数字能源2030

构建万物互联的智能世界数字能源 以低碳可持续发展为导向的新一轮能源变革开启控制温室气体排放，共同拯救人类家园，控制传统化石能源应用刻不容缓 世界经济可持续发展需要可持续性的能源供给，可再生能源承担重任 风光发电成本竞争力优势明显，成为能源革命中坚力量 电力电子技术和数字技术成为驱动能源产业变革的核心技术 电力电子技术为能源系统变革安全性和可控性提供保障 数字技术使能能源系统智能化演进，推进能源价值最大化 能源进入数字能源时代，绿色低碳、数字智能，多流合一 能源生产更低LCOE，电网友好、智能融合1) 2030年光伏到度电成本可能低至0.01美元 2) 光伏发电机主动支撑电网频率、电压波动，保障电网安全稳定运行 3) 能源云将能源流和信息流智能融合，源、网、荷、储协调互济 交通出行全面电气化转型，电动汽车2030与燃油车二分天下 1) 新材料和数字化重新定义电动汽车驾乘体验和安全 2) 千伏闪充全面普及，完美能源补给体验 3) 电动汽车与各类能源系统深度协同，成为能源流的调节器 ICT能源基础设施全面绿色化 1) ICT能源基础设施全面架构重构，融合极简，柔性高效 2) 绿色能源成为ICT能源主流供能方式 3) ICT能源基础设施运维全面自动驾驶化 结束语 目录P01 P05P08 P15 数字能源20301控制温室气体排放，共同拯救人类家园，控制传统化石能源应用刻不容缓十八世纪以后，煤炭、石油、电力的广泛使用，先后推动了第一、第二次工业革命，使人类社会从农耕文明迈向工业文明，能源为推动社会进步、消除贫困、改善民生提供了源源不断的动力，成为世界经济发展的最重要基石之一。同时，人类对地球气候系统的影响显而易见，近年来人为排放的温室气体达到历史最高水平。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的统计，人类活动引起的二氧化碳变化量每年约为237亿吨（尤其是燃烧化石燃料，每年大约排放200亿吨）。其结果就是现在大气中的二氧化碳含量比过去65万年（平均水平）高了27%。特别是工业革命时代开始大量燃烧煤炭，二氧化碳水平开始极速上升，有可能引发气候系统前所未有的变化，导致严重的生态和经济失调。这已促使人们讨论如何减少化石燃料的燃烧来降低温室气体的产生。好在科学界和各国政府对气候变化问题正在形成更加明确的共识，《巴黎协定》明确了到本世纪中叶实现碳中和是全球应对气候变化的最根本目标。世界各国正行动起来，截至2020年底，全球共有44个国家和经济体正式宣布了碳中和目标（包括已经实现目标、已写入政策文件、提出或完成立法以低碳可持续发展为导向的新一轮能源变革开启 数字能源20302程序的国家和地区）。从全球主要经济体的能源发展战略和实践来看，“解绑”化石能源依赖是实现碳达峰、碳中和目标的最优途径之一。“解绑”化石能源依赖一方面要大力提高能源效率，减少化石能源消费总量；另一方面是大力发展可再生能源。各国纷纷提出针对性的能源改革发展目标和温室气体控制目标。如中国国家发展与改革委员会和国家能源局发布《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》，明确到2030年，中国新增能源需求将主要依靠清洁能源满足。2030年，能源消费总量控制在60亿吨标煤以内，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右；二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰。欧盟《2030气候与能源政策框架》提出了“到2030年将其温室气体净排放量相较于1990年水准至少减少55%，可再生能源消费目标提高到38-40%”的目标。