非洲需要与环境相关的证据来塑造其清洁能源的未来

实现发展和气候目标要求清洁能源技术成为非洲能源系统的基础。最近的研究表明，非洲能源系统中可再生能源的高份额在技术和经济上是可行的^{1，2，3.，4}，提供高增长和创造就业机会的潜力^2，5，提高应对气候变化的能力⁵并尽量减少对环境和健康的不利影响^{1，2，3.，4，5}．然而，就转型速度、成本和技术组合而言，实现这一目标的途径各不相同，对个别非洲国家来说也不确定^4，6．有一点是明确的，那就是非洲国家迫切需要更多的能源供应，以释放国家发展的社会和金融机会⁷．非洲大陆拥有丰富多样的能源资源，但大多数国家的能源产量大⁸、股票⁹以及获取缺口⁵．给定能量系统变换惯量⁸由于能源基础设施寿命较长，决策者今天做出的能源系统决策对整个非洲国家的可持续发展具有长期影响。

最近关于非洲能源未来的辩论非常激烈，往往是受地缘政治利益的影响，而脱离了各国在当地面临的具体气候和发展现实。几十年来，全球北方一直主导着非洲的能源对话，直接影响着各国的技术经济基础和政策选择^{10，11，12，13}．近年来，非洲国家面临着越来越大的压力，要求它们迅速向可再生能源转型，在某些情况下，这是由特定技术的融资渠道推动的。

然而，几个西方国家最近的行动，因对乌克兰战争的反应而加剧¹⁴，凸显了这些国家政策与实践之间的矛盾。一些欧洲国家正在采取雄心勃勃的脱碳战略，同时急于投资新的天然气基础设施，以满足国内化石燃料的短期需求。这些目前和计划中的项目中有几个在非洲。这促使许多非洲利益攸关方提请注意全球北方的双重标准，以及忽视国际气候承诺、违背全球融资承诺或实施损失和损害赔偿的模式。但是，也必须认识到，欧洲国家目前的重新定位可能是对新的政治紧急情况的短期反应，而不是背离脱碳的核心议程，因为欧洲似乎已经对可再生能源产生了政策惰性。

全球气候变化努力的碎片化产生了后果。一些非洲国家正在加倍努力开发新的国内和出口天然气田，由于固有的长期经济和社会风险以及非洲国家的净零目标，这导致了政策紧张。此外，在过去三十年中，天然气资源对提高撒哈拉以南非洲的能源利用率几乎没有任何积极影响，这一事实的审议也很有限^15，16．

在这里，我们主张进行一场更有见地和更细致的辩论，认识到非洲国家能源途径在出发点、目标和基础证据基础方面的背景特殊性。

首先，在天然气与可再生能源的争论中，非洲作为一个单一实体的叙述占据了双方的主导地位^{1，17，18，19}．然而，就现有的能源系统和能源贫困程度而言，存在着重要的差异⁷，资源禀赋⁵还有资金成本^20.，以及技能和能力²¹．这可能对不同发电技术的成本、可行性和发展影响产生重大影响。

第二，最近关于非洲能源未来的辩论基本上没有承认，非洲国家以能源为基础的发展目标是高度具体的。呼吁一刀切的解决方案——化石能源或可再生能源——破坏了当地对发展目标的关键所有权。独立和强有力的国家领导是实施绿色增长路径的关键²²．在外部来源主导能源基础设施融资的情况下，当地发展议程特别容易处于次要地位^10，11，12如果捐助者失去兴趣，项目被放弃的风险也会更高⁸．当前全球地缘政治紧张局势使这些问题更加突出，导致能源和粮食安全方面的紧迫关切⁵．

第三，缺乏关于有利于非洲国家不同发展目标的有利能源系统途径的具体国家综合证据^23，24，这明显加剧了现有的不确定性。在过去15年里，在北非以外的48个非洲国家的研究机构总共只发表了6份经同行评议的综合能源规划研究报告，这些研究报告在没有非洲以外机构的共同作者的情况下考虑了多种发展目标²⁴．尽管一些大陆层面的研究很大程度上支持将可再生能源作为发展成果的重点^{1，2，3.，4}在美国，该文献没有针对40个非洲国家进行过一项这样的综合多目标研究，其中包括莫桑比克、刚果共和国、毛里塔尼亚或安哥拉等天然气储量丰富的国家。相反，有两种不同的观点认为，如果化石燃料继续使用，贫困将会根深蒂固²⁵或停止²⁶在非洲的背景下。

