《智能电网：通过科技投资推动减碳》

通过技术投资推动脱碳 2023年5月 kpmg.com/cn 数字化，脱碳和分散化是智能电网的三个核心优势。通过先进的人工智能（AI）和云技术， 报告评估智能电网技术，支持其实施的政策以及这些扶持政策所激励的投资。 智能电网可以实现能源和通信的双向流动，这有助于通过提高电力需求和供应平衡的精度以及分散能源的整合来提高能源效率。这三个核心利益的结合最终加速了电力部门的脱碳。 通过通过国家一级的案例研究来关注投资流动，该报告分析了英国，中国和美国的能源市场结构 -分别代表自由化，垂直集成和混合电力市场-影响智能技术在电网各个方面的深度，可扩展性和适应性。此分析考虑了各国的电力监管结构，国家脱碳目标和历史排放轨迹。 本报告分析了智能电网技术如何增强电网的运营和能源效率，并更好地集成可再生能源（RE），从而显着减少排放。这 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 我们研究的主要观察结果包括： 智能电网正在彻底改变电力部门，实现更好的运营效率和分布式能源（DER）的集成。 节能和电网效率的重点继续从消费者节能和行为修改转向人工智能和数据支持的电网需求响应。 电力部门的数字化转型目前受到许多因素的推动，例如迅速扩大的电力需求，先进技术的成熟以及加强电网免受网络攻击和物理破坏的愿望。气候变化以及将更多可再生能源有效纳入能源组合的相关需求也提供了动力。智能电网将数字和网络基础设施集成到。 Studies show that population growth in various markets across the global is causing electricity demand to continue to trend up. This in turn has an impact on the ability for jurisdictions to fard toward climate change goals. While 能源转型仍然是主要目标，能源效率已被确定为电力部门潜在减排的重要来源。国际能源署（IEA）预测，拥有完善的支持电网能源效率的政策的国家可以节省高达15％的总发电量。 增强系统的感官，通信，数据管理和安全功能的性能。实施此类系统的最终目标是确保更高效，绿色，弹性，清洁，负担得起和可靠的电网。 1智能电网正在通过提高需求侧管理（DSM）的精度来提高运营效率。 物联网（IoT）和区块链的发展正在塑造智能电网技术的发展。 由于智能电表，光伏（PV），车辆到电网（V2G）和微电网，电力消费者拥有更多的自主权。 国际智能电网行动网络（ISGAN）等政府间联盟和创新机构正在努力开发技术，以增强消费者体验并弥合能源供需之间的沟通差距。然而，技术隔离仍然是一个问题。随着该技术的成熟,公共实体、消费者和第三方将具有与网格交互的增强能力。 消费者越来越多地获得有关其能源使用和来源的更多信息。 这些信息使他们能够节约能源并促进能源效率。消费者还可以通过作为“产消者”参与电力供应来产生额外的收入。这种灵活性 物联网在V2G和微电网等领域的集成实现了电力的点对点交易(prosmerism)。 对于工业消费者尤其重要，他们被征收不断增加的排放成本和税收，并正在探索降低其生产过程碳强度的途径。通过PV，电池储能系统（BESS）和微电网技术的RE集成的进步为降低工业过程的碳强度提供了明确的途径。 在商场，机场甚至家庭等场所的远程照明，供暖和制冷方面的数字增强也将有助于减少排放，并提供更多对帝斯曼至关重要的消费数据。 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 通常由政府，机构投资者和其他私人投资者资助的智能电网正越来越多地受益于可持续金融和碳减排法规。 智能电网投资在自由化，混合和垂直整合的电力市场中蓬勃发展，但市场特征会影响电网某些方面的增长。 2021年，气候技术公司总共筹集了 电网技术的投资与广泛的国家战略脱碳目标和融资渠道有关。目前英国存在最高水平的电网投资、电网技术进步和电网基础设施部署 来自全球公共股票市场和私人投资者的1650亿美元。2 2021年智能电网技术的市场规模为369亿美元，预计到2026.3将达到559亿美元。绿色和可持续金融已成为智能电网筹集资金的主要渠道。例如，在2021年，国家电网公司发行的碳中和债券 （以及整个欧洲），美国和中国。然而，电力市场的特点可能导致电网的几个方面比其他方面发展得更快。例如，中国在超高压（UHV）输电线路上投入了大量资金，这些线路可以跨越更长的距离并集成更多的RE，而英国等市场则提高了消费者在供应商选择方面的灵活性，从而实现了智能电表的广泛部署。在美国，竞争驱动的尖端创新有助于推进远程供暖、通风和空调(HVAC)系统。 中国国家电网公司（SGCC）筹集了150亿元人民币，以帮助为智能电网项目提供资金。4国家电网公司还发行了与可持续性相关的债券，以筹集维修和维护输电线路的营运资金，5公司、决策者、金融机构和公用事业公司在确保数字化、高效、低碳电网的发展和扩大规模方面都可以发挥集体作用。 在各种市场中部署的智能电网技术的可扩展性和深度存在差异。 COVID - 19影响了电网基础设施和智能电表的投资 例如，中国的垂直一体化电力市场增强了其在指定受控区域进行试点和测试的能力，并扩大了先进的输配电（T＆D）技术的实施范围。结果，我们看到中国的特高压直流输电与输电项目甚至扩展到了境外。在英国和 COVID - 19的影响波及全球经济的各个方面，电力行业也不例外。封锁导致供应链问题，影响了新项目的可行性和现有项目的步伐。由于这与智能电网的投资低迷之间存在相似之处，因此人们也认识到，对这种基础设施的投资是长期的，并且这些结构的平均寿命超过30年。这表明电网投资轨迹将出现高峰和低谷。 US, competition is driving technology innovators to develop more and more advanced digital grid products. In contrast,less competition in markets that are more vertically integrated can impact 这些市场的技术进步深度。 