全球能源转型:2050年“电气化”发展预测与主要路径
发布者:lzx | 来源:直流建筑联盟 | 0评论 | 696查看 | 2020-02-14 17:14:07    

根据国际可再生能源署发布《全球能源转型:2050年路线图》(2019版)的主要观点,在限制气候变化和促进可持续增长的背景下,全球能源转型势在必行。尽管近年来转型工作有所进展,但是想要进一步发展,则不可忽视“电气化”这个突破点。该报告了概述未来“电”的转变,讨论可再生能源电气化的深入观点。笔者总结了报告有关未来能源转型中“电气化”的发展预测与主要路径,希望为各位能源从业者提供启发。


2050年“电气化”发展预测


可再生能源应用成本的下降是电气化解决方案发展的新机遇。近年来,可再生能源发电占比逐步提高,若与清洁电力配对使用,电气化则可成为未来减少碳排放的关键解决方案。预估到2050年,电力将成为主要的能源载体,从目前能源消耗占比的20%增长到几乎50%,消耗量增加一倍以上。在未来,可再生能源消耗将增加至总能耗的三分之二,发电比例高达86%。


若可再生能源发电与深层电气化趋势相结合,预计可减少60%的CO2排放,同时还可提高能源效率,降低总体能源需求。随着全球范围内电力占比的提高,电动汽车和电加热将发挥越来越大的作用。预计到2050年,所有汽车(包括公共汽车及大型货车)中约有70%将由电力驱动。


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图1:到2050年,电力将成为主要能源,同时总能耗将减少,可再生能源占比增加


加快可再生能源的部署,结合深层电气化和提高能源效率是实现低碳可持续发展的重要手段。2050年可实现90%的碳减排量,其中仅可再生能源、供热和运输电气化就可减少排放的75%。报告分析了碳减排的两种路径,即各国正在实施或计划实施的碳排放政策路径(参考路径)和基于可再生能源技术以及提高能源效率的低碳技术路径(RE路径),相比参考路径,RE路径下的碳排放可进一步减少总量的70%(见图2)。


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图2:RE路径下不同措施对能源相关CO2排放量的减少程度


日益增长的电能消耗将改变电力部门和需求之间的相互作用。为了实现电力供需相匹配,预计在RE路径下将对电网的基础设施投资13万亿美元以提高电网柔性,与参考路径相比,增加了约4万亿美元。此外,电网规范和电价机制也做出相应调整,使得能源消费者能够更自由地生产和消费自己的能源,并推广有助于负荷管理的数字化技术。在部署节能措施方面,与参考路径相比,RE路径所需的节能量几乎减少了一半,并增加了电气化供热和运输应用以及电力和能源消耗终端中可再生能源的利用率。


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图3可再生能源、能源效率及不同路径对电气化程度的影响


2050年“电气化”主要实施路径


微网和离网等解决方案是实现更高电力接入率的关键,使用可再生能源的用户部门一旦电气化,便可利用协同增效措施提高能效和能源强度。这是因为电力驱动电器和热泵比基于化石燃料的系统效率更高,提高电气化程度可减缓整体一次能源使用量的增长。加快运输和供热行业的电气化对于能源转型的下一阶段至关重要。


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图4:扩大可再生能源的装机不仅是为了电力部门,也是为了供暖和交通运输部门


到2050年,将有86%的电力来自可再生能源,其中60%的电力将来自太阳能和风能。根据风能和太阳能光伏迅速扩张的趋势,预计2050年的装机容量分别超过6000吉瓦和8500吉瓦。要生产出如此多的可变可再生能源(VRE),满足供需关系、智能、数字化和柔性电网系统就必不可少。与今天相比,未来的电力系统采用分布式能源结构、电力交易和需求响应的比例将大大增加。


到2050年,电力在消耗能源总量中所占的比例将从今天的20%增加到近50%,工业和建筑中消耗的电力将翻倍。


目前,运输行业深受能源行业的影响也面临巨大的转型,到2050年,电动汽车的数量将超过10亿,在运输领域的电力消耗将从目前的1%增长到40%以上。随着城市化进程的迅速发展,清洁的运输方式和低碳的能源服务能大幅提高城市宜居性。由可再生能源电力驱动的电车、公共汽车、两轮和三轮车以及非机动车辆将成为城市交通的主要形式。


通过智能城市规划,推出充电和其他供应的基础设施以及智能监管系统。增强电动出行设备的连接性和大数据的实时共享性,利用自动驾驶技术和共享行为,可以带来更多的出行服务解决方案。


除此之外,为建筑物开发和部署可再生供暖和制冷解决方案也是一个发展方向。丹麦奥尔胡斯的区域供热网络同时使用电锅炉和电热泵,其一半的电力需求可以利用风能满足。电加热和电冷却在需求方面提供了灵活性,从而允许电力部门和用电部门之间有更大的耦合,更大程度的利用可变发电源。


提高电气化,自动化和连接性将有助于减少能源损失,促进用能行为改变以减少能源消耗,并有助于提高分布式可再生能源的渗透率。预估到到2050年,电力部门的规模将增加一倍以上,新增14000GW的新太阳能和风能,使得电网需要更大的柔性来适应太阳能和风能每日和季节性变化。电力行业亟需转型,以适应不断增长的可变可再生能源份额,开发具有高水平技术、高灵活性(通过灵活的供应,传输,分配,存储,需求响应,X线供电,电动汽车等)的电源系统,并辅以灵活运行。


同时,更好的市场信号协调资源使用,也成为应对VRE产生的不确定性和可变性的重要手段之一。例如,国家或地区电网互连帮助平衡电力供需情况,实时定价的智能电表助于将需求转移到电力供应充足的时间段。


需求侧管理(例如在工业中)可以将负荷转移到高峰供电时间,其他形式的电力存储(例如在建筑物中的夜间供电)和智能电网,将有助于进一步整合可变可再生能源,而实时市场定价将使发电价值能够在不同时间进行评估。


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图5:RE路径下,2050年电力供需匹配情况


大量研究表明电气化是未来能源发展的基石,它与能源效率、可再生能源之间有着紧密的联系。与可再生能源技术结合,可以减轻碳排放,缓解环境压力;与人工智能、物联网、区块链等技术结合可以提高能源效率,同时增加电网柔性。

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