为了解决这三个不足，我们首先结合了各国具体的证据，以说明非洲国家能源路径起点的多样性。二是借鉴非盟《2063年议程》愿景²⁷作为非洲自主的经济、社会、体制和环境目标的框架，提出实现公平和可持续发展的不同能源系统路径的风险和机会。第三，我们应用这个框架来证明非洲国家在潜在能源系统路径的类型和不确定性方面存在很大的国别差异。最后，我们提出了关于地缘政治、政策、金融和研究吸收的建议，以实现基于证据的确定和实施适合具体环境的能源系统发展路径。

考虑到可再生能源潜力和对化石燃料的依赖、资本成本(COC)、电力获取和现有发电组合，非洲国家一级能源系统的现状具有高度的国家特异性(图1)。1)．专注于公用事业规模的太阳能，不同的太阳日照水平²⁸和投资风险概况^20.这意味着，利比里亚、苏丹和塞拉利昂的太阳能光伏发电的均一成本(LCOE)是博茨瓦纳、纳米比亚、南非和摩洛哥的2.5倍。同样，北非国家、南非、加纳和几个岛国的电气化率比大多数萨赫勒国家、布隆迪和马拉维的电气化率高5倍。太阳能LCOE与高水平的电力接入之间存在负相关(- 0.4)。在能源基础设施有限的国家，能源系统投资可能被认为有风险，而在能源系统先进的国家，强大的机构可能导致较低的COC^20.．此外，在过去对化石燃料的依赖或未来对化石燃料的潜力与电气化状况之间没有出现明确的模式，这支持了以前的计量经济学结果¹⁶．

虽然这仅仅说明了截然不同的出发点，但理解和考虑这些模式对于确定能够实现非洲经济和社会发展目标的适当能源系统途径至关重要。

在就化石燃料和可再生能源扩张作出决定时，承认不同国家的具体发展目标至关重要。《非洲联盟2063年议程》²⁷在这方面体现了泛非洲可持续发展的愿景。我们发现，《2063年议程》的20个具体目标中有10个与发电和上游能源技术选择直接相关。这些目标包括一系列广泛的经济、社会、体制和环境目标，其中突出和一再强调非洲的自给自足。这种将能源系统成果与《2063年议程》目标联系起来的做法确保了非洲的自主权，并建立在这样一个事实的基础上，即尽管具体的国家路径是关键，但非洲国家已多次表示希望在共同的更广泛的发展愿景下团结起来⁵．

表格1引入评估框架，根据《2063年议程》实现能源驱动型发展。对于每一个相关的目标，都列出了短期和长期的机会和风险，其表现形式与具体情况高度相关，在非洲国家分析不同的能源系统技术选择和途径时应加以考虑(见下一节)。

明确设计能源系统以实现经济、社会、体制和环境目标，如表所示1，需要对具体案例的能源系统设计路径进行广泛的分析。所有非洲国家都签署了《巴黎协定》，其愿景是建立清洁和可持续的能源系统，并以普遍获得能源为最终目标²⁷．然而，关键的是，他们的出发点和可用资源的差异(图。1)极大地影响着各国为实现发展目标可能走过的各种途径。

在无花果。2，我们在四个国家的案例中说明相关的不确定性(由阴影区域的大小表示)，作为广泛代表具有不同起点的四种能源系统类型的例子。这些不确定性突出了迫切需要一个更强大的证据基础，以做出明智的路径定义决策。根据这些国家所面临的不同类型的不确定性，我们讨论:埃塞俄比亚是一个水力发电占比高，但新可再生能源成本低的国家(图5)。1)，并且易于集成到电力系统中²⁹加快现有的绿色增长²²在美国，合理的途径几乎没有变化(另见肯尼亚和纳米比亚);南非是一个拥有低成本可再生能源、但化石燃料利益根深蒂固的国家，这意味着转型过程充满争议，依赖化石燃料的企业和工人能否获得足够的社会和经济补偿存在不确定性^30.(另见博茨瓦纳和北非国家);布基纳法索是一个寻求模块化增加能源获取和发电能力的国家，但不确定是否有足够的电力组合来满足未满足的需求³¹(另见大多数萨赫勒国家和马达加斯加)和莫桑比克作为一个处于十字路口的国家，是开发其丰富的天然气储备，还是专注于其庞大的可再生资源，这带来了相关的大规模技术、经济、金融和社会风险和不确定性^6，8，14(另见刚果共和国、毛里塔尼亚、尼日利亚和塞内加尔)。这四个例子虽然只是指示性的，但却暗示了几个关键变量，即国内天然气资源丰富，目前对化石燃料的高度依赖，以及大规模实施可再生能源的挑战性政策和融资条件，增加了非洲国家实现清洁能源未来的能源途径的不确定性(因此增加了图中的阴影区域)。2)．

