基于可再生能源的全球电气化路径与远景分析

  发布时间: 2020年05月23日 06:44:32   作者: 广丰能源网

基于可再生能源的全球电气化路径与远景分析

光伏系统工程  来源:中国电力  作者:洪博文 MIKETA Asami  2020/5/21 10:33:23  我要投稿  

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北极星太阳能光伏网讯:研究背景

当前,全球能源面临巨大的转型压力,以电气化、数字化和分散化发展为特征的技术创新已成为全球能源转型的新驱动。随着基于可再生能源的电气化(简称“可再生能源电气化”)的不断推进,未来可再生能源与电力在终端能源消费中的占比将不断提升,如何建设既清洁低碳又安全高效的能源系统成为全社会关注的焦点。

(来源:微信公众号“中国电力”ID:ELECTRIC-POWER)

可再生能源电气化在带来能源转型发展重大机遇的同时,也给能源系统带来前所未有的挑战,包括大量波动性可再生能源接入带来的能源供需平衡压力和系统性成本上升等。为应对这些挑战,降低转型成本并加快转型步伐,需要进一步提升软件、硬件、服务等基础条件,同时结合技术创新探寻可再生能源电气化的有效策略。考虑能源转型的复杂性和长期性,通过能源远景模拟和分析可再生能源电气化的路径、前景和成本效益,无疑是当前和未来很长时期研究者关注的焦点。

论文所解决的问题及意义

可再生能源电气化的路径选择是一个长期的、阶段性的发展过程。没有一种简单的技术组合方式可以适用于所有场景,而且考虑不同国家地区的政策目标和市场环境的差异,在全球范围内实现技术组合和资源配置的优化也很困难。因此,全球能源远景分析具有重要意义,但却是一项复杂的系统工程,技术种类多,通常包含数百种技术类型可供选择。其成本下降的趋势也难以准确判断,并且存在量变到质变的可能,而且受不同地区资源、负荷和电力等基础条件、能源政策和地缘政治的影响较大,存在较大的不确定性。基于上述考虑,本文在研究中使用了全球范围的大量可再生能源资源、技术和成本数据,并针对不同部门、不同技术类型做了大量的简化假设,试图描绘一幅基于可再生能源电气化的蓝图,全面阐述可再生能源电气化的路径及其特征,并结合大量应用案例分析其在工业、建筑、交通等领域的应用现状和挑战,并结合相关研究中提出的能源转型场景,评估不同技术路径的应用前景和效益,提出政策、技术和市场方面的措施建议。

论文重点内容

可再生能源电气化的挑战主要来自波动性可再生能源占比持续上升给电力部门带来的冲击和挑战。例如,按不同的终端能源应用领域考虑,工业部门由于其特有的对传统化石能源燃料和生产原料的依赖,成为可再生能源电气化挑战最大的部门;建筑部门的主要挑战来自热电气耦合系统的运行,尤其是在远离赤道的冬季严寒地区,建筑电气化将推升冬季的负荷需求高峰;而交通部门主要的挑战来自电动汽车充电时间、地点和方式的不确定性,因此电动汽车的充电策略成为其对能源系统影响的关键因素。此外,重型工业和运输业还存在大量难以直接电气化的环节。按照终端消费部门,可再生能源电气化考虑的范围包括:交通电气化、工业电气化、建筑电气化。另外还包括利用可再生能源电力的间接电气化,例如可再生能源电力制氢在交通或者工业部门的应用。考虑可再生能源电气化的未来能源图景如图1所示。

图1 可再生能源电气化的未来能源系统

以交通电气化策略为例,实现转型的主要技术路径包括但不限于:1)增加道路交通中电动汽车的比例;2)可再生能源电力制氢支持燃料电池汽车和轨道列车的远距离行驶;3)使用可再生能源电力生产合成气或者合成油来替代交通化石燃料。各个部门的电气化路径也并非彼此独立,相反,任何一种技术路径都可能对整个能源系统产生深远的影响,不同部门之间也会因此产生更为紧密的联系,进而形成相互耦合、相互影响的综合能源系统。例如,电制氢及相关技术可为间接的可再生能源电气化提供支撑,特别是对电气化困难较大的行业产生重要影响,使终端用能部门的深度脱碳成为可能,如图2所示。

图2 基于电制氢技术对可再生能源电气化路径的影响

本文考虑可再生能源电气化的主要技术路径如表1所示。其中,直接电气化包括前面介绍的各种可再生能源电力在终端用能部门的应用。

表1 2050能源转型场景中的可再生能源电气化技术路径

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