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可再生能源、電氣化和能效是能源轉(zhuǎn)型的三大主要支柱
日期:2021-05-07   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
近日,國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)發(fā)布《世界能源轉(zhuǎn)型展望:1.5℃路徑》報(bào)告預(yù)覽版,概述了推動(dòng)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型,構(gòu)建一個(gè)可持續(xù)、有韌性和包容的能源系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)“巴黎氣候協(xié)定”目標(biāo)、應(yīng)對(duì)氣候變化的潛在可行性途徑。報(bào)告強(qiáng)調(diào)了技術(shù)選擇、投資需求和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多種因素會(huì)對(duì)潛在途徑產(chǎn)生影響,并探討了上述因素的作用。主要內(nèi)容如下:

一、為達(dá)到1.5℃情景目標(biāo),全球須在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放

盡管使用清潔、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)能源已成為廣泛共識(shí),但2014-2019年間,全球能源相關(guān)碳排放量依舊每年增加1.3%。2020年,由于新冠肺炎疫情全球大流行,全球碳排放下降了7%,但短時(shí)間內(nèi)碳排放將反彈。過(guò)去幾年,得益于政策的支持以及技術(shù)和系統(tǒng)的創(chuàng)新,能源部門已開始進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型,可再生能源技術(shù)正在主導(dǎo)全球新增發(fā)電裝機(jī)市場(chǎng)。隨著2019年可再生能源部署的增加(全球新增規(guī)模約176吉瓦),2020年將是風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)創(chuàng)紀(jì)錄增長(zhǎng)的一年,目前的市場(chǎng)預(yù)測(cè)顯示將分別新增約71吉瓦和115吉瓦。全球交通電氣化轉(zhuǎn)型持續(xù)推進(jìn),與2019年相比,2020年全球電動(dòng)汽車銷量增長(zhǎng)43%達(dá)到329萬(wàn)輛,占全球新車銷量的4.2%。關(guān)鍵核心技術(shù)如電池組成本迅速下降,從2018年的平均181美元/千瓦時(shí)降至2020年的137美元/千瓦時(shí)(最低甚至低于100美元/千瓦時(shí))。

然而,全球能源轉(zhuǎn)型速度遠(yuǎn)低于實(shí)現(xiàn)“巴黎氣候協(xié)定”所需的速度,根據(jù)當(dāng)前各國(guó)制定的政策承諾(即IRENA的“已規(guī)劃能源情景”),全球排放量將趨于穩(wěn)定并在2050年略有下降。然而,如果現(xiàn)有政策沒(méi)有完全實(shí)施,未來(lái)三十年碳排放量可能上升27%。總體而言,已規(guī)劃能源情景減排速度遠(yuǎn)低于1.5℃情景[1]。人為CO2排放中能源部門占到80%,因此其將在脫碳過(guò)程中發(fā)揮核心作用。為在2050年達(dá)到凈零排放,CO2排放量必須年均減少3.5%。1.5℃情景表明,這一減排速率是可以實(shí)現(xiàn)的,但極具挑戰(zhàn)性,需要在多方面采取緊急行動(dòng)??稍偕茉丛诿撎寂χ袑l(fā)揮關(guān)鍵作用。2050年90%以上的減排方案涉及可再生能源。在既有能源政策情景中,預(yù)計(jì)2050年的年排放量將達(dá)到365億噸。在1.5℃情景下,碳排放需要降至凈零,這要求所有部門都需要實(shí)現(xiàn)幾乎凈零排放。因此電力、供熱和工業(yè)等部門還需要更多努力,通過(guò)負(fù)排放實(shí)現(xiàn)額外的碳減排量。

二、能源系統(tǒng)脫碳所需的技術(shù)組合大多數(shù)都存在,但仍需開發(fā)創(chuàng)新的減排方案

IRENA提出的1.5°C情景考慮了當(dāng)今已被證實(shí)的成熟技術(shù),以及仍在開發(fā)中、到2050年可能發(fā)揮重要作用的創(chuàng)新技術(shù)。例如在可再生能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域,海上可再生能源,如海上浮動(dòng)式風(fēng)力發(fā)電和新興的海洋能源技術(shù)可以支持可持續(xù)的長(zhǎng)期發(fā)展,并推動(dòng)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展。終端應(yīng)用領(lǐng)域也需要?jiǎng)?chuàng)新,從電氣化交通(如遠(yuǎn)程電動(dòng)卡車)和電力合成制燃料(如綠氫制氨和甲醇),到傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程(綠氫煉鋼)以及綠色建筑(如智能建筑的能源管理和凈零排放建筑)。到2050年,電力將成為主要的能源消費(fèi)形式,在終端能源消費(fèi)總量中占比將從現(xiàn)在的21%上升到50%以上。預(yù)計(jì)2050年90%的電力需求將由可再生能源提供,6%由天然氣提供,剩下的由核能提供。

