麥肯錫-難啃的硬骨頭：應(yīng)對(duì)全球能源轉(zhuǎn)型中的物理挑戰(zhàn)

摘要

難啃的硬骨頭

應(yīng)對(duì)全球能源轉(zhuǎn)型中的物理挑戰(zhàn)

作者

MekalaKrishnanChrisBradley

HumayunTaiTiagoDevesaSvenSmit

DanielPacthod

編輯

JanetBush

數(shù)據(jù)可視化

JuanM.Velasco

麥肯錫全球研究院

麥肯錫全球能源和基礎(chǔ)材料咨詢業(yè)務(wù)麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)

合作研究

2024年11月

機(jī)密且專有。未經(jīng)麥肯錫許可，嚴(yán)禁擅用本材料。

版權(quán)所有?麥肯錫公司2024年保留所有權(quán)利。

封面圖片：黑色球中的綠色球?JorgGreuel/GettyImages

麥肯錫全球研究院

麥肯錫全球研究院（MGI）成立于1990年。其使命是幫助全球的企業(yè)和政策領(lǐng)導(dǎo)人做出最重要的經(jīng)濟(jì)和業(yè)務(wù)決策。MGI的研究成果得益于麥肯錫全面的地區(qū)、行業(yè)和職能知識(shí)、技能及專長(zhǎng)，但報(bào)告的文字方向和決策由MGI全球資深董事合伙人及董事合伙人全權(quán)負(fù)責(zé)。

MGI的研究目前分為五大主題：

—生產(chǎn)力與社會(huì)繁榮:更高效地創(chuàng)造和利用全球資產(chǎn)

—全球資源：以可持續(xù)的方式建設(shè)世界、為其提供能源和養(yǎng)分—人類潛能：最大限度地發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)人才的潛力

—全球網(wǎng)絡(luò)：探索商品、服務(wù)、人員、資本和觀點(diǎn)的互通如何引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展—未來的技術(shù)和市場(chǎng)：討論下一個(gè)重要的價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域

MGI的目標(biāo)是開展獨(dú)立、基于事實(shí)的研究。我們的研究未受任何企業(yè)、政府或其他機(jī)構(gòu)的委托或資助；MGI免費(fèi)公開分享研究成果；研究資金全部來自麥肯錫的全球董事合伙人。雖然我們聘請(qǐng)了多位杰出的外部顧問為研究工作獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，但出版物中展示的分析成果僅代表MGI的觀點(diǎn)，任何錯(cuò)誤由MGI負(fù)責(zé)。

您可通過/mgi了解有關(guān)MGI和研究工作的更多信息。

MGI全球資深董事合伙人

MGI全球董事合伙人

SvenSmit(主席梁敦臨)

SylvainJohansson

MichaelChui

JanMischke

ChrisBradley

NickLeung(梁敦臨)

MekalaKrishnan

JeongminSeong

KweilinEllingrud

OliviaWhite

AnuMadgavkar

TilmanTacke

與麥肯錫全球能源和基礎(chǔ)材料咨詢業(yè)務(wù)、麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)合作

麥肯錫全球能源和基礎(chǔ)材料咨詢業(yè)務(wù)提供對(duì)能源、材料和自然資源供應(yīng)鏈的深厚洞見，為設(shè)立專項(xiàng)標(biāo)桿及數(shù)據(jù)解決方案等提供咨詢服務(wù)，旨在幫助利益相關(guān)方持續(xù)創(chuàng)造巨大價(jià)值。通過高級(jí)分析和全球團(tuán)隊(duì)的實(shí)力引導(dǎo)，我們對(duì)支持當(dāng)前關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)部門提供獨(dú)特的行業(yè)視角。作為戰(zhàn)略和職能轉(zhuǎn)型領(lǐng)域的綜合性頭部咨詢公司，我們與數(shù)百家主要行業(yè)企業(yè)合作，幫助客戶加速去碳化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)能源、材料和食品轉(zhuǎn)型，對(duì)此我們深感自豪。

麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)是麥肯錫公司的客戶服務(wù)平臺(tái)，其目標(biāo)是幫助所有行業(yè)到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，并按照《巴黎協(xié)定》達(dá)成全球目標(biāo)?？沙掷m(xù)發(fā)展是麥肯錫的首要任務(wù)，二十年來，我們一直幫助客戶實(shí)現(xiàn)去碳化、打造氣候適應(yīng)能力和應(yīng)對(duì)可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。我們的目標(biāo)是成為私營部門最大的去碳化催化劑，并與全球各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的企業(yè)（包括高排放企業(yè)）合作，幫助他們創(chuàng)新、減排、并向可持續(xù)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型。為此，我們充分利用麥肯錫的思想領(lǐng)導(dǎo)力、創(chuàng)新工具和解決方案、領(lǐng)先的專業(yè)知識(shí)以及充滿活力的合作生態(tài)系統(tǒng)，引領(lǐng)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，保護(hù)地球并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。僅在2023年，麥肯錫有超過4,500名同事與750家客戶合作，在近67個(gè)國家開展了1,700項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目。麥肯錫已設(shè)定科學(xué)基礎(chǔ)目標(biāo)，并經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)目標(biāo)倡議（SBTi）驗(yàn)證，符合1.5攝氏度路徑。我們致力于通過實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)營的去碳化和永久消除所有剩余排放，實(shí)現(xiàn)凈零排放。

Thehardstuff1

夕陽下的熔鹽塔式太陽能熱電站

?koiguo/GettyImages

概述

—全球能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)程尚處于早期階段，大多數(shù)地區(qū)的低排放技術(shù)部署率僅僅達(dá)到2050年預(yù)設(shè)目標(biāo)的10%左右。經(jīng)過數(shù)個(gè)世紀(jì)的優(yōu)化，目前的能源系統(tǒng)具備很多優(yōu)勢(shì)，但能源的生產(chǎn)和消耗卻占全球二氧化碳(CO2)排放量的85%以上。即便擴(kuò)大全球能源供應(yīng)，創(chuàng)建一個(gè)低排放的能源系統(tǒng)，抑或是僅僅提高當(dāng)前能源系統(tǒng)的覆蓋率，均需要部署數(shù)以千百萬計(jì)的新資產(chǎn)。當(dāng)然，在部分領(lǐng)域，能源轉(zhuǎn)型也已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但目前主要集中在低難度的用例。

—為順利推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)程，25個(gè)相互關(guān)聯(lián)的艱巨挑戰(zhàn)亟待解決。其中包括了開發(fā)和部署新的低排放技術(shù)，以及建立與之配套的全新供應(yīng)鏈和基礎(chǔ)設(shè)施。

—約有一半左右的與能源相關(guān)的二氧化碳減排目標(biāo)與有賴于解決最艱巨的挑戰(zhàn)。例如，管理包含多種可再生能源的電力系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)電動(dòng)卡車在續(xù)航里程和有效載荷方面的挑戰(zhàn)，尋找生產(chǎn)工業(yè)材料的替代熱源和原料，以及在上述用例和其他用例部署氫氣和碳捕獲技術(shù)。

—最艱巨的挑戰(zhàn)有三個(gè)共同特點(diǎn)。首先，部分用例缺乏成熟的低排放技術(shù)，無法提供與高排放技術(shù)相同的性能。其次，最艱巨的一些挑戰(zhàn)往往伴隨其他一系列的的困難與問題，因此需要采取系統(tǒng)性的方法。最后，鑒于存在各種制約因素和缺乏過往經(jīng)驗(yàn)，新技術(shù)或系統(tǒng)很難馬上進(jìn)行大規(guī)模部署。

—了解上述挑戰(zhàn)或?qū)椭髽I(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和決策者們實(shí)現(xiàn)能源的成功過渡與轉(zhuǎn)型。他們可以確定當(dāng)前在哪些方面可以主動(dòng)出擊、把握機(jī)會(huì)，在哪些方面會(huì)遇到可能的問題與瓶頸，以及如何融合創(chuàng)新和系統(tǒng)重組，以最佳方式應(yīng)對(duì)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

本文僅包含摘要。閱讀完整報(bào)告請(qǐng)?jiān)L問

mck.co/physicaltransition

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工程師在檢查核電站的渦輪機(jī)。

?MontyRakusen/GettyImages

簡(jiǎn)介

全球能源系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，是現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。平均每人每年消耗的能源相當(dāng)于800公斤原油。1從體力勞動(dòng)角度估算，這大約等同于60人晝夜不停工作。在最富裕的經(jīng)濟(jì)體中，這個(gè)數(shù)字或能達(dá)到兩倍或三倍。充足、廉價(jià)而可靠的能源支撐著數(shù)十億人的發(fā)展和繁榮。

