变革能源 2.0 的驱动因素

©文本：作者©图片：作者 版本ChrisLuebkemanArup研究员兼导演全球预见+研究+创新 审阅者艾伦·汤姆森全球能源系统领导者 项目经理西蒙·罗伯茨副主任，前瞻+研究+创新 EditorSueGlader 平面设计MarkPearsall Research安妮·吉本斯，哈里特·奥布莱恩，刘易斯·福克斯·詹姆斯，西蒙·罗伯茨 映像采购FelicitaszuDohna,NikkivanGrimbergen 印刷和包装第一次包装，2016年印刷 燃料贫困 你会选择取暖而不是吃饭吗？ 2011年，超过30%的冬季死亡与欧洲寒冷的住房直接相关。世卫组织（2011年）*冬季死亡人数减去平均非冬季死亡人数 燃料贫困 冬季寒冷的国家需要家庭供暖为了舒适和健康。为了最贫穷的人家庭,供暖成本使用了相当大的比例他们的收入。在英国，当支付燃料离开时收入低于国民的家庭贫困线，即燃料贫穷。This is associated在最脆弱的人群中死亡人数增加人口（图1）。 美国的低收入和中等收入家庭也受到能源价格上涨和家庭收入下降的打击（图2）。燃料贫困的社会影响是巨大的，特别是对儿童、老人和残疾或长期患病的人。它们包括教育成就不足、社会排斥和身心健康不良。 燃料贫困与住房库存不足，隔热不足和供暖系统效率低下有关。收入支持，燃料补贴和其他能源援助计划被用来提供援助。使房屋更加节能是减少燃料贫困及其后果的任何战略的有效，重要和紧迫的组成部分。 电力接入 电允许你做什么？ 电力接入 约13亿人，几乎占全球人口的20％，仍然无法获得电力，大多数撒哈拉以南非洲国家的国家电气化率低于50％（图1）。缺电是发展和繁荣的障碍，严重影响生活质量，增加死亡率并抑制经济增长。每年有超过400万人死亡，主要是妇女和儿童，是由于吸入用于取暖和做饭的木材和粪便中的烟雾和烟雾造成的。 提供照明、运行家用电器和操作设备的电力可以腾出大量的劳动时间，并促进更好的健康和教育(图2)，这最终可以使人们摆脱极端贫困。 业务增长还取决于获得负担得起的可靠照明和电力。 电气化率低于80%人口的国家，由于缺乏投资和就业机会，经济活动持续减少。没有机会 对于可靠的电网，企业必须使用昂贵的柴油发电机。在过去的几十年中，中国成功地扩展了现代电力接入，这是中国经济快速发展的关键因素。 富裕你消费多少? 富裕 到2030年，全球中产阶级预计将从20亿扩大到50亿，超过世界预期人口的一半。生活水平的提高将增加能源消耗，特别是在亚洲，那里的中产阶级购买力增长最快（图1）。此外，到2050年，预计世界人口的近70％将居住在城市。城市环境中的家庭往往较小，每人使用更多的能源用于供暖和制冷，家用电器和电子产品。 总之，城市化和富裕程度的增长将有助于增加住宅部门的能源使用，特别是在中国，印度以及亚洲和非洲其他地区等快速增长的国家。 预计到2050年，全球住宅能源使用量将增加20％。这考虑了能源效率措施，否则可能会出现50％的急剧上升。但是，在美国，日本和欧洲，预计到2050年住宅能源使用量将下降，原因是更节能的技术和电器，以及将能源转换为电力。 新兴经济体的能源增长何时会逐渐减少还有待观察，但许多人认为这些国家将遵循与发达国家，并开始趋于平稳2050. 个人旅行 你怎么四处走动？ 技术经济环境 个人旅行 流动性是个人自由的代名词。安全可靠的选择使我们能够对我们的生活和工作方式以及地点做出独立、灵活的选择。在发展中国家，富裕程度的提高、城市化、道路运输基础设施的改善和车辆生产成本的降低正在改变人们的出行方式（图1）。更便宜的汽车（乘用轻型车辆）使所有权快速增长。2015年，全球道路上的汽车数量超过12亿辆，预计到2035年，这一数字可能会增加到20亿辆。 汽车使用会造成拥堵、噪音和空气污染，尤其是在城市地区。公共为汽车提供道路与一小部分人口使用道路不成比例。