综述：决策中需求侧解决方案的成本

《Joule》：Costs of demand-side solutions for decision-making

　　

摘要

主流的全球评估表明，到 2050 年，需求侧解决方案可将温室气体排放减少 40%–70%，但关于大规模实施这些方案的代价知之甚少。这是一个关键的知识缺口：成本是政策和投资决策的关键因素。在全球能源价格上涨的背景下，需求侧解决方案变得日益至关重要，但在缺乏可比的成本指标的情况下，它们很少与供给侧资源一起进行评估。本文旨在解决这一缺口，提出了一种评估需求侧解决方案成本的方法。该方法包括涵盖建筑、交通、食品和工业部门的一套能源服务特定指标，以及数量估计和与供给侧解决方案的比较。利用一致的框架，我们分析了在全球各地区实施的案例研究，并估计了它们在能源减排方面的潜力以及相关的成本和二氧化碳排放缓解情况。与基准线相比，我们发现采用替代性需求侧解决方案的人可以实现相同的能源服务级别，同时通过某些解决方案实现高达 94% 的生命周期成本节省。建筑部门在能源使用、排放和成本方面的潜在节省范围在 10% 到 94% 之间；工业部门在工厂层面的节省可达 60%，具体取决于工厂规模和措施。我们还观察到交通和食品部门存在潜在的排放节省，但成本有所增加，这两个部门都高度依赖背景情况。与供给侧解决方案的基准成本相比，本研究中选择的几乎 98% 的需求侧解决方案比欧洲 2022 年批发峰值电价更便宜，使其成为有价值的韧性对冲工具和无悔选项。对需求侧能源解决方案的潜在成本和节省进行全面评估，并与供给侧选项进行比较，有助于弥合知识缺口，支持知情决策，并促进政策制定者、企业和消费者采取气候行动。

引言

世界各国都在努力应对实施能源供应脱碳路径的成本和资源障碍 1,2，这些路径可以缓解气候变化、改善能源安全，同时满足所有人的能源需求。3 2022 年国际能源署报告突出了供给侧解决方案的投资缺口，以及对实现能源安全目标所需材料要求的担忧日益上升。4 鉴于实现净零排放（即到本世纪中叶将排放量减少 500 亿吨）所需的雄心勃勃的行动，政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）估计资金缺口为所需资金的 3 至 6 倍。5 IPCC 的 AR6 讨论了通过以下途径加速缓解：(1) 识别和分类需求侧缓解选项 2，以及 (2) 开发提供能源服务的替代手段。6,7 潜在地，预计到 2050 年的排放量的 40%–70% 2,8 可以通过涉及个人和家庭终端需求以及商品和服务生产商的中间能源需求的需求侧解决方案加以缓解。需求侧解决方案可以作为“第一燃料”9,10 来补充供给侧的努力，从而减轻部署供给侧脱碳和高成本碳去除技术 2 的负担。许多国家，包括发展中国家 11 的国家自主贡献（NDCs），既有可再生能源目标，也有能效目标。然而，这些雄心勃勃的目标需要包含更具体的效率和需求侧解决方案，并辅以适当的政策支持才能实施。12,13,14

需求侧解决方案在政策和投资决策中常常代表不足，因为它们的成本没有在不同部门、地区和替代选项之间进行一致衡量或比较。当前关于脱碳路径的讨论严重偏向于供给侧解决方案，如太阳能、风能和电池存储，以及碳存储和去除。这种侧重部分是因为供给侧选项的潜在成本和节省比需求侧措施更为人所知 15，同时伴随着既得利益的政治经济学 16 以及倾向于将脱碳问题界定为技术政治经济挑战而非社会挑战的倾向。17,18,19 基于模型的scenario 结果 20 也偏向于供给侧选项，因为自上而下的经济模型缺乏关于能源服务和需求侧解决方案 6 的指标。然而，专注于供给侧仅取得了适度的缓解效果，受限于财务负担、材料需求和普遍的不确定性。与此同时，30 年的能效干预措施导致经合组织（OECD）国家的能源使用量比没有这些改进的基准线减少了 50%。21,22

IPCC AR6 2,8,15 反复指出，缺乏在一个范围内（包括不同国家、部门和当地背景）实施需求侧缓解选项的全面成本估计。最近的一篇文章 6 和评论 7 强化了这一信息，倡导对需求侧解决方案的成本进行更有针对性的研究和实证证据。在传播 IPCC 报告的讨论论坛和工作坊中，政策制定者和投资者表达了获得成本估计的兴趣，以了解需求侧解决方案的比较优势。在实际情境中，这些参与者将成本信息作为比较选项可负担性和设定优先级的首要和最重要标准之一。我们对成本的关注反映了其政策相关性以及当前证据库中可用性的有限性。我们认为，缺乏系统的成本信息是阻碍需求侧解决方案更广泛采用、政策优先排序和设计的重要制约因素。

因此，我们选择专注于这个特定的、尚未充分发展的缺口，通过提供一系列需求侧干预措施的系统且可比的成本估计，以及排放缓解潜力。我们将这一贡献视为对需求侧缓解更广泛文献的补充，后者广泛考察了行为、社会和社会系统维度。

在本文中，能源需求被视为满足人们增强福祉所需的便利或功能性的能源服务 23，如照明、热舒适、移动性或社交互动。24,25 例如，供暖和制冷需求的存在是为了满足保持热舒适的服务。虽然热舒适可以狭义地与用于家庭供暖的立方米天然气相关联，但我们考虑的是人们自身体验到的热舒适，这可以通过各种替代服务提供系统来实现，包括改变建筑物的绝缘、材料、窗户设计和服装类型。