埃塞俄比亚通过低成本可再生能源的绿色增长战略

2005年至2020年，埃塞俄比亚经济快速增长，90%以上的动力来自水电。埃塞俄比亚早在2000年中期就开始追求全面的绿色经济增长²²2011年，该公司制定了雄心勃勃的气候适应型绿色经济战略。该政策以部际治理结构为基础，国家政策重点明确可再生能源，以推动短期和长期发展(见表中目标Econ1)1)．鉴于埃塞俄比亚的COC相对较低，太阳能潜力较高，且缺乏大量化石燃料资源，埃塞俄比亚的可再生能源将在短期和长期内成为最便宜的发电技术。埃塞俄比亚在其“规模化太阳能”计划下，吸引了0.025美元千瓦时的公用事业规模太阳能光伏项目的中标投标¹这是非洲同类报价中最便宜的之一³²．它的公私合作委员会授予了19个太阳能、风能和水力发电项目。

然而，尽管这些举措表明了大规模开发低成本可再生能源的潜力，但由于大量的制度和监管问题，所有这些项目的进展都停滞不前，这说明了充分的部门具体治理对实现国家发展战略的重要性(Inst1)。最重要的是，最近的研究表明，现有的大埃塞俄比亚复兴大坝可以灵活地运行，以平衡埃塞俄比亚境内和周边国家的太阳能和风电容量最终高达12.9吉瓦的间歇性²⁹．这使得低成本的可再生能源可大规模调度，为埃塞俄比亚带来了巨大的电力成本降低潜力，并为东非电力池(Econ3)提供了可调度低碳电力的相关出口机会。这一选择同样适用于几内亚和刚果民主共和国等国家。

在获得能源方面，埃塞俄比亚继续依赖生物量，而且在城市和农村电气化方面存在很大差异³³(Soc1)。虽然政府已开始实施离网太阳能解决方案，以部分解决这一问题，但需要迅速扩大规模，以在2030年实现全面电气化。这也将在一定程度上有助于建设相关的技术能力，使供应选择多样化，以减轻水力发电的气候变化风险，并实现经济和环境的共同效益(Env1)。一个重要的警告是，目前尚不清楚埃塞俄比亚最近的冲突将对投资者信心产生何种连锁反应，进而对COC产生何种影响。

南非刚刚向低成本可再生能源过渡

南非等高电气化水平的碳密集型经济体面临着向清洁能源系统过渡的挑战，同时实现经济和社会发展目标。根据南非的REI4P(可再生能源独立发电商采购计划)，快速增加风能和太阳能的使用^8，34-在技术和经济上都是合理的，有助于实现能源安全和推动短期和长期的经济发展(Econ1)。南非和北非的其他碳密集型经济体拥有世界上最低的太阳能和风能lcoe;REI4P上一轮项目吸引了低于0.03美元千瓦时的太阳能中标报价¹．最近的分析表明，在南非，将太阳能和风能与电池相结合，比从零开始建立一个大型的国内天然气发电基础设施，能提供更便宜、更快的大规模新可分配电力³⁵．作为南非第一个公用事业规模的太阳能和电池联合项目，总发电量为540兆瓦，目前正在北角建设，预计建设时间为15个月，其大型化石燃料工厂Medupi和Kusile在2007年开始建设15年后仍然没有完全投产。目前的减载危机每天给南非经济造成5000 - 1亿美元的损失³⁶．

