车辆技术成本的方法

汽车技术的资本支出投资依据更有效率的或者替代燃料汽车（如插电式混合动力汽车和公

共汽车）的额外容量计算。各自的容量都来源于能源情景分析中”方式转变”的活动数据，

避免重复计算。容量数字乘以额外车辆的费用。这些费用通过利用现有的额外费用（如混合动

力车与标准车）和进步率得来，以便降低这些额外费用。结果显示出每种运输方式的年度额外

资本支出。

容量变化／年补充的／节约的车辆及道路／铁路

容量变化／年额外有效的车辆及替代燃料汽车

活动／年每种运输方式年度燃料总GJ数

活动／年每种运输方式年度燃料总GJ数

运营支出／单位节约的化石燃料欧元／GJ

运营支出／单位节约的化石燃料欧元／GJ

其他假设每种车辆乘客公里数公路公里每种形式按人公里计算......

其他假设每种车辆乘客公里数能效（EE）技术的学习率

资本支出／单位2005年欧元／人公里

资本支出／单位2005年欧元／人公里

能源方案中每种运输方式乘客公里数及兆焦耳／乘客公里数

能源方案中每种运输方式乘客公里数及兆焦耳／乘客公里数

资本支出／年

资本支出／年

运营支出／年

运营支出／年


车辆技术的运营成本费用以年度效率的提高以及每种交通方式的年度活动数据为依据。

效率的提高包括用电力替代化石燃料。虽然电力一般比化石燃料65昂贵，效率的提高却能带

来净运营成本的节省。

图6-14 交通车辆-基础设施的成果

主要发现

交通运输-基础设施的成果如图6-14所示，显示了资本支出的不断增长，其将在2035年

达到最高值每年约为8,000亿欧元。同时，在此期间燃料节约不断增加并在2050年达到最高

值约为43,000亿欧元，使得那一年的净节省达到近39,000亿欧元。由于资本支出在2035年

出现最大值和不断增加的节省，净成本在2025年达到最高值每年约为2,300亿欧元。

65. 这是指的是实际生产成本。终端用户价格可能会因补贴或发电、基础设施和消费的税收而有所不同。

-5.000

-4.000

-3.000

-2.000

-1.000

0

1.000

2.000

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

单位

：十

亿欧

元/年

资本支出

净成本

运营支出


图6 - 15 交通车辆-车辆技术的结果

重大发现

图6-15表明，汽车技术的年投资在2030年达到高峰8350亿欧元。由于汽车效率改进比投

资增长的更快，到2050年为止，每年省油将达到14000亿欧元，同时，2020年净成本的高峰

达到3700亿欧元，2050年纯节油增加到9000亿以上。

应该注意的是，运输-汽车技术部门的燃料节省并没有考虑汽车基本能效的改进。根据公路

运输过去30年适度的燃油效率改进，以下假设不是不合理的：即通过技术改进可能的燃油节省

已经被对更高动力、增加的重量和更多电气设备的需求所抵消。

-2.000

-1.500

-1.000

-500

0

500

1.000

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

单位

：十

亿欧

元/年资本支出

净成本

运营支出


6.6 电力

图 6 - 16 计算电力成本的方法

电力资本支出由额外的装机容量和单位成本计算出来的。每种来源的额外装机容量（兆

瓦）是根据每种可再生能源来源的活动数据来计算的。不同能源的装机容量单位成本取自文

献资源，主要是取自[Ecofys，2009年a]以及专家的知识。在情景分析中，需求主导型的电

源的资本支出投资已经和参考情境中建造和替代的常规电厂的资本投资相抵消。所有供应主

导的电源投资作为完全额外的资本投资处理，如比如风电和光伏。因此这些成本支出是高估

计。计算出来的每种可再生能源资本支出如表6-4所示。

表6-4 可再生能源电力装机容量成本（000s 欧元/MW）

能源

陆上风电

海上风电

波浪能

光伏

聚热太阳发电

地热能

水电

进步率

0.85

0.9

0.9

0.8

0.9

0.8

1

2010

1,200

3,000

3,600

3,300

4,400

3,500

2,500

2020

1,000

2,100

3,100

2,100

3,800

3,100

2,500

2030

800

1,800

2,800

1,400

3,300

2,700

2,500

2040

800

1,700

2,500

1,000

2,900

2,300

2,500

2050

700

1,500

2,300

700

2,500

2,000

2,500

发电小时数

2000

3500

2500

1000

4000

7000

5000

能源情景分析按资源种类生产的电力TWh

容量变化／年按资源种类计算补充的可再生能源装机容量 GW

活动／年按年度按能源种类生产的总量 TWh

其他假设按技术考虑学习速度负荷小时

资本支出／单位2005年欧元GW

运营支出／单位节约的化石燃料以欧元／GWh计算

资本支出／年运营支出／年


到2050年为止，装机容量单位成本是由目前的每兆瓦时投资作为基数，再考虑未来期间的

学习曲线进步率。

运营成本是由可再生能源发出的电力（千兆瓦时）和现有的电力组合中化石燃料成本来计

算。我们认为，可再生能源电力的运行成本被常规电力省下来的运行成本（注：不包括燃料成

本）抵消。因此，运营成本等于节省的燃料成本。

图6 - 17 电力的结果

主要发现

本情景支出认为资本支出成本会随着可再生能源电力的增长而增长，到2045年最高值达到

7300亿欧元。只是到2050年，燃料的节省（运营支出）才开始超出投资成本，净成本为约

3000亿欧元（参见图6-17）的节省。在此我们再一次强调，我们提出的现金流计算，仅在时

间框架的最后几年带来净节省。从均化成本61的角度来看，可再生能源电力比常规电力更便宜

的情况会远远早于2050年前出现。

-1,000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1,000

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

单位

：十

亿欧

元/年

资本支出

净成本

运营支出


6.7 电网

图 6- 18 计算电网成本的方法

应该指出，一般来说，可再生能源份额占到30%以上大型电力系统的投资和节省方面的

研究很少[DCEN，2008年，GreenNet EU-27，2005年，DCEN，2009年]。对其相关

成本和节省做出准确的评估就很难。在本能源情景分析中，我们试图量化电力系统升级带来

的潜在经济影响。

电网成本包括电网扩展和电网加强（资本支出）以及电网平衡（运营支出）。电网扩网和加

强的容量要求是根据能源情景分析中可再生能源电力生产数据计算的。在给定的时间内的电网

容量与下一个时段的年度可再生能源额外发电量有关。容量数据与电网扩容和加强的单位成本

相乘就是资本支出成本。单位成本根据[GreenNet EU-27，2005年]推测。文献数据取决于总

电力生产中的可再生能源份额，这表明可再生能源份额高会导致单位成本越来越高。

电网平衡成本是根据每年由供应主导的电力资源（陆上风电，海上风电和光伏）的年度发电

量和各种电力的单位成本来计算的。单位成本根据 [GreenNet EU-27, 2005]来计算。这一成本

取决于供应主导的可再生电力的份额，如果份额较大就会导致平衡单位成本也较高。

根据上面所提到的方法，电力的资本支出和运行成本都是正向的，与其他部门节省抵消投资

不同。

能源情景分析按资源来源生产的电力TWh