通过识别在各种终端使用部门真实世界中实施的需求侧解决方案，本文旨在：(1) 提出四个终端使用部门的可行需求侧解决方案；(2) 评估实际成本和节省潜力；以及 (3) 创建一个开放获取的数据库和指标库，供部门或综合评估建模人员、企业和政策制定者评估需求侧解决方案。我们将节省潜力分为三个广泛领域 2：技术接入和选择、可用基础设施以及社会文化因素。这些类别目前在文献中已确立 26，并有助于澄清需求侧解决方案所需的社会行为者和投资。虽然“避免 - 转移 - 改善（ASI）”框架侧重于“什么”问题，更适合目标设定，但“技术 - 基础设施 - 社会文化”框架侧重于“如何”问题，更适合行动和实施。鉴于我们的目标是考察真实世界的行动以评估成本及相关的缓解潜力，我们在本文中使用后者框架。

章节摘要

结果

我们在全球四个部门识别并估计了 261 个服务级干预数据的可比成本和减排潜力，并汇总了来自 26,039 条美国（US）工厂级记录的行业数据。然而，我们仅在正文中呈现选定的代表性选项。完整的数据集、结果和表格可在附加于本文的数据 S1 和补充信息文件中获取。图 1 显示了建筑、庇护所、舒适等方面的前三大成本节省干预措施（百分比）...

建筑、庇护所、舒适等

通常，建筑中使用的大部分能源（超过一半）用于空间调节和热水加热。如图 2 所示，这些服务有多种替代缓解解决方案。例如，暖通空调（HVAC）调度器，使用电风扇代替中央空调，使用电热毯代替空间加热器，智能窗户，自动百叶窗和白色屋顶，均可在不影响...的情况下提供至少 20% 乃至高达 90% 的节省。

食品和营养

在食品部门，我们关注饮食变化和减少食物浪费。饮食选择，如遵循饮食指南和减少食物浪费，提供了巨大的节省潜力，特别是在发达国家。超过一半的该部门干预措施（33 个中有成本减少数据的 21 个）显示成本节省（图 2 和 3）。

通过饮食变化，如从杂食饮食转向纯素、素食，可以显著降低成本和排放...

交通和出行

客运出行创新和货运物流及优化的改进具有巨大的节省潜力。对于客运交通，几项创新显示出在减少能源和排放的同时为乘客提供成本节省的前景（图 4）。

缓解策略包括提供经济适用房以减少通勤时间，选择主动出行（步行或骑行），增加拼车，增强公共交通，扩展电动出行，以及实施按需...

工业和商品

设备和服组别在工厂层面的平均减排范围因干预类型和工厂基准而异，能源使用为 1.7% 至 4.6%，将实施成本年化处理后的净年度能源成本为 0.7% 至 2.8%，排放为 1.6% 至 3.1%（图 5）。排除建筑服务措施和极端值，单个净能源成本最大减少为 60%（见数据 S1），与某工厂的节电空气压缩机干预相关...

需求侧解决方案与供给侧基准的成本比较

研究 52,53,54,55 表明，比较需求和供给之间的平准化能源成本（LCOE）是具有挑战性的。除了难以定义各种当地背景下多样化的需求侧基准外，一个主要挑战 56 是供给侧指标通常反映“厂内”发电成本，而需求侧节省是在零售“表后”水平上衡量的，其中包含了避免的输电、配电和税收...

需求侧策略的采用者

本研究考察了全球实施的项目（表 1），其中个人、家庭、工业和企业采用了（数据 S1）减少能源使用和降低能源服务成本的措施。随着我们向净零未来迈进，需求侧策略使多样的社会行为者能够参与并受益于转型，同时推动集体气候行动。我们使用三个指标来比较干预措施的相对优势：年化处理后的生命周期成本...

结论

本文证明，需求侧解决方案为采用者提供了显著的能源和成本节省机会，同时实现了排放缓解潜力。在“第一燃料”方法的总体层面上，推广这些干预措施可以减轻大多数地区的能源转型财务负担。与其仅专注于能源供应解决方案，例如燃料转换或资源开采，作为能源转型的驱动力，优先考虑...

方法

我们设计了一种方法，基于能源服务提供，对四个部门和各种地理区域的供需侧干预措施进行量化评估。我们考虑了一种方法，即个别干预措施和变化与特定服务提供的区域特定反事实基准线进行比较。虽然应用了不同的地区及其相关的能源使用和成本基准线，但我们的计算在能源服务方面是可比的。我们...

致谢

本工作得到了能源需求受技术和社交创新影响（EDITS）网络的支持，该倡议由地球创新技术研究所（RITE）和国际应用系统分析研究所（IIASA）协调，并由日本经济、贸易和工业省（METI）资助。作者感谢 LBNL 的陆宏友（Hongyou Lu）对数据收集的贡献；加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的吴丹（Dan Wu）对...

利益声明

作者声明无竞争性利益。

Joyashree Roy|Jingjing Zhang|Michelle Johnson-Wang|Eric Masanet|Shreya Some|Muhammad Huzaifa Butt|Hon Leung Curtis Wong|Leila Niamir|Luis Martinez|Souran Chatterjee|Benigna Boza-Kiss|Minghao Xu|Nan Zhou
亚洲理工学院 SMARTS 中心，泰国巴吞他尼府