三、可再生能源、電氣化和能效是能源轉(zhuǎn)型的三大主要支柱

全球能源轉(zhuǎn)型中最重要的協(xié)同作用是越來(lái)越多地使用低成本可再生能源技術(shù),以及在交通運(yùn)輸和供熱制冷行業(yè)中更廣泛地使用電力。電氣化轉(zhuǎn)型能夠讓用能終端使用零碳電力來(lái)代替化石燃料,從而顯著提高能源供應(yīng)系統(tǒng)的整體效率,如電動(dòng)汽車比內(nèi)燃機(jī)效率更高,水力發(fā)電比天然氣發(fā)電效率更高。

在1.5℃情景下,可再生能源在一次能源中的份額必須從2018年的14%增長(zhǎng)到2050年的74%。在此期間,由于能效提升和可再生能源部署規(guī)模增長(zhǎng),一次能源供應(yīng)趨于穩(wěn)定。在未來(lái)的十幾年里,循環(huán)經(jīng)濟(jì)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,有助于減少能耗,提高資源使用率;同時(shí)受到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),工業(yè)部門的材料利用率將得到進(jìn)一步提高。先進(jìn)的數(shù)字通信技術(shù)以及連通性的增強(qiáng)將使重型貨物的運(yùn)輸?shù)靡詢?yōu)化(如交通管理的效率提高,貨運(yùn)整體能耗減少)。技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展也將促使工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生根本性變革,如從傳統(tǒng)的能源密集型煉鋼轉(zhuǎn)向采用綠氫的綠色煉鋼。電弧爐的廣泛使用可以使鋼鐵行業(yè)遷往成本相對(duì)低廉且可再生能源豐富的地區(qū)。上述轉(zhuǎn)變還可能對(duì)地緣政治和全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響。在1.5℃情景下,能源強(qiáng)度的年度改善速度需從2019年的1.2%提高到3%。終端用能部門的電氣化轉(zhuǎn)型和使用可再生能源將發(fā)揮重要作用。到2050年,可再生能源(包括可再生燃料和基于生物質(zhì)的除碳技術(shù))、電氣化和能效將貢獻(xiàn)90%以上的CO2減排量。

四、到2050年發(fā)電量需增至三倍,且可再生能源電力占比需達(dá)到90%

在1.5℃情景下,終端用能部門的的快速電氣化以及綠色制氫技術(shù)的興起將推動(dòng)電力需求的增加。到2050年,發(fā)電量將是當(dāng)前水平的3倍,可再生能源在總發(fā)電量中占比將達(dá)到90%,遠(yuǎn)高于2018年的25%。其余的電力主要來(lái)自天然氣(約6%)和核能(約4%)。風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏發(fā)電在發(fā)電組合中占主導(dǎo)地位,到2050年將提供電力需求總量的63%。其他成熟的可再生能源技術(shù)(如水電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、太陽(yáng)能熱發(fā)電)和新興技術(shù)(如海洋能發(fā)電)也將在電力部門脫碳方面發(fā)揮重要作用。

與此同時(shí),可再生能源裝機(jī)容量需從目前的2500吉瓦增加到2050年的27700吉瓦,意味著每年需新增840吉瓦,遠(yuǎn)高于近年來(lái)年均200吉瓦的增量。太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能(包括陸上風(fēng)能和海上風(fēng)能)將成為這一增長(zhǎng)趨勢(shì)的主要貢獻(xiàn)者。到2050年,太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量將超過(guò)14000吉瓦,風(fēng)能裝機(jī)容量將超過(guò)8100吉瓦。其余的增長(zhǎng)主要來(lái)自水電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、太陽(yáng)能熱發(fā)電以及海洋能發(fā)電。

