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電力是能源系統實現碳中和的關鍵

作者:Gerhard Salge 來源:中國能源報 發布時間:2020-12-09 瀏覽:
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中國儲能網訊:“電力將成為能源系統實現碳中和的關鍵。在條件具備的情況下,只有構建更加靈活和互聯的電力系統才能實現全球的電氣化發展。”

電力技術問世200多年以來,顯著改善了人們的生活水平。而隨著電力技術的不斷進步,未來30年,為實現可持續發展而進行的電氣化變革更將給世界帶來前所未有的變化。

電力將成為能源系統的支柱

近期,圍繞全球能源系統發展的多項分析研究顯示,到2050年,電力在全球能源需求總量中的占比將從當前的20%增長至40%。其中,部分地區的電氣化水平還將更高。

因此,未來碳中和的世界將高度依靠電力供能,電力將成為整個能源系統的支柱,并助力社會實現可持續發展。

如今,三個驅動要素正助力實現碳中和電力的未來:大規模風能、太陽能和水力發電并入電網;全球交通、建筑和工業領域的電氣化;在直接電氣化效率低或無法實現電氣化的領域,引入補充性和可持續的能源載體,如綠色氫能。

其中,讓世界實現電氣化的最有效、最清潔和最具成本效益的方式就是充分利用自然界儲備豐富的風能、太陽能和水資源等,提升可再生能源發電裝機容量。

靈活高效的電網保駕護航

而可再生能源發電的大規模增長也會帶來諸多新的挑戰,其中兩項尤為突出:大量分布廣泛和難以預測的發電場所將增加電網的復雜性;同時,電力需求的快速增長要求電網大幅升級和擴充容量。

為了管理波動的電力生產和新的消費模式,能源系統需要更加靈活,并需要新的技術手段來實現這一目標。采用電力電子技術的創新電網組件將提供靈活的性能,使電網運行變得更加高效。傳感器將提供必要的信息,而數字化解決方案則可以處理智能電網控制中心的大量信息。這些技術將幫助我們在一個前所未見的動態環境中更快地做出決策。

擴大電網容量則可以通過兩種方式來解決:優化利用現有電網;升級和擴展電力系統。

我們可以依靠電力電子和數字化技術的巧妙組合來優化現有電網的效率。例如近期在蘇格蘭,我們全新的高壓直流輸電線路將設德蘭群島(Shetland Islands)與英國的輸電系統連接起來。這條輸電線路將提升島上的電力供應安全,并將島上產生的風電輸送到英國電網,助力英國實現脫碳目標。

未來,電網容量需要擴大兩倍以上,這需要延伸高壓電網,并實現跨區域的電網互聯,將偏遠地區(如離岸數公里的風電場)的可再生能源電力并入電網。

從需求側來看,電網容量的大幅擴充將使一些目前低負荷地區的電氣化水平得到大幅提升。舉例而言,電氣化讓越來越多的數據中心可以建在偏遠地區。我們也可以期待看到更多的工業企業,如鋼鐵廠和采礦廠,從碳密集型工藝向電氣化轉變,同時提升生產效率。

在未來的30年中,我們很有可能看到,電力系統將在目前電網擴張計劃中較少觸及的區域得到更多發展。

儲能及氫能提供助力

隨著大規模和不穩定的分布式可再生能源電力越來越多地并入電網,電網系統需要應對日益增加的復雜性。每當需要提升電網靈活性的時候,第一個同時也是最為認可的技術方案即電網擴展和電網互聯。一旦電網容量達到上限,儲能就開始在實現碳中和能源系統的進程中扮演重要角色。

在過去幾年中,電池儲能技術已取得了令人矚目的進步。隨著可再生能源電力的興起,對短期電力儲能的需要日益增長,以確保電力系統的穩定性。電池技術正在成長為滿足短期儲能需求的主要解決方案。這一技術將提供最大的靈活性和最具吸引力的成本效益比。

在當今能源系統中,能夠對電力生產變化起到緩沖的方式,除水力發電外,主要來自于化石能源發電,例如石油、天然氣和煤炭。這些在能源系統中導致排放密集的元素需要在未來的碳中和世界中逐步淘汰。

在直接電氣化不可能推行或無法實現時,就需要補充性的能源供給。研究表明,作為一項正在加速發展的技術,氫能將在規劃季節性儲能需求時發揮重要作用。當然,為了實現可持續發展,我們關注的是由可再生能源生產的綠色氫能,它可以幫助那些不能輕易進行直接電氣化的行業降低碳強度,例如交通部門的部分領域(如飛機和大型船舶)。

基礎設施投資建設仍需加速

在能源系統邁向碳中和的過程中,時間至關重要。最近出臺了幾項頗受歡迎的政策公告和倡議,為碳中和的未來設定了宏偉的目標。其中包括中國提出的碳中和目標、歐盟旨在加速綠色交易的刺激措施和目標,以及英國、日本、韓國等提出的綠色目標。

上述目標均值得稱贊,但同時也需要加快計劃和執行周期,以釋放對能源基礎設施的必要投資。需要制定清晰的時間表并落實執行,包括建立正確的監管框架并確保在關鍵領域內(如電網規范和市場機制領域)進行一定程度的協作。為了最大化普及可再生能源的應用,區域性的互聯電網也變得越來越重要。合作顯然將成為關鍵的成功因素。

我們正在解決一個基本的社會問題——為所有人提供可負擔、可靠和可持續的能源。從驅動電動汽車的北極風能,到為空調系統供電的沙漠太陽能,實現了碳中和的能源系統將重塑世界。面對這一艱巨的挑戰,我們需要所有的可持續解決方案,同時應專注于建立可持續的伙伴關系。

在先進技術的幫助下,為今天和未來的世世代代建立一個全球的、互通互聯的且真正可持續的能源系統,將為社會的可持續發展帶來難以預估的價值。致力于實現這一愿景讓我倍感興奮與自豪。

  (作者系日立ABB電網首席技術官,本文僅代表作者個人觀點)

關鍵字:電力系統

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