盡管能源系統(tǒng)有諸多益處，但卻是85%以上二氧化碳(CO2)的排放源2。目前的系統(tǒng)仍然以化石燃料為主，化石燃料占所有初級(jí)能源消耗的80%以上3。因此，自2015年簽署《巴黎協(xié)定》起，世界開始以減少排放為目標(biāo)，進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，具體目標(biāo)是“把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2°C之內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5°C之內(nèi)”。4

當(dāng)前，能源轉(zhuǎn)型尚處于初期階段。迄今為止，大多數(shù)地區(qū)的低排放技術(shù)部署僅達(dá)到2050年設(shè)定目標(biāo)所要求的10%左右，且集中于相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的用例。隨著全球各地區(qū)面臨更多棘手的用例，能源轉(zhuǎn)型勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

更為復(fù)雜的是，在建設(shè)低排放新能源系統(tǒng)的同時(shí)，該系統(tǒng)仍需不斷擴(kuò)大，讓數(shù)十億尚未有機(jī)會(huì)獲得能源的人能夠有機(jī)會(huì)使用能源，即從經(jīng)濟(jì)上賦予他們發(fā)展的能力。能源轉(zhuǎn)型還需要考慮能源的經(jīng)濟(jì)承受力和能源安全性的擔(dān)憂，同時(shí)還需承擔(dān)能源系統(tǒng)對(duì)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力所發(fā)揮的保障作用。

此外，目前的凈零目標(biāo)要求快速實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。雖然當(dāng)今的能源系統(tǒng)經(jīng)過了幾個(gè)世紀(jì)的建設(shè)和優(yōu)化。然而，目標(biāo)設(shè)定者普遍認(rèn)為能源轉(zhuǎn)型只需要幾十年的時(shí)間，即到2050年即可實(shí)現(xiàn)二氧化碳凈零排放。5

然而，目前看來，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)似乎是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在數(shù)字時(shí)代，我們已經(jīng)習(xí)慣了快如閃電的轉(zhuǎn)型。TikTok用了9個(gè)月、ChatGPT僅用了2個(gè)月就獲得了1億用戶。6但能源系統(tǒng)是一個(gè)物理實(shí)體，歷史上的能源轉(zhuǎn)型都花費(fèi)了幾十年甚至上百年的時(shí)間。例如，過渡到當(dāng)前能源系統(tǒng)的過程就十分漫長(zhǎng)。19世紀(jì)，生物質(zhì)能占能源使用量的98%；隨著時(shí)間的推移，煤炭、石油和天然氣逐漸取代了生物質(zhì)能。7到2000年代中期，生物質(zhì)能在初級(jí)能源的占比降至10%以下。8工業(yè)革命之后，各行業(yè)開始向新的能源形式過渡——交通領(lǐng)域：從馬匹到汽車，建筑領(lǐng)域：從生物質(zhì)能到燃?xì)忮仩t——平均需要大約50年的時(shí)間。9

鑒于當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型有多重目標(biāo)且期望頗高，因此了解轉(zhuǎn)型需付出的代價(jià)十分重要。

麥肯錫和許多其他組織對(duì)能源轉(zhuǎn)型進(jìn)行了廣泛的研究。10麥肯錫強(qiáng)調(diào)了在實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路上還需實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)承受性、可靠性和競(jìng)爭(zhēng)力等其他目標(biāo)。11同時(shí)指出有序轉(zhuǎn)型需具備的其他相互依存的關(guān)鍵要素，包括技術(shù)和新供應(yīng)鏈等物理要素；經(jīng)濟(jì)和社會(huì)調(diào)整，包括龐大的資本支出；有效的治理和機(jī)構(gòu)建設(shè)，以及強(qiáng)有力的承諾。12

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本研究在大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)轉(zhuǎn)型的“硬骨頭”——上述物理要素進(jìn)行了更深入的分析，并在了解各行業(yè)相互依存關(guān)系的同時(shí)，進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。具體來說，它探討了以低排放資產(chǎn)或工藝替代高性能化石燃料資產(chǎn)或工藝，以及建立配套供應(yīng)鏈和基礎(chǔ)設(shè)施的阻礙或復(fù)雜性。打個(gè)比方，只有研究能源系統(tǒng)引擎中螺母和螺栓的實(shí)際構(gòu)造，以及它們之間如何銜接，才能構(gòu)想出滿足社會(huì)需求的高性能、低排放的新型能源系統(tǒng)。

