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日立ABB电网首席技术官:电力——碳中和的未来

北极星输配电网  来源:ABB中国  作者:Gerhard Salge  2020/12/4 11:36:14  我要投稿  
所属频道: 电网建设  关键词:ABB 碳中和 电力系统

北极星输配电网讯:日立ABB电网首席技术官Gerhard Salge近日发表署名文章,阐述了电力将成为塑造碳中和能源系统的关键。他指出,在条件具备的情况下,只有构建更加灵活和互联的电力系统才能实现全球的电气化发展。

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日立ABB电网首席技术官Gerhard Salge

电力将成为整个能源系统的支柱

电力技术自200多年前问世以来,已经显著改善了我们的生活水平。但在未来30年,为实现可持续发展而进行的电气化的变革将带来前所未有的更大影响。近期,围绕全球能源系统发展的多项研究分析显示,到2050年之前,全球电力消耗在能源需求总量的占比将从当前的20%增长至40%。而世界部分地区的电气化水平还将更高。所有的预测都得出了同样的结论:碳中和世界的未来将属于电力。

三个驱动要素将助力实现这样一个碳中和电力的未来:大规模风能、太阳能和水力发电并入电网;全球交通、建筑和工业领域的电气化;在直接电气化效率低或无法实现电气化的领域,引入补充性和可持续的能源载体,如绿色氢能。

这些要素相结合将为我们提供一个坚实的基础。在此基础上,电力将成为我们整个能源系统的支柱,并助力社会可持续发展。

让世界实现电气化的最有效、最清洁和最具成本效益的方式就是提升可再生能源发电装机容量,并充分利用自然界储备丰富的风能、太阳能和水资源。因此,我们估计全球可再生能源装机容量在2050年前会至少增长十倍。

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挑战:应对电网复杂性 扩大电网容量

可再生能源发电将推动电气化的进程,但其大规模增长也会带来诸多新的挑战,我认为其中两项挑战尤为突出:大量分布广泛和难以预测的发电场所将增加电网的复杂性;同时,电网需要大幅升级和扩充容量,以适应电力需求的快速增长。

为了管理波动的电力生产和新的消费模式,我们的能源系统需要更加灵活,并需要新的技术手段来实现这一目标。采用电力电子技术的创新电网组件将提供灵活的性能,使电网运行变得更加高效。传感器将提供必要的信息,而数字化解决方案则可以处理智能电网控制中心的大量信息。这些技术将帮助我们在一个前所未见的动态环境中更快地做出决策。

第二个挑战即扩大电网容量,这可以通过两种方式来解决:优化利用现有电网;升级和扩展电力系统。在这里,我们可以依靠电力电子和数字化技术的巧妙组合来优化现有电网中铜和铁的效率。例如近期在苏格兰,我们全新的高压直流输电线路将设德兰群岛(Shetland Islands)与英国输电系统连接起来。这条输电线路将提升电力供应安全,并帮助将岛上产生的风电输送到英国电网,为英国在2050年之前实现温室气体净零排放的脱碳目标做出贡献。

未来,电网容量需要扩大两倍以上,这需要延伸高压电网,并实现跨区域的电网互联,将偏远地区(如离岸数公里的风电场)产生的可再生能源并入电网。未来,人类甚至可以想象利用来自北极的风能。

从需求侧的角度来看,电网容量的大幅扩充将使一些目前低负荷地区的电气化水平得到大幅提升,这些区域远离对电力需求较高的人口密集的城市。举例而言,电气化让越来越多的数据中心更易于建设在偏远地区。我们也可以期待看到更多的工业企业,如钢铁厂和采矿厂,从碳密集型工艺向电气化转变,同时提升生产效率。

在未来的三十年中,我们很有可能看到,电力系统将在目前电网扩张计划中较少触及的区域内得到更多发展。

能源系统的灵活性、储能及补充性能源载体

向碳中和能源系统转变的进程取决于未来高度灵活的能源系统。由于需要将大规模和不稳定的分布式可再生能源并入电网,能源系统需要应对日益增加的复杂性。

每当需要提升电网灵活性的时候,第一个同时也是最为认可的技术方案即电网扩展和电网互联。一旦电网容量达到上限,储能就开始在实现碳中和能源系统的进程中扮演重要角色。在过去几年中,电池储能已取得了令人瞩目的进步。随着可再生能源电力生产的兴起,对短期电力储能的需要日益增长,以确保电力系统的稳定性。电池技术正在成长为满足短期储能需求的主要解决方案。这一技术将提供最大的灵活性和最具吸引力的成本效益比。

在当今能源系统中,能够对电力生产变化起到缓冲的方式,除可再生水力发电外,主要来自于化石能源载体,例如石油、天然气和煤炭。这些在能源系统中导致排放密集的元素需要在未来的碳中和世界中逐步淘汰。

在直接电气化不可能推行或无法实现时,我们需要补充性的能源供给。研究表明,作为一项正在加速发展的技术,氢能将具有重要意义。在规划季节性储能需求时,挖掘氢能的潜力可能会发挥重要作用。然而为了实现可持续发展,我们关注的是由可再生能源产生的绿色氢能。

绿色氢能还可以促进降低那些不能轻易进行直接电气化的行业的碳强度,例如交通部门的部分领域(如飞机和大型船舶)。这就回到了我的主要观点,即电力是我们未来能源系统的支柱,因为绿色氢能也是用电产生的。

在规划和设计未来的能源市场时,决策者应考虑的一个重要方面是不要过度依赖某一个方向。电力系统的扩展和互联,为瞬时连接不同的时区甚至不同的气候区提供了机遇。然而,未来的能源系统既需要互联又需要储能。这不应该是非此即彼的问题,因为它们是相互补充的。

为信任、合作和正确的投资创造最佳环境

在迈向碳中和能源系统的过程中,时间至关重要。最近出台了几项颇受欢迎的政策公告和倡议,为碳中和的未来设定了宏伟的目标。其中包括旨在加速欧盟绿色交易的刺激措施和目标,以及英国、日本、中国和韩国等多个国家提出的目标。

这些举措值得称赞,但同时也需要加快计划和执行周期,以释放对能源基础设施的必要投资。决策者需要制定清晰的时间表并落实执行,包括建立正确的监管框架并确保在关键领域内(如电网规范和市场机制领域)进行一定程度的协作。为了最大化普及可再生能源的应用,区域性的互联电网也变得越来越重要。合作显然将成为关键的成功因素。

我们正在解决一个基本的社会问题——为所有人提供可负担、可靠和可持续的能源。从驱动电动汽车的北极风能,到为空调系统供电的沙漠太阳能,碳中和能源系统将重塑世界。面对这一艰巨的挑战,方法不分高下,我们需要所有的可持续解决方案,无论现在还是将来都是如此。我们不应浪费精力和时间来争论哪种方式更好,而应专注于建立可持续的伙伴关系,只有这样我们才能加速进程并产生更大影响。

在先进技术的帮助下,为今天和未来的世世代代建立一个全球的、互通互联的且真正可持续的能源系统,将为社会的可持续发展带来难以预估的价值。致力于实现这一愿景让我倍感兴奋与自豪。


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