全球能源转型展望2021—技术进展报告

2021 年能源转型展望技术进步港对决定未来五年能源转型步伐的 10 项技术的回顾。 技术进展报告2021 年能源转型展望2雷米·埃里克森集团总裁兼首席执行官 DNVĒORīWORD世界需要更快地过渡到深度脱碳的能源系统，每年减少约 8% 的排放量，以确保能源未来符合《巴黎协定》设定的 1.5 度目标。这一紧迫而复杂的挑战需要全面的能源系统思考：了解技术和政策的时间表和相互依存关系。它还需要勇气做出艰难的决定。 前言3用完整的能源系统思维更快地过渡DNV 的这份新技术报告是我们主要能源转型展望的补充，有助于更全面地了解推动转型的技术。在本报告中，我们专注于能源转型前沿的技术，并分享我们对预期近期发展的一些见解。有可能使世界能源系统深度脱碳的技术是众所周知的。它们可以帮助扩大可再生能源发电规模并通过新部门的电气化扩大其影响范围，并且可以在燃烧之前或燃烧点从化石燃料能源中去除碳。挑战在于如何以及何时实施这些处于不同成熟阶段的技术，以及管理它们如何相互作用和相互依赖。了解这一点将使行业、政府和转型融资机构能够有效地优先考虑他们的努力，以实现今年、明年以及到本世纪中叶的每年所需的减排量。五年内可以改变很多。不久前，电动汽车 (EV) 对早期采用者来说还是一种新鲜事物。现在，电动汽车革命正逐渐显现，到 2025 年，仅在欧洲的道路上就会有 1300 万辆电动汽车。 2016 年，可再生能源的可变性被广泛视为转型的障碍；现在，随着电池技术的快速进步，以及其他数字化需求响应和网络存储选项的出现，越来越多的人认为可变性是可以解决的。不到五年前，氢还不是真正在雷达上作为关键的能量载体；现在，许多使难以减排的部门脱碳的道路通向氢气。正如我之前在我们的 ETO 之前版本中所述，到本世纪中叶实现净零排放没有灵丹妙药。世界需要在多个方面紧急采取行动——大量增加可再生能源、进一步提高能源效率以及碳捕获和储存 (CCS)。现有的竞争技术，如太阳能和风能，需要充分利用良性循环，在这种良性循环中，成本下降既是机组安装数量增加的原因，也是其原因。对于不太成熟的技术，如绿色氢，从原型扩展到全球商业普及至关重要。至关重要的是，这些技术是相互关联的。例如，如果不了解可再生能源的发展，就无法预测绿色氢的吸收，如果不考虑输送大量二氧化碳的管道的技术要求，则对 CCS 的理解是不完整的。在联合国实现可持续发展目标的行动十年中，政策制定者和行业领导者比以往任何时候都更加关注气候挑战。为了实现这一目标，他们需要具有前瞻性的政策、创新和进行大量投资的意愿。他们还需要完整的能源系统思维来连接这些方面，这首先要对所涉及的技术进行客观、现实的理解。这就是我们在本报告中旨在提供的，因为我们探索了转型中十项关键技术的前景，重点是未来五年的发展。 技术进展报告2021 年能源转型展望4前言介绍1飘风2太阳能光伏的发展3废物转化为燃料和原料4低碳气体管道能源基础设施和纳米材料5网状 HVDC 电网6新电池技术7新型航运技术船用燃料电池核动力船舶8电动汽车和电网整合9绿色制氢10碳捕获和存储 2.0 参考项目团队24101418242832364040445056626671继续 介绍5介绍本报告是 DNV 2021 年能源转型展望出版物套件的一部分。它侧重于关键能源转型技术在未来五年内将如何发展、竞争和互动。关于能源转型的争论和不确定性往往集中在技术能做什么和不能做什么上。此类讨论常常涉及一厢情愿的想法、对偏爱技术的倡导或对过时信息的引用。通过这份报告，我们从我们与世界领先能源参与者（包括生产商、运输商和最终用户）的日常工作中获得了见解。接下来的十章中的每一章都是由我们该领域的专家撰写的 - 或者，就海事技术而言，是海洋方面的专家。因为转变的步伐正在加快，描述任何给定的技术就像画一幅画快速行驶的火车。我们试图在技术细节与安全、效率、成本和竞争力问题之间取得平衡。