愛因斯坦曾說，如果給他一小時(shí)來解決一個(gè)問題，他會(huì)用55分鐘來確定問題，用5分鐘來思考解決方案。13本次研究正是本著這一精神，在去碳化途徑的大量研究基礎(chǔ)上，對(duì)能源轉(zhuǎn)型所面臨的物理挑戰(zhàn)進(jìn)行評(píng)估。我們確定了能源系統(tǒng)在七個(gè)領(lǐng)域中的25項(xiàng)重大的物理挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)被劃分為三個(gè)等級(jí)，既肯定了迄今為止的進(jìn)展程度，也呈現(xiàn)了解決挑戰(zhàn)的難度。本文探討了對(duì)利益相關(guān)方的啟示，包括創(chuàng)新和廣泛系統(tǒng)重組帶來的影響。前四章概述了研究成果，第五至第十一章是與麥肯錫專家共同撰寫，更為詳細(xì)地討論了七個(gè)領(lǐng)域中的每個(gè)領(lǐng)域及其內(nèi)部的挑戰(zhàn)。

本次研究的目標(biāo)是從實(shí)際角度看待能源轉(zhuǎn)型，將有助于設(shè)計(jì)更為成功的轉(zhuǎn)型，并為實(shí)現(xiàn)零凈排放指引一條經(jīng)濟(jì)可承受、可靠且競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的道路。

我們確定了能源系統(tǒng)在七個(gè)領(lǐng)域

內(nèi)的25項(xiàng)重大的物理挑戰(zhàn)。

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電塔林立的迷霧山谷

?kelvinjay/GettyImages

摘要

當(dāng)今的能源系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，包含能源的生產(chǎn)和消耗。該系統(tǒng)經(jīng)過幾個(gè)世紀(jì)的優(yōu)化，已深深扎根于全球經(jīng)濟(jì)，它性能優(yōu)越，服務(wù)于幾十億人口（即便還不是全人類）。14由于目前的燃料能量密集，易于運(yùn)輸，因此在需要的時(shí)間和地點(diǎn)可以相對(duì)容易地調(diào)度，還可快速增加或減少供應(yīng)。

盡管當(dāng)今的能源系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在嚴(yán)重缺陷。目前，約有三分之二的能源被浪費(fèi)。15能源系統(tǒng)產(chǎn)生的二氧化碳排放量占全球85%以上。16目前，各公司和國家都在努力實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，并降低排放。雖然，轉(zhuǎn)型已取得一系列的實(shí)質(zhì)進(jìn)展，但仍處于早期階段。

太陽能、風(fēng)能和電動(dòng)汽車（EV）等低排放技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)特性，可組合在一起發(fā)揮卓越的性能。但若想妥善部署上述技術(shù)并進(jìn)一步推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，須了解轉(zhuǎn)型的物理現(xiàn)實(shí)和相關(guān)物理挑戰(zhàn)，即“硬骨頭”。

能源轉(zhuǎn)型實(shí)際是重要的物理變化，但這一真相可能在抽象的凈零情景中變得混淆。至關(guān)重要的是，新的能源系統(tǒng)要保持甚至提高當(dāng)前系統(tǒng)的性能，并確保以經(jīng)濟(jì)可承受、可靠且具有競(jìng)爭(zhēng)力的方式實(shí)現(xiàn)凈零排放。17

能源系統(tǒng)在七個(gè)領(lǐng)域需加以轉(zhuǎn)型，且轉(zhuǎn)型尚且處于早期階段

能源轉(zhuǎn)型涉及七個(gè)相互關(guān)聯(lián)領(lǐng)域的物理變化。首先是電力領(lǐng)域，一方面電力領(lǐng)域需要減少自身排放，另一方面還需要擴(kuò)大規(guī)模為三大耗能領(lǐng)域，即交通、工業(yè)和建筑業(yè)提供低排放能源。剩余的三個(gè)領(lǐng)域是能源轉(zhuǎn)型的賦能因素，即原材料，特別是關(guān)鍵礦物、新燃料（如氫能和其他能源載體）以及減碳節(jié)能。