太陽(yáng)能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能將為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、烹飪、建筑供暖提供能量,并為交通運(yùn)輸部門提供動(dòng)力燃料。在1.5℃情景下,可再生能源的直接使用需求將從2018年的44艾焦增長(zhǎng)至2050的77艾焦。在工業(yè)和交通領(lǐng)域,生物質(zhì)能將是重要的燃料來(lái)源,到2050年現(xiàn)代生物能源在終端能源消費(fèi)中的占比將從目前的1.5%左右增至17%。生物質(zhì)能主要應(yīng)用領(lǐng)域包括為航空和航運(yùn)部門提供先進(jìn)生物燃料,為化學(xué)工業(yè)提供可再生燃料和原料,以及為特定的工業(yè)部門供熱。此外,生物質(zhì)能結(jié)合碳捕集與封存技術(shù)(BECCS)還將用于電力和熱力生產(chǎn)以及一些工業(yè)過(guò)程(如水泥生產(chǎn))。IRENA分析發(fā)現(xiàn),可以在不引起森林砍伐或破壞土地生態(tài)環(huán)境的情況下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一次生物質(zhì)原料收集,但需要在全球建立健全的監(jiān)管、認(rèn)證和監(jiān)測(cè)體系,以確保生物質(zhì)供應(yīng)的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。

五、電力系統(tǒng)需變得更加靈活,因?yàn)椴▌?dòng)性可再生能源發(fā)電占比將達(dá)到63%

波動(dòng)性可再生能源(VRE)將是未來(lái)電力主要來(lái)源,因此電力系統(tǒng)靈活性將是高比例集成耦合VRE的關(guān)鍵因素。到2030年,VRE在總發(fā)電量中的份額將達(dá)到42%。到2050年,73%的裝機(jī)容量和63%的發(fā)電量將來(lái)自VRE(主要是太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能),而目前其在全球總裝機(jī)容量和發(fā)電量的占比分別僅為15%和17%。因此,需進(jìn)一步創(chuàng)新改進(jìn)升級(jí)當(dāng)前技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。世界各國(guó)在VRE消納方面已取得一些較好進(jìn)展:2019年,VRE在丹麥發(fā)電結(jié)構(gòu)中的占比超過(guò)50%(其中風(fēng)電占47%,光伏發(fā)電占3%),在立陶宛發(fā)電結(jié)構(gòu)中占比超過(guò)40%,在德國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)中的占比超過(guò)34%(其中風(fēng)電占23%,光伏發(fā)電占11%)。需要進(jìn)行系統(tǒng)性創(chuàng)新,包括商業(yè)模式、市場(chǎng)、監(jiān)管和系統(tǒng)運(yùn)行等多方面整體性創(chuàng)新,以增強(qiáng)電力系統(tǒng)的靈活性,消納比例不斷上升的VRE。IRENA充分考慮到不同國(guó)家和地區(qū)電力系統(tǒng)的具體情況,已經(jīng)提出了30種潛在的電力系統(tǒng)靈活性改善方案,這些方案還可以相互組合形成全面的解決方案。隨著越來(lái)越多的國(guó)家設(shè)立高比例甚至100%可再生能源電力系統(tǒng)的目標(biāo),采用系統(tǒng)性的創(chuàng)新方法將變得更加重要。

未來(lái)的智能電力系統(tǒng)將會(huì)集成極高比例的VRE,因此需要在電網(wǎng)和靈活性措施(如儲(chǔ)能)方面進(jìn)行大量投資,預(yù)計(jì)到2050年對(duì)VRE的年投資額將增長(zhǎng)近兩倍,從2019年的2750億美元增長(zhǎng)到7300億美元。

六、電力將成為關(guān)鍵能源載體,到2050年占終端能源消費(fèi)的50%以上

到2050年,電力將成為最重要的能源消費(fèi)形式。到2030年,直接電力消費(fèi)(即直接使用電力,不包括電力合成燃料)在終端能源消費(fèi)中的份額將超過(guò)30%,到2050年這一比例將超過(guò)50%,遠(yuǎn)高于當(dāng)前21%的水平。到2030年,綠氫和以綠氫為載體的燃料(如氨和甲醇)在終端能源消費(fèi)中的占比將達(dá)到2%,到2050年,這一比例將進(jìn)一步增長(zhǎng)到7%,而目前這一比例可以忽略不計(jì)。總而言之,到2050年直接和間接電力消費(fèi)將占終端能源消費(fèi)的58%以上。