转型技术相互关联，在某些情况下相互依存；例如，任何关于绿色氢的讨论都必须考虑到可再生电力、氢储存和运输系统以及燃料电池等终端使用技术的发展。我们选择的十项技术并非详尽无遗，但这些技术中的每一项都对速度和能源转型的方向。它们的范围从太阳能光伏等相对成熟的技术，到距离商业化还有一段距离但目前的研发和原型设计值得关注的核聚变技术。它们一起涵盖了大多数但不是全部的关键部门。我们描述了未来五年的预期发展，这在很大程度上将决定能源转型如何展开到本世纪中叶。因此，这份技术进步报告是我们主要能源转型展望预测的重要补充。我们的目标是对这些技术的现状进行客观和现实的评估，并评估它们如何为未来的能源转型做出贡献。关注这些技术的进步对于任何关注能源的人都至关重要。推动趋势除了无所不包的脱碳目标之外，还有其他当前影响能源系统发展变化的趋势。普遍获得现代、清洁和安全的能源是一项关键的全球目标。数字化和解决当地空气污染的努力也在推动能源技术进步。表格1本报告中描述的能源转型技术能源生产能源运输、储存和分配能源使用和转换飘风低碳气体管道新型航运技术太阳能光伏的发展网状 HVDC 电网电动汽车和电网整合废物转化为燃料和原料新电池技术绿色制氢碳捕获和储存 技术进展报告2021 年能源转型展望6图1能源转型展望模型显示能源系统和技术的互连性人口自动驾驶和公共驾驶每辆车的行驶距离电池尺寸加油税务投资成本政府支持化石燃料生产加油和维修寿命车辆范围车辆效用速度使用快充电拥有成本运营成本资源化石燃料需求成本化石燃料可用性要求退休汽车销售按类型新车单位能耗快速充电密度供应按类型和地区车队电动汽车和电网整合车辆添加物的能源使用累计电动汽车销量能源价格低碳气体管道人均国内生产总值航空能源需求车队的能源使用海上能源需求铁路能源电网实力网状 HVDC 电网新型航运技术要求能源载体的能源需求电力需求稳固的产能需求电网投资公司产能可用性电池价格累积存储增加绿氢电价需求反馈发电厂容量退休已安装容量贮存添加盈利能力可用存储空间过程细节未显示添加盈利能力按类型水平化可变可再生能源的份额在容量积累存储量电力变化废物变燃料需求反馈过程细节未显示碳捕获和储存补贴电费可变成本资本成本一代小时收到的电价价钱电力需求的变化新电池技术绿氢飘风太阳能光伏的发展C 介绍7在这些努力的推动下，能源系统正在从一种依赖化石燃料的系统转变为一种基于各种技术的系统，这些技术排放的二氧化碳显着减少。迄今为止的大部分进步都是由技术进步推动的，经济学家约瑟夫·熊彼特有时将这一过程描述为“创造性破坏”。新的创新正在取代随着时间的推移而过时的现有创新。就像马和马车一样被福特的 T 型车所取代，上世纪的内燃机汽车正在被福特的 Mach-E 和其他电动汽车所取代。在我们的能源转型展望出版物中，我们描述了我们对 2050 年能源转型的最佳估计。未来每个十年都会发生重大转变能源系统的不同部分。也许 2020 年代将被人们铭记为“技术十年”，它催生了多种技术——处于不同的准备阶段——对到 2050 年的能源转型产生了深远的影响。选择标准我们如何选择包含在本报告中的技术有两个选择标准。首先是它是否会导致能源系统发生可观察到的转变。我们根据技术部署的速度以及未来五年成本是否会下降来衡量这一点。此处描述的许多技术已经实现了成本的大幅降低，并且在未来几十年中容量将翻倍。因此，能源系统将发生可观察到的变化。第二个因素是技术如何相互作用，有时也称为部门耦合或能源价值链整合。几种技术的重叠和补充性质可以结合起来创造一个阶段性的变化，加速对现有技术的创造性破坏，为新事物的进入铺平道路。满足这些标准的技术跨越能源系统：能源的生产、运输和储存，以及能源的使用和转化为有用的服务。当技术结合时，往往会发生阶跃变化。浮动海上风电可以单独为电网供电，但与网状海上电网、新的集成电池技术、联网电动汽车和绿色氢气生产可以将灵活性提高一个数量级，并加速整个系统的实用性和竞争力。当技术结合时，往往会发生阶跃变化。对于航运等难以减排的行业，在满足全球商品需求的同时减少排放的选择有限。