2024未来能源系统白皮书.docx

《2024未来能源系统白皮书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024未来能源系统白皮书.docx（49页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、能源效率2.0打造未来能源系统2024是时候重新思考能源效率了费允德(JurgenFischer)丹佛斯集气候方案事业部总裁电网作为输送电力的基础设施，并未得到人们的足够关注。而实际上，无论是在当下还是未来，电力对我们的意义和影响，远超我们的想象。从工厂、医院和港口，到治安、军事和交通，以及通信系统，一切都依赖于电网来运作。停电时，失去光源只是最小的问题。在一些地区，电力中断的情况愈加频繁，有时持续时间也越来越长。未来，我们的电力需求将大幅增加，所以断电这一问题与我们在未来能源系统中所将面临的挑战相比，影响甚微。因此，如果我们不立即重新思考能源效率，并将其置于能源政策和应对气候变化战略的核心位

2、置，我们将面临比电力中断更为严峻的挑战。为实现净零排放和巴黎协定的目标L到2050年,可再生能源在能源结构中的占比需达到70%左右。尽管如此，对于能源系统需要做出的改变，人们的关注度依然不足。如果届时，我们确实能获得足量的可再生能源，我们是否拥有相应的能力和基础设施，将其有效利用？为了实现未来能源系统脱碳，我们现在必须采取哪些措施？我们先来谈谈风能和太阳能，它们是可再生能源讨论的热点。风能和太阳能所产生的能量主要以电力的形式表现出来。然而，无论是交通业、建筑业还是工业,如果我们没有相应的基础设施来进行有效使用，生产再多的电力也亳无意义。为了有效利用可再生能源产生的电力，我们必须展开一场系统化的

3、基础设施层面的变革使能源系统实现全面电气化。充分实现了电气化的社会可以减少高达40%的最终能源消耗，因为电力技术浪费的能源比化石燃料技术更少2。与此同时，能源效率的提升措施能加速各个行业的电气化转型。例如，提高重型车辆的能源效率是缩小其供电所需电池尺寸的前提条件。因此，我们必须开始将电气化本身看作提升能效的一种形式。时机决定一切。在未来的能源系统中，仅确保使用绿色能源是不够的，我们还需要在正确的时间使用能源。现在，我们的习惯和行为决定了何时需要能源白天需求量大，夜间需求量小。同样，大自然也决定了太阳能和风能集中的时间，因此并不总能满足我们对能源的需求。在可再生能源供应不足时，我们必须使用化石能

4、源作为替代。这不仅会提升电力成本，还会在高峰时段产生更多的碳足迹。幸运的是，通过制定需求侧灵活性解决方案来提升能源效率，我们可以更好地调整能源的供需关系以避免在某些时刻对化石能源发电的需求高峰。通过现有的提升能源需求侧灵活性的技术，我们可以节省资金、减少二氧化碳排放、增强电网稳定性。即使在未来，也并非一切都直接依靠电力运作，因此我们仍需找到清洁的替代能源，助力重工业、航空和长途运输等行业深度脱碳。氢能是最有前景的替代能源。未来的能源系统不可避免会出现可再生电力过剩的时期，届时氢能将会发挥关键作用。然而，电制氢（电解水）的过程将需要大量的电力，为我们已经过时的能源电网带来巨大的压力。然而，将能源

5、效率与电气化相结合，我们可以将氢能需求维持在实际可控的水平,同时以最节能的方式制氢。如果我们想要提高未来的能源效率，就必须从政策上支持高效的制氢方式。2050年地球人口将达到98亿，即使能源系统实现充分电气化，可再生能源的产量仍旧不足以满足所有人的用能需求。为了弥补这部分需求差额，余热将为我们提供最大助力。到2030年，全球能源消耗中的53%将以余热的形式被浪费,然而，如果我们将这些余热回收再利用以取代大量的电力天然气等供热所需的其他能源形式，将有助于增强未来电网的稳定性，缓解绿色转型的压力。正如上述所示，提升能效并非可再生能源不足的补救办法。在未来的能源系统中，能源效率必须占据中心位置,并与

