现代化、智能和更大规模的电网对成功的能源转型至关重要

电网是当今电力系统的支柱,随着清洁能源转型推进,电网将愈加重要,但目前得到的关注不足。一百多年来,电网一直在为家庭、企业和工业输送电力。目前,清洁能源转型正在推动我们的能源系统发生转变,扩大电力在各经济体中的作用。因此,各国要想实现净零排放转型,需要有更大、更强、更智能的电网作为支撑。

要实现各国的国家能源和气候目标,全球用电量在未来十年的增速需要比过去十年加快20%。全球若要在2050年实现净零排放、将全球气温升幅限制在1.5℃,全球电力需求增长需要加快步伐。随着全球增加电动汽车部署、安装更多电力采暖制冷系统,以及扩大电解制氢规模,扩大电网对赋能电力需求增长至关重要。 

要实现国家目标,还需要在2040年前新增或整修超过8000万公里的电网线路(相当于全球现有电网的总长度)。电网对于电力供给去碳化和可再生能源有效融合发展至关重要。在各国的国家能源和气候目标都按时全面实现的情景中,未来二十年风能和太阳能光伏发电将占全球新增发电装机总量的80%以上;而在过去二十年间,这一比例不足40%。在国际能源署(IEA)的2050年净零排放情景中,风能和太阳能将占到新增装机的近90%。要加快部署可再生能源,就必须对配电网进行现代化改造,并新建输电线路走廊,以连通远离城市和工业区等需求中心的可再生资源,如沙漠太阳能光伏发电项目和海上风电项目。

Grid length development in emerging market and developing economies in the Announced Pledges Scenario, 2021-2050

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Grid length development in advanced economies in the Announced Pledges Scenario, 2021-2050

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现代化和数字化电网对保障清洁能源转型期间的电力安全至关重要。随着太阳能光伏、风能等波动性可再生能源占比增加,电力系统需要更加灵活,以适应发电量的变化。在基于各国已有气候目标的情景下,2022-2030年间对系统灵活调节能力的需求将翻倍。电网既要以新的方式运行,又要充分利用屋顶太阳能等分布式资源以及各种灵活性来源的优势。这包括部署巩固电网的技术,以及通过数字化释放需求响应和储能的潜力。

电网或将成为清洁能源转型中的薄弱环节

至少有30亿千瓦的可再生能源发电项目正在排队等待并网(其中15亿千瓦的项目已处于后期阶段),相当于2022年太阳能光伏和风力发电新增装机的五倍。这表明,电网正在成为净零排放转型的瓶颈。全世界范围内待连网的项目数量很可能更多,因为我们目前能够获取的连网队列数据来自部分国家,这些国家占全球风能和太阳能光伏发电装机的一半。虽然可再生能源投资不断快速增长,自2010年以来几乎翻了一番,但全球电网投资却鲜有变化,仍然保持在每年约3000亿美元。

延迟电网投资和改革将大幅增加全球二氧化碳排放量,减缓能源转型速度,导致1.5°C的目标遥不可及。在本报告中,我们创设了电网延迟情景,探讨与国际能源署以气候为重点的模型情景相比,程度更低的投资、现代化、数字化和运营变革将带来的影响。电网延迟情景中将带来更慢的转型,也就是说可再生能源消纳放缓且化石燃料用量增加。电网延迟情景下,电力行业到2050年的累计二氧化碳排放量将与各国气候目标一致的情景下高出580亿吨。该数量相当于全球电力行业过去四年的二氧化碳排量总和。这也意味着全球长期气温升幅将远超1.5°C,升幅超过2°C的可能性为40%。 

Coal and natural gas use worldwide in power generation in the Grid Delay Case and the Announced Pledges Scenario, 2010-2050

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Share of solar PV and wind in power generation worldwide in the Grid Delay Case and the Announced Pledges Scenario, 2010-2050

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Power sector CO2 emissions worldwide in the Grid Delay Case and the Announced Pledges Scenario, 2010-2050

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在天然气市场脆弱、天然气供应安全堪忧的情况下,不扩建电网会导致各国更加依赖天然气。在电网延迟情景中,同与各国气候目标一致的情景相比,2030年后全球天然气进口量每年将增加800亿立方米以上,煤炭进口量将增加近5000万吨。电网发展的延迟还可能成倍增加带来经济损失的停电的风险。目前,此类停电每年造成的损失约为1000亿美元,占全球GDP的0.1%。

当今行动可保障未来的电网

需要审议并更新法规,以支持在部署新电网的同时,改进资产的使用电网监管需要激励电网跟上电力供需的快速变化步伐。因此,要消除行政障碍,奖励绩效和可靠性,鼓励创新。还要完善监管风险评估,以便基础设施得到加速建设和高效利用。

输配电网的规划需要进一步契合并融入政府的长期宏观规划进程。新建电网基础设施从规划、许可到完工往往需要5-15年,而新的可再生能源项目只需1-5年,新的电动汽车充电基础设施只需不到2年。电网规划需要结合各部门长期能源转型规划的输入,预期并赋能分布式资源增长,连接海上风能等资源富集地区,并考虑与交通运输、建筑和工业等其他行业以及氢能等燃料之间的联系。在情景方案制定的过程中,利益攸关方和公众的切实参与是获得相关考量信息的关键。公众需要知晓并了解电网与能源转型成功之间的关联。

要实现国家气候目标,全球电网投资需要在停滞十多年后,到2030年翻近一番,达到每年6000亿美元以上,投资重点是配电网的数字化和现代化。令人担忧的是,在除中国以外的新兴经济体和发展中经济体中,近年来尽管电力需求增长强劲,能源普及需求旺盛,但电网投资却有所下降。发达经济体的电网投资稳步增长,但仍需加快步伐,才能快速实现清洁能源转型。2030年以后,所有地区的投资都将继续增长。

Average annual investment in grids and renewables by regional grouping in the Announced Pledges Scenario, 2011-2050

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电网扩建需要安全的供应链和高技能劳动力。各国政府可以建立稳固透明的项目资源储备、实现采购和技术安装标准化,来支持供应链的扩展;还需要确保系统中各项要素具有互操作能力,以便系统在未来能够灵活调节。此外,整条供应链以及运营商和监管机构都需要大量高技能专业人员。必须建立人才储备梯队,确保将数字技能纳入电力行业课程,并通过技能再培训和在职培训,应对好能源转型和自动化程度提高对工人的影响问题。

电网发展的最主要障碍因地区而异。印度、印度尼西亚、韩国等国家面临的核心挑战是公用事业的财务健康,而在许多新兴市场和发展中经济体,尤其是撒哈拉以南非洲国家,主要障碍在于融资难、资本成本高。财务方面的障碍可以通过改善电网企业的补偿方式、推动有针对性的电网筹资以及提高成本的透明度来化解。在欧洲、美国、智利、日本等辖区,最大的障碍在于需要增加公众对新项目的接受程度并开展监管改革。要克服此类障碍,政策制定者可以加强规划,确保监管风险评估允许先行投资,精简行政手续,从而加快电网建设进度。