国际可再生能源署发布《智慧电气化的创新格局》报告

6月20日，国际可再生能源署（IRENA）发布《智慧电气化的创新格局》报告指出，电力将成为未来主要的能源载体，到2050年将占全球能源消费一半以上。通过在工业、交通和建筑领域推进基于可再生能源的电气化，将实现终端用能部门的脱碳和能源安全。但实现用能电气化需要整个能源价值链所有利益相关者的参与，决策者需要采取系统性方法，将技术和基础设施创新与市场设计和监管、系统规划和运营以及商业模式等方面的创新相结合。报告围绕电力多元转换（Power to X）技术提出了100种解决方案，为政府制定智慧电气化战略提供参考，要点如下：

1、智慧电气化是实现能源系统脱碳具有成本效益的路径

能源系统要实现更快速有效的脱碳，需要在供应侧和需求侧共同转变，协调一致。在供应侧，近年来风能和太阳能快速增长，为电力系统提供了大量清洁电力。但需求侧并未同步发展，仍以传统的化石燃料消费为主，尤其是交通和供暖等部门，仍在很大程度上依赖化石燃料。根据IRENA的1.5℃情景，终端能源消费中的直接电力消费占比需要从2020年的22%增加到2030年的29%，到2050年增加到51%。这可以通过电驱动技术的巨大增长来实现，其中许多技术已经可用，如电动汽车和热泵。此外，难以直接电气化的终端用能部门可以使用可再生能源电力产生的“绿氢”实现脱碳，也称为间接电气化。IRENA估计，通过直接和间接电气化，到2050年全球电力需求将比2020年增加3倍。这将给电力系统带来挑战，并凸显了能效措施的重要性。智能电气化使电力系统能够以经济高效的方式适应新的负荷，并增强电力系统灵活性，能够整合更高比例可再生能源，使电力系统更加稳健和有弹性。对于终端用能部门，电气化是推进这些行业脱碳最具成本效益的解决方案。各国政府应将智慧电气化视为加速经济增长、增强能源安全、减少气候影响和实现其他重要可持续性目标的重大机遇。

2、实现智能电气化是一项涉及整个能源价值链的系统性任务，需要以创新为基础

能源消费的电气化是一项复杂的任务，超越了技术解决方案的采用，需要从电力到终端用能部门整个能源价值链所有利益相关者的参与。基于可再生能源智慧电气化创造了一个良性循环：电气化推动了可再生能源的新用途和市场，反过来又加速了向终端用能电气化的转变，创造了更大的灵活性，并推动了可再生能源和技术创新的进一步增长。在这种情况下，创新可以降低成本，创造更多投资和商业机会，转变政策走向，加快良性循环。因此，创新是推进全球能源革命和推出有效的智慧电气化战略的基础。

3、通过智慧电气化促进能源系统转型的解决方案包含全面的创新

任何旨在促进未来能源系统脱碳的创新，如果孤立地实施，都不会成功。创新解决方案应汇集必要的要素，对当今社会的能源消费方式产生变革性影响。因此，创新解决方案应包含技术、市场设计和监管、系统规划和运营、商业模式等方面的创新。这将从能源系统多个组成部分的互补中产生，通过系统性创新充分利用所有创新的协同作用。系统性创新对于实现能源经济的有效结构转型至关重要，包括四个方面：①技术和基础设施创新，将在促进终端用能部门电气化方面发挥关键作用；②市场设计和监管创新，包括新的市场结构以及监管框架的变化，以激励和创造终端用能行业的电气化应用，并鼓励实现智慧电气化；③系统规划和运营创新，包括规划电力与终端用能部门耦合方式，以及最大程度整合可再生能源发电并降低电力系统额外负荷的创新运营方式；④商业模式创新，为新的服务建立商业案例，使电力系统更加灵活，并加快终端用能电气化。

4、促进终端用能部门智慧电气化的100项解决方案

IRENA总结回顾了全球初创企业、大型企业、监管机构和系统运营商的数百种创新解决方案，这些解决方案有助于交通、供热和制冷、制氢等行业的智慧电气化。基于此，提出了100项关键创新解决方案，为政府制定智慧电气化战略提供参考：

（1）交通部门智慧电气化（Power to Mobility）

根据IRENA的1.5℃情景，2023年全球电动汽车保有量将增至3.6亿辆，到2050年将增至21.8亿辆。到2030年，电力将占交通部门能源消费总量的7%，到2050年将增至52%。推进交通电气化需要对充电基础设施进行大量投资，到2050年预计需要投入9万亿美元。电动汽车广泛部署的一个主要挑战是确保电网有足够的可再生能源电力满足日益增长的需求，这需要通过智慧电气化增加可再生能源并网和减少峰值负荷，从而减少电网拥堵。智慧电气化还可通过灵活性和储能服务为电力系统提供重要的运营效益，包括减少温室气体排放、降低峰值负荷和运营成本等。促进交通部门智慧电气化的35项解决方案及其发展水平和影响如表1所示。

表1 促进交通部门智慧电气化的解决方案及其现状和影响

（2）供热和制冷部门智慧电气化（Power to Heat and Cooling）

供热和制冷约占全球终端能源消费的一半，预计到2050年电力在建筑能源需求占比将从当前的34%增至73%，这将需要投入7.93亿台热泵（当前为5800万台）；即使一些工业过程供热很难电气化，到2050年电力仍将占到工业终端能源消费的27%。由于建筑、工业中的供热和制冷用途不同，各类用途现状和发展速度均有所不同，因此需要不同的创新。促进供热和制冷部门智慧电气化的35项解决方案及其发展水平和影响如表2所示。

表2 促进供热和制冷部门智慧电气化的解决方案及其现状和影响

（3）电力制氢（Power to Hydrogen）

钢铁、化工、航空和海运行业难以直接电气化，可通过电力制氢来实现脱碳。IRENA的1.5℃情景预测，到2030年绿氢及其衍生物产量将从当前微不足道的水平增至1.25亿吨/年，到2050年将增至5.23亿吨/年，这需要到2050年投资1700亿美元/年以部署电解槽等技术。预计到2050年工业部门每年将消费40艾焦的清洁氢，交通部门则将消费21艾焦的清洁氢及氢基燃料。电解槽装机容量也将从当前的0.5兆瓦增至2030年的350吉瓦，到2050年达到5000吉瓦。促进制氢智慧电气化的30项解决方案及其发展水平和影响如表3所示。

表3 促进制氢智慧电气化的解决方案及其现状和影响

（岳芳）

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