6、可再生能源的开发建设相协调,以实现气候变化目标、保障能源安全、促进经济发展，并从根本上改变能源的管理和使用方式。我们将这种对能源效率的重新理解定义为“能源效率2.0”，对于我们实现2050年净零排放愿景，这是最快且最具成本效益的方式。乐观的是，我们已经掌握了必要的技术。我们不需要魔法，而需要立即采取行动，推出相关政策，以加速相关解决方案的实施。“用停电无光一词来指代电力中断实属不当。当电力系统崩溃时，失去光源并不是最大的问题。”任何足够先进的科技，均与魔法无异。只有两分钟？能源系统2.0关键要点1,实现全面电气化从化石能源系统过渡到充分电气化的能源系统，我们可以减少高达40%的最终能源消耗6。

7、电气化本身就可以提升能效，因为大多数电力技术在实现与化石能源相同功能时能源损耗率较低。2 .实施需求侧灵活性解决方案重塑能源效率不仅要减少能源使用，还要在合适的时间使用能源。通过最大限度地发挥需求侧灵活性方案的潜力，欧盟和英国每年可减少4000万吨二氧化碳排放减少106太瓦时天然气发电量，约占2022年欧盟天然气发电消耗量的五分之一。此外，到2030年每年可节省的社会成本将达到105亿欧元家庭平均可节省7%的电费。H23 .合理发挥氢能潜力利用可再生能源助力未来的能源系统，需要迅速扩大氢能的规模。然而，制备氢需要大量能源；到2050年，制氢所需的电力将超过现在总电力需求的一半7,8,9,10。

8、高效的电解技术对于确保能源安全稳定以及降低氢能源需求至关重要。4 .推进行业耦合通过战略性地实施行也耦合技术、充分利用余热，我们最终可以降低对能源生产的需求，并最大限度地提高效率。至（12030年全球高达53%的能源消耗将作为余热被浪费掉n。然而,通过更深入的行业耦合,这些热量可以被收集和再利用，为机械提供动力，为建筑供暖、提供生活用水。能源效率2.0打造未来能源系统为实现净零排放，需要改变的不仅是能源的来源，能源的分部、转换、储存、使用和再利用的方式也必须改变。本白皮书围绕能源效率展开论述，展现了电气化、需求侧灵活性解决方案、能源转换、储熊和行业耦合如何在未来能源系统中占据中心位置，从而打造

9、由可再生能源驱动的电网。电网大改造11未来属于电气化19灵活性：时机决定一切25能源转换：实现净零的关键31储存未来能源35通过行业耦合实现能源再利用41政策建议电网大改造“化石燃料时代正开始走向终结，而我们正在见证这一历史性时刻。我们需要为此做好准备。”法提赫比罗尔(FatihBirol),国际能源署总干事要想打造未来净零排放的能源系统，世界能源供应需要在2021年至2050年间减少15%,同时可再生能源必须快速扩张(见图1)。2021年，全球能源的79%来自化石燃料。到2050年，这一比例必须至少减少到18%,甚至更少。这其中减少的8%必须通过碳捕集与封存来实现。尽管对碳捕集与封存的潜力仍

10、存在一些争议，但科学界的共识是,我们需要大幅减少对化石燃料的依赖,与此同时，可再生能源在2021年占能源供应总量的11%,到2050年这一数字必须增加到70%,其中太阳能和风能合计占39%o也许不难理解，我们需要采取比现有政策更多的行动，甚至需要采取比已宣布的，在2050年实现净零排放的承诺更多的行动。这也就是说，我们必须对能源供应进行全面革新,以打造与净零目标相匹配的能源系统。从纯粹的能源供应角度来看，我们需要对太阳能、风能和其他可再生能源进行大量投资，额度远远超出了目前的声明甚至承诺范畴。当然，对可再生能源的投资定与减少化石能源同步进行4幸运的是，近年来可再生能源的成本大幅下降，其中太阳能

