IRENA：推动能源转型 可再生能源智能电气化将成关键！

近日，国际可再生能源机构(IRENA)与中国国家电网公司联合发布《可再生能源智能电气化：推动能源服务转型》报告，指出用可再生能源替代化石燃料标志着历史性转变，然而为了确保可持续性和全球气候稳定，这种能源转型需要以更快的速度推进。而在能源转型期间，构建更智能灵活的电网以及推进终端应用电气化是核心要素。报告强调可再生能源智能电气化重点需加强可再生能源发电、电气化和数字化三者之间的协调部署，以更高效的方式推动能源服务转型。具体内容如下：

1、清洁电力成为当前能源转型主要燃料

来自高碳化石燃料的电力将继续被来自风能、太阳能、水力和其他可再生能源的清洁、低碳电力所取代。在不同的可再生能源发电种类中，作为波动性可再生能源的低成本太阳能光伏和风能技术预计将占全球发电总量的大部分。随着能源终端应用从化石燃料转变为电力，能源服务的电气化将变得更为普遍。电动汽车和燃料电池汽车将在很大程度上取代化石燃料汽车和卡车，热泵和电锅炉将替代建筑和工业领域的石油和天然气锅炉。来自可再生能源的电力也可以用于制造氢气和合成燃料，用于那些难以直接电气化的应用领域。对输电、配电、储能和充电网络基础设施进行改造升级将为终端应用电气化提供有力的支撑。同时加快部署高能效技术将有助于清洁电力的充分利用。此外，数字化技术对实现能源转型至关重要，是扩大可再生能源发电和普及电气化的关键环节。其包括“智能”数字设备、信息和通信技术(ICT)的部署，以及相关的作业实践，通过更灵活的方式满足可再生能源电力需求、优化电力交付和使用过程、提高更高效率的用电服务等。将这些智能方法整合到能源转型过程中，对于降低峰值电力负荷上升的风险和增强新电网基础设施的投资作用至关重要。智能数字技术还提升了电力利用效率，充分利用包括太阳能和风能在内的日益增多的廉价波动性可再生能源。

2、实现智能电气化面临的挑战

在政策方面，推动实现电气化高度依赖法规、税收和补贴，这需要相当大的政治意愿。即使在有政治意愿转变市场和供应链的领域，如全球汽车工业转向电动汽车，家用供暖转向热泵，但这仍需要多年时间。人们每隔10-15年才会更换取暖设备和汽车，在世界上一些地区，建筑材料每年的更新率不到1%。对于能源转型过程中成本和收益的分配需要公平、公正才能得到广泛的接受。

在技术方面，能源转型需要在干旱地区部署大量的波动性可再生能源，这涉及到在面临可能与峰值需求不匹配的不同发电量和峰值产量时合理安排供需关系。此外，必须扩张电网、电动汽车充电网络和氢能在内的其他燃料生产设施建设并扩建新的基础设施。面对转型所需的技术仍需不断创新和改进，以降低总成本为关键目标。

3、终端应用电气化技术发展趋势

建部部门。目前，建筑部门每年能源消耗量高达122艾焦，约占全球终端能耗的30%。其中，一半以上的能源是由天然气、石油、煤炭或生物质能提供，电力约占住宅建筑能源消耗的24%，其中51%用于商业和公共建筑。在建筑领域实现更高电气化的关键技术包括：①通过热泵进行空间供暖和加热用水;②利用电加热器进行供暖以及使用电炉和电烤箱烹饪;③使用可再生电力生产的氢气或合成甲烷等燃料，通过天然气管网供给家庭和商业建筑。

交通运输部门。目前，全球交通运输部门(包括公路、铁路、海运和航空)每年能源消耗量高达121艾焦，但仅有约1%的能源由电力供应，其中三分之二用于铁路运输，其余用于有轨电车和地铁。在交通运输领域实现更高电气化的关键技术包括：①使用电动汽车，包括乘用车、卡车和公共汽车，主要(但不完全)是为了满足中短途交通运输需要;②利用可再生电力生产氢气，为燃料电池汽车或长途运输火车提供动力;③在能源密集的货运和长途运输行业(如海运和航空)，利用可再生电力生产合成气或氢衍生物，以取代化石燃料。

工业部门。目前，全球工业部门能源消耗总量达到119艾焦，其中约28%的能源由电力供应，仅四种能源密集型工业产品(水泥、钢铁、化工产品氨和乙烯)就占工业能耗的60%左右。在工业领域实现更高电气化的关键技术包括：①工业加热过程直接电气化，使用电锅炉和/或熔炉进行中高温加热;②增加使用热泵进行低温加热和部分中温加热;③利用可再生能源生产的氢气和/或其衍生物燃料，特别是应用于高温加热和非能源用途(例如直接作为工业过程的原料)。

4、智能电气化战略的实施是建筑、交通运输和工业部门电气化转型的先决条件

能源转型需要的不仅仅是建造大量的风能和太阳能发电厂、转向电动汽车和热泵、改造工业流程使用可再生能源、创新技术进行基础设施建设、实现经济电气化，它还需要全新的策略和详细的计划来整合所有这些技术和设备，并对输电网络进行管理。考虑到电力需求的持续增长以及风能和太阳能等可再生能源发电具有的波动性，向电气化的转型将对现有电力供需平衡提出极大挑战。因此，结合智能数字基础设施、市场设计、监管框架和商业模式进行调控，将大幅减少高峰负荷。实现直接和间接电气化的良性循环所需的主要策略分为以下三大类：①更好地进行电力需求与供应相匹配。一项有效的战略将不仅仅是减少电力需求峰值，而是合理的将电力需求进行分配以配合波动性可再生能源的生产，在这一过程中需要通过储能技术来调整能源供应，以更好地满足电力需求。②扩大电网服务。可再生能源发电相较于集中式发电厂更为多变、分散和独立，因此它需要更多的电网服务，如负载服务、频率调节、黑启动能力和提前进行电力储备，以最大限度利用波动性可再生能源。③扩大电气化机会。除了整合更多的可再生能源之外，还可利用包括制氢等其他技术满足电力需求。

5、利用可再生能源实现智能电气化的未来优先发展方向

电气化程度的提高必将带来新的挑战，如供应短缺和负荷失调;但也会带来新的机遇，如更灵活的发电选择。因此，实现电气化成功转型需要注意两点：①利用智能化手段实现清洁能源需求响应之间的协调和高度集成各种波动性可再生能源(如智能充电的电动汽车、储能技术、热泵和电锅炉、电解槽等技术装备);②更好的理解不同行业电气化可能存在的技术限制，以避免电力系统中断或承担昂贵的使用成本。未来智能电气化发展七大重点方向与行动如表1所示。

表1 未来智能电气化发展七大重点方向与行动

文章作者：CASEnergy