未來三十年，由波動性可再生能源主導(dǎo)的新電力系統(tǒng)將成為每個國家?guī)缀醵家鎸Φ男履茉窗l(fā)展格局。DNV繼《全球能源轉(zhuǎn)型展望2023》報告發(fā)布后，再次發(fā)布其在電力系統(tǒng)方向的新成果——《新電力系統(tǒng)》。報告預(yù)測到2050年，風(fēng)能和太陽能將提供全球近70%的電力。屆時全球用電量將在當(dāng)今基礎(chǔ)上翻一番。波動性可再生能源的顯著增長將帶來許多挑戰(zhàn)，并為全球電網(wǎng)帶來新的市場變革。

對電力與可再生能源的需求顯著增長

全球經(jīng)濟(jì)增長，以及交通、供暖和工業(yè)電氣化發(fā)展，是推動全球電力需求激增的主要因素。此外，數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展，尤其是人工智能應(yīng)用，也會對此增長貢獻(xiàn)不少，而且人工智能在發(fā)電和用電提效方面具有顯著潛力。

到本世紀(jì)中葉，電力消耗將大幅增長，預(yù)計占全球最終能源消費的37%，遠(yuǎn)高于2023年的20%。伴隨這一增長的是可再生能源發(fā)展的明顯趨勢——風(fēng)能和太陽能預(yù)計分別在2040年和2050年占全球電力總額的50%和70%。根據(jù)脫碳進(jìn)程預(yù)測，2050年將有近90%的電力來自非化石能源。

對靈活性、需求響應(yīng)提升的各種策略

不斷增加的可再生能源份額需要靈活性和完善的需求響應(yīng)系統(tǒng)：畢竟波動性可再生能源（VRES）的規(guī)模將擴(kuò)展九倍，對短期靈活性的需求將翻倍。來自供熱和交通等行業(yè)的變動需求將帶來新型輔助服務(wù)，如合成慣性產(chǎn)品和快速頻率響應(yīng)，我們必須調(diào)整市場和監(jiān)管框架以支持這些技術(shù)，以促進(jìn)可持續(xù)能源未來。

在這種新模式下，人工智能等先進(jìn)技術(shù)將協(xié)助電網(wǎng)運營和市場預(yù)測。DNV集團(tuán)總裁兼首席執(zhí)行官Remi Eriksen表示：“深度數(shù)字化，包括應(yīng)用人工智能，對于管理以可再生能源為主導(dǎo)的、日益復(fù)雜的電力系統(tǒng)至關(guān)重要。因此，未來幾年，信息和運營技術(shù)將迅速增長，必須通過強(qiáng)大的風(fēng)險管理方法（尤其是在網(wǎng)絡(luò)安全方面）來激發(fā)新能源系統(tǒng)的潛在益處。”

儲能是解決可再生能源間歇性特性、提供電網(wǎng)平衡和載荷管理的另一個核心系統(tǒng)組成部分。到2050年，鋰離子電池技術(shù)將發(fā)揮主導(dǎo)作用，在儲能容量方面比水電和抽水蓄能多三倍。然而，要實現(xiàn)必要的靈活性水平，需要創(chuàng)新的市場設(shè)計和先進(jìn)的電價方案，以激勵自動化需求響應(yīng)、車輛到電網(wǎng)（V2G）和電表后儲能系統(tǒng)。水分解為氫的價值鏈?zhǔn)且粋€關(guān)鍵的市場要素，需要通過所有利益相關(guān)者的協(xié)同努力實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

電網(wǎng)擴(kuò)展既是必要的，也是可承受的

能源轉(zhuǎn)型的一個關(guān)鍵瓶頸是電網(wǎng)的擴(kuò)展。全球電網(wǎng)容量需增長2.5倍，到2050年，電網(wǎng)的年度支出將超過9700億美元，是當(dāng)前的兩倍多。雖然電網(wǎng)增強(qiáng)技術(shù)（GETs）可能提供顯著的臨時緩解，但長期解決方案在于加速新電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和先進(jìn)控制系統(tǒng)的建設(shè)，目前這個還受到許可時限、人力資源和物資稀缺以及財力有限的阻礙。

盡管到2050年全球電網(wǎng)支出從年度能源支出的15%增加到超過25%，但電網(wǎng)技術(shù)的提效和電力分配的增加可能會使大多數(shù)地區(qū)的消費者電網(wǎng)費用保持穩(wěn)定或下降。只有十分之四的地區(qū)可能會出現(xiàn)費用增加。

由于稅收政策和政府激勵的差異，預(yù)測未來單位電力成本是具有挑戰(zhàn)性的。然而，可再生能源成本持續(xù)下降表明，消費者價格不太可能上漲。電氣化終端使用部門，如交通和供熱，將進(jìn)一步提高效率和節(jié)約成本，從而在高收入和中等收入地區(qū)降低整體家庭能源賬單。在低收入地區(qū)，盡管絕對家庭能源支出可能略有增加，但快速的GDP增長將抵消這種上升。這種“綠色紅利”為政府提供了加速能源轉(zhuǎn)型和最大化綠色電力益處的機(jī)會。

系統(tǒng)和全盤思維對去碳化電力系統(tǒng)至關(guān)重要

DNV能源系統(tǒng)首席執(zhí)行官Ditlev Engel強(qiáng)調(diào)：“我們堅持系統(tǒng)思維，全面考慮能源如何產(chǎn)生、傳輸、消耗和跨能源載體儲能。沒有輸電就沒有能源轉(zhuǎn)型。新能源系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)驅(qū)動的解決方案和政策，從許可到人工智能和網(wǎng)絡(luò)安全的整合都需考慮在內(nèi)。規(guī)劃新風(fēng)電場必須包括電網(wǎng)連接戰(zhàn)略；類似地，地面電力輸送系統(tǒng)和新的電線整合需要大多數(shù)控制中心的信息技術(shù)升級。”

他補充道：“通向去碳化電力系統(tǒng)的道路十分清晰，即可再生能源整合和電網(wǎng)擴(kuò)展需要重大投資、創(chuàng)新、協(xié)調(diào)以及所有參與者特別是政府的承諾。隨著世界向更綠色未來邁進(jìn)，以系統(tǒng)化和前瞻性的方法應(yīng)對這些挑戰(zhàn)對于成功的能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。”

本報告為DNV《全球能源轉(zhuǎn)型展望2023》的后續(xù)報告，結(jié)合了需求建模、電網(wǎng)、新市場模型、數(shù)字化和人工智能等諸多專家的多維洞見。研究深入探討市場機(jī)制的演變，突出靈活和彈性電網(wǎng)的重要性。洞察包括市場設(shè)計策略、解決擁堵、成本軌跡和擴(kuò)展輸電與配電網(wǎng)絡(luò)的策略。