本次研究主要基于麥肯錫2023年所進(jìn)行的情景分析，研究結(jié)果并不是預(yù)測(cè)，而是為了能了解我們需要應(yīng)對(duì)哪些物理挑戰(zhàn)。18在這一情景下，到2050年，全球需部署數(shù)十億低排放資產(chǎn)——例如，約10億輛電動(dòng)汽車、超過15億臺(tái)熱泵和約35兆瓦的低排放發(fā)電容量。同時(shí)還要擴(kuò)建配套的基礎(chǔ)設(shè)施，如電網(wǎng)、電動(dòng)汽車充電樁和供應(yīng)鏈。

近年來，許多領(lǐng)域都呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)型的勢(shì)頭，但并非所有領(lǐng)域。例如，電動(dòng)汽車電池銷量的約90%和太陽能和風(fēng)能新增發(fā)電容量的約60%都是在過去五年中發(fā)生的。19但總體而言，轉(zhuǎn)型仍處于初期階段。目前

在大多數(shù)地區(qū)，低排放技術(shù)的部署只達(dá)到2050年要求水平的10%左右，而且主要是在相對(duì)簡(jiǎn)單的用例。太陽能等一些領(lǐng)域發(fā)展迅速，其他領(lǐng)域則不然。在低排放氫能和碳捕獲等方面，按2050年要求部署的比例迄今還不到1%。

能源減排的半數(shù)目標(biāo)或?qū)⒂匈囉诮鉀Q最難的25個(gè)物理挑戰(zhàn)

為了進(jìn)一步推進(jìn)轉(zhuǎn)型，需解決七個(gè)領(lǐng)域中的25個(gè)物理挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)被視為從高排放有形資產(chǎn)和流程轉(zhuǎn)向低排放資產(chǎn)和流程的阻礙（見圖E1）。

Thehardstuff8

@E1

成功的能源轉(zhuǎn)型需應(yīng)對(duì)25項(xiàng)物理挑戰(zhàn)

電力部門

電力

1

管理可再

2

6

生能源的

變異性

擴(kuò)展新興電力系統(tǒng)

發(fā)展核能

和其他清

潔能源

擴(kuò)大電網(wǎng)覆蓋

調(diào)節(jié)電力需求

保障

3

5

可再生

能源用地

4

難度更大

領(lǐng)域

挑戰(zhàn)

第1級(jí)挑戰(zhàn)要求在成熟技術(shù)的部署上取得進(jìn)展，面臨的實(shí)際阻礙最少。

第2級(jí)挑戰(zhàn)要求加速部署已知技術(shù)，并擴(kuò)大相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和投入。

第3級(jí)挑戰(zhàn)出現(xiàn)在技術(shù)性能存在差距(往往是用例要求高)、相互依賴程度較高、且轉(zhuǎn)型剛剛開始的情況下。

終端使用部門

交通出行

7

8

推動(dòng)純電汽車突破盈虧平衡

延長(zhǎng)純電

汽車的續(xù)

航里程

航空和航

運(yùn)的燃料

加注

優(yōu)化電動(dòng)

卡車的裝

載能力

9

11

電動(dòng)汽車充電

10

工業(yè)

12

煅燒

13

低排放

鋼材

夯實(shí)

建筑業(yè)的變革

為其他行業(yè)供暖

16

破解塑料難題

14

低排放合成氨

15

建筑業(yè)

17

用熱泵供暖御寒

18

迎接冬季高峰

賦能因素

原材料

19

發(fā)掘重要礦物

氫能和其他能源載體

20

21

利用氫能

擴(kuò)大氫能

基礎(chǔ)設(shè)施

的規(guī)模

管理生物燃料的

生產(chǎn)布局

22

減碳節(jié)能

23

24

增大能效

點(diǎn)碳捕獲

大氣碳捕獲

25

注：本分析報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注的25項(xiàng)挑戰(zhàn)是根據(jù)相關(guān)技術(shù)在減排方面的潛力確定優(yōu)先次序。更多詳情，請(qǐng)參閱“范圍和方法”側(cè)欄。

資料來源：麥肯錫全球研究院分析

Thehardstuff9

有些挑戰(zhàn)更難應(yīng)對(duì)，根據(jù)技術(shù)性能、不同挑戰(zhàn)之間的相互依存性和擴(kuò)展需求，這些挑戰(zhàn)被分為三個(gè)難度等級(jí)：

