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根據國際可(ke)再生(sheng)能源(yuan)署發(fa)布《全(quan)球能源(yuan)轉型：2050年路線(xian)圖》（2019版(ban)）的(de)主要觀(guan)點，在(zai)限制氣候變化(hua)和促進可(ke)持續增長的(de)背景下，全(quan)球能源(yuan)轉型勢在(zai)必行。盡管近年來轉型工作有(you)所(suo)進展，但是想要進一步(bu)發(fa)展，則不可(ke)忽視“電(dian)氣化(hua)”這(zhe)個突破點。該報(bao)(bao)告了概述未來“電(dian)”的(de)轉變，討論可(ke)再生(sheng)能源(yuan)電(dian)氣化(hua)的(de)深入觀(guan)點。筆者(zhe)總結了報(bao)(bao)告有(you)關(guan)未來能源(yuan)轉型中“電(dian)氣化(hua)”的(de)發(fa)展預測(ce)與主要路徑，希望為各位能源(yuan)從業者(zhe)提供啟發(fa)。

2050年“電氣化”發展預測

可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)應用成(cheng)本的(de)(de)(de)下降是電氣化(hua)解決方案發展的(de)(de)(de)新機遇。近年來，可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)發電占(zhan)比(bi)(bi)逐步提高(gao)，若與清潔電力(li)配對使(shi)用，電氣化(hua)則可(ke)成(cheng)為未(wei)來減少碳排放的(de)(de)(de)關(guan)鍵解決方案。預估到(dao)2050年，電力(li)將(jiang)成(cheng)為主(zhu)要的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)載(zai)體，從(cong)目前能(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)占(zhan)比(bi)(bi)的(de)(de)(de)20％增(zeng)長到(dao)幾乎(hu)50％，消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)量增(zeng)加(jia)(jia)一倍以上。在(zai)未(wei)來，可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)將(jiang)增(zeng)加(jia)(jia)至總能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)三分之二(er)，發電比(bi)(bi)例(li)高(gao)達86％。

若可再生能源(yuan)發(fa)電與深層(ceng)電氣化趨勢相結合，預計(ji)可減(jian)少(shao)60％的CO2排(pai)放，同時還可提高能源(yuan)效率，降低總體能源(yuan)需求。隨著全球范圍內電力占比的提高，電動汽(qi)車和電加熱將發(fa)揮越來越大的作用(yong)。預計(ji)到2050年，所有(you)汽(qi)車（包括(kuo)公共汽(qi)車及(ji)大型貨(huo)車）中約有(you)70％將由(you)電力驅動。

圖1：到2050年(nian)，電力將成為(wei)主要能源，同時總(zong)能耗將減(jian)少，可再生(sheng)能源占比(bi)增加

加(jia)快可再(zai)(zai)生能(neng)源(yuan)的(de)(de)部署，結合深層電氣(qi)化和(he)(he)提高能(neng)源(yuan)效率是實現低碳(tan)(tan)可持續(xu)發展的(de)(de)重要手段。2050年可實現90％的(de)(de)碳(tan)(tan)減(jian)排(pai)量，其中僅可再(zai)(zai)生能(neng)源(yuan)、供熱(re)和(he)(he)運(yun)輸電氣(qi)化就(jiu)可減(jian)少排(pai)放(fang)的(de)(de)75％。報(bao)告分析了碳(tan)(tan)減(jian)排(pai)的(de)(de)兩(liang)種路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)徑(jing)(jing)，即各國正在實施或計劃實施的(de)(de)碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)政(zheng)策路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)徑(jing)(jing)（參考(kao)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)徑(jing)(jing)）和(he)(he)基于可再(zai)(zai)生能(neng)源(yuan)技術以及提高能(neng)源(yuan)效率的(de)(de)低碳(tan)(tan)技術路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)徑(jing)(jing)（RE路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)徑(jing)(jing)），相比參考(kao)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)徑(jing)(jing)，RE路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)徑(jing)(jing)下的(de)(de)碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)可進一步減(jian)少總量的(de)(de)70%（見圖2）。