到2050年,建筑行業(yè)的直接電氣化率最高,將從目前的32%上升到73%;工業(yè)部門直接電氣化率也將增長(zhǎng),從目前的26%上升到35%(加上間接電氣化,2050年電氣化率將接近40%)。而對(duì)于供熱制冷部門,熱泵的安裝數(shù)量到2030年將超過(guò)1.8億臺(tái),到2050年將接近4億臺(tái)。

未來(lái)幾十年,交通運(yùn)輸行業(yè)電氣化率增長(zhǎng)最快。到2050年,交通運(yùn)輸行業(yè)的電氣化率將從目前的1%大幅增長(zhǎng)至49%;電動(dòng)汽車的保有量將從目前的1000萬(wàn)輛增加到2030年的3.8億輛,到2050年將達(dá)到17.8億輛;到2050年電動(dòng)卡車的保有量將增加到2800萬(wàn)輛。到2050年,電動(dòng)汽車將占到全部銷售汽車的80%以上(其中輕型汽車中88%為電動(dòng)汽車,重型汽車中比例為70%)。技術(shù)創(chuàng)新和大規(guī)模部署將使交通運(yùn)輸電氣化成本降低,如果目前成本下降趨勢(shì)能夠繼續(xù)持續(xù),到2050年全球大部分道路運(yùn)輸服務(wù)都可以通過(guò)電動(dòng)汽車來(lái)實(shí)現(xiàn)具有成本效益的運(yùn)營(yíng)。

七、到2050年,氫及其衍生物將占終端能源消費(fèi)的12%

到2050年,30%的用電量將用于生產(chǎn)綠氫以及衍生物,如電制氨或電制甲醇,氫及其衍生物將占終端能耗的12%左右。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),制氫電解槽的裝機(jī)容量需達(dá)到5000吉瓦,而目前僅為0.3吉瓦。到2030年,通過(guò)使用低成本的可再生能源電力(約20美元/兆瓦時(shí))可使綠氫生產(chǎn)成本與藍(lán)氫相當(dāng),如果未來(lái)十年制氫規(guī)??焖贁U(kuò)大,綠氫生產(chǎn)成本將繼續(xù)下降至1.5美元/千克。

與已規(guī)劃能源情景相比,在1.5℃情景下氫能將分別為工業(yè)和交通運(yùn)輸部門減少12%和26%的CO2排放量,這為難以通過(guò)直接電氣化實(shí)現(xiàn)減排的行業(yè)提供了一種潛在的選擇方案。目前,全球每年生產(chǎn)約1.2億噸氫氣(14艾焦),但幾乎都來(lái)自化石燃料制氫,綠氫產(chǎn)量占比不足1%。隨著電解槽成本下降以及可再生電力成本的進(jìn)一步降低,在來(lái)5-15年內(nèi),許多地區(qū)的綠氫成本將低于藍(lán)氫成本。在1.5℃情景下,到2050年,氫的需求量將達(dá)到6.13億噸(74艾焦),其中三分之二將是綠氫;而生產(chǎn)上述氫所需消耗的電力將接近21000太瓦時(shí),幾乎相當(dāng)于目前全球電力消費(fèi)水平。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)意味著要大規(guī)模部署電解槽,即從當(dāng)前到2050年,年均電解槽裝機(jī)新增容量需達(dá)到160吉瓦。安裝速度將從未來(lái)幾年的每年新增數(shù)吉瓦開始,到2030年開始顯著上升,到2050年將超過(guò)400吉瓦/年。

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域,直接電氣化和氫能將貢獻(xiàn)67%的減排量。在工業(yè)領(lǐng)域,電氣化和氫能將貢獻(xiàn)27%的減排量。在建筑領(lǐng)域,電氣化(直接和間接)是最關(guān)鍵的減排手段,將貢獻(xiàn)超過(guò)一半的減排量,其次是能效。創(chuàng)新將有助于推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型,并使能源部門快速脫碳。降低低碳技術(shù)(如綠氫等新興技術(shù))的成本是創(chuàng)新的首要任務(wù),一系列新興技術(shù)解決方案將顯著影響能源部門脫碳進(jìn)程。在創(chuàng)新和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下,可再生能源成本競(jìng)爭(zhēng)力將逐步增強(qiáng)。