—第1級(jí)挑戰(zhàn)有三項(xiàng)，要求在成熟技術(shù)的部署上取得進(jìn)展，面臨的實(shí)際阻礙最少?！?級(jí)挑戰(zhàn)有十項(xiàng)，要求加速部署已知技術(shù)，并擴(kuò)大相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和投入。

—第3級(jí)挑戰(zhàn)有十二項(xiàng)，主要集中在技術(shù)存在差距（往往是用例要求高）、相互依賴程度較高、且轉(zhuǎn)型剛剛開始的情況下。

消除能源系統(tǒng)40%至60%的二氧化碳排放需解決第3級(jí)的挑戰(zhàn)。

七個(gè)領(lǐng)域均需應(yīng)對(duì)各自的物理挑戰(zhàn)：概要

—電力?？傮w而言，到2050年低排放發(fā)電容量須增加十倍左右。電力領(lǐng)域存在兩個(gè)第3級(jí)挑戰(zhàn)：隨著太陽能和風(fēng)力發(fā)電占比的增加，需要加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)波動(dòng)的管理，尤其在快速發(fā)展的新興電力系統(tǒng)更要加強(qiáng)這方面的管理。上述波動(dòng)的管理包括靈活安排發(fā)電容量，比如備用發(fā)電、儲(chǔ)電以及不同地區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)，這些要素的增長(zhǎng)或?qū)⑿枰入娏π枨蟮脑鲩L(zhǎng)快兩到七倍才能滿足要求，但這些要素的部署均會(huì)面臨阻礙與挑戰(zhàn)。20另外電力領(lǐng)域還存在四個(gè)第2級(jí)的挑戰(zhàn)，包括確保可再生能源有足夠的用地、投資當(dāng)前的輸配電基礎(chǔ)設(shè)施、甚至擴(kuò)大電網(wǎng)、加速核電和其他清潔穩(wěn)定電力的部署，以及增加電力需求的靈活性。

—交通出行。到2050年，全球上路的電動(dòng)汽車將從目前大約3000萬輛增至大約10億輛。交通出行領(lǐng)域有兩個(gè)第1級(jí)的挑戰(zhàn)：確保乘用型純電動(dòng)車（BEV）相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車（ICE）的終生減排量具有優(yōu)勢(shì)，以及確保電動(dòng)車有足夠的續(xù)航能力滿足所有需求。21對(duì)于后者，純電動(dòng)車已經(jīng)滿足了大約70%的家庭用車情景需求。擴(kuò)大電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈的規(guī)模還有很長(zhǎng)的路要走，因此這屬于第2級(jí)挑戰(zhàn)。卡車運(yùn)輸、航空和航運(yùn)更難實(shí)現(xiàn)脫碳，因?yàn)樗鼈冃枰L(zhǎng)途運(yùn)輸，載重量大，屬于第3級(jí)挑戰(zhàn)。

—工業(yè)。現(xiàn)代文明的“四大”工業(yè)材料支柱領(lǐng)域——鋼鐵、水泥、塑料和合成氨的去碳化路徑包含了四個(gè)第3級(jí)挑戰(zhàn)，可以說，工業(yè)領(lǐng)域的能源轉(zhuǎn)型才剛剛開始。目前上述工業(yè)領(lǐng)域均嚴(yán)重依賴化石燃料作為進(jìn)料和/或燃料進(jìn)行高溫加熱。22去碳化進(jìn)程可考慮組合使用包括提高能源效率，采用不同的原料、包括氫和再生原料，使用替代材料，電氣化，替代燃料如生物質(zhì)能，以及采取進(jìn)行碳捕獲技術(shù)。其他行業(yè)如一般制造業(yè)，普遍無需高溫加熱，因此無需使用化石燃料作為原料，但仍需擴(kuò)大低排放供熱工藝的規(guī)模，屬于第2級(jí)挑戰(zhàn)。

—建筑業(yè)。供暖占建筑業(yè)排放的最大份額。熱泵已是成熟技術(shù)且性能良好，但仍面臨兩個(gè)物理挑

戰(zhàn)。23確保熱泵在低溫條件下的效率是第1級(jí)挑戰(zhàn)，事實(shí)上在95%以上的人居住的地方現(xiàn)存熱泵技術(shù)都可滿足要求。如果熱泵的使用范圍擴(kuò)大，某些地區(qū)的峰值電力需求可能會(huì)增加一倍或兩倍，這對(duì)管理的要求更高，因此是第2級(jí)挑戰(zhàn)。24

