202103-中文版IEA2020能源技术展望—清洁能源创新特别报告

Technology 2020 Perspectives Energy 清洁能源创新特别报告 加速技术进步 ， 迈向可持续未来 能源技术展望Technology 2020 Perspectives Energy 清洁能源创新特别报告 加速技术进步 ， 迈向可持续未来 能源技术展望能源技 术 展望 前言 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 2 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 致谢 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 3 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 致谢 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 4 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 致谢 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 5 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 致谢 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 6 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 致谢 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 7 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 目录 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 8 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 目录 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 9 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 目录 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 10 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 目录 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 11 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 执行摘要 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 12 国际能源 署。保 留所有 权利。     能源技 术 展望 执行摘要 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 13 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 执行摘要 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 14 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术展望 执行摘要 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 15 国际能源 署。保 留所有 权利 。 下⼀个投资周期末“解锁”重工业领域减排量 国际能源署 2020。保留所有权利。 注：钢铁和⽔泥设施的典型寿命为 40 年；化工设施的平均寿命为 30 年。在本报告中的可持续发展情景下，⼀旦新技术可供 商业使⽤，全部资产都将在第⼀个 25 年翻新期中被清洁替代品取代或转型成为清洁替代品。 下⼀个 25 年投资周期结束时存在⼀个机遇，可以有机会将钢铁、⽔泥和化工⾏业现有设备的⼆氧化 碳预计排放量削减近 60 吉吨，减幅达 38%。 新冠疫情可能削弱或催化能源创新 亟需加快创新之际，重⼤挫折随新冠疫情⼤流⾏而来。近期，新冠疫情⼤流⾏的破坏作⽤将在 世界范围内削弱将新技术推向市场的能力。市场和政策中存在的不确定性可能减少企业家能够 获得的资金。 创新涉及⼴泛的参与者，而政府在其中的中⼼性作⽤远不⽌是为研发提供资⾦。政府确立总体 国家⽬标和优先事项，对于确定市场预期、确保知识流动、投资于必要基础设施以及使重⼤示 范项⽬得以推进至关重要。 如果政府成功应对新冠疫情带来的挑战，则有机会加速清洁能源创新。 这能够有助于保护能源 研发领域的约 75 万个工作岗位。此外，这可能是⼀个战略机遇，让政府能够确保新冠疫情后 产业更加强⼤，并为供给将来的国内和国际增长市场做好准备。在实现可持续能源和⽓候⽬标 的路径上，我们预计，对⽬前处于⼤规模原型期和示范期的技术，未来 20 年内平均每年的投 资将为 3500 亿美元左右。 