装机容量变化／年有赖于可再生能源份额总量的电网延伸

活动／年有赖于供应侧主导的可再生能源份额的网电平衡

资本支出／单位2005年欧元/GWh/a

运营支出／年2005年欧元/GWh/a

资本支出／年运营支出／年


图6 - 19 电网的结果

重要发现

正如图6-19所示，到2050年，全世界每年电网平衡成本增加到1000亿欧元，这一成本总

是比资本支出（电网扩网）更高，资本支出的最大值是700亿欧元。同时，这两项成本带来了

最大的净成本约1400亿欧元。资本支出和运营支出成本稳定增加到2045年，净成本亦是。由

于到2050年资本支出的急剧减少，到2050年净成本每年也会减少为1200亿欧元。我们认为，

这种急剧减少是因为到2045年，大部分电网扩容和加强的工作已经做完，而可再生能源份额

已经接近100%。

6.8 可再生热能和燃料

可再生能源热能和燃料的净成本是根据下述计算得出的：

. 地热成本、聚光太阳能热成本和生物质能转化为燃料的成本

. 源于节约的常规（采暖）燃料的节省

0

20

40

60

80

100

120

140

160

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

单位

：十

亿欧

元/年

资本支出

净成本

运营支出


图6- 20 计算生物能源成本的方法

可再生能源的成本取自文献资料。燃料运营支出成本是根据本能源情景分析中采用的年度生

物能源供应量，以及按能源种类区分的生物能源和常规能源的价格。生物燃料的价格计算构成

是：采用每种燃料的现行平均价格作基数，并采用与源于学习的技术进步相关的增长函数，以

及由于增加使用不太肥沃的土地获得的较低的边际的和一般水平的农作物产量。生物能源成本

不包括加工厂的资本支出成本，如生物能源提炼厂，因为该成本可由常规加工厂/提炼厂降低的

成本抵消掉。采暖和燃料方面节省的常规燃料价格，取自全部成本计算所采用的一套价格。

图6- 21 可再生能源供热和燃料的结果

单位

：十

亿欧

元/年

支出

净成本

节约

-3,000

-2,000

-1,000

0

1,000

2,000

3,000

4,000

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

能源情景分析中的生物能源生产的电力GJ

替代化石燃料的电力GJ

生产能源成本／单位

2005年能源／GJ

化石燃料成本／单位

2005年欧元／GJ

运营支出／年

生物能源成本／年

化石燃料成本／年


主要发现

图6-21 表明，可再生热能和燃料支出的稳定增长会使净支出在2050年增加到15000亿欧

元，尽管节省也在增加。这主要是因为生物能源的价格是基于需求增长而建立模型，边际产量

的递增成本超过了递增市场的规模经济带来的成本效应。关于2010年到2050年间生物能源使

用发生的根本变化，这些假设具有很高的不确定性，因此是站在一个保守立场得出的（高成本

增加）。一个更加乐观的看法认为，假设更大的规模经济效应和更低的价格增长，有望大幅度

改变上述情况。

6.9 研究和开发

研究和开发成本只包括资本支出。它们是根据每个部门和具体部门研发资本强度计算得出。

任意5年期的研发投资是根据该部门后一个时期的资本支出投资计算得出的。

按部门区分的具体部门的研发投入假定平均约为7%，不同部门有所不同。根据本能源情景

分析所需要的技术开发，我们认为下列部门需要更高的比例：

. 工业

. 运输（运输-汽车技术）

. 电网部门

和较低投入强度：. 建筑. 基础设施（运输-基础设施）. 电力. 可再生热能和燃料


图6- 22 计算研发成本的方法

主要发现

图6- 22表明研发投资在2040年增长到1700亿欧元，之后稍有减少。到2050年，达到1550亿

欧元。到2025年，研发支出大部分用于能源需求部门，尤其是交通运输车辆部门，虽然该部

门一直是位居首位，但到2030年之后，研发支出部分转向能源供应部门，特别是电力和可再

生燃料部门。

图6- 23 研究和开发的结果

6.10 能源价格敏感性分析

上面描述的部门成本计算方法是根据化石燃料的价格来计算运营支出的。在很多情况下，

运营支出成本仅由节省的化石燃料支出构成。

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

单位

：十

亿欧

元/年

资本支出

净成本

运营支出

能源情景分析按部门的资本支出投入

针对部门的研发份额，

例如：0.05 欧元／欧元

研发投入／年


因此，有一套2010到2050年年化石燃料的价格对总体结论是十分重要的。

这里根据其它研究来审视价格预测，具有可比较性。敏感性分析是根据假定的价格变化进

行。不在这个敏感性分析中，不同燃料和部门的增长率变化范围为+50%到-50%。最终价格可

参见图6- 24。

关于整个情景成本的敏感性分析的结论如图6-25所示66。化石燃料价格的提高从参照案例中

年平均2%增长到3%，节约到2025年只会带来很小的变化，但是到2050年就会增长到三倍。

形成对照的是，年增长率减少1.3%，就会出现到2050年投资超过节省的情况。

图6- 24 用于敏感性分析的能源价格幅度

66. 图6- 25中的参照价格的红色圆柱与图6- 3中的年度总净金额的黄色圆的一致。

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

GJ 2

00

5年

欧元

电力－汽油－参考

运输－公路－参考

电力－汽油－增加部分

运输－公路－增加部分

电力－汽油－减少部分

运输－公路－减少部分


图6－25 不同能源价格情景分析的净结果

6.11 结束语

成本计算结果敏感性

为了正确理解成本计算的结果，需要考虑一些参数的内在不确定性。

正如上面讨论的，某些方面的成本计算包括了进步率。这些进步率的预测根据是：文献数

据，Ecofy有关各种技术的技术潜力和发展的专业知识，以及与本能源情景分析（例如，广泛

应用，需要更具能效产品的市场趋趋势，和其他部门的协同作用）。然而，不能忽略的是：

某些技术进步率和范围可能会在某一个时间点停滞或者停留在较高的总输出量上。各部门停止

降低价格会导致大多数部门较高的资本支出成本。这一效应也许会被其它技术的发展和投资抵

消，例如，如果光伏板的价格不能再降低的话，那么风机的高投入就会加速风电价格的下降，

甚至比估计的还要降得多。在任何情况下，进步率的未来走向和各个部门的市场反应难以预测

的。

相似的不确定性也适用于化石和生物能燃料价格。在国际市场上，这些价格取决于供需敏

感性平衡。经济周期和新的生产路线都可能大大影响世界市场的价格，尽管其影响对于总的贸

易来说较小。因此，从少量的电力容量盈余到较少量的需求不足的变化都能导致价格的陡涨。

-14,000

-12,000

-10,000

-8,000

-6,000

-4,000

-2,000

0

2,000

4,000

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

单位

：十

亿欧

元/年

参考价格

增长率提高

增长率降低


还应该指出的是计算的燃料成本节省，使用了基准内的估计燃料价格，即很大程度上取决

于化石燃料和对化石燃料的需求。在本能源情景分析中，化石燃料很大程度上由可再生能源替

代，这些燃料的价格可以大幅度的降低。然而，我们认为计算出的成本被理解为与基准价格相

比的成本，使用基准化石燃料价格来计算这些成本是适宜的。

结论

应该考虑到，大部分成本计算假定，最有效的政策和措施会在各自的市场里促进必要的变

