后化石时代的供能主力：基于可再生能源的电气化

夏伟斌

来源：中国数字科技馆



波茨坦气候影响研究所(Potsdam Institute for Climate Impact Research)图片来源：CC0 Public Domain
电力行业正在通过创新降低成本，使其能在本世纪中叶的世界能源供应中的占比高过化石燃料。新的研究表明，与全球碳价结合预测时，这些创新可以提高减排能效、实现巴黎气候目标，同时减少对饱受争议的负排放(controversial negative emissions)的依赖。
“如今，在工业、交通或建筑供暖的能源需求中80%是通过燃烧--主要是化石燃料的燃烧--来直接满足，只有20%依靠电力。研究表明，到2050年，这种局面将得到扭转，易于脱碳的电力或能成为全球能源供应支柱，使得减排目标更易实现，”研究的作者、波茨坦气候影响研究所的研究员贡纳·鲁德尔（Gunnar Luderer）说，“长期以来，化石燃料价格低廉、容易获取，而电力更珍贵、价格也更高。然而，可再生能源发电--特别是依托太阳能的光伏发电--的成本飞速降低，迄今为止，大多数气候模型都低估了这种降速。仅在过去十年里，太阳能发电的价格就下降了80%，未来其成本还将持续降低。这些进展可能根本性地改变能源结构。结合全球碳价进行电脑模拟，结果显示，到2050年，绿色电力能源将成为最便宜的能源形式，能够供应四分之三的能源需求。”





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这主要归功于太阳能和风能发电技术的突破性进步，但也依赖于电能的终端应用。每千瓦时太阳能和风能的发电成本正急剧下降，电池技术（例如汽车电池）在快速发展。热泵每单位热量输出的能耗比任何类型的锅炉都要低，使其在建筑行业等各类工业应用中显得更具竞争力。“终端应用电气化的规模远超想象，相比目前的水平，这些应用将减少能源消耗，”文章的共同作者、波茨坦研究所的研究员希尔维亚·马代杜（Silvia Madeddu）解释说。
马代杜表示：“以钢铁生产为例，利用电力熔化回收钢（secondary steel，即所谓的二级钢），即可减少所需的总工艺能量，降低每吨钢的碳强度。总之，我们发现，到2050年的所有工业能源供给中，有一半以上可实现电气化。”当然，研究人员也指出，电气化依然存在阻碍。在去碳化的竞争中，长途航空、航运和化学原料--例如作为化学品原料的化石燃料--还有很长的路要走。
限制对负排放的依赖





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如此大规模的技术进步为各国的跨越式发展和投资者都带来了巨大的机会。然而到目前为止，并不是每一项技术都取得了成功。鲁德尔指出，“在这项研究中，我们限制使用了那些将碳带出大气层的技术，因为这些技术要扩大规模，比之前预期的难度更大。碳捕集与封存技术（Carbon Capture and Storage，CCS）的成本没能像太阳能发电那样急剧下降。反过来，生物质能在土地使用方面又与粮食生产存在着不可避免的竞争。有趣的是，我们发现能源供给的加速电气化可以弥补生物质能和CCS的不足，我们仍然可以实现1.5摄氏度的目标，同时将能源作物对土地的需求减少三分之二。”
电力时代即将到来——但实现气候目标还需政策助力
鲁德尔还提到，“无论如何，电力时代终将到来。但只有对各行业和各地区的化石燃料进行全面监管--当然，最重要的是多种形式的碳定价--才能确保我们在规定的时间节点前达到既定的1.5摄氏度气候目标。”事实上，模拟结果显示，即使不制定任何气候政策，电力所占份额也将在本世纪内增加一倍。然而，全球政治协调具有决定性作用，进行碳定价、取消电力税、扩大电网基础设施、重新布局电力市场以奖励存储和灵活需求等，都将有助于实现《巴黎协定》中将全球变暖限制在两度以下的目标。在这里，氢能源将成为链条上的一个关键环节，它可以灵活地将可再生的电力转化为绿色燃料，用于不能直接电气化的行业。鲁德尔说：“若这些因素结合在一起，可再生绿色能源的前景将是电气化。”
翻译：赵颢博
审校：赵欢
引进来源：波茨坦气候影响研究所



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