圖2：RE路(lu)徑下不同措施對能源相關CO2排(pai)放量的減少(shao)程度

日益增長的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)消(xiao)耗將改變(bian)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)部門(men)和(he)(he)需求之(zhi)間的(de)相(xiang)互作(zuo)用(yong)。為(wei)了實現電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)供需相(xiang)匹配，預計在(zai)(zai)RE路徑下(xia)將對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)的(de)基礎設施投(tou)資13萬億美元(yuan)以提(ti)高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)柔性(xing)，與(yu)參考路徑相(xiang)比，增加了約4萬億美元(yuan)。此外，電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)規范和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)價(jia)機制也做出相(xiang)應(ying)調整，使得能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消(xiao)費者能(neng)(neng)夠更自(zi)(zi)由地生產和(he)(he)消(xiao)費自(zi)(zi)己的(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)，并推(tui)廣(guang)有助于負荷管(guan)理的(de)數字化技術(shu)。在(zai)(zai)部署(shu)節能(neng)(neng)措施方面，與(yu)參考路徑相(xiang)比，RE路徑所需的(de)節能(neng)(neng)量幾乎減少了一半，并增加了電(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)化供熱和(he)(he)運輸應(ying)用(yong)以及(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)和(he)(he)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消(xiao)耗終端中可再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的(de)利用(yong)率(lv)。

圖3可再生能源(yuan)、能源(yuan)效率及不同(tong)路徑對電氣(qi)化程度的(de)影響

2050年“電氣化”主要實施路徑

微網和(he)(he)離網等解決方案是實現更(geng)(geng)高(gao)電力接入率的關鍵，使用(yong)可再生能(neng)源的用(yong)戶部門一(yi)旦(dan)電氣化(hua)，便可利用(yong)協同增(zeng)效(xiao)(xiao)措(cuo)施提高(gao)能(neng)效(xiao)(xiao)和(he)(he)能(neng)源強度。這是因(yin)為電力驅(qu)動電器和(he)(he)熱泵比基于化(hua)石燃料的系統效(xiao)(xiao)率更(geng)(geng)高(gao)，提高(gao)電氣化(hua)程度可減緩整(zheng)體一(yi)次(ci)能(neng)源使用(yong)量(liang)的增(zeng)長。加(jia)快(kuai)運(yun)輸和(he)(he)供(gong)熱行業(ye)的電氣化(hua)對(dui)于能(neng)源轉型的下一(yi)階段至關重要。

圖4：擴大可再生能源的裝機不僅是為了電力(li)部(bu)門，也是為了供暖和交通運輸部(bu)門

到2050年(nian)，將(jiang)(jiang)有86％的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)來自(zi)可再生(sheng)(sheng)能(neng)源(yuan)，其(qi)中60％的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)將(jiang)(jiang)來自(zi)太陽(yang)(yang)能(neng)和風(feng)能(neng)。根(gen)據風(feng)能(neng)和太陽(yang)(yang)能(neng)光伏(fu)迅速擴張的(de)趨勢，預計(ji)2050年(nian)的(de)裝機容量(liang)分(fen)別超過(guo)6000吉(ji)瓦和8500吉(ji)瓦。要(yao)生(sheng)(sheng)產(chan)出如此多的(de)可變可再生(sheng)(sheng)能(neng)源(yuan)（VRE），滿足(zu)供需關系(xi)、智能(neng)、數字化和柔性電(dian)(dian)(dian)(dian)網系(xi)統就必不可少(shao)。與今天相比(bi)，未來的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統采(cai)用分(fen)布式能(neng)源(yuan)結構、電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)交易和需求響應的(de)比(bi)例將(jiang)(jiang)大大增加。

到(dao)2050年，電力在(zai)消(xiao)耗能源(yuan)總量(liang)中所占的比例(li)將(jiang)從今(jin)天的20％增(zeng)加(jia)到(dao)近50％，工(gong)業和建(jian)筑中消(xiao)耗的電力將(jiang)翻倍。

目前，運(yun)輸行(xing)業深受能源(yuan)行(xing)業的(de)(de)影響也面臨巨大(da)的(de)(de)轉型，到2050年，電(dian)動汽(qi)車的(de)(de)數量將(jiang)超(chao)過10億，在運(yun)輸領域的(de)(de)電(dian)力(li)消(xiao)耗將(jiang)從目前的(de)(de)1％增長到40％以上(shang)。隨(sui)著城市(shi)化進程的(de)(de)迅(xun)速發展，清潔的(de)(de)運(yun)輸方式(shi)和(he)低碳的(de)(de)能源(yuan)服務能大(da)幅提(ti)高(gao)城市(shi)宜(yi)居性(xing)。由可(ke)再生(sheng)能源(yuan)電(dian)力(li)驅動的(de)(de)電(dian)車、公共汽(qi)車、兩輪(lun)和(he)三輪(lun)車以及非機(ji)動車輛將(jiang)成為(wei)城市(shi)交通的(de)(de)主要形式(shi)。