化。包括研究方案的应用、补贴、附加税和其他基于市场的激励方案。虽然本能源情景分析对

投资者和受益者不加区分，但经验表明在一种技术的早期阶段需要有政府资金。在后一阶段，

可采用以市场为主的手段引导资金流入。政策的选择和实行，以及最终成本和好处的分配，具

体到部门和国家的情况不在本能源情景分析范围。

投资者和公众能否感觉到经济性的成本和收益，对新的技术和基础设施来讲，也是其总体经

济投资环境应具备的一个功能。在许多国家，在非可再生能源和可再生能源系统之间，没有经

济或政治的公平竞争环境，对可再生能源供应的投入所需求的回报就不安全，就会继续向不可

持续的技术投入资金。

一个重要的例子是全球化石燃料补贴。根据国际能源署和经合组织[OECD, 2010]最近的评

估，这些补贴每年达到7000亿美元，占从现在到2025年用于清洁能源技术每年所需要的资本

支出的20%到50%。因此，建立一个公平的竞争环境是十分重要的。把这些补贴用于可持续的

能源技术会进一步有助于动员所需要的资本支出，实现向情景分析提倡的能源系统过渡，而又

避免弃用能源补贴带来的负面社会后果。


第七章政策考量

7.1 政策需求

能源情景分析提出了与我们当前的能源使用系统完全不同的方案。它要求我们采取最快的速

度部署节能和使用可持续能源。显然，目前的政策环境将无法实现此能源情景分析。然而，必

须建立适合的政治和经济环境，从而使这些发展得以在经济市场中发生。

这就需要我们在区域层面详细分析可能采取的措施和目前最好的做法。在本节中，我们提供

了一个简短综述和初步想法，但是这不能代替实施能源情景分析所需的政策综合分析。

7.2 政策目标

实现能源情景分析的核心条件见表7-1和表7-2，可归纳如下：

各级公共机构有两个重要作用：

1.形成正确的促成能源过渡的框架，例如在所有需求部门采用强制绩效标准，为所有能

源建立公平的竞争环境，以及鼓励使用可再生能源技术。

2.投资大型基础设施建设，特别是公共交通、电网基础设施和早期研发项目，以确保在

供需两方的持续革新。

私人参与者，包括消费者和企业，都需要通过下列途径解决同样的问题：

1.具备长远的眼光，采用最佳节能措施

2.引导投资进入到最有效的可再生能源方案

尽管具体的政策讨论不在本报告的范围之内，但为使情景分析变成现实，下面列出了能源情

景分析要求的政策环境的最起码要求。

为各主要部门或子部门列出了主要政策目标，旨在为建立能源情景分析的前提提供先决条

件。其中对每一个目标都列出了政策设计实例和潜在的障碍。


表7- 1 关键公共政策需求综述

设计一

致的、

长远的

监管框架

公共投资

建筑业

. 建立达到最佳可

行技术67绩效水平

的激励机制

O 在未来5-10年间68

应用于所有新建筑

O 在未来20- 30年

间68应用于所有现

有建筑（包括翻新建

筑）. 基于最佳可行技

术，不断提高所有耗

能产品的节能标准

. 投资支持建筑物

翻新改造

交通运输业

. 对所有运输方

式制定燃料效率的

性能标准

. 激励转用铁路

运输，尤其是货运

. 投资发展公共交

通，例如（电气）

铁路基础设施

工业

. 建立达到最佳

可行技术 6 7绩效水

平的激励机制

o 即刻应用于所有

新工厂

o 在未来10-20年

间应用于所有现有

工厂. 最优的再循环

利用率. 激励行业自主

研发. 研究及部署新

型可再生的寿命长

的材料

. 研发新式生产

工艺. 回收再利用基

础设施

供应

. 全面、可靠和灵

活的支持计划，以

激励可再生能源技

术的部署. 电网运营商的联

网责任. 规划过程的优

化. 刺激电网基础设

施投资的激励

. 研发稳定的动态

电网和智能电网

需求

67. 最佳可行技术：在建筑行业指近于零能耗建筑，类似于德国制定的被动式房屋标准

68. 请注意此表中的所有时间尺度是指全球范围内的。一些地区，特别是工业化地区，将有望更加迅速地实施


表7- 2 重要私营部门投入和所需要的支持政策综述

启用私人

领导力

引导

投资流向

建筑业

. 将所有建设项目

纳入最高性能水平

通过研究 > 发展 > 示范 > 部署这一创新价值链开创私人投资杠杆的公共政策。

. 加强公共与私营机构的合作，展示和部署可持续能源解决方案，以及降低方案成本。

. 由政府资金和银行提供低利率贷款指导私人投资可持续发展方案。

. 为清洁能源技术企业的种子投资筹集资金。通过政府支持的配套资金，增加风险投资资金

在早期流向”清洁技术”，降低资本市场对”清洁技术”的风险规避。

交通运输业

. 推动发展和部

署最高性能的运输

方式

. 税收优惠或其

他财政激励引导私

人投资到插电式混

合动力汽车和电动

汽车领域

工业

. 将所有新工厂

纳入最高性能水平

. 从长远发展的

角度提高现有工厂

的性能

供应

. 推动发展和部署

可再生电源

需求


7.2.1 需求

需要一系列的需求政策来确保长期采用节能和电气化措施。政策目标和可采取的措施详

述如下。

在建筑业方面，政策目标包括提高提高建筑物本身的热效率，以及减少电器和照明的能

源需求。

表7- 3 对建筑部门需求侧的政策建议：翻新改造。

请注意，目前大多数地区的改造率为0.5-1%。因此，达到能源情景分析中要求的水平要有

相当大的提高。

表7- 4 对建筑部门需求侧的政策建议：新建筑

69. 委托-代理问题，或房东-租户-问题，是指主要投资决策者不是投资受益者。这可能阻碍了成本效益投资。一个典型的例子是建筑物的使用者不是业主，节

能措施需要业主投资，但是降低的能源费用则由承租人受益

政策目标. 到2030年逐步转向近于零能耗的新建筑标准

建筑业热效率-新建筑

实例. 新建筑的前瞻性的建筑规范. “言行一致”：对所有公开采购的建筑物

采用新标准

政策目标. 在2050年或之前，改造所有现有住房存量，即改造率达到每年2-3％. 通过改造达到平均降低热能消费量80％或以上，其余的需求主要是通过太阳能和热泵系统来

满足

建筑业热效率-翻新改造

实例. 公共财政支持激励. 与能源公司合作，资助其对降低能源开销

而采取的措施

障碍与威胁. 考虑到投资回收期长和大量的前期成本，

必须对前期投资给予支持。. 委托代理问题69

障碍与威胁. 前期投资. 委托代理问题. 培训要求


表7- 5 对建筑部门需求侧的政策建议：电器等

在交通运输业，有四个因素影响到客运和货运运输，并需要通过政策来解决：. 活动. 结构（模式转变）. 强度. 燃料

表7- 6 对交通运输业需求侧的政策建议: 模式转变

70.有限理性是指决策者无论是个人还是组织做出的选择不会总是最为合理的，他们的选择受限于他们获取的信息、有多少时间做决定、甚至他们的认知局

限。在本文中，我们要认识到在家庭中普及节能电器的障碍之一就是信息不足或只是欠缺考虑。

政策目标. 将现有的大量的个人客运模式从空运和陆运转向最有效的模式如人力、铁路或道路空间共

享。

. 出行替代选择，例如视频会议代替商务旅行以及通过区域规划减少通勤。

交通运输业活动与结构(包括模式转变)

实例. 以具有竞争力的价格提供高质量的公共交

通。. 不鼓励使用汽车而鼓励其他交通模式，例

如征收拥堵费、公共单车租用计划。. 可持续的城市/土地使用规划，以维持当地

和/或低能源运输系统。. 大型城市中心之间的高速铁路系统挑战中

短途空中旅行。

障碍与威胁. 改善公共交通系统需要大量投资

. 公众认知

政策目标. 积极转向最有效的技术

建筑业电器和照明

实例

. 基于最佳可行技术，不断提高所有耗能产

品（包括照明）的节能标准

障碍与威胁

. 有限理性70

. 家用电器用电量的反弹效应


表7- 7 对交通运输业需求侧的政策建议：电气化.