更智能的电网-为脱碳提供动力通过技术投资 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 发电是与能源相关的碳排放的最大来源，占全球排放量的36%。 提高电网的能源效率已被确定为电力部门减排的巨大潜在来源。根据IEA的数据，2018年全球电网基础设施的总能源损失导致约1千兆吨的二氧化碳排放。包括中国，欧盟和美国在内的国家揭示了提高能效标准如何在2018年帮助节省约1, 500 TWh的电力，相当于当年这些市场的风能和太阳能发电总量。 6如果不使用更清洁的电力来源，随着航运、航空、水泥和钢铁等难以减弱的行业的电气化(包括制氢)，这些数字预计将进一步上升。因此，电网正在升级并注入数字基础设施，以提高电力的效率，可负担性和可靠性。全球应对气候变化的努力加速了这种转变的紧迫性。 智能电网技术可提高电网的运行效率，并以最小的损失传输能量。智能电网在开发和扩展后，有助于解决电力部门面临的四个主要挑战：现代化，脱碳，数字化和电气化。 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 资助智能电网 扩大能源效率需要政策制定者、金融机构、电力公司、电网技术创新者和消费者之间的功能协同作用。多年来,在将气候技术公司与电网运营商、公用事业公司、政府和可持续金融与目标连接的生态系统的发展的推动下,智能电网投资出现了大幅增长。 在2021年，气候技术公司从全球公共股票市场和私人投资者筹集了总计1650亿美元的资金。 2021年智能电网技术的市场规模为 369亿美元，预计到2026.10年将达到559亿美元。本报告的第1部分审查了现有的主要智能电网技术，并概述了制定有效实施战略的考虑因素。 图1：2021 - 2026年全球智能电网技术市场规模（预测） 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 三个关键市场中的智能电网分析 本报告从中国、英国和美国三个案例的角度评估全球智能电网前景。这三个市场结合 即分别为自由化，垂直整合和混合，可以影响政策和投资的方式，方向和速度。这些市场的创新，政策和实施旅程通常适用于其他司法管辖区的类似电力市场。 占全球电网投资的很大一部分(见下图2)。它们也代表了电力市场的三种主要形式， 图2: 2016 - 2021年按地区划分的电力网络投资支出 在全球市场上，正在制定政策来激励智能电网投资和支持技术进步。电网的运营效率是基于特定情况的问题，例如现有基础设施的年龄，能源组合，国家气候目标，关税和能源安全，以及电力市场的整体组织。监管机构面临的挑战是制定平衡能源安全优先事项的政策，同时激励智能电网投资和推进净零目标。本报告第二部分讨论了三个案例研究中探讨的这些政策。 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 智能电网，智能伙伴关系 为了创造应用协同作用，与智能电网相关的政策通常是与支持智能电网技术的开发、验证和推出的相关研究机构协商制定的。其中包括IEA的国际智能电网行动网络（ISGAN），国家标准与技术研究所（NIST），电气和电子工程师协会（IEEE），GridWise联盟和支持智能电网的欧洲研究基础设施（ERIGrid）。这些研究中心通过提供一个加速创新。 同时，在美国，诸如GridWise Alliance之类的倡导组织起草了政策原则，这些原则构成了在各级政府中确定，探索和制定新政策的基础。该小组还游说美国国会促进智能电网 investment.13在欧盟，ERIGrid通过18个欧洲研究中心的联盟创建了一种基于网络物理系统的整体方法，这些研究中心开发了用于验证和测试智能电网配置的通用方法，概念和程序。14 尖端研究库和几个利益相关者的技术联盟。 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 第1部分 是什么让电网变得智能？ 使电网更智能需要将先进的软件和硬件技术系统地集成到整个价值链中的电力网络中，从而将监控、平衡、去中心化和 信息和能源的双向流动。它还包括支持人工智能的安全性、弹性和修复，以及消费者自主性、透明度和整体能源效率。 图3：智能电网技术的类型 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 图4：整个电力价值链的智能电网技术领域 智能电网技术重点领域 电网数字化增强的目标是实现运营效率，最大限度地降低成本和环境影响，同时最大限度地提高系统 本报告确定了与三个技术重点领域相关的四个核心智能电网目标。 图5：智能电网的四个核心目标和三个关键技术重点领域 更智能的电网-通过技术投资为脱碳提供动力 可再生能源一体化 《国际能源展望》预测，2018年至2050年间，非经合组织国家的电力消费将增长70%，这意味着全球电力需求呈上升趋势。全球太阳能和风能渗透率预计将从2019年的2, 300TWh增加到2050.19年的45, 000TWh。 加强分布式能源资源（DER）的集成，主要是RE，是一个主要的电网目标。分布式能源资源管理系统（DERMS）连接各个DER，并有助于根据实时电网条件优化和汇总其操作 管理系统（DMS）。从本质上讲，这提供了通过聚合器或直接管理分散的DER的消耗水平的解决方案。20这协调了RE到 提高电网集成大规模间歇性RE的能力。 超高压直流(EHVDC)和超高压直流(UHVDC)的进步提供了一种有效的解决方案，可以在长距离携带能量，特别是分散产生的能量时降低功率损耗和成本。 微电网允许创建与中央电网分开的较小集群（分散化），为组织提供对能源来源和使用的更大控制。微电网用户可以提高能源效率，并且在一些限制下，半独立于传统能源供应商运行。这种减少的依赖性使用户可以通过减少高峰使用来降低成本，并合理地将自己与停电隔离。21通过物