从长远来看，增加可再生能源进一步避免了加剧南非资产搁浅的风险，并增强了在全球市场上的竞争力:欧盟最近推出的碳边境调整机制对碳密集型进口产品征税³⁷．由于其碳密集的能源结构，南非的出口有很高的碳足迹，因此将变得更加昂贵。这造成了脱碳的压力，因为出口占南非国内生产总值的30%以上，而欧盟是其最大的贸易伙伴。

此外，可再生能源的扩大可以帮助南非推进社会、体制和环境目标^2，34: REI4P及其周边政策制定了国际可再生能源政策标准(Inst1和Inst2)，将近50%的投资汇集到当地企业(Econ2)，创造了超过60,000个南非就业年(Soc2)，并正在帮助实现环境目标(Env1)。尽管新的天然气基础设施也可能产生类似的中期经济溢出效应³⁸在中国，最关键的挑战是克服国内政治经济转型障碍¹¹并通过薪酬和技能多样化计划，确保依赖化石燃料收入的企业和工人得到充分和公正的支持³⁹(Soc1和Inst1)。

布基纳法索的模块化能源获取转型

快速增加能源获取是布基纳法索和其他非洲最不发达国家促进能源驱动型发展的一个关键目标。布基纳法索的通电率总体低于20%，农村地区低于5%。作为一个依赖进口化石燃料的内陆国家，发电成本超过0.20美元千瓦时¹是非洲最昂贵的吗⁴⁰．这些问题——再加上该国人口密度低、输电和配电基础设施落后以及获得资金的途径有限——表明，在多样化的并网发电扩张的同时，有必要建立一个模块化的、更加分散的电气化途径³¹(Econ1)。

平衡不同的经济和社会需求可能需要组合不同的能源。布基纳法索计划在2025年将太阳能光伏和其他可再生能源的发电比例扩大到50%。尽管太阳能成本相对较高。1)，中标价格为0.079美元千瓦时¹2019年，布基纳法索的第一个私营部门太阳能光伏拍卖计划大大降低了当前的发电成本³²(Econ1和Econ2)。为了增加可分配电力，布基纳法索还计划安装更多的柴油发电设备，并加强最近与加纳和贝宁的互联互通努力，以确保从西非电力池进口电力，Côte科特迪瓦、加纳和尼日利亚是潜在的供应商(Econ3)。这种更强的区域互联性为布基纳法索克服电力供应不足提供了加速途径。

在农村电气化方面(Soc1)，先前的研究发现，独立、微型电网、并网和混合太阳能pv -柴油系统的组合为启动和支持布基纳法索所需的社会和经济转型提供了一个具有成本效益的途径⁴¹(Soc1)。与资产融资相结合的离网综合系统用于生产用电，能够降低农村家庭的电价，提高农业生产率²(Econ4)。布基纳法索的可再生能源准备程度仍然很低²¹但它已经开始实施模块化方法扩展可再生能源所需的制度结构。实现这一目标将需要在规划和管理间歇性和分散系统(Inst1和Inst2)方面建立额外和关键的技能。

莫桑比克的天然气和可再生能源十字路口

莫桑比克(也是最不发达国家)为克服严重的能源和资金短缺问题，以实现其经济转型议程，正在增加其估计超过4万亿立方米的大量天然气储备的开采、使用和出口²⁷(Econ1-Econ3)。其他天然气资源丰富的国家，如尼日利亚、刚果共和国、毛里塔尼亚和塞内加尔，也在考虑采取类似行动。

这就开辟了多种多样的能源系统途径，具有不同的短期和长期机会和风险。2)．开发天然气基础设施，如果由强大的多方利益相关机构管理，由全社会共同利益授权⁴²，有可能产生正的短期至中期经济回报。就莫桑比克而言，这在很大程度上是由其向欧洲、中国和可能的几个南部非洲国家的出口潜力推动的，尽管有国内产业溢出效应，例如生产国内氮基化肥以提高农业生产力(Econ4)。就国内使用而言，天然气发电厂的前期资本密集度相对较低，考虑到莫桑比克的高COC，这很重要。在拥有现有天然气基础设施的国家，独立发电企业的交货时间相对较短³²这样一来，就有可能在相当短的时间内增加电网的可分配电量，从而与可再生能源形成互补⁵．