在工业部门，许多不同的节约能源和材料的政策可以具体化。

表7- 8 对工业需求侧的政策建议

7.2.2 供应侧（不包括生物能源）

世界各地已经努力开始推动可再生能源的增长，加速建立专业技术指导和利用经济及社会

效益。

政策目标. 2050年之前所有车辆采用电动或插电式混合动力车. 2050年之前”最终难题”-- 所有货车电气化. 2050年之前所有铁路运输电气化

. 所有工业生产尽量减少能源和材料的使用

. 在消费终端重新使用

最优的可回收率

交通运输业强度和燃料（包括电气化）

工业能效和材料效率

实例. 促成汽车充电网络的建立. 车辆性能标准

实例

. 对现有的和新的装置采用严格的性能标准

. 重新使用计划，例如玻璃瓶

. 最先进的回收利用基础设施和管理

. 新材料

障碍与威胁. 电气化铁路系统需大量投资，低人口密度

地区实施困难. 充电网络的投资

障碍与威胁

. 升级现有装置需要投资

. 提高回收利用需要投资

. 改善材料效率需要研发过程


表7- 9 供应侧的政策建议: 可再生热能和电能。

能源情景分析对电力部门的关键要求是为迎接多元化电源组合的新时代做好准备。

表7- 10 供应侧的政策建议：电网

目前发展中国家农村地区的能源供应在很大程度上依赖于效率低、污染重的固体生物质燃

料。能源情景分析设想可以全面过渡到高效利用可再生清洁能源。要实现这个过渡，正确的市

场激励措施是十分必要的，不仅要劝阻不可持续能源的使用，还要鼓励使用各种可再生能源。

世界银行的资金、官方发展援助和其他公共资金可以在这个过渡期起到辅助作用，并且这些资

金不能再用于扩大化石燃料的使用。

表7- 11 供应侧的政策建议: 农村穷困地区的能源过渡

政策目标. 持续快速地部署电力和热能的可再生能源

政策目标. 确保电力系统能够应对供应主导的电源份额上升

电力可再生热能和电能

电力电力系统的准备

实例. 强制收购电价政策给予长期的价格信号 . 简化规划流程. 研发支持

实例. 增加传输容量. 提供储能. 研发智能电网系统管理

障碍与威胁. 电网接入

障碍与威胁. 重新思考所需的电力系统管理. 电网基础设施需要大量投资

政策目标. 在发展中国家农村穷困地区为过渡到清洁、可靠、低廉的能源创建合适的市场环境

电源农村穷困地区的能源过渡

实例. 直接使用太阳热能. 生物质资源的有效利用

障碍与威胁. 投资需求. 已建立的化石燃料补贴


7.2.3 生物能源

本报告的第5章阐述了生物能源能够满足需求的同时还能保持可持续性以及大力减少温室气

体排放。要实现这一目标需要一个强有力的政策结构，以确保生物能源供应是符合第5章2节建

议的可持续发展标准。本节提供了实现这一目标的背景资料、政策建议和实例，但不是对所需

政策的综合概述。本节按生物能源可持续发展的4个主题分类（见5章2节）：

. 土地使用和食品安全

. 农业和加工投入

. 残留物和废弃物

. 林业余量采伐

土地利用和食品安全

食品、动物饲料、纤维、生活空间和能源等能够可持续发展，确保自然生态系统功能得以

保存是至关重要的。这意味着要实现这一目标必须达成土地使用管理和农业政策相关的国际

协议。这些协议必须是全球性的，而且要适用于所有部门，其中包括食品、化工以及生物能

源。同时要谨慎规划人类发展所需要的土地，以尽量减少对农耕土地的扩张。如果仅对生物

能源部门进行规范而忽视其它部门，从生物能源部门到其它未规范部门可能产生泄漏效应。

如果这些协议在全球范围内能够达成并有效执行，对于独立的可持续性认证计划的需求是

有限的。然而认证计划的发展和应用对于生物能源部门的政策发展是一个补充。这将进一步

保护可持续性发展，对这一课题增加经验和交换意见。表7-12对所需政策进一步提供了建议

和实例。


表7- 12 生物能源政策建议与实例: 土地使用

农业和加工投入应制定政策建立激励机制，尽量减少农业投入，增加投入回收。表7-13对这类政策进一步

提出几点建议和实例。此外，如5章4节所述，部署可再生能源技术的激励政策应使氮肥行业转

成可持续发展的能源和原料来源。

表7-13 生物能源政策建议与实例: 农业和加工投入

残留物和废弃物因为残留物和废弃物是其它加工过程中的副产品，一个重要的目标是从能源的角度最大限

度地实现可持续利用。这类政策要考虑到这些副产品已经有了其他用途，确保从能源角度使用

这些废弃物不会导致意想不到的不良效果。另一个重要的方面是改善收集残留物和废弃物的基

础设施，使所有残留物和废弃物能够有效的并以符合成本效益的方式使用。表7-14总结如下。

政策目标. 管理所有新土地的使用，使得下列重要土地功能不被取代：生物多样性和生态系统的保护，

碳库中的碳储备量，人类发展，饲料供应，食品和纤维。. 为生物质和生物能源开发一个框架，并配以相应的认证计划，作为倡导部门

生物能源土地使用和食品安全

实例

. 在土地使用管理方面达成国际协议

. 为可持续农业建立国际研发项目

. 生物数量和生物能源的可持续性政策和相

应的认证计划. 甘蔗与家畜养殖业整合的例子可见5- 2栏

障碍与威胁

. 不同国家的（经济）利益会放慢达成国

际协议的步伐. 需要生物能源链的综合追踪系统

政策目标. 农业养分闭路循环. 加工厂用水闭路循环

生物能源农业和加工投入

实例. 通过精耕农业鼓励最大限度地减少农业投入. 建立从残留物和废液流收集营养物的政策

框架

障碍与威胁. 低价农业肥料缺乏经济吸引力. 精耕细作所需的农业知识传播缓慢


表7- 14 生物能源政策建议与实例: 残留物及废弃物

林业余量采伐

由于森林中不断产生新的生物量，可从其中持续获得能源。

能源情景分析包括从可持续砍伐森林的额外增长获得的木质生物量以及一部分传统生物量。

其中不包括未受干扰的森林和非商用林，以保护森林和生物的多样性。

因此关于林业余量采伐的政策应旨在查明可持续砍伐的一部分森林的地点和数量，以确保

森林的其余部分保持不变。这一政策可以通过认证计划来补充，从而妥善管理森林资源。表

7-15做如下总结。

政策目标

. 为能源部门开发可持续利用残留物和废弃物的潜力，以确保充分使用这种可持续潜力。

生物能源残留物和废弃物

实例. 激励生物能源使用残留物和废弃物的计划

障碍与威胁. 很难界定残留物和废弃物有没有其他用途. 由于缺乏基础设施，收集残留物和废弃物缺

乏经济吸引力


表7- 15 生物能源政策建议与实例：林业余量采伐

7.3 建议

尽管政策制定需要涵盖能源系统的所有领域，但是有些领域对政策的需求更加迫切，因为它

们具有促成因素：如果在这些领域不成功，那么将会影响到一个或几个其它领域的成功。

能源情景分析内的两个关键促成因素是：. 有力的节能措施，伴随着将剩余需求电气化。 . 能源网络的准备以应对不断增长的对可再生电力(通常是供应驱动)的需求。

此外，一系列政策和市场规则需要得到执行，以确保生物能源利用的可持续性。

其余的政策需求很难确立优先级：为使能源情景分析得以实现，这些政策需求都需要得到满

足，这些目标的优先顺序也要依赖于当地的情况。

