全球能源轉型:2050年“電氣化”發展預測與主要路徑
發布者:lzx | 來源:直流建筑聯盟 | 0評論 | 644查看 | 2020-02-14 17:14:07    

根據國際可再生能源署發布《全球能源轉型:2050年路線圖》(2019版)的主要觀點,在限制氣候變化和促進可持續增長的背景下,全球能源轉型勢在必行。盡管近年來轉型工作有所進展,但是想要進一步發展,則不可忽視“電氣化”這個突破點。該報告了概述未來“電”的轉變,討論可再生能源電氣化的深入觀點。筆者總結了報告有關未來能源轉型中“電氣化”的發展預測與主要路徑,希望為各位能源從業者提供啟發。


2050年“電氣化”發展預測


可再生能源應用成本的下降是電氣化解決方案發展的新機遇。近年來,可再生能源發電占比逐步提高,若與清潔電力配對使用,電氣化則可成為未來減少碳排放的關鍵解決方案。預估到2050年,電力將成為主要的能源載體,從目前能源消耗占比的20%增長到幾乎50%,消耗量增加一倍以上。在未來,可再生能源消耗將增加至總能耗的三分之二,發電比例高達86%。


若可再生能源發電與深層電氣化趨勢相結合,預計可減少60%的CO2排放,同時還可提高能源效率,降低總體能源需求。隨著全球范圍內電力占比的提高,電動汽車和電加熱將發揮越來越大的作用。預計到2050年,所有汽車(包括公共汽車及大型貨車)中約有70%將由電力驅動。


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圖1:到2050年,電力將成為主要能源,同時總能耗將減少,可再生能源占比增加


加快可再生能源的部署,結合深層電氣化和提高能源效率是實現低碳可持續發展的重要手段。2050年可實現90%的碳減排量,其中僅可再生能源、供熱和運輸電氣化就可減少排放的75%。報告分析了碳減排的兩種路徑,即各國正在實施或計劃實施的碳排放政策路徑(參考路徑)和基于可再生能源技術以及提高能源效率的低碳技術路徑(RE路徑),相比參考路徑,RE路徑下的碳排放可進一步減少總量的70%(見圖2)。


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圖2:RE路徑下不同措施對能源相關CO2排放量的減少程度


日益增長的電能消耗將改變電力部門和需求之間的相互作用。為了實現電力供需相匹配,預計在RE路徑下將對電網的基礎設施投資13萬億美元以提高電網柔性,與參考路徑相比,增加了約4萬億美元。此外,電網規范和電價機制也做出相應調整,使得能源消費者能夠更自由地生產和消費自己的能源,并推廣有助于負荷管理的數字化技術。在部署節能措施方面,與參考路徑相比,RE路徑所需的節能量幾乎減少了一半,并增加了電氣化供熱和運輸應用以及電力和能源消耗終端中可再生能源的利用率。


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圖3可再生能源、能源效率及不同路徑對電氣化程度的影響


2050年“電氣化”主要實施路徑


微網和離網等解決方案是實現更高電力接入率的關鍵,使用可再生能源的用戶部門一旦電氣化,便可利用協同增效措施提高能效和能源強度。這是因為電力驅動電器和熱泵比基于化石燃料的系統效率更高,提高電氣化程度可減緩整體一次能源使用量的增長。加快運輸和供熱行業的電氣化對于能源轉型的下一階段至關重要。


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圖4:擴大可再生能源的裝機不僅是為了電力部門,也是為了供暖和交通運輸部門


到2050年,將有86%的電力來自可再生能源,其中60%的電力將來自太陽能和風能。根據風能和太陽能光伏迅速擴張的趨勢,預計2050年的裝機容量分別超過6000吉瓦和8500吉瓦。要生產出如此多的可變可再生能源(VRE),滿足供需關系、智能、數字化和柔性電網系統就必不可少。與今天相比,未來的電力系統采用分布式能源結構、電力交易和需求響應的比例將大大增加。


到2050年,電力在消耗能源總量中所占的比例將從今天的20%增加到近50%,工業和建筑中消耗的電力將翻倍。


目前,運輸行業深受能源行業的影響也面臨巨大的轉型,到2050年,電動汽車的數量將超過10億,在運輸領域的電力消耗將從目前的1%增長到40%以上。隨著城市化進程的迅速發展,清潔的運輸方式和低碳的能源服務能大幅提高城市宜居性。由可再生能源電力驅動的電車、公共汽車、兩輪和三輪車以及非機動車輛將成為城市交通的主要形式。


通過智能城市規劃,推出充電和其他供應的基礎設施以及智能監管系統。增強電動出行設備的連接性和大數據的實時共享性,利用自動駕駛技術和共享行為,可以帶來更多的出行服務解決方案。


除此之外,為建筑物開發和部署可再生供暖和制冷解決方案也是一個發展方向。丹麥奧爾胡斯的區域供熱網絡同時使用電鍋爐和電熱泵,其一半的電力需求可以利用風能滿足。電加熱和電冷卻在需求方面提供了靈活性,從而允許電力部門和用電部門之間有更大的耦合,更大程度的利用可變發電源。


提高電氣化,自動化和連接性將有助于減少能源損失,促進用能行為改變以減少能源消耗,并有助于提高分布式可再生能源的滲透率。預估到到2050年,電力部門的規模將增加一倍以上,新增14000GW的新太陽能和風能,使得電網需要更大的柔性來適應太陽能和風能每日和季節性變化。電力行業亟需轉型,以適應不斷增長的可變可再生能源份額,開發具有高水平技術、高靈活性(通過靈活的供應,傳輸,分配,存儲,需求響應,X線供電,電動汽車等)的電源系統,并輔以靈活運行。


同時,更好的市場信號協調資源使用,也成為應對VRE產生的不確定性和可變性的重要手段之一。例如,國家或地區電網互連幫助平衡電力供需情況,實時定價的智能電表助于將需求轉移到電力供應充足的時間段。


需求側管理(例如在工業中)可以將負荷轉移到高峰供電時間,其他形式的電力存儲(例如在建筑物中的夜間供電)和智能電網,將有助于進一步整合可變可再生能源,而實時市場定價將使發電價值能夠在不同時間進行評估。


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圖5:RE路徑下,2050年電力供需匹配情況


大量研究表明電氣化是未來能源發展的基石,它與能源效率、可再生能源之間有著緊密的聯系。與可再生能源技術結合,可以減輕碳排放,緩解環境壓力;與人工智能、物聯網、區塊鏈等技術結合可以提高能源效率,同時增加電網柔性。

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