因此，使用氢燃料电池和核能的新推进技术具有潜力。海洋技术的发展很少在没有陆上互补发展的情况下发生。在燃料电池的情况下，基础设施必须建立低排放氢气，并且需要整合此类技术的整个价值链。为了发展核技术，小型模块化反应堆 (SMR) 的新兴进步必须成功部署在陆地上，它们的第一个挑战将是与陆基太阳能光伏和风能竞争。这里描述的所有技术都是相互关联的，既相互竞争又相互依赖。因此，我们可以使用因果循环的系统动力学图来描述能源转型展望模型的各个部分，以展示能源系统和技术之间的联系（图 1）。请注意，该图仅显示了运输需求和电力系统之间的高级交互。其他主要需求来源不详。费用对于任何给定的技术，随着累积容量每增加一倍，成本往往会以恒定的速度下降。这称为成本学习率 (CLR)。一项技术的装机容量每增加一倍都需要更长的时间，从而逐渐减缓成本下降的年速度。 CLR 来自基于研究和创新的核心技术改进（例如，围绕材料选择或从内燃机到电动的模式转变）。 CLR 还受到更有效的生产的驱动，随着时间的推移，从实践中学习和增加部署的经验会得到改善。规模经济，生产成本 技术进展报告2021 年能源转型展望8初始单位与 n 相比日一个组件的单元随着时间的推移而下降，也发挥作用。 CLR 往往是自我强化的：成本降低既是装置安装数量增加的原因，也是其原因。与核心技术相关的 CLR 往往高于支持技术的 CLR。因此，主要包含“核心”技术（例如电池）的技术往往具有更高的学习率。成本学习率往往是自我强化的：成本降低既是安装数量增加的原因，也是其原因。例如，作为核心技术的光伏电池板的 CLR 为 28%，而供应平衡 (BOS) 材料往往是较为固定的技术，其 CLR 仅为 9%。值得注意的是，技术成本相对于部署往往以恒定的速度下降，而其他成本，例如劳动，不要。因此，风能和太阳能光伏的运行和维护成本曲线最多只有技术学习率的一半左右，而安装学习率甚至更低。在某些行业，例如采掘业，成本会随着时间的推移而上升，因为容易获得的存款往往最先获得。同样，对于某些可再生能源技术，首先使用最有利的安装位置，随着时间的推移，随着容量的增加，产量会下降（图 2）。这种“压力”驱动因素有助于技术的改进和进步。图2成本学习率成本新技术（如浮风）开发和试点扩大生产成本降低仍在继续，但可能会受到其他因素的影响技术成熟度新技术（例如电池、光伏、陆上风电）成熟的技术（例如石油和天然气开发、内燃机） 介绍9表2新技术的全球增长——基于 2021 年能源转型展望技术201520202025每年销售的乘用电动汽车数量300 0002 000 00020 000 000太阳能光伏装机容量（GW）2006001 500浮动海上风电装机容量（MW）6.355.31 400过渡速度新技术取代现有技术需要时间，尤其是考虑到全球能源系统的规模和规模。然而，新进入者的复合增长最终会改变任何规模的系统。例如，2015 年乘用电动汽车销量几乎不明显，年销量不到 300,000 辆，但到 2025 年，我们预测新电动乘用车销量将达到每年近 2000 万辆，占全球市场份额的 20% 以上。新车销售。当今日益以任务为导向的能源转型不同于以往的能源系统转型。巴黎协定和可持续发展目标与绿色倡议和 COVID-19 刺激计划相结合，将加强政府在气候、能源和技术方面的行动和政策，以解决地球、经济和人类发展风险的结构性能源系统变化。使用近期政策行动来实现长期目标是史无前例的，它将当前的能源转型与以前主要由市场力量驱动的能源转型区分开来。使用近期政策行动来实现长期目标是史无前例的，它将当前的能源转型与以前主要由市场力量驱动的能源转型区分开来。全球金融业正在为脱碳增添动力。绿色债券发行量创历史新高，致力于脱碳的公司获得高股价回报并快速增长。气候相关财务信息披露工作组 (TCFD) 将气候变化确定为全球经济的最大风险，并建议公司使用情景来更好地评估其与气候、政策和技术变化相关的商业模式。金融界在支持负担得起的、加速的和公正的转型