然而，与此同时，大规模扩大天然气基础设施，特别是主要用于出口的天然气，会给莫桑比克带来严重的风险和大规模发展影响的不确定性，这些在学术文献或更广泛的辩论中尚未得到充分理解。由于欧洲目前的短期天然气热潮最终将放缓，而全球天然气需求将在中期由于全球清洁能源转型的进展而下降，莫桑比克的出口导向型战略意味着大规模资产搁浅风险^5，6在非洲，这些公司通常为当地政府所有⁴³．最近的研究表明，COC较高的新兴化石燃料出口国(另见莫桑比克、刚果共和国或毛里塔尼亚)很可能是第一批资产搁浅的国家，因为低成本生产商可能涌入市场并占领市场份额⁶．根据投资价值的不同，这可能意味着负债国家面临相当大的金融风险。就国内使用而言，太阳能、风能和电池成本的下降以及新兴的绿色能源载体意味着，当长达十年的高成本天然气电力购买协议(Econ1和Soc1)到位时，消费者面临资产搁浅或锁定高电价的巨大风险。此外，由于碳边界调整机制引起的价格上涨，增加化石燃料的强度增加了莫桑比克失去额外出口利润的风险，据估计，仅碳强度高的铝出口就超过了国内生产总值的1%³⁷．

莫桑比克增加可再生能源的战略可以帮助降低其中一些风险，尽管可能需要进一步的缓解战略(Econ2)。在电气化方面，莫桑比克为电网扩张和离网农村电气化设立了独立的机构，以实现其雄心勃勃的接入战略，其中包括主要针对太阳能的30%离网连接目标³³(Inst1)。在环境方面，天然气开发和长期减排计划之间需要权衡，尤其是考虑到甲烷泄漏¹⁴(Env1)。

提供符合非洲发展需要的能源系统意味着承认社会经济背景的多样性和上述讨论的不同类型的不确定性。为了确定针对特定国家的最佳路径，并为大规模实施这些路径创造有利的环境和能力，非洲需要在能源地缘政治、公共政策、金融、研究和地方能力建设方面采取紧急行动。

认识到能源需求多样化的地缘政治叙事

以概括为特征的全球辩论必须让位于对气候与发展目标之间的协同作用和权衡进行细致入微的分析性评估。

埃塞俄比亚和南非的案例表明，对本国能源驱动的国家发展议程的严格控制可以带来显著的地缘政治协同效应¹¹．例如，南非愿意通过自己的公正能源转型战略，使其碳密集型电力部门脱碳³⁹与全球脱碳利益保持一致，这使得南非在2021年获得了85亿美元的国际金融支持，用于其转型和绿色增长努力。在这种情况下，全球气候变化议程为扩大可再生能源规模提供了财政支持，南非也设法为其绿色增长目标提供了资金。埃塞俄比亚制定了自己的综合能源、气候和发展议程，成功地在早期将自己定位为气候兼容发展的区域领导者。

相比之下，莫桑比克、坦桑尼亚、尼日利亚和塞内加尔等国的能源辩论面临着有关化石燃料储量的关键决定，可能受到短期考虑和短暂的地缘政治利益的驱动，而这些利益可能会锁定长期的经济和环境风险。欧洲对天然气的兴趣重燃，虽然可能仅限于短期，但却为非洲带来了新的不确定性，因为它暂时打开了一年前似乎关闭的长期高风险通道¹⁴．

国际行为者常常忽视非洲在塑造符合非洲大陆长期利益的国际体系方面的作用。如果非洲国家要实现其长期发展目标，就必须改变这种情况。同样，非洲领导人需要通过促进公民利益而不是狭隘的政治利益的真正伙伴关系，积极改变地缘政治空间¹¹．

支持具体国家路径的政策

公共政策在促进非洲能源转型方面可发挥关键作用。首先，一致和可靠的长期能源和发展战略(如埃塞俄比亚的气候适应型绿色经济战略)对于明确界定解决方案空间、降低特定国家的不确定性和在利益攸关方之间建立信心至关重要⁴⁴．政策战略的制订应着重于过渡不确定因素最大的领域。对于南非和类似的碳密集型中上收入国家来说，这可能是全经济的绿色增长战略，以及对化石燃料行业的企业和工人的长期支持计划^2，39．对布基纳法索这样的国家来说，强有力和逐步的能源获取计划是指导电气化努力和确保长期投资者信心的关键。处于天然气十字路口的国家必须在多方面风险和回报评估的基础上确定基于证据的能源系统战略，明确考虑到增值经济增长、贸易、就业和技能发展以及社会福利^2，27，39，以及长期风险较低的另类投资在收益上的差异1)．在支持天然气开发的地方，需要强大的机构，有强大的制衡、法治和政府问责，以确保财富的再分配和多样化^11，42．此外，政策必须照顾到长期的经济风险，并管理潜在的锁定⁶，这为实现《巴黎协定》的减排目标提供了一条一致的途径。