然而如果某些政策符合以下条件之一，需要立即引起关注：. 全面实施的滞后时间较长. 需要几十年的时间才能奏效. 只能依靠成熟的技术. 有很短的投资回收期

建筑环境的政策，包括建筑翻新和新建筑，以及电网基础设施的投资政策都可以视为时效

性较强的政策。

曾有建议指出碳定价可以影响所有方面，因为它是唯一一个可以用来控制所有领域的工具71。

像这种特效药其实是不存在的72。

71. 注意这是能源情景分析，主要关注可持续能源体系的建立，其次关心减少温室气体排放。虽然许多旨在减少温室气体排放的政策可能对能源系统有一定的

影响，但常常并没有影响，结果忽略了能源情景分析的目标

72. 例如，在价格弹性低的部门，根据部门和当地环境，碳的价格就不一定会成为最有效的工具。

政策目标

. 查明可持续砍伐的一部分森林的地点和数量，以确保森林的其余部分保持不变。

生物能源林业余量采伐

实例. 为可持续森林资源的管理建立政策结构. 妥善管理森林资源的认证计划

障碍与威胁. 森林评估和控制砍伐难度较大，特别是在偏

远地区


事实上，总是需要多项政策来有效激励各部门和技术的多样化。很明显，我们需要找到整

合能源资源的风险和实际成本的新方法，以确保可持续能源方案的重新定向。

能源情景分析的好处是它能为各部门的政策影响建立一系列明确指标，例如：

. 生产一吨钢材平均需要消耗多少能量？

. 全面采用插入式混合动力车或电动概念车还需多久？

. 铁路客运比道路客运会产生多大的影响？

. 有多少已被翻新的房屋达到最低能源标准？我们仍然允许建设非被动式房屋吗？

. 本国经济中可再生能源的份额是多少？

. 我们的生物能源有多少是可持续来源？

这里必须强调的是，许多不同政策的设计是可以预见的，而且它们可能在社会的不同层级体

现出来，如小区、城镇、区域、国家或全世界。总之，采取哪些政策并不重要。目前的挑战是

要运用一系列综合协调手段在所有领域强调政策需要。如果要在区域和城镇实施这些政策和措

施，这一点尤其重要。


第八章结论

在全球范围内形成一个完全可再生的能源系统是可能的：到2050年，95%的能源供应将由

可持续能源来提供。

要在未来的几十年中实现这个转换，前期的投资（占全球GDP的1-2%）是必须的，但这些

投资可能要在2035年后才能实现正收益，并在2050年73达到年收益占GDP的2%。73

图 8 - 1 能源报告中能源供应的变化，表明能源供应的重要发展

实现这一转变的主要挑战在于以下几个方面：

. 在所有需求部门大力推进电气化，使各种需求变成对电力的需求，这样就有多种来源的可

再生能源以供选择。. 可再生燃料供应，尤其是运输所需的燃料，可再生燃料供应选择限于生物质能，或如果有

合适的基础设施，也氢作为燃料的选项。. 快速应用必要的技术，使一个完全可持续的能源系统在2050年尽快现实。. 我们需要以下条件才能提供足够的可持续的生物质能来满足对燃料的需求： o 有适当管理的土地制度 o 能效措施得到普遍贯彻实施

73. 在2010-2050年间及其以后的二氧化碳排放量的降低，体现出很大一部分附加经济价值。

0

100

200

300

400

500

2000 2010 2020 2030 2040 2050终

端能

源 (E

J/年)

可再生电力



基线:~520 EJ/年

大量终端使用能源节约及电气化

用可再生能源替代传统能源


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2000 2010 2020 2030 2040 2050

人均

终端

能源

使用

量 (G

J/年/人

均)

非可再生能源

可再生能源

图 8 - 2 人均可再生能源及不可再生能源需求量的变化情况


附录 A 关键数据

表 A - 1 不同年份下全球能源供应的构成情况 (EJ/年)

来源

全部电能(EJ/年)

风能: 陆地

风能: 海上

潮汐能

光电太阳能

聚焦式太阳能: 发电

水力发电

地热

生物物质

煤炭

天然气

石油

核能

工业燃料和供热(EJ/年)

聚焦式太阳能: 供热

地热

生物物质

化石燃料

建筑燃料和供热(EJ/年)

太阳能

地热

生物物质

化石燃料

运输燃料(EJ/年)

生物物质

化石燃料

总量(EJ/年)

2000

45.7

0.2

0.0

0.0

0.0

0.0

7.9

0.1

0.0

18.2

8.6

4.2

6.5

63.7

0.0

0.0

1.0

62.7

77.7

0.0

0.2

33.4

44.1

86.2

0.7

85.5

273.4

2010

60.0

1.4

0.0

0.0

0.1

0.1

11.3

0.3

0.0

21.5

14.0

3.1

8.2

79.1

0.0

0.1

6.1

72.9

86.0

0.7

0.5

33.2

51.6

102.6

4.8

97.8

327.6

2020

71.9

6.7

0.5

0.0

0.7

0.6

13.4

0.7

0.0

14.8

25.6

2.5

6.5

82.3

0.1

0.2

16.9

65.0

87.4

3.3

1.5

29.2

53.5

111.6

12.9

98.8

353.3

2030

85.7

14.3

1.3

0.1

6.5

3.9

14.4

1.7

0.0

10.0

28.3

1.4

3.8

74.6

0.4

0.6

31.3

42.2

67.8

11.9

4.1

14.2

37.6

91.3

29.7

61.7

319.4

2040

103.5

22.0

3.4

0.3

16.9

13.7

14.8

3.4

1.7

5.4

20.1

0.5

1.2

63.0

2.6

1.6

40.7

18.0

47.4

16.0

10.5

10.2

10.6

62.3

45.7

16.6

276.2

2050

127.4

25.3

6.7

0.9

37.0

21.6

14.9

4.9

16.2

0.0

0.0

0.0

0.0

59.0

8.8

2.9

34.8

12.5

24.1

12.6

8.4

3.1

0.0

50.8

50.8

0.0

261.4


表 A - 2 不同年份下全球能源供应的构成情况 (EJ/年) - 百分比

来源

全部电能(EJ/年)

风能: 陆地

风能: 海上

潮汐能

光电太阳能

聚焦式太阳能: 发电

水力发电

地热

生物物质

煤炭

天然气

石油

核能

工业燃料和供热(EJ/年)

聚焦式太阳能: 供热

地热

生物物质

化石燃料

建筑燃料和供热(EJ/年)

太阳能

地热

生物物质

化石燃料

运输燃料(EJ/年)