美国政府承诺到2030年，温室气体排放量将较2005年水平减少50%-52%，而实现这一目标，其中最重要的措施之一是要求2030年美国电网80%的电力来自无排放的能源。世界经济可持续发展需要可持续性的能源供给，可再生能源承担重任地球人口的膨胀和国家工业化发展，促进人类对能源的需求达到了前所未有的水平。据估计，自从19世纪50年代出现商业石油钻探以来，我们已经开采超过1350亿吨的原油，这个数字每天都在增加。目前每年世界一次能源消费约140亿吨油当量，化石能源的消费总量仍达到85%以上。这使得我们距离化石能源枯竭的日子不再遥远。根据BP统计数据，按目前的开发技术和开采强度，全球探明石油、天然气、煤炭的储采比分别约为50年、53年和134年。所以发展可再生能源，走可持续发展之路才是立根之本，联合国秘书长古特雷斯在2021年3月举行的能源高级别对话中表示，可再生能源“对于建立可持续、繁荣与和平的未来至关重要”，2021年必须成为可持续能源转型的“历史性转折点”。联合国大会第七十届会议上通过的《2030年可持续发展议程》目标7中也设定了 数字能源20303发展的基本目标：2030年确保人人获得负担得起、可靠和可持续的现代能源。大幅增加可再生能源在全球能源结构中的比例。全球能效改善率提高一倍。加强国际合作，促进获取清洁能源的研究和技术，包括可再生能源、能效，以及先进和更清洁的化石燃料技术，并促进对能源基础设施和清洁能源技术的投资，以便根据发展中国家，特别是最不发达国家、小岛屿发展中国家和内陆发展中国家各自的支持方案，为所有人提供可持续的现代能源服务。世界各国正把发展可再生能源作为未来能源战略的重要组成部分。为了促进可再生能源发展，许多国家制定了相应的发展战略和规划，明确了可再生能源发展目标。制定了支持可再生能源发展的法规和政策。韩国近日公布了一项可再生能源长期计划，加大可再生能源电力开发。根据该计划，到2034年，韩国所有燃煤电厂都将退役，可再生能源在韩国能源结构所占比例将从目前的15.1%提高到40%。法国政府公布的“2030国家能源计划”称，将持续提高其电力供给领域中可再生能源发电占比，特别是风电占比，以实现能源转型。到2030年，法国电力供给中可再生能源发电占比将达到40%，其中风电占比预计达到20%。德国则计划将可再生能源比例从目前的18%提升至30%。智利政府2020年11月正式推出绿色氢能战略，推动能源结构转型。计划于2024年之前将燃煤发电份额降至20%，逐步提升水电、风电、光伏和生物质能发电的比例，到2030年将可再生能源占该国能源总量的比例提高至70%，到2040年所有煤电厂彻底关停。巴西政府不断出台政策措施，为光伏等产业相关基础设施和项目提供资金、政策支持，到2035年，巴西电力产业总投资规模将超过300亿美元，其中70%将用于光伏、风电、生物质能及海洋能等可再生能源技术。风光发电成本竞争力优势明显，成为能源革命中坚力量可再生能源发电成本正快速下降。全球电力生产当前仍以化石燃料为主。到目前为止，煤炭供应37%的电力，其次是天然气，供应24%。化石能源之所以在能源供应中占主导地位，因为它们比所有其他能源都便宜。如果我们想过渡到以可再生能源为主的深度脱碳能 数字能源20304源系统，最重要的是提高可在生能源相对于化石燃料的成本竞争力。近几十年，可再生能源已成为全球具有战略性的新兴产业。许多国家都将风电、光伏发电作为新一代能源技术的战略，投入大量资金支持技术研发和产业发展。得益于技术创新的驱动，风电、光伏发电成本过高的情况已经完全改变。牛津大学学者Max Roser的跟踪研究发现，2009年，光伏大型地面电站度电成本为0.36美元。到2019年，光伏成本下降了89%，度电成本下降到0.04美元。而化石燃料尤其是煤电的上网电价成本几乎保持不变。