寻求振兴经济活动的政府应即刻关注某些领域。尤其重要的是，要在 2025 年之前将维研发经 费持在计划⽔平，并考虑在战略领域提高研发经费。基于市场的政策和供资可以帮助扩展⼩型 模块化技术的价值链，⼤幅推动技术进步；太阳能电池板曾经的发展历程就是⼀个实例。与其 他技术跨⾏业发挥协同效应是⼀种成本相对较低的创新⽅式。电化学技术就是显而易⻅的例⼦， 它是电池、电解技术和燃料电池的共同基础。 0 1 2 3 4 5 6 2019 2030 2040 2050 2060 吉吨⼆氧化碳/年 亚太 欧洲和北美 世界其他地区 25年投资周期 典型寿命 - 57 吉吨⼆氧化碳能源技 术 展望 执行摘要 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 16 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 17 国际能源 署。保 留所有 权利 。 第 1 章 清洁能源技术的创新和政府的关键作⽤ 要点  更清洁、更有韧性、净零排放的未来能源系统将需要广泛的技术，其中⼀部分技术仍处于早期 发展阶段。对于这些新技术而言，创新是⼀个不确定的竞争性过程：很多创意都会⽆果而终。 本报告探讨了如何管理不确定性，并且扩⼤现有可⽤的、负担得起的清洁能源技术的数量，以 支持在符合国际能源和⽓候⽬标的时期内实现净零排放。报告中使⽤了国际能源署的⼀种新模 型，该模型针对⽬前⼤多数情况下缺乏规模可扩展的成熟低碳技术的长途交通运输和重工业⾏ 业，重点强调了可在这些⾏业中加快进展的候选技术，包括电⽓化（由电池支持）、氢能（及 氢衍生燃料）、⼆氧化碳捕捉，以及生物能源。它为政策决策者提供了⾏动建议。  成功的技术概念最终需要经历四个阶段：原型期、示范期、早期应⽤期和成熟期。这些阶段之 间的反馈意味着技术选项总在不断发展。规模、消费者价值以及与其他技术的协同效应等属 性，决定了技术以多快的速度通过各阶段。  创新过程涉及广泛的参与者，包括政府、研究人员、投资者、企业家、企业和⺠间社会，在形 成新技术或改良技术的创意、完善和资助这些技术直至其进入市场和得到部署⽅⾯，他们都发 挥重要的作⽤。创新体系是复杂的，有赖于四⼤支柱：资源推动、知识管理、市场拉动和社会 政治支持。  政府需要发挥的作⽤尤其重要且广泛，远不⽌于为研发提供资金。政府设定总体国家⽬标和优 先事项，并在确立市场预期⽅⾯发挥不可或缺的作⽤。在确保知识流动、投资使能基础设施和 促进重⼤示范项⽬⽅⾯，政府也肩负着独特的责任。  70 年来，太阳能光伏成本几乎⼀路持续下降，这显示出政府能够带来变⾰。在不同阶段，美 国、德国、中国和其他国家政府运⽤了研发和市场拉动政策措施，包括设定⽬标和保障收入， 以鼓励对支持创新和规模经济的整条价值链进⾏投资。锂离⼦电池的发展⽅式也体现出类似的 规律。  新冠疫情⼤流⾏可能会给清洁能源创新带来意想不到的重⼤挫折；国际能源署的⼀项调查显 示，正在开发净零排放技术的企业认为其研发预算很可能将会削减。然而，⽬前⼀系列国家正 在制定⼤规模经济复苏计划，这为政府提供了⼀个支持清洁能源创新就业和加速技术进步的机 会，而此时对清洁能源创新的需求达到了前所未有的高峰。 能源技 术 展望 第 1 章 清洁 能源技 术的创 新和政 府 的关 键作用 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 18 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 第 1 章 清洁 能源技 术的创 新和政 府 的关 键作用 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 19 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的 创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 20 国际能源 署。保 留所有 权利 。 有效能源创新体系的四⼤支柱 国际能源署 2020。保留所有权利。 来源：改编⾃ IEA (2019), Clean Energy Transitions: Accelerating Energy Technology Innovation Beyond 2020: Focus on India, IEA, Paris, https://webstore.iea.org/clean-energy-transitions-accelerating-innovation-beyond-2020-focus- on-india。 由四⼤支柱构成的简化框架可以帮助决策者对创新支持问题进⾏综合全⾯的思考。 专栏 1.1 有关创新的关键概念  技术：任何专门⽤于生产、储存和配送能源，或向使⽤者提供新的或改进的能源服务或 商品的装置、装置组件或其使⽤流程。为清楚明确起⻅，本报告对“技术应⽤”（如可 再生电力）、“技术类型”（如太阳能光伏）、“技术设计”（如钙钛矿电池）和“技 术组件”（如智能逆变器）做出了区分。  技术创新：通过科学和知识的实际应⽤来改进执⾏任务⽅式的过程，通常会产生性能更好 的设备，此处的性能是以能效、使⽤者友好度或成本等指标来衡量的。这个过程包括通过 研究学习（研发）和通过实践学习，以及这两者与其所支持的技术创新体系的互动。 