11、和陆上风能的进展最快&与此同时，煤炭的价格却停滞不前。由于安全法规的增加，核能的价格却显著上涨。简而言之，投资可再生能源而非化石能源，在经济上是有利可图的。而且，随着风能功率转换器和太阳能逆变器等技术的发展，可再生能源生产清洁电力的效率获得提升，使得这种投资更具吸引力，这意味着我们向全世界提供的低排放能源，同时也是最便宜的、最高效的选择。然而，在向可再生能源过渡的同时也需要对我们的电网进行重构。用电力驱动世界为了使未来能源系统脱碳，可再生能源必须取代化石燃料，能源系统必须实现全面电气化。世界能源供应的转变（艾“，叫2023700600500400300200100020102020203020

12、402050Year_无法减排的化石能源 传统生物质能可实现减排的化石能源 核能其他可再生能源 生物质能水能 风能 太阳能图1：如要实现净零排放过程中世界能源供应所必须要做出的改变.以及如果继续按照目前轨迹实施既定政策,到2050年我们的处境,资料来源：国际能源署2022年世界能源展望”这种全面电气化不仅会大幅减少温室气体排放，还将大幅减少最终能源需求，并节约大量经济成本%为了理解电网的巨大转变，牛津大学教授NiCkEyre描述了如何从热生能源转变为功生能源，这是实现巴黎协定目标的必要条件。我们经济和社会的所有功能都以热能或做功为动力。化石燃料是热能的主要来源。燃烧后，化石燃料转化为热能，可用

13、于为建筑供暖、为汽车提供动力等。另一方面，“做功”是指利用运动（如风电机组的旋转）来提供动力。如图1所示，这将成为未来的主要能源之一，与太阳能和水力发电等其他功生能源并驾齐驱。目前，我们社会主要由需要燃烧化石燃料的热生热源提供动力。要实现能源系统的脱碳，我们必须从根本上将大部分能源从热生转变为功生。从热能到电能转换过程中的主要挑战并不是电力的生产，而是用户端的电气化。目前，约80%的能源使用终端尚未实现电气化17。我们面临的变革基本上是工业革命的逆转，也就是说不再通过热能获取电力以为完成特定活动提供动力，而是利用“做功”为几乎所有服务提供能源。换句话说，既可通过做功获得热量,同时也为其他活动提

14、供能源。我们迄今为止对能源系统的全部思考方式都将被颠覆，从用热能做功，到用做功生产热能。当前能源系统中的热与功未来能源系统中的热与功能源来源最终燃料最终用途的转换能源服务来源于功水电，风能，太阳能图2：改编自Ere,N.(2021)。热牛.能源的来源包括牛.物质、煤炭、石油、天然气、核能和地热。功生能源包括水电、风能和太阳能。在可再生电力系统中,我们预计公有一些能源来自核能和地热.但从全球范用来看,这些能源微不足道,热能服务包括建筑供暖、洗涤、烹饪、干燥、蒸汽加热和熔化.做功服务包括固定电源、运输、照明、数据处理和电子化学.资料来源：EyreN.(2021).从使用热能到使用功：重新认识零碳能

15、源转型,能源效率14:77,1.20能源网络电气化的关键步骤在净零排放的情况下，不仅能源来源必须改变，能源的使用方式也必须改变。我们的电网必须进行转型，在不牺牲舒适度、能源安全或经济增长的前提下提供服务。这种转变包括：实现全面电气化大多数可再生能源都能发电。为了配合实现净零排放带来的可再生能源大规模建设，电气化的广度和深度都需要更进一步.这是本章节的要点。摒弃热生能源转而通过电力制热如第13页所述，直接通过热泵制热或间接上通过区域能源.在IoOC以下的供热中，电力比化石能源更高效，而IooC的标准对于建筑供热和许多工业流程来说绰绰有余也在难以脱碳的行业实现间接的电气化。虽然还未实现完整规划，但我们必须在长途航空业、长途航运业和一些高温工业流程中寻找替代能源。其中最有前途的替代能源之一是低排放的氢能，我们将在第15页对此进行探讨。未来属于电气化充分电气化的能源系统可降低高达40%的最终能源消耗】9。20世纪是电气化的