—原材料。預(yù)計(jì)鋰、鈷和稀土等關(guān)鍵礦產(chǎn)的需求將激增，但目前的供應(yīng)量?jī)H為2050年需求量的10%至35%左右。這是第2級(jí)的挑戰(zhàn)，需加速供應(yīng)，同時(shí)管理對(duì)上述礦產(chǎn)的需求。

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—?dú)淠芎推渌茉摧d體。需使用新的能源載體作為工業(yè)流程的替代燃料和原料。氫能是其中一個(gè)選項(xiàng)，但面臨兩個(gè)第3級(jí)的挑戰(zhàn)。首先，氫分子在能夠被使用之前需要經(jīng)過多重步驟，從而造成能量損失；需盡量減少能量損失，并權(quán)衡其優(yōu)勢(shì)特性。其次，氫生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施需要大幅擴(kuò)建。但目前幾乎沒有大規(guī)模的低排放氫能項(xiàng)目是可操作的。25管理生物燃料日益增長(zhǎng)的用地要求是第2級(jí)的挑

戰(zhàn)。

—減碳節(jié)能。除了用低排放技術(shù)取代高排放技術(shù)以外，還需減少當(dāng)前技術(shù)的能耗和排放。利用成熟技術(shù)提高能效，例如改善建筑隔熱性能，是第2級(jí)挑戰(zhàn)。從水泥等新“點(diǎn)源”中進(jìn)行碳捕獲的難度和成本可能是目前要求較低用例的三倍。而通過“直接空氣捕捉”從大氣中脫碳的成本可能更高。兩者都屬于第3級(jí)挑戰(zhàn)。

了解能源轉(zhuǎn)型將遇到的物理挑戰(zhàn)有助于CEO和政策制定者們順利度過轉(zhuǎn)型

了解轉(zhuǎn)型中所將遇到的物理挑戰(zhàn)對(duì)于轉(zhuǎn)型是否能夠取得成功至關(guān)重要。全球?qū)⑿枰掷m(xù)開展技術(shù)創(chuàng)

新，如提高電池的能量密度。同時(shí)，也需進(jìn)行更廣泛的系統(tǒng)層面的轉(zhuǎn)型，即改變各種技術(shù)相互配合的方式，例如通過擴(kuò)大靈活調(diào)節(jié)電力需求來降低電力系統(tǒng)的波動(dòng)性。此外，能源和材料的消耗方式也可以調(diào)整，例如，可使用替代材料取代難以脫碳的工業(yè)材料。

在能源轉(zhuǎn)型的過程中，CEO和政策制定者們或?qū)l(fā)揮關(guān)鍵作用。對(duì)于第1級(jí)挑戰(zhàn)，他們可以考慮如何快速部署那些有望迅速成熟的技術(shù)。對(duì)于第2級(jí)挑戰(zhàn)，他們可以考慮如何解決瓶頸問題，抓住新一波的機(jī)遇。對(duì)于最難解決的第3級(jí)挑戰(zhàn)，他們既要考慮如何在短期內(nèi)取得進(jìn)展，同時(shí)還需兼顧如何促進(jìn)與之相配套的系統(tǒng)層面的變革。在此過程中，利益相關(guān)方需要考慮如何平穩(wěn)地淘汰舊的系統(tǒng)、上馬新的系統(tǒng)，以及哪些投資可以減少當(dāng)前排放，從而為應(yīng)對(duì)未來的物理挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。

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尾注

簡(jiǎn)介

1《世界到底是怎樣工作的：我們目前取得的成就以及未來前進(jìn)方向的科學(xué)依據(jù)》VaclavSmil，2022年5月。

2麥肯錫排放管理和影響追蹤(EMIT)數(shù)據(jù)庫，2023。

3截至2022年的初級(jí)能耗數(shù)據(jù)，能源研究所，2024年5月參考。

4《巴黎協(xié)定》，聯(lián)合國，2015年。

5政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)發(fā)現(xiàn)，要將全球升溫控制在1.5攝氏度以內(nèi)，同時(shí)不出現(xiàn)超調(diào)或有限的超調(diào)(概率大于50%)，到2030年溫室氣體排放量必須減少43%，到2050年，二氧化碳排放量必須比2019年的模擬排放量減少約100%(其中每個(gè)值都是不同情景下估計(jì)值的中位數(shù))。見《2022年氣候變化：減緩氣候變化》，IPCC，2022年。