为研究、 原型、 试点、 示范 和早期产品开发提供持 续的资源。 包括资金， 也 包括教育和技能。 ‧ 提供项⽬赠款 ‧ 资助研究人员 ‧ 提供研发税收激励 ‧ 贷款给初创企业 ‧ 支持培训 ‧ 颁发创新奖 知识管理 确保新知识流向其他使⽤ 者并融入新产品。 包括知 识交流网络， 以及运作良 好的专利和出版体系。 ‧ 维护知识产权制度 ‧ 要求成果公开发表 ‧ 开展国际合作 市场拉动 刺激企业通过创新投资， 来争夺市场赋予新颖产 品的价值。 ‧ 设定⽬ 标、 标准 ‧ 提供补贴 ‧ 征收税费 ‧ 消除新进入者⾯临的 障碍 ‧ 维护新业务的监管环境 社会政治支持 最⼤限度增加新技术被 使⽤者采⽤并得到决策 者支持的机会。 尽量减少 创新与社会偏好之间的 矛盾。 ‧ 与工业 界、 ⺠间社会、 其 他压力集团开展咨商 ‧ 进⾏意⻅调查 ‧ 确保创新政策流程透明 创新 “黑匣⼦” 新知识 新技术和改良技术 实现能源和环境政策目标。 经济繁荣 ， 就业增加 ， 竞争力 增强。 增加成功机会的政策杠杆 资源推动能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 21 国际能源 署。保 留所有 权利 。  技术创新体系：有形和⽆形因素之间动态和不断演进的相互作⽤，这些因素决定了某⼀ 技术中创新过程中的各个阶段。它包括创新者、使⽤者、机构、出资者、⺠间社会⾏为 体，以及支配以上各⽅⾏动的认知、网络和规则。  通过研究学习：通过投入研发资源来寻找新创意并将其开发成为可⾏的产品和服务（包 括原型期和示范期项⽬）所进⾏的知识积累。  通过实践学习：通过重复、试验和反馈来从开展⾏动的直接经验中所进⾏的知识积累。  规模经济：当固定成本和可变成本的上升速度低于产出单位数量的上升速度时，在制造 和安装中获得的成本优势。与其有关联的包括⼤规模生产类似商品，以及使⽤⼤型设 备，例如管道所需材料量不随输量线性增加。规模不经济虽然很少⻅，但也曾被观察到 （Coulomb and Neuhoff, 2006）。  不实践即遗忘：某项技术的生产或使⽤中断，它致使已经积累的知识丧失，并导致中断 后再投入使⽤的下⼀个单元的单位成本增加。  溢出效应：通过实践学习或通过研究学习的正外部性，它提高了原创新活动⽬标以外领 域的创新速度。溢出效应可被视为对在地理位置或科学上接近的平⾏创新生态系统的 “免费”投入。知识溢出效应是指纳入新原理，例如太阳能光伏生产⽅采⽤来⾃半导体 制造⾏业的突破性技术。应⽤溢出效应是指：⼀项技术在针对原应⽤通过创新得到完善 后，才在另外的新应⽤中被采⽤，例如锂离⼦电池在被开发⽤于消费品后，在汽车中被 采⽤。  公共物品市场失灵：如果由于知识很容易被其他人获得而造成企业不能充分利⽤其投资 回报，则私营部门生产知识的动机就很有限。在⼀定程度上，专利和公共研发支出是对 这种市场失灵的应对。  重⼤性：⼀个阈值，超过这个阈值的技术就被认为具有能够对供应链施加“重⼤”影响 的足够市场份额，本报告将其定义为某⼀给定⾏业中全国存量的 1%。超过这个阈值以 后，⼤多数技术在设计、生产和熟悉程度上已经足够成熟，从而使得下⼀阶段的部署⽐ 较顺畅。 能源技 术 展望 第 1 章 清洁 能源技 术的创 新和政 府 的关 键作用 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 22 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 第 1 章 清洁 能源技 术的创 新和政 府 的关 键作用 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 23 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术 展望 第 1 章 清洁 能源技 术的创 新和政 府 的关 键作用 清洁能源 创新特 别报告 页码 | 24 国际能源 署。保 留所有 权利。 能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的 创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 25 国际能源 署。保 留所有 权利 。 能源创新过程中各阶段主要⾏为体不同作⽤的部分示例 ⺠间社会 • 倡导支持理想新 技术的政策，包 括消费者激励和 公共采购。 • 通过基金会和对 ⼤学的捐赠，将 资金导向剧变式 创新。 投资者社群 • 评估现有技术时 考虑到未来⽓候 和其他政策⻛ 险。 • 提供天使基金， 帮助⼩型初创企 业或企业家起 步。 政府 • 设定市场框架和对投资者的激励措施。帮助确立创业的 吸引力和市场对新进入者的开放程度。指导国有企业的 创新和投资。 • 提升公众对技术变⾰的期望和信心。 • 确保新知识得到适当的保护，并且，如果新知识得益于 公共资金支持，则确保新知识得到适当使⽤。支持通过 会议、开放获取出版和社团等进⾏知识共享。 • 优先安排相关研究课题，以引导研究促进社会⽬标。资 助公共研究机构和私营实验室的基础研发和高⻛险研 发。资助或联合资助复杂的多利益攸关⽅应⽤研究项 ⽬，以测试商业化之前的技术。设立与期望技术进步相 关的奖励。 • 调整税收制度，以刺激私人研究支出。 私营部门 • 帮助创造使政策得以制定的 空间和政治合法性。 • 通过专业协会、国际投资和 标准化来传播知识。 • 资助和运营企业实验室。 • 与⼤学合作并为其提供资 助，与⽆直接竞争关系的企 业合作，或与他⽅合作开展 ⻛险⽆法由⼀家企业独⾃承 担的项⽬。 阶段 从原型期到成 熟期的各个阶 段 原型期 能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 26 国际能源 署。保 留所有 权利 。 ⺠间社会 为示范项⽬提供第⼀ 批⽤⼾，支持符合当 地价值和承诺就业的 项⽬。 提供早期应⽤者 投资者社群 提供⻛投基金和成长 股权，以带动技术⾛ 向市场。 • 随着技术进步调 整对技术的⻛险 认知。 • 与企业分享投资 者的需求和机 会。 政府 • 通过赠款和贷款为项⽬和初创企业提供资金。也可以购 买股权。 • 通过资助孵化器和投资人网络或降低第三⽅资本投资⻛ 险来支持企业家。 • 确保示范项⽬的收入，并出台适当的规章制度来管理先 ⾏者⻛险。 • 运⽤各类融资（包括优惠贷款、赠款和股权融资）弥补 资本市场的空⽩，以支持企业家扩⼤规模。 • 利⽤政府采购、组合标准和采购激励措施，以打造⼀连 串“利基”市场。 • 防⽌滥⽤垄断权力，允许对⾃然垄断市场中的项⽬开展 监管实验。 • 确保及时建设任何必要的使能基础设施和网络。 私营部门 • 利⽤企业⻛险投资 来孵化实验室产生 的成功新技术并将 其推向市场。 • 承担建设、主办和/ 或运营试点和⾸创 性商业化工⼚的⻛ 险。 • 开发并完善新产品 和服务的商业模式 和营销。 • 在生产和经营中促 进通过实践学习。 阶段 示范期 早期应⽤期 能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 27 国际能源 署。保 留所有 权利 。 专栏 1.2 政府参与太阳能光伏开发 在将太阳能光伏从实验室推向市场、激励早期应⽤期和促进持续创新⽅⾯，多国政府发挥 了关键作⽤，但没有任何⼀个国家可以独揽⼤功。 光伏电池的⾸次示范是在 20 世纪 50 年代由美国⻉尔实验室进⾏的；作为受政府管制的电 信许可证的⼀部分，⻉尔实验室获准将 AT Nemet, 2019）。 能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 28 国际能源 署。保 留所有 权利 。 光伏发展过程中的关键政府项目（上）和⾥程碑（下） 国际能源署 2020。保留所有权利。 注：NREL = 美国国家可再生能源实验室；EEG = 德国《可再生能源法》。 来源：Nemet (2019); Persat et al. (2019); Kavlak, McNerney and Trancik (2018)。 可以通过估算不同技术要素对降低成本的贡献，并利⽤⼀般化假设将这些元素与高层驱动 因素对应起来，来评估资源推动和市场拉动措施的相对重要性 （Kavlak, McNerney and Trancik, 2018）。据估计，1980 年至 2012 年期间，可归因于市场拉动措施——即私营部 门通过研究学习、通过实践学习（重复性常规生产活动）和规模经济三者结合——的技术 改良对太阳能光伏板生产成本下降的贡献份额达三分之⼆。 1 此时期全程当中，虽然规模经 济对降低成本所做贡献仅占约 22%，但在 2001 年之后，规模经济的重要性⼤幅提升。 2 硅 价格、晶圆⾯积和工⼚设计很可能都得益于半导体⾏业的发展，这说明溢出效应很重要。 总体而言，上述情况表明约 60%的成本下降是研发的结果，包括公共和私人出资的研发。 2001 年之前，研发动机可能尤为强烈，因为这⼀时期中，晶体光伏和薄膜光伏技术之间的 竞争造成了不确定局⾯，尚不清楚哪种设计将占优势地位。从全球产量份额来看，市场上 的领先技术在不到 10 年间两度交替，最终由于更高效的晶体光伏技术在中国量产实现规模 经济，致使薄膜光伏的市场份额跌至不足 10%（Hoppmann, 2018）。 美国 ⻉尔实验室发明 光伏电池单体 美国 第⼀块太 阳能⼿表 日本 第⼀个太阳 能计算器 澳⼤利亚 发明效率为20% 的电池单体 美国 发明效率为40% 的电池单体 吉瓦 专利数量 美元/瓦 中国 上网电价 日本 补贴0.8吉瓦屋顶 光伏 德国 EEG上网电价 德国 “千⼾太阳能屋顶” 补贴5.25兆瓦 日本 “阳光工程” 研发与示范 美国 政府采购400千瓦 美国 NREL成立， 进⾏光伏研发 和测试 美国 NASA “先锋计划” 和 “阿波罗计 划” 部署⾸批光伏板 1950 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 0 20 40 60 80 100 120 1960 1970 1980 1990 2000 2010 容量增加 价格 专利 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010能源技 术展望 第 1章 清 洁能源技 术的创新和政府的关 键作用 清 洁能源 创新特别别告 页页 | 29 国际能源 署。保 留所有 权利 。 按⾼层机制和驱动源划分的不同因素对太阳能光伏成本下降的贡献 国际能源署 2020。保留所有权利 注：R European Commission (2020); HM Treasury (2020); KPMG (2020); MAAC (2020)。