汽车使用还会降低其他用户(例如骑自行车的人和行人)的道路，并因此阻碍步行和骑自行车。 比较不同模式的碳排放量（图2），旅客航空旅行的排放量最高 在全球范围内，航空业产生的二氧化碳排放量约占所有乘客公里的2%。 NIMBYism 地方背景还是国家需要？ 2015年，在一项政府调查中，可再生能源的使用获得了英国人78％的支持（5％的反对）。皇冠（2016） 技术经济环境 NIMBYism 全国调查显示，可再生能源相对于传统发电的支持是一致的（图1）。然而，这种观点不一定在受风电场或太阳能电池板建设影响的社区中占上风。抗议正在增加规划异议和延迟的数量（图2），导致“NIMBY ”（不在我的后院）一词代表了这种形式的反对。 当地社区反对的原因有很多。视觉影响经常被引用为陆上风，其次是财产价值的损失（感知和实际），噪音，闪烁或对鸟类和野生动植物的影响。如果邻居认为已经做出了国家一级的决定，则阻力也可能指向决策过程。 赢得社区同意现在被认为是长期提供绿色能源的关键。合作所有权和社区能源计划可以帮助减少反对。他们为当地人提供投资发展和获得利益的机会，例如贴现能源账单和社区外能源销售收入。 动态需求 你能帮助降低峰值功率吗？ 动态需求 自1970年代第一次能源危机以来，公用事业一直试图使用动态需求侧管理，以减少对传统发电源的依赖。但是，负载转移（及时）和负载减少受到测量和验证的限制，既耗时又昂贵。 新技术改变了这种前景。家庭中的“智能电表”改变了能源客户和供应商之间的关系。供应商可以提供灵活的定价和使用时间费率（图1），使消费者能够做出明智的决定来调整使用量，例如当太阳能和风能充足且费率较便宜时。负荷转移减少了电力需求的峰值（图2），使供应商能够更有效地操作发电机。对备份能力和网络加固的需求也将减少。 智能计量会验证减少负载的诱因，因此“负瓦”具有价值和 可以交易。开放的智能电网网络平台允许第三方开发能源管理应用。目前仅针对最大的电力用户的削减和直接负载控制可以通过智能计量扩展到所有商业和工业客户。 电网平价可再生能源 每个家庭的屋顶都应该有太阳能电池板吗？ 电网平价可再生能源 可再生能源被认为是昂贵的，需要补贴，直到2010年代中期 成本开始大幅下降（图1）。降低成本的目标是“电网平价”，当可再生能源可以与传统的发电源平等竞争时。 太阳能光伏（PV）和风能是资本密集型的，而运行化石燃料发电的成本主要是燃料购买。它们可以使用“水平的电力成本”（LCOE）进行比较，其中包括投资回收期，通常 20年的光伏，以及当前的投资利率。图2显示，对于1.4 €/ Wp（2014）的光伏LCOE，并考虑到太阳能条件，该值已经低于许多国家的电力成本。 太阳能技术具有最大的潜在容量，其次是风力发电。技术和制造业的进步仍然有可能持续降低成本。然而，随着可再生能源对电网的渗透增加，它们的发电间歇性必须得到解决，例如通过电力储存和需求管理。 分布式发电 你的力量走了多远？ 2015年美国微电网容量为1.54 GW，到2020年将增长到3.71 GW，可再生能源的比例将越来越大。- TGTM（2016） 分布式发电 Most power is produced by large, centralised plants and istransmitted over high - voltage cables to centre ofdemand, where local distribution networks delivery it toconsumers. The amount of power loss between sources ofsupply and points of 全球消费量平均为8%，在发展中国家，这一比例可能高于20%。 被称为分布式的发电意味着它是分散的并且连接到分配而不是传输网络。它采用了更灵活的发电技术，这些技术位于它们所服务的负载附近（例如Procedre小企业/社区)。