根據(jù)國際可再生能源署發(fā)布《全球能源轉(zhuǎn)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(xù)增長的背景下，全球能源轉(zhuǎn)型勢在必行。盡管近年來轉(zhuǎn)型工作有所進展，但是想要進一步發(fā)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(zhuǎn)變，討論可再生能源電氣化的深入觀點。小編總結(jié)了報告有關(guān)未來能源轉(zhuǎn)型中“電氣化”的發(fā)展預(yù)測與主要路徑，希望為各位能源從業(yè)者提供啟發(fā)。
2050年“電氣化”發(fā)展預(yù)測
可再生能源應(yīng)用成本的下降是電氣化解決方案發(fā)展的新機遇。近年來，可再生能源發(fā)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(guān)鍵解決方案。預(yù)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(fā)電比例高達86％。若可再生能源發(fā)電與深層電氣化趨勢相結(jié)合，預(yù)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(nèi)電力占比的提高，電動汽車和電加熱將發(fā)揮越來越大的作用。預(yù)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(qū)動。
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(jié)合深層電氣化和提高能源效率是實現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展的重要手段。2050年可實現(xiàn)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(shù)以及提高能源效率的低碳技術(shù)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）。
圖2 RE路徑下不同措施對能源相關(guān)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(xiàn)電力供需相匹配，預(yù)計在RE路徑下將對電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資13萬億美元以提高電網(wǎng)柔性，與參考路徑相比，增加了約4萬億美元。此外，電網(wǎng)規(guī)范和電價機制也做出相應(yīng)調(diào)整，使得能源消費者能夠更自由地生產(chǎn)和消費自己的能源，并推廣有助于負荷管理的數(shù)字化技術(shù)。在部署節(jié)能措施方面，與參考路徑相比，RE路徑所需的節(jié)能量幾乎減少了一半，并增加了電氣化供熱和運輸應(yīng)用以及電力和能源消耗終端中可再生能源的利用率。
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(wǎng)和離網(wǎng)等解決方案是實現(xiàn)更高電力接入率的關(guān)鍵，使用可再生能源的用戶部門一旦電氣化，便可利用協(xié)同增效措施提高能效和能源強度。這是因為電力驅(qū)動電器和熱泵比基于化石燃料的系統(tǒng)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(yè)的電氣化對于能源轉(zhuǎn)型的下一階段至關(guān)重要。
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(fēng)能。根據(jù)風(fēng)能和太陽能光伏迅速擴張的趨勢，預(yù)計2050年的裝機容量分別超過6000吉瓦和8500吉瓦。要生產(chǎn)出如此多的可變可再生能源（VRE），滿足供需關(guān)系、智能、數(shù)字化和柔性電網(wǎng)系統(tǒng)就必不可少。與今天相比，未來的電力系統(tǒng)采用分布式能源結(jié)構(gòu)、電力交易和需求響應(yīng)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(yè)和建筑中消耗的電力將翻倍。
目前，運輸行業(yè)深受能源行業(yè)的影響也面臨巨大的轉(zhuǎn)型，到2050年，電動汽車的數(shù)量將超過10億，在運輸領(lǐng)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(fā)展，清潔的運輸方式和低碳的能源服務(wù)能大幅提高城市宜居性。由可再生能源電力驅(qū)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(guī)劃，推出充電和其他供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施以及智能監(jiān)管系統(tǒng)。增強電動出行設(shè)備的連接性和大數(shù)據(jù)的實時共享性，利用自動駕駛技術(shù)和共享行為，可以帶來更多的出行服務(wù)解決方案。
除此之外，為建筑物開發(fā)和部署可再生供暖和制冷解決方案也是一個發(fā)展方向。丹麥奧爾胡斯的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)同時使用電鍋爐和電熱泵，其一半的電力需求可以利用風(fēng)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(fā)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(yù)估到到2050年，電力部門的規(guī)模將增加一倍以上，新增14000 GW的新太陽能和風(fēng)能，使得電網(wǎng)需要更大的柔性來適應(yīng)太陽能和風(fēng)能每日和季節(jié)性變化。電力行業(yè)亟需轉(zhuǎn)型，以適應(yīng)不斷增長的可變可再生能源份額，開發(fā)具有高水平技術(shù)、高靈活性（通過靈活的供應(yīng)，傳輸，分配，存儲，需求響應(yīng)，X線供電，電動汽車等）的電源系統(tǒng)，并輔以靈活運行。
同時，更好的市場信號協(xié)調(diào)資源使用，也成為應(yīng)對VRE產(chǎn)生的不確定性和可變性的重要手段之一。例如，國家或地區(qū)電網(wǎng)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(zhuǎn)移到電力供應(yīng)充足的時間段。需求側(cè)管理（例如在工業(yè)中）可以將負荷轉(zhuǎn)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(wǎng)，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(fā)電價值能夠在不同時間進行評估。
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(fā)展的基石，它與能源效率、可再生能源之間有著緊密的聯(lián)系。與可再生能源技術(shù)結(jié)合，可以減輕碳排放，緩解環(huán)境壓力；與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)結(jié)合可以提高能源效率，同時增加電網(wǎng)柔性。
翻譯：連林雯
