JMIP 2 第2部分：日本电力行业脱碳中的技术敏感性

《Energy and Climate Change》：JMIP 2 part 2: Technology sensitivities in Japan's power sector decarbonization

　　

日本承诺到2050年实现温室气体（GHG）净零排放，这为能源部门带来了重大挑战和机遇。为实现该目标，政府一直在推行新颖的供应侧策略，包括在火力发电中大量使用氢和氨。然而，在日本的净零目标背景下，缺乏考虑技术敏感性的能源供应多模型分析。本研究展示了来自日本模型比较项目（JMIP）2的结果，其中多个综合评估模型和能源经济模型在一致的政策和技术假设下评估了日本净零转型的情景。研究人员的结论为2050年的能源供应和电力部门策略提供了关键见解，并确认了在有限核能部署下稳健的脱碳路径，包括在所有技术路径中化石基发电同时下降和变可再生能源（VRE）发电扩散至40–85%份额的“X曲线”。然而，新兴技术的结果对技术可用性和成本假设更为敏感。在大多数模型配置中，氢基和氨基发电仅得到有限部署，而那些采用该技术的模型也预测了变可再生能源所需容量的降低。在最极端的情况下，低进口成本使这些燃料能够供应高达50%的发电量，而在其他情况下，其贡献仍然微乎其微或不存在。因此，尽管向可再生能源的“X曲线”转型被确认为能源供应脱碳的稳健核心策略，但新兴技术的部署仍对不确定的成本和可用性敏感，这要求研究人员为日本的净零转型制定针对这些互补技术的适应性策略。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

日本于2020年宣布到2050年实现温室气体（GHG）净零排放目标，这对其能源部门提出了严峻挑战。政府推行了绿色转型（GX）战略，重点包括在火电中大规模使用氢和氨等新兴技术。然而，现有研究缺乏针对日本净零目标下技术敏感性的多模型分析，尤其是对电力行业中变可再生能源（VRE）与氢基发电等互补技术的系统性评估。不同模型因方法、范围和时间分辨率差异，导致能源结构预测存在不确定性。为此，研究人员开展了日本模型比较项目（JMIP）2，旨在通过多模型情景分析，识别稳健的脱碳策略并评估技术假设变化带来的敏感性。该研究发表于《Energy and Climate Change》。

**主要关键技术方法**

本研究采用JMIP 2多模型框架，整合五个能源经济与综合评估模型（包括一个一般均衡模型和四个局部均衡模型：AIM-Hub-Japan、AIM-Technology-Japan、D-TIMES、IEEJ-NE_Japan、TIMES-Japan）。模型覆盖日本不同空间分辨率（单区域至47个都道府县）和时间分辨率（小时级至典型日法）。情景设计包含政策维度（四种CO₂减排目标：基线、100%、105%、110%减排）和技术维度（六种路径：默认技术deftech、增加碳移除cdr、廉价电气化eletech、廉价氢进口import、廉价VRE re、综合创新innov）。人口和经济增长率统一采用IPSS数据和共享社会经济路径2（SSP2）。关键输入参数如氢进口价格在deftech路径下设定，import路径则将其减半。CDR部署上限默认为100 Mt-CO₂/yr。

**研究结果**

**Impact of net zero emissions on Japan’s energy system by 2050**
通过多模型对比2020年至2050年净零排放（NZE）情景与基线情景，研究人员发现：在NZE下，一次能源供应从基线中值13.3 EJ/yr降至11.0 EJ/yr，化石燃料占比锐减至5–32%，而VRE发电占比升至44–84%（中值63%），呈现“X曲线”模式——化石基发电同步下降与VRE扩散。总发电量显著扩张（中值1600 TWh/yr），反映电力作为脱碳载体的核心作用。

**Technology sensitivity analysis**
通过比较六种技术路径（deftech、cdr、eletech、import、re、innov）在NZE条件下的能源供应，研究人员发现VRE替代化石发电在所有路径中稳健成立，但氢基发电和CDR的部署受成本假设影响显著。例如，在import路径下，氢基发电在IEEJ-NE模型中可达近50%份额，而多数模型仍为有限部署。

**VRE substituting fossil power generation**
通过评估2020–2050年不同模型和技术路径下化石与VRE发电份额的变化，研究人员确认X曲线转型在几乎所有NZE和100%减排情景中均成立，VRE份额介于40–90%之间，模型选择对具体份额影响较大。核能部署有限，进一步强化了VRE作为主要电源（主電源）的角色。

**Energy import sensitivity to technology pathways**
通过计算能源自给率（国内一次能源供应占比），研究人员发现NZE条件下所有路径的自给率均显著高于基线，其中re路径因VRE成本竞争而最高，而import路径因氢进口成本降低导致自给率最低，表明能源进口结构从化石燃料转向清洁燃料。

**Energy and power supply sensitivity to technology pathways**
通过比较2050年各技术路径下的一次能源和电力供应组成，研究人员发现cdr路径增加了化石能源使用和生物能源碳捕获与储存（BECCS）部署；import路径导致氢基发电取代部分天然气带碳捕获与储存（CCS）发电；re路径显著提升VRE份额并压缩氢基与地热发电。模型间敏感性差异显著，如TIMES-Japan对技术路径变化相对不敏感，而AIM-Hub则高度敏感。

**Supply and prices of hydrogen**
通过分析模型输出中的氢供应量与价格，研究人员发现即使氢价高于政府目标（222日元/kg），进口氢仍可作为补充选项。在import路径下，氢基发电与VRE形成竞争与互补关系：氢基发电容量约25 GW可显著降低VRE容量需求（由超过1000 GW降至约500 GW）。然而，模型间氢价差异大（24.4–65.3美元/GJ），导致氢基发电部署范围从微乎其微到近50%不等。

**总结与讨论**

研究证实了VRE作为日本电力行业脱碳核心策略的稳健性，并揭示了X曲线转型模式。但新兴技术（氢基发电、CDR）的部署对成本假设高度敏感，需制定适应性政策。结论部分翻译如下：
本研究采用多模型情景方法，探讨了日本到2050年实现净零排放的可能能源转型路径。研究结果重申了VRE在电力脱碳中的关键作用，所有技术路径均呈现化石基发电被VRE替代的稳健X曲线。同时，分析揭示了互补技术（如氢进口与CDR）部署的巨大不确定性，并展示了增强CDR可用性与进口氢成本竞争力如何重构脱碳策略。跨模型的轨迹分歧表明，没有任何单一技术方案能完全应对日本能源转型的多方面挑战。相反，研究结果提倡一个多元化且灵活的政策框架，平衡雄心勃勃的VRE扩张、对新兴技术的定向支持以及精心管理的化石基发电退出计划。这种策略不仅能降低搁浅资产和供应链中断等风险，还能增强系统在技术和市场不确定性下的韧性。总之，综合分析为政策制定提供了坚实的证据基础。日本实现可持续低碳能源供应的路径将取决于保持战略灵活性、投资于多元化技术组合，并主动管理从高排放能源结构的转型。未来研究应继续完善这些预测，着眼于捕捉将决定国家能源未来的细微权衡与互动。