八、降低其余能源和工業(yè)過(guò)程相關(guān)碳排放需要利用碳捕集與封存技術(shù)(CCS)以及其他脫碳技術(shù)

到2050年,除使用上述可再生能源和氫能外,仍將消費(fèi)部分化石燃料,因此化石燃料使用和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程仍將會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放。既需要CCS技術(shù)來(lái)減少排放到大氣中的CO2,也需要其他脫碳措施/技術(shù),并與長(zhǎng)期碳封存技術(shù)相結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)負(fù)排放。其他脫碳措施/技術(shù)包括:植樹造林,生物質(zhì)能結(jié)合碳捕集與封存技術(shù)(BECCS),以及直接空氣碳捕集與封存技術(shù)和其他一些目前尚處于試驗(yàn)階段的方法。BECCS涉及生物質(zhì)燃燒、生物質(zhì)發(fā)酵或生物質(zhì)氣化/熱解,其優(yōu)勢(shì)在于,實(shí)現(xiàn)CO2排放實(shí)際為負(fù)排放。

BECCS技術(shù)的應(yīng)用案例很多,包括,利用生物質(zhì)(如木屑顆?;蚋收嵩┌l(fā)電和供熱,其中CO2被捕集和封存;在水泥窯和煉鋼高爐中使用木炭作為燃料并捕集CO2;在以生物質(zhì)為原料的化工廠(如生物乙醇的生產(chǎn)和其他生物塑料制品的生產(chǎn))進(jìn)行碳捕集;分離沼氣中的CO2來(lái)生產(chǎn)生物甲烷。在1.5℃情景下,BECCS技術(shù)主要在電力、熱電聯(lián)產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)(如水泥)中發(fā)揮重要作用,到2050年利用BECCS技術(shù)每年將捕集和封存近40億噸CO2,而2020年這一數(shù)值不足200萬(wàn)噸。

在1.5℃情景下,CCS技術(shù)的作用受限,主要應(yīng)用于水泥、鋼鐵、化工生產(chǎn)過(guò)程中,而其在工業(yè)/垃圾焚燒等方面并不常用。到2050年,工業(yè)生產(chǎn)和藍(lán)氫生產(chǎn)過(guò)程的碳捕集量將從目前的4000萬(wàn)噸/年增長(zhǎng)到30億噸/年。BECCS將在發(fā)電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)、特別是水泥和化工行業(yè)發(fā)揮關(guān)鍵作用。到2050年,BECCS將貢獻(xiàn)超過(guò)52%的碳捕集量。

九、基于快速的能源轉(zhuǎn)型措施,到2050年化石燃料使用量將減少75%以上

在1.5℃情景下,從2021年到2050年,伴隨著化石燃料消費(fèi)的持續(xù)走低,化石燃料產(chǎn)量將減少75%以上。在電力和一部分工業(yè)領(lǐng)域,化石燃料仍將發(fā)揮作用,到2050年其仍將占一次能源供應(yīng)的19%。石油和煤炭下降速度最快,而天然氣預(yù)計(jì)在2025年左右達(dá)到峰值后開始下降。到2050年,天然氣將是最大的化石燃料來(lái)源(占化石燃料供應(yīng)總量的70%);天然氣產(chǎn)量將從目前的4.2萬(wàn)億立方米下降到2.2萬(wàn)億立方米,其中70%的天然氣用于電力/熱力以及藍(lán)氫生產(chǎn),其余主要用于工業(yè)領(lǐng)域。到2050年,全球石油產(chǎn)量將較目前水平大幅下降約85%,降至略高于1100萬(wàn)桶/天,主要用于石化工業(yè),以及航空和海運(yùn)。煤炭產(chǎn)量下降幅度更大,2050年全球煤炭產(chǎn)量將從2018年的57.5億噸/年降至近2.4億噸/年。具體來(lái)說(shuō),到2030年燃煤發(fā)電量較目前水平將大幅下降55%,到2040年將下降75%,到2050年將逐步淘汰。剩余的煤炭需求將主要集中在工業(yè)領(lǐng)域,用于鋼鐵生產(chǎn)(結(jié)合CCS)和化學(xué)品生產(chǎn)。

[1] 1.5℃情景:即到本世紀(jì)末,將全球溫升控制在1.5℃以內(nèi). 

原標(biāo)題:可再生能源、電氣化和能效是能源轉(zhuǎn)型的三大主要支柱
 
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