生物物质

化石燃料

总量(EJ/年)

2000

45.7

1%

0%

0%

0%

0%

17%

0%

0%

40%

19%

9%

14%

63.7

0%

0%

1%

98%

77.7

0%

0%

43%

57%

86.2

1%

99%

273.4

2010

60.0

2%

0%

0%

0%

0%

19%

1%

0%

36%

23%

5%

14%

79.1

0%

0%

8%

92%

86.0

1%

1%

39%

60%

102.6

5%

95%

327.6

2020

71.9

9%

1%

0%

1%

1%

19%

1%

0%

21%

36%

3%

9%

82.3

0%

0%

21%

79%

87.4

4%

2%

33%

61%

111.6

12%

88%

353.3

2030

85.7

17%

1%

0%

8%

5%

17%

2%

0%

12%

33%

2%

4%

74.6

1%

1%

42%

57%

67.8

17%

6%

21%

56%

91.3

32%

68%

319.4

2040

103.5

21%

3%

0%

16%

13%

14%

3%

2%

5%

19%

0%

1%

63.0

4%

3%

65%

29%

47.4

34%

22%

22%

22%

62.3

73%

27%

276.2

2050

127.4

20%

5%

1%

29%

17%

12%

4%

13%

0%

0%

0%

0%

59.0

15%

5%

59%

21%

24.1

52%

35%

13%

0%

50.8

100%

0%

261.4


附录 B 需求的设想

B1 工业活动的变化

未来人均工业产出消费量的变化应该与人均GDP紧密相连。这种关系可以用“使用强度”

（IU）曲线表示：用人均GDP的函数来表示每单位GDP的材料消费。最初每单位GDP的材料

消费随人均GDP的增长而增长，但当经济充分发展后，这个数值便开始降低。在一些部门已经

观察到了使用强度曲线的这种变化。74[Neelis,2006; Groenenberg,2002; Schenk,2006]

作为科技进步的产物，经济发展在时间上会略迟一些。它有望在低一些的位置出现一个工

业生产/消费的最高点[Schenk, 2006; Bernardini, 1993])。图B-1就表示了使用强度曲线随这

两个要素变化的程式化模式：

. 使用率首先增长至最大值，当经济发展以后，便开始降低。（这就是说，在经济发展过程

中，建设基础设施需要大量的物资）. 越往后的经济发展，物资需求量也全面下降。(这就是说，现在发展经济所需要的物资比

100年前要少)

如何将这两个要素转化为人均消费并不是一件容易的事。根据[Neelis,2006]的观点，我们

假定从长期来看，人均消费是饱和的。

图 B - 3 常见的使用率曲线 (摘自[Bernardini, 1993]).

74. 注意：在这个情境中，我们关心生产，是因为它与能源使用有关，而使用强度曲线通常与消费相关联。因为我们是从全球范围来看这个问题的，因此其间

的差别是可以忽略的。

时间

使用

强度


尽管我们必须注意到，贸易问题，材料替代，以及社会变化的许多因素都会导致人们很难

以经验为根据观察这些关系，但我们仍然需要利用它们来对未来工业生产情况做出更精确的假

设，而不仅仅是对历史趋势的简单推断。

B2 建筑活动的变化

在能源状况中，未来住宅建筑面积的变化是用未来人口数与未来预计人均建筑面积相乘所估

算出来的。人均建筑面积的变化应该会与人均GDP紧密相关。

图 B - 4 建筑面积与人均GDP之间的常见关系[IEA, 2004]

尽管现在还没有世界上所有地区的全部建筑面积的准确数据，但人均建筑面积的近似增长

率应该是上图这样一种关系。这就是说，对于发展中地区，如曲线的左侧所示，预计人均居住

面积会有一个较大的增长率。但对于发达地区来说，人均居住面积即使能够增加，也只会增加

的非常缓慢。

人均GDP

人均

居住

面积


附录C 关于生物能源的假设

此能源情景分析使用以下几个主要投入来为生物能源建模：

. 在第5.6节中描述的可持续残留物和废弃物潜力。对于残留物的潜力，用可再回收部分的残

留物的估计量。这部分内容在附录C1部分有详细介绍。. 在5.3节中描述的可用于种植可持续能源作物土地的潜力。. 在5.5节中描述的可持续的林业余量采伐的潜力。. 在5.7节中描述的可持续藻类的潜力。

为了计算上述所能提供的需求，本能源情景分析采用了两个来源的补充数据：

. 在理想环境下的能源作物产量，附录C2给出了这些产量的综述。

. 为满足需求使用的转换技术的效率，在附录C3中给出了这些效率的综述。

C1 可回收的部分

我们对文献做了研究，并从中获得了本能源情景分析中采用的残留物潜力数据。在某些情况

下，这些潜力可以直接在有关文献中找到，然而，在大多数情况下，我们通过自己的分析对这

些潜力做了计算。通过这些计算结果，我们又从能找到的文献中，发现了用于能源生产的可回

收部分（RF）。在找不到文献数据的情况下，我们采用了可持续能源服务与创新公司专家的估

计数据。随后，我们又调整了某些所获得的RF值，使其符合此情景分析的原则和未来的发展。

实际上，这意味着下述残留物的阻碍因素在大多数情况下是可以解决的：

. 经济上的可行性：随着（农业）基础设施的改进，和在此能源情景时间框架内，残留物的

能源利用价值不断提高，对于残留物收集的经济障碍会越来越小。

. 对于养分的回收利用：在很多情况下，初级农作物残留物被留在地里，残留物含有的养分

会得到再利用。但在新的能源情景分析下，这种操作方式也可以被改进。例如，初级农作物可

以在被提取能源后，将残留物发酵后的剩余的沼渣返回地里，这就意味着，这些残留物不单可

以提取能源，其中的养分还可以被再利用。

表格C-1为我们综述了适合的可回收部分和不适合的可回收部分，包括这些数值的推论依据

和来源.


表格C- 1 在能源情景分析中使用的可回收部分残留物.

作物

谷物

大米(作为谷物的

一种)

油菜籽

大豆

木薯

甜菜

咖啡豆外壳

棕榈油-榨后果

皮

棕榈油-棕榈油榨油机残留(POME)

甘蔗渣

马铃薯

动物脂肪

原值

25%

30%

21%

21%

25%

30%

21%25%

30%

21%

25%

25%

25%

25%

25%

100%

25%

19%

25%

25%

45%

35%

40%

30%

30%

35%

40%

30%35%

40%

30%50%

50%

50%

75%

70%

100%

19%

19%

50%

55%

45%

推论

由于可持续性原因,15-25%被犁回到地里，用作牲畜

褥草(估计在30-50%),损失10%,经济可行的/其它用途

占25-40%.由于可持续性原因,15-25%被犁回到地里，用作牲畜

褥草(估计在30-50%),损失10%,经济可行的/其它用途占50-60%(主要用于乡村

电气化).

2%用于造纸,28%用于饲料,54%用于农村能源, 16%

循环再利用和收集根据谷作物在中国的情

况:2%用于造纸,28%用作饲料,54%用于农村能源, 16%

再利用和收集.