这显著减少了损失。可行的分布式发电技术包括小规模可再生能源和热电联产，其中热量被使用而不是在集中式工厂的冷却塔中损失。 分布式发电提供本地系统的弹性和效率,减少温室气体排放,并降低电网向未连接社区的扩展成本。 Fig 2: Projected installation of distributed generationcapacity 储电什么时候会家里各店用电? 储电 电网规模的电力存储很少使用，唯一成熟的技术是抽水蓄能。增加的网格规模存储提供了许多好处。对于可再生发电机，它解决了间歇性发电的问题。目前，风力涡轮机和光伏电池板的输出在超过需求时被削减。对于传统的发电，存储可以满足需求的峰值。 必须保持空闲或构建的备用容量更多 容量。对于配电系统，存储可以防止变压器在高负载时过热。所有这些好处都可以降低成本，提高可靠性并提高可再生能源的经济性。 许多方法正在开发中。为了存储电力本身，有按比例放大的电池化学系统，电容器和磁体。其他技术包括将电力转化为压缩空气，液化空气，飞轮运动和高温热量（图1）。这是质量吸收的主要障碍 存储是资本成本。主要的候选者是锂离子技术（图2），其成本在2007年和2014年平均每年减少了14％。 氢气哪个氢利基将首先成功？ 美国每年生产约900万吨氢气，主要用于炼油和化学生产。如果用于燃料电池，则足以为20至3000万辆汽车或5至800万户家庭提供动力。-生态全球燃料（2012） 氢气 多年来，纯氢，作为气体或液体，在能源系统中作为一种存储， 发动机或燃料电池中使用点的载体和转换器，仅水作为产品。氢具有一系列生产选择（图1），具有不同的碳影响水平。目前的方法包括从天然气（甲烷）中化学提取和使用电来电解水。具有未来潜力的零碳过程是利用光能直接太阳能分解水，并利用微生物进行生物生产。 阳光或有机物。 氢已经实现了一些利基应用。 在德国，超过需求的风力发电用于电解。产生的氢气被添加到天然气的分配系统中，尽管该水平必须保持在15％以下以避免更换家用电器。由氢气供电的燃料电池用于仓库内的叉车，并为远程手机塔提供可靠的电源备份。氢燃料电池汽车提供。 与电池电动车辆相比，更快的加油和更长的范围。障碍包括以合理的成本大规模生产氢，安装足够的燃料供应基础设施，改善车载存储（图2）和降低车辆成本。 石油价格 你的生意有多暴露？ 石油生产的边际成本，即生产一桶的成本，从沙特阿拉伯的3美元到俄罗斯北极的120美元不等。- Knoema（2016） 石油价格 石油的未来价格是不确定的，它的变化会对任何经济体的健康产生至关重要的影响。价格飙升在全球经济衰退前不久就出现了，如1973年、1979 - 80年和1990年（图1），这表明了因果关系。价格下跌，如2008年，也可能是经济活动减少的征兆，而不是原因。 油价下跌有助于经济增长。石油 prices directly affect the cost of transporting goods, theproducts of materials based on oil products, and humantravel. Business production and distribution costs declines,which boosts investment and employment. As cost savesare passed on 对家庭来说，增加消费支出是对经济的额外推动。较低的运输成本改变了客运旅行和动态 of trade, making both exports and imports more attractiveover long distances. In contrast, oil exported countriesoften depends on tax revenues (Fig 2). The oil and g