背后的原因是，煤电发电效率最高达到47%，大幅度提高效率的空间不大，而且，化石燃料的电价不仅取决于技术，很大程度上取决于燃料本身的成本。发电厂燃烧的煤炭成本约占总成本的40%。即使建造发电厂的成本会下降，燃料成本也决定了总成本有一个下限。而光伏组件每增加一倍的累计装机容量，价格就会下降20.2%。目前光伏开始进入全面平价期，随着新的光伏组件技术和工艺的成熟，未来光伏度电成本将持续下降。风电和光伏生产灵活性更高。长期以来，能源的开发利用主要是基于资源禀赋，风电和光伏作为新兴绿色能源技术，突破了载体的资源禀赋限制，可以在任何符合条件的地方开展生产，如分布式光伏投资门槛低，投资吸引力迅速提升，各行业争相参与投资建设。风电和光伏发电经济性和灵活性提升促使园区、大工业、工商业等用户利用分布式发电的意愿增加，而这也正在改变全球能源开发利用模式。截至2020年底，全球风电和光伏累计装机容量超过650GW和750GW。作为风电的重要组成部分，海上风电不占用土地资源，且接近沿海用电负荷中心，就地消纳避免了远距离输电造成的资源浪费，风电场从陆地向海上发展已经成为一种新趋势。到2024年，分布式光伏将占据光伏市场总量的近一半，其中工商业分布式光伏成为主要市场。漂浮式光伏电站不占用土地，发电量相对较高，且不破坏水域环境的特性，也受到很多区域推崇，全球已经有60多个国家在大力推广水上漂浮电站，预计未来5年全球市场规模将达到60GW以上。我们预计随着风光发电成本下降以及装机量的快速增加，全球对化石燃料的需求将于5年内达峰。 数字能源20305电力电子技术为能源系统变革安全性和可控性提供保障电力电子在电能发输配用的各个环节发挥关键价值。风电、光伏等可再生能源的用途主要是发电，构建以电能为中心，以电网为纽带，以电力电子设备为基础的能源系统是能源产业变革的方向。电力电子设备的优点在于其接口不受限、响应速度快、变换效率高，在电力的生产、传输、消费环节应用广泛。a） 在电力生产方面，风电、光伏新能源这些不同于常规同步发电机的电源，难以直接并网输送，只能采用电力电子变换技术换成频率可调节的交流电，且需要满足上网的质量要求，如光伏逆变器、风能变流器等通过电力电子开关调整电压波形，支持风电、光伏发电并网和提高系统发电效率。b） 在电力传输分配方面，长距离输电形式使用智能化的大功率电力电子装备，可以显著提升线路输送水平、改善潮流分布、增强电网供电可靠性，提升电网安全防御能力，从而提高大型电网互联传输的安全可靠性，提升传输效率。c）配电场景中，随着大量分布式电源、微电网和柔性负荷接入配电网，“即插即用”的接入要求越来越高，线路无功功率增大，电网高电压、谐波干扰等电能质量问题日益突出，传统配电网电能质量和供电可靠性提升空间有限，难以满足用户高电能质量电力电子技术和数字技术成为驱动能源产业变革的核心技术 数字能源20306用电需求。多功能电力电子变压器、直流断路器、直流开关等电力电子装备可以保障不同负荷类型的电能质量和多种电能形式的定制需求。d） 在电力消费方面，最主要的变化是分布式电源和储能装置的接入，大量新型负荷需要直流电源以及需要主动支撑源荷互动，如数据中心、通信基站、电动汽车充电站、计算机设备、LED照明等，高效率，高功率密度，高可靠性，低成本的转换电源和开关设备等正满足用户日益多样的个性化需求和高标准的电能质量治理需求。 新型功率半导体应用需求大幅提升。未来的能源系统以可再生能源最大限度地开发利用、能源效率最高为目标，对能源输送和控制的安全、高效、智能等方面提出更高的要求，具体包括适应新能源电力的输送和分配的网络，与分布式电源、储能等融合互动的高效终端系统，与信息系统结合的综合服务体系等。这些都需要通过电力电子化设备进行运行、补偿、控制。目前这些设备中所使用的基本都还是硅基器件，而硅基器件的参数性能已接近其材料的物理极限，无法担负起未来大规模