等同于谷物

等同于谷物

等同于谷物等同于谷物

等同于谷物

等同于谷物类似于谷类作物的情况,但除了用牲畜褥草之外,还用作动

物饲料和肥料

等同于木薯

等同于木薯估计

估计,包括退田和无能源回收

的焚化处理

估计基于这是一种浪费，可从水处理过程中收集，

绝大多数被用于工厂能源,但是在非经合组织国家用

得较少

用于满足工厂能源需求的情况最多

估计是作为二等残留物，但

是大部分被用作动物饲料

估计是作为二等残留物，但是大部分被用作动物饲料

基于欧洲竞争使用的数据做的估计

改进原因

提高经济上的可行性






提高经济上的可行性提高经济上的可行性


提高经济上的可行性提高经济上的可行性

通过改进收集技术,提高经济可行性,

例如,循环利用养分

通过改进收集技术,提高经济可操作性,

例如,循环利用养分

因为咖啡豆外壳为二级残留物，并且由于基础设施的改进，具有很高的潜在经济可行

性。因有其他用途，数量有限

具有很高经济可行性.因为外壳为二级残留物。迪修, 2006指出,作能源使用比其它用途

更有价值.

根据出榨过程中的浪费进行估计

情景分析假设为加工植物能源需求的最大利用

情景分析假设为加工植物能源需求的最大利用

产量较大的二级残留物，假设40%用于动物饲料,10%被浪费掉.其它的50%可用.

产量较大的第二级残留物.我们假设20%用于动物饲料，25%被浪费掉(比如因缺少基础设

施)，还有55%可用

区域

经合组织

非经合组织

中国

所有地区

经合组织

非经合组织

中国

经合组织

非经合组织

中国

所有地区

经合组织

非经合组织

所有地区

所有地区

所有地区

经合组织

非经合组织

经合组织

非经合组织

所有地区

参考来源

Fischer 2007, 爱立信2005

Fischer 2007, Lewandowski

2005,爱立信 2005

Zeng 2007

Zeng 2007


Fischer 2007, 爱立信 2005

Zeng 2007


Fischer 2007, Lewandowski

2005,爱立信 2005

曾氏 2007Fischer 2007, Ecofys的专业

知识

Fischer 2007, Ecofys的专业

知识Fischer 2007, Ecofys的专业

知识

Dehue, 2006

Maceido 2004,

Damen 2001Maceido

2004, Damen 2001

Caparella2009

此处使用


C 2 能源作物的产量

表格C- 2 在能源情景分析中使用的能源作物产量

表格C- 2中的所有产量：. 适合于75： o 适于种植该种作物土地的可持续潜力 o 雨养种植（没有人工灌溉38）. 基于主要产品的初级产量。源于同一公顷内的其它生物质（如甘蔗渣，油棕榈的空果皮

等）包括在生物质加工过程产生的残留物中。

这些生物质能在转换效率表中被量化，表格C- 3中的所有效率转换指的是从最初的生物质能

到需求运载工具的效率。除了最初生物质能之外，所需的农业或加工投入都在注释中列出（例如

加工热能或电力,用于化肥生产的热能）。任何在能源转化中生成的加工残留物也在注释中标明

（如甘蔗渣或棕榈皮)。在进行数据转化时需要注意，例如：通过发酵将木素纤维素转化效率视

乎低，但是数据中也包括了全部的加工热能和电力投入。（乔注：英文版中没有这部分，请确

认，若无，则删除）

C 3 转化技术的效率

在本能源情景分析中采用的生物能源转化技术效率,是根据现有最佳实践计算得来的。表格

C-3提供了所使用的数据, 如果有必要,对这些效率数据的出处和应用可提供补充说明。

75. 5.4节描述了使产量适应雨水补给农业土地的方法。

作物类型

油+脂肪

糖+淀粉

木质纤维素作物

各地区产量范围(GJ/公顷)

25- 35(~0.5 - 1 吨油/

公顷)

62- 121(~4- 7 吨淀粉或糖/

公顷)

160 - 230(~8- 12 吨干物/

公顷)

注释

. 约等同于22-31GJ/公顷交通运输用燃料

. 数字只包括初级油产量;农业和燃料加工的残留物在别的地方计算. 标志作物: 油菜籽, 大豆和油棕榈


. 数字只包括初级淀粉或糖产量; 农业和燃料加工的残留物在别的地方计算. 标志作物: 甘蔗和玉米. 南美洲适合种甘蔗,所以高产


. 数字包括所有的初级生物质产量;燃料加工的残留物在别的地方计算


表格C- 3中的所有效率指的是从初级生物质类型到所需能源载体的效率。除了初级生物质能

之外，还需的农业或加工投入都在注释中列出（例如加工热能或电力,用于化肥生产的热能）。

任何源于转换的加工残留物也在注释中标明（如甘蔗渣或棕榈皮)。在诠释数据时需要注意，例

如：通过发酵转化木质纤维素的效率看起来低，但是数据中已经包括了全部的加工热能和电力

投入。

表格C- 3 生物能源技术转化效率

76. 在这里使用的燃烧过程可以被理解为直接有效地燃烧,但根据具体情况，也包括基于气化生产工艺。

技术

油/脂肪转

化为燃料

发酵

燃烧76

发酵+升级燃气管网质量

发酵 + 燃烧

木炭生产

注释

. 效率是燃料产出与油料投入之比

. 每MJ燃料额外投入:0.14MJ热能,0.01MJ电力

. 每百万焦耳燃料的额外产物:每百万焦耳燃料约产生1.5百万焦耳残留物

. 效率是燃料产出与油料投入之比，包括生产过程热能和电力的投入

. 提炼藻类时所产生的残留物在重新耕种时被再利用

. 效率是燃料产出与糖或淀粉投入之比，

. 每MJ燃料额外投入: 0.25MJ热能, <0.01MJ的电力

. 每MJ燃料的额外产出: 每MJ燃料约产生1.4MJ残留物

. 效率是燃料产出与木质纤维素投入之比，包括生产过程热能和电力的投入

. 每MJ燃料的额外产出: 每MJ燃料约产生1.0MJ残留物

. 转化效率体现在工业需求数据中

. 适用于造纸或水泥窑燃料的木材消耗

. 认为效率低是由于燃料非最佳,非完全燃烧，和进行必要的烟气清净化

. 基于现最佳做法

. 基于67%发酵效率计算由于气体清洁和压缩带来损失导致的减少. 终端载体是清洁的沼气,等于天然气.

. 基于67%发酵效率

. 终端载体的燃烧效率等同于燃烧“其他可燃生物质”。例外：因为若可用燃气轮机，则45%发电效率

. 基于现有最佳实践

转化效率

88%

80%

80%

39%

100%

78% (低温热能)

73% (高温热能)

30% (电能)

95% (低温热能)

90% (高温热能)

40% (电力)

52%

60% (低温热能)

57% (高温热能)

23% (电能)

40%

生物质类型类

油料作物中

榨取的油

从藻类中提

炼的油

淀粉或糖

木质纤维素

直接工业

燃料

市区固体垃

圾产生的干

燥废弃物

其它可燃的

生物质

所有湿废

弃物

所有湿性废

弃物

所有木质生

物质


附录 D 生物能源敏感性分析

此能源情景分析使用250 Mha土地来种植生物能源作物。这些农作物的一部分肯定会用作

交通运输燃料。因此，了解假定的交通运输需求和生物能源作物种植用地二者之间的关系是很

有意义的。

尽管全面多角度的能源情景分析不在我们此项工作范之内，但是基于在总的能源作物产量

中不同需求部门的相应份额，我们做了一些基本的计算。

在表格D- 1中，我们介绍了这些计算，还给出了有关食物需求和产量变化的分析。

表格D- 1 关于来自作物的生物能源敏感性的基本分析

*到2050年，在此能源情景分析中，所有公路燃料都将由生物能源而非其它农作物提供。

公制案例变化生物能源用地

需求降低

(E焦耳/a)