通過智能(neng)城(cheng)市規劃(hua)，推出充電(dian)和(he)(he)其他供應(ying)的(de)基礎設(she)施以(yi)及智能(neng)監管系統(tong)。增(zeng)強電(dian)動出行(xing)設(she)備的(de)連接性和(he)(he)大數據的(de)實時共(gong)享性，利用自動駕駛技術和(he)(he)共(gong)享行(xing)為，可以(yi)帶來更多的(de)出行(xing)服務解決方(fang)案。

除此之外，為建(jian)筑物開發和(he)部署可(ke)再(zai)生供(gong)暖和(he)制冷解決方案也是一個發展方向。丹(dan)麥奧爾(er)胡斯的區域供(gong)熱網絡同時使(shi)用電(dian)(dian)(dian)鍋爐和(he)電(dian)(dian)(dian)熱泵(beng)，其一半的電(dian)(dian)(dian)力(li)需(xu)求可(ke)以(yi)利用風能滿足。電(dian)(dian)(dian)加熱和(he)電(dian)(dian)(dian)冷卻在需(xu)求方面提(ti)供(gong)了靈(ling)活性(xing)，從而允許電(dian)(dian)(dian)力(li)部門和(he)用電(dian)(dian)(dian)部門之間有更大的耦(ou)合，更大程(cheng)度的利用可(ke)變發電(dian)(dian)(dian)源。

提高(gao)電(dian)(dian)(dian)氣化，自(zi)動化和(he)連接性(xing)將有助于(yu)減少能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)損(sun)失，促進用能(neng)(neng)(neng)(neng)行(xing)為改變(bian)以(yi)減少能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)，并有助于(yu)提高(gao)分(fen)布式可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)滲透(tou)率。預估到到2050年，電(dian)(dian)(dian)力部門的(de)規(gui)模將增(zeng)(zeng)加一倍以(yi)上，新(xin)增(zeng)(zeng)14000GW的(de)新(xin)太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)風(feng)能(neng)(neng)(neng)(neng)，使得(de)電(dian)(dian)(dian)網需要(yao)更大(da)的(de)柔性(xing)來適應太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)風(feng)能(neng)(neng)(neng)(neng)每日(ri)和(he)季節性(xing)變(bian)化。電(dian)(dian)(dian)力行(xing)業(ye)亟需轉(zhuan)型，以(yi)適應不斷增(zeng)(zeng)長的(de)可變(bian)可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)份(fen)額(e)，開(kai)發具有高(gao)水平技術(shu)、高(gao)靈(ling)活性(xing)（通過靈(ling)活的(de)供應，傳輸(shu)，分(fen)配，存儲，需求響應，X線供電(dian)(dian)(dian)，電(dian)(dian)(dian)動汽車(che)等）的(de)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)系統(tong)，并輔以(yi)靈(ling)活運(yun)行(xing)。

同時(shi)，更好(hao)的(de)(de)市場(chang)信號協調資源(yuan)使用(yong)，也成為應(ying)對VRE產生的(de)(de)不確定性和可變(bian)性的(de)(de)重要手段之一。例如(ru)，國(guo)家或地區電(dian)網(wang)互連幫助平衡電(dian)力供需(xu)情況，實(shi)時(shi)定價的(de)(de)智能電(dian)表助于將需(xu)求轉移到電(dian)力供應(ying)充足的(de)(de)時(shi)間段。

需(xu)求側管理（例如(ru)在(zai)工業中）可以將(jiang)負荷轉移到(dao)高峰供電(dian)(dian)時間，其(qi)他形式(shi)的電(dian)(dian)力存儲（例如(ru)在(zai)建筑物中的夜間供電(dian)(dian)）和智能電(dian)(dian)網，將(jiang)有助(zhu)于進(jin)一步整(zheng)合可變可再生(sheng)能源，而實時市場定價將(jiang)使發電(dian)(dian)價值能夠(gou)在(zai)不同時間進(jin)行(xing)評估。

圖5：RE路徑下，2050年電力供需匹(pi)配情況

大量(liang)研(yan)究表(biao)明電氣化(hua)是未來能(neng)源發展的(de)基石，它與(yu)能(neng)源效(xiao)率(lv)、可(ke)再(zai)生能(neng)源之間有著緊密(mi)的(de)聯(lian)系(xi)。與(yu)可(ke)再(zai)生能(neng)源技術結合，可(ke)以減輕碳排放，緩(huan)解環境壓力；與(yu)人工(gong)智能(neng)、物聯(lian)網、區塊鏈等技術結合可(ke)以提高能(neng)源效(xiao)率(lv)，同時增加(jia)電網柔性(xing)。