6“ChatGPT見證大規(guī)模增長(zhǎng)，聊天機(jī)器人在兩個(gè)月內(nèi)獲得了一億用戶。”《經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào)》，2023年3月。

7VaclavSmil《從“京都議定書”到2050年之間：零碳是極不可能的結(jié)果，2024》;以及DanielYergin,《能源轉(zhuǎn)型的崎嶇之路》金融與發(fā)展，國際貨幣基金組織，2022年12月。

8VaclavSmil,《能源轉(zhuǎn)型：全球和國家視角》，第二增訂版，普拉格出版社，2016年；《世界能源統(tǒng)計(jì)回顧》，能源研究所，2023年。

9RogerFouquet，《歷史上的能源轉(zhuǎn)型：速度、代價(jià)與系統(tǒng)轉(zhuǎn)型》，《能源研究與社會(huì)科學(xué)》，第22卷，2016年12月。Fouquet將轉(zhuǎn)型定義為能源和技術(shù)普及在某一行業(yè)的某一項(xiàng)服務(wù)能耗中占比從5%增至80%。

10例如，《ETP清潔能源技術(shù)指南》，2023年9月14日更新；《清潔技術(shù)制造現(xiàn)狀》，國際能源署(IEA)，2023年5月；《2024年全球關(guān)鍵礦物展望》，國際能源

署，2024年5月；《凈零路線圖：2023年實(shí)現(xiàn)1.5oC目標(biāo)的全球途徑》，國際能源機(jī)構(gòu)，2023年9月更新；

《2023年世界能源轉(zhuǎn)型展望：通向1.5oC之路》，國際可再生能源機(jī)構(gòu)，2023年；《能源轉(zhuǎn)型的材料和資源需求》，能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)，2023年7月；以及《更好、更快、更清潔：清潔能源技術(shù)供應(yīng)鏈保障》，能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)，2023年6月。

11《以經(jīng)濟(jì)可承受、可靠且競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的方式實(shí)現(xiàn)凈零目

標(biāo)》麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2023年11月。

12《凈零解決方案:有序轉(zhuǎn)型的九大要求》，麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2021年10月；凈零轉(zhuǎn)型：必要的代價(jià)和可能的效益，麥肯錫全球研究院，2022年1月。

13NellDerickDebevoise，《愛因斯坦忽略的第三個(gè)解決

問題的關(guān)鍵步驟》，福布斯雜志，2021年1月26日。

摘要

14《無法獲得可靠電力服務(wù)的人數(shù)》，聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署，2022年。

15ClemensForman等，《全球廢熱潛力評(píng)估》，《可再生與可持續(xù)能源評(píng)論》，第57卷，2016年5月；《能源流程圖：能源、水和碳之間的復(fù)雜關(guān)系圖》，流程圖，勞倫斯-利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室和能源部，2024年7月閱讀；PaulMartin,《初級(jí)能源謬誤或者說，你沒有犯熱力學(xué)的第二宗罪！》2024年6月。

16麥肯錫排放管理和影響追蹤（EMIT）數(shù)據(jù)庫，2023年。全球能源燃燒和工業(yè)流程排放的二氧化碳總量約為370億噸，農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他用地排放的二氧化碳總量約為50億噸。就甲烷而言，全球甲烷排放量

的35%以上來自能源系統(tǒng)、燃燒和工業(yè)流程，其余65%來自農(nóng)業(yè)（約40%）、廢物及其他行業(yè)（約25%）(2021年數(shù)據(jù)）。

17參見《以經(jīng)濟(jì)可承受、可靠且競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的方式實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)》，麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2023年11月。同樣重要的是，要從整體上看待不同轉(zhuǎn)型途徑的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響，并利用這一觀點(diǎn)來幫助決策。參見《氣候過渡影響框架：實(shí)現(xiàn)公平和包容性過渡的基本要素》，麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2023年12月；以及《凈零解決方案：有序轉(zhuǎn)型的九大要求》,麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2021年10月。

18本文普遍采用2023年麥肯錫“實(shí)現(xiàn)承諾”情景分析來界定迄今取得的進(jìn)展、以及必要的轉(zhuǎn)型規(guī)模。該情景分析包括不同經(jīng)濟(jì)體和不同類型資產(chǎn)的詳細(xì)情況，說明了這些經(jīng)濟(jì)體為實(shí)現(xiàn)