等同面积如果

由能源作物提供可用的已使用的

能源情景分析 (2050年)

供应:

每年产量增加

需求:

动物产品消费

食品供需平衡

总货运量

电气化货运

旅客乘飞机

旅行

0.4%- 1.5% (替代

1%)

在OECD中,25-75%

的肉类消耗替代50%

2005年实际供需比为

90-110%替代平衡

降低10%

降低30%

50%替代30%电气化

降低10%

降低30%

673 Mha

300- 1,080

Mha

350- 1,270

Mha

500- 800

Mha

无

无

无

无

无

250Mha

无

无

无

± 0Mha*

± 0Mha*

± 0Mha*

- 4Mha

- 11Mha

1.6

4.9

4.6

1.4

4.2

~7Mha

~21Mha

~20Mha

~6Mha

~19Mha


附录 E 林业概况

图表E-1中图示是对全球系统中林业产品流动的综述。另外，这个图表也显示了，在何种情

况下，包含在能源情景分析的生物质供应中的可持续残留物，废弃物或是林业余量采伐都有何

潜力。总的来说，有四个大类：. 林业余量采伐：可以持续地从额外森林生长物或是之前使用的传统生物质能中获取的生物

质能。参见5.5节。. 采伐残留物：在砍伐薪材或工业木材时产生的残留物。这些残留物中有25%被认为是可以

回收的。参见5.6节。. 加工残留物：加工工业木材时产生的残留物，比如锯末。这些残留物中有75%被认为是可

以回收利用的。参见5.6节。. 木质废弃物：用后还可以利用的木质废弃物，比如拆迁建筑的木质废弃物。参见5.6节。

在后三类中，有来自其它部门的竞争需求，比如可考虑板材工业。

图E-1 此图说明了在该能源情景分析中，森林产品变成不同生物能源类别的流向情况。（RF=

可再回收利用部分）

砍伐目的中间品产品使用

互补砍伐互补砍伐互补砍伐

互补砍伐

互补砍伐

工业用木材工业用木材圆木加工

因残留物和废弃物的需减少之后，能源情景分析中包括

工业木材使用

情景分析中包括此项

总潜力加工残留物

加工残留物木材废弃物回收潜力

薪材薪材薪材薪材

圆木


附录 F 残留物和废弃物分类概况

图表F- 1 是关于在此能源情景分析下残留物或废弃物使用的概况. 此图详细说明了在章节5.6中

描述的一级,二级或是三级残留物或废弃物.

图 F- 1 此图说明了能源情景分析中残留物或废弃物的流动情况，并区分了一次、二次，三次残

留物和废弃物。

用于种植食物或饲料的农田

草场/牧场

森林用地木材砍伐原材料生产原材料使用

一次残留物二次残留物三次残留物和废弃物

残留物或废弃物潜力

食物或饲料的收获

动物产品生产

食品加工

食品消费


附录 G 参考书目

G1 参考书目——引言/

G2参考书目——需求

资料来源

[国际能源署，2008年]

报告和出版物

[Bernardini，1993年]

[CCC，2009年]

[DE Gov，2006年]

[DE Gov，2007年]

[Groenenberg，2002年]


报告和出版物

[气候变化]

[IPCC，2000年]

[绿色和平，2010年]

[VEM Vuuren，2007年]

[《世界能源展望，2009

年》]

《气候变化》报告，气候的风险，为世界自然基金会（WWF）编

制，蒙其允许在此参照引用

技术支持单位IPCC-WG3，IPCC系列排放情景分析，V1.1，牛

津大学出版社

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景分析》，壳牌国际石油公司（2008年），《能源情景分析：紧

急行动和行动计划》

Vem Vuuren等人，2007年，《气候变化》第119-195页，“将

温室气体排放浓度稳定在低水平：对减排策略和成本的评估

国际能源署，2009年《世界能源展望》

国际能源署，世界能源平衡，经合组织国家和非经合组织国家数

据库，2008年版

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强度的长期趋势”，未来

英国气候变化委员会，（2009年），“满足英国的航空目标——

到2050年减排的选择

由联邦交通运输，建筑和城市发展77部编制的德国二氧化碳排放建

筑业报告

由德国联邦经济和技术部编制的国家能源效率计划78

HGroenenberg博士论文，(2002年)，“发展与治理”Utrecht大学

国际能源署（2004年），“30年能源使用——石油危机和气候变

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77. http://www.bmvbs.de/Anlage/original_1033497/CO2-Gebaeudereport.pdf

78 . http://www.bmwi.de/BMWI/Redaktion/PDF/Publikationen/nationaler-enerieeffizenzplan, property=pdf,bereich=bmwi,sprache=de,rwb=true.pdf



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[国际海事组织，2009年]

[Kim，2002年]

[Neelis，2006年]

[Martin，2000年]

[Schenk，2006年]

[WBCSD，2004年]

[Worrell，2008年]

[联合国，2007年]

G3 参考书目——供应（不包括生物能源）

数据来源


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[Bertani，2007年]

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附录H 缩略语表

BAT 最佳实用技术

BAU 常规情景（分析）

CapEx 资本支出

CCS 碳捕捉与贮存

cleantech 清洁技术

GAI 年度总增长

GDP 国内生产总值

GHG 温室气体

GJ 吉焦

IEA 国际能源署

IU 使用强度

kWh 千瓦时

J 焦耳

Mha 兆公顷

MWh 兆瓦时

MJ 兆焦

OpEx 运营支出

per capita 人均

period 5年期

pkm 人/公里

PTW 两轮、三轮人力车

PHEV 插电式混合电动车

BEV 电池电动车

region 地区

RES 可再生能源

Residue 残留物


RF 可回收部分

sqm 平方米

tkm 吨/公里

Waste 废弃物

Wh 瓦时


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其它：酋长国野生动物保护协会（阿拉伯联合酋长国）

As at：2010年10月

出版情况：2011年1月由世界自然基金会于瑞士格兰德出版，如果此出版物部分或全文复印，必须提及作为版权所有者的上述出版者的报告名称和作者名单。

© 正文和图表： 2011年，世界自然基金会版权所有

此报告中的材料和地理名称不意味着代表世界自然基金会就有关任何国家、地域和地区，或有关其边疆或边界划界的法律地位表达任何意见。

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钱；应对气候变化；增进

健康；没有核风险；增加

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自然。

交通运输全面电气化，

加强能源保护、智能电

网，人人都能用上可持

续能源。节能和减少需求；电气

化；公平；土地 ; 水; 海洋

利用的意义；生活方式

的选择——行为变化和

公众的态度;投资、创新

和研发；政府治理。

到本世纪中叶，世界动力

100%由可再生、可持续

能源供应。

WWF瑞士总部联系电话：+41 22 364 9111；传真：+41 22 364 0332。欲知详情，请访问：www.panda.org

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大城市建筑局智库 报告 2011 - · PDF fileISBN 978-2-940443-26-0. WWF The Energy Report Page 3 ... Kornelis Blok 作者、审稿人

大城市建筑局智库报告 2011 - · PDF fileISBN 978-2-940443-26-0. WWF The Energy Report Page 3 ... Kornelis Blok 作者、审稿人