第二，政策工具是实施这些政策战略的关键，包括充分的监管以及需求拉动和技术推动措施，以在国家重点产业中创造市场⁴⁵．至关重要的是，尽管非洲国家之间的能源转型类型不同，但可再生能源和确保当地和区域利益的重要性在所有这些转型中都发挥着关键作用。这强调了确保市场开放、吸引力和对公用事业规模和分散的上网和离网可再生能源的准备，以及加强协调的地方和区域规划以促进发展效益的重要性。

需要注意的是，治理、制度质量和对不同政治行为体利益相互作用的理解决定了一个国家特定的能源和气候政策方向。通过研究确定与制定政策最相关的关键社会和政治行为体，并规划出指导能源转型的政治权衡，这是至关重要的。

能源途径的低成本融资

非洲多样化的能源途径需要越来越多的量身定制的融资。国际金融家必须为涉及发电的各种国家选择提供适当的特定于过渡时期的金融工具。由于可再生能源的前期资本密集度和挑战的规模，转型的速度取决于资本的调动，其中包括公共和私营部门的投资⁴⁶以及哪些国家能够从这些资金中获得实质性利益。当前和未来的国际气候资金承诺必须在公共和私营机构之间加强合作的情况下得到遵守和大幅增加。非洲国家的国内金融机构和私人资本更多地参与是投资的一个关键和未得到充分利用的来源³⁹．其他来源包括多边过渡基金(例如南非的例子)、不断增长的全球可持续金融市场(例如绿色债券)和其他来源(例如众筹);这种来源应包括仍需建立的损失和损害融资机制⁵．

除了获得电力外，还必须紧急降低资金成本，以提供负担得起的电力⁴⁴特别是在COC较高的最不发达国家，如布基纳法索和莫桑比克。因此，理解资本成本高的原因(例如，制度质量和宏观经济挑战，金融部门的深度，能源监管，或公用事业公司的融资问题)是至关重要的⁴⁷)，并利用发达国家的公共和混合融资工具来减少债务。例如，在特定国家建立技术跟踪记录可以帮助降低私人行为者的投资风险，就像混合融资工具或担保机制可以降低总体投资风险(例如国家风险)，从而降低COC⁴⁸．

当地的研究能力为更好的证据基础

几个非洲国家即将作出长期的天然气承诺，这将对经济、社会、体制和环境产生重大影响。南非在向可再生能源过渡的过程中建立了强有力的模型^36，39但令人高度关切的是，莫桑比克、毛里塔尼亚和塞内加尔等国的决策者目前只能根据传闻证据做出这些决定，因为缺乏针对具体国家的综合能源系统规划研究^23，24．

因此，有必要建立科学上健全、深入和全面的证据基础，为所有非洲国家提供具体国家路径，优先考虑路径不确定性最大的国家(图5)。2)．需要国家和国际研究资助组织来促进这一点。

相关的研究议程可以包括三个组成部分。首先，应当为每个非洲国家建立一个明确的基线，并以能源、经济、社会人口和政策数据为特色，以考虑到具体情况的结构、挑战和目标。第二，应进行现有的综合能源规划模型和定性分析，以产生针对具体国家发展优先事项的可操作的能源系统途径。第三，需要在所有非洲国家开展针对具体情况的研究，以了解如何最好地实施由此产生的途径。尽管这一议程将受益于非洲和国际研究机构之间的合作，但它需要对当地知识、技能和机构进行投资，使非洲决策者、私营部门、非政府组织和科学家能够组织这一进程¹³．扩大具有清洁能源转型所需能力的当地研究和创新系统需要时间和努力，但这一进程需要在所有非洲国家以一种利用国内专业知识和建立信任的方式紧急启动^12，39，49．