全球能源转型展望：新型电力系统—电力、可再生发电和电网分析和预测至2050

电力，可再生能源发电，和网格到2050年 我们的预测对目前的diffi崇拜并不敏感面对可再生能源行业，特别是风能权力，是由紧张的供应链和现金流造成的。但是这些直接的压力只会很小对可再生能源份额的抑制作用到2050年的电力组合。发展主线很清楚。新权力现实的速度被各国所拥抱将对安徽有深刻的影响他们经济的竞争力。显然，然而，这不仅仅是经济效率股份。我们能源的成功电气化fi阳离子系统是我们可以采取的最重要的一步使世界更接近巴黎协定。 2050在假设的两周内恶劣的天气条件和没有风力发电。 前文 关于本报告 新的电源系统-系统最的电力是由太阳能和风-准备成为新的几乎每个国家的能源现实接下来的三十年。 我们预计人均GDP平均增长60%从现在到本世纪中叶。随着家庭变得更加繁荣，他们将他们的最终用途越来越电气化。在这样做的时候，他们将利用较大的EFfi系数，电力带来-例如流动性和加热-总的来说，我们fi发现家庭将是在能源上花费的收入越来越少需要。在宏观层面，世界将支出大约是能源百分比的一半2050年全球GDP比现在高。 本报告扩展了我们的电力预测第2章我们的能源转型展望,2023年。DNV能源系统部门的专家有为本报告提供了额外的材料需求建模、电网运营、数字化和人工智能，以及新的市场模式和为fi灵活性提供资金的机制。 电子fi阳离子，更具体地说，fi脱碳电力对正在进行的能源转型至关重要也是fi对抗气候变化的核心。这对人类的福祉也至关重要：我们是进入一个电力将带来清洁的时代，EFfi有效，现代能源几乎适用于每一个这个星球上的个人。 在本报告中，我们加深了对以下方面的报道： -需求响应和相关的技术和fi财务考虑因素-按小时对电力系统进行建模以进行测量恶劣天气的影响，包括一例覆盖英国权力的无风两周市场-网格增强技术-数字化的影响，重点是抵制变革、网络安全和人工智能-fi灵活性市场对加强全球电动汽车的参与在提供车辆到电网服务方面，以及关于平均持续时间的不同假设公用事业规模的锂离子电池存储-市场设计，以促进fi灵活性和长期性-电力脱碳的定期投资 获得绿色奖具有挑战性，需要以声音为基础的投资和大胆的政策了解能源技术。新市场必须实施确保需求的模型遵循供应，而不是相反，这是目前的情况。这些是我们探索的主题在这份报告中深入。可变可再生能源需要与足够的存储空间配对。更改需求模式，尤其是新的需求来源必须预期基于电解的氢气，并且回应。电网必须超过两倍在容量上，以及在新建筑转变的程度上-任务和分配将需要时间，网格增强技术(GET)应该被实施以获得现有网格中最大的。这是一个数字之一数字化投资至关重要的领域在新的电力系统中，包括，正如我们所展示的，人工智能的投资和部署。 我希望这份报告能激发行动。一如既往，我期待您的反馈。 我们预测风能和太阳能可能会供应到2040年，世界电力的50%。到本世纪中叶，该份额将上升到近70%。到那时全球用电量将增加一倍与今天的使用相比。 这些是DNV中的一些核心fi编码预测的背后是一个全面的系统能源供应、使用和贸易的动力学模型到2050年，在10个世界区域内和之间。该模型旨在捕获发生的动态每年或更长时间。然而，你会在这份报告中发现，我们的电力市场方面预测解决了供需动态例如，我们可以向您展示英国新电力系统在 CONTENTS 4网格4849535656574.1电网预测4.2拥塞——复原力稳定性4.3数字化电网运营灵活性和存储5.1灵活性56162656668—绿色氢5.2储电—价格套利与锂离子电池储能6政策、fi灵活性和可负担性70717375766.1促进和促进fi灵活性6.2脱碳电气化fi阳离子投资—非自由化市场中的特殊fic问题6.3解决能源三难问题 参考文献79 41 81项目团队 单击该部分你想探索! HIGHTS 电力的种植和绿化 电网是新电力系统成功的关键 -在全球范围内，电网容量将增长2.5倍，每年到2050年，电网支出增加一倍以上，达到9700亿美元-网格增强技术（GET）的组合可以扩展现有电网容量在短期内减少10%至50%中期，“新线”建设加速- GET和新的连接取决于一个主要的数字化升级 到2050年，全球电力需求将翻一番到2040年，全球50%的电力将被供应太阳能和风能；到2050年，这一份额将上升到70%到2050年，电力将脱碳近90％ 新的需求模式和fi灵活性 -到2050年，对短期fi灵活性的需求将翻一番-锂离子电池将在全球范围内主导流动性需求2050年，提供比水力发电多三倍的储存量&抽水蓄能-使需求跟随供应将是一个关键方面新电力系统-需要创新的新市场设计来刺激快速fi灵活性市场、需求响应和电力脱碳的长期投资-强大的网络安全和建立信任的人工智能系统是数字化的关键推动者 新的电力系统将为社会负担得起和个人 -尽管电网投资较高，但电网费用转嫁给世界大多数地区的消费者将保持稳定或下降-消费者的电力单位成本可能保持稳定；电子fi阳离子将降低家庭整体能源消耗-新的电力系统可能会带来实质性的绿色不仅是家庭的红利，也是城市和国家的红利，加强更深入和更快过渡的理由 从现在开始，太阳能发电量预计将减半和2050年，使太阳能成为最便宜的能源-tricity在21美元/兆瓦时左右。风能的LCOE是预计将下降44% (在岸)，36% (离岸fiX)和到2050年的75% (离岸fiX)。 产生了13%。到2040年，这两个来源将负责50%的发电量，到2050年迅速上升到70%。2050年，82%电力将来自可再生能源— i.e.水电、地热和生物质太阳能和风能。核能将仅占6%到2050年发电量(从其目前的份额为9%)，尽管绝对值增长了41%从今天开始，这表明它是多么的巨大电力组合即将发生的变化。那世界上只有12%的电力到2050年从化石来源-一个显著的逆转对于煤炭、天然气和石油，但与净零排放轨迹。 执行摘要 世界的地区。的快照区域电力混合in 2040说明了这一点(表1)。到2050年，所有地区远高于太阳能和风能的50%大关他们的力量混合在一起，只有东北欧亚大陆仍然严重依赖化石fi红色一代。图2说明了生长和绿化的现象电力三大区域电力：市场：中国、北美和欧洲。 快速变化：生长和绿化 在接下来的25年里,全球电力需求设定为双。2022年，电力占世界的20%final能源使用。到本世纪中叶，这将是37%。 只有12%的电力来自化石2050年的来源-一个显著的逆转，但是结果与净零轨迹不一致。 这种显着的膨胀和脱碳权力既是由政策驱动的，也是由戏剧性的和风能和太阳能成本的持续降低代。均衡的能源成本(LCOE) for 同时,电力将被绿化(图1）.去年，风能和太阳能在电力中所占的份额 随着世界各地的家庭稳定通电，电力在建筑物能源结构，从2022年的34%上升到52%在2050年。电力使用制造将几乎绝对值加倍，特别强工业热泵市场的增长制成品的生产和电弧炉在炼钢中的份额到2050年，26%到49%。 新的需求来源 全球电力需求将从33PWh到2050年达到68 PWh。这种增长主要是由通过对现有应用程序的迅速增长的需求以及全新的需求类别。运输的电气化fi阳离子，四分之三的世界汽车将在2050年实现电动化，增加7PWh作为新需求。电解槽连接到网格将使用3.4 PWh / yr (图3)提供绿色氢和电子燃料。随着气候变暖，扩大的需求空间冷却将添加一个到本世纪中叶，额外的7.5 PWh / yr需求。 计量(带有用于覆盖决策的选项)先进的关税计划是两者对规模的有效需求响应住宅和工业消费者。 新的需求模式 启用需求跟随供应变量可再生能源发电将是必不可少的未来电力系统中的元素。这个涉及既定范式的逆转供应应始终与需求保持一致。同时考虑到给定的限制网络，需求可以转移到吸收峰值或在没有可再生能源发电的情况下出现低谷存储或作为昂贵存储的替代方案options. The potential for需求响应是非常大。然而，消费者的fi财务收益应该胜过努力，这并不总是在目前的电力系统中清除。自动化通过智能激活需求响应 需求响应可能会导致新的模式同步行为，与电动汽车一起和热量的电子fi阳离子，将使需求更相关。这带来了挑战电力供应商要充分预测必要的生产水平。然而，更广泛的采用智能电表和其他监控设备将提供更多的数据复杂的数据驱动模型来应对需求模式的转变。 电池将与可再生能源集成或作为独立系统运行。持续的生存能力热电厂的数量将越来越多地由以下因素决定他们的操作能力(而不是)ramp功率的能力生产迅速上升和下降将变得至关重要，延长期间的运营成本也是如此，在廉价的可再生能源占主导地位。 到2030年，公用事业规模锂离子电池系统的成本预计将进一步跌破200美元/千瓦时到2050年降低到大约140美元/千瓦时。随着成本的降低，平均存储时间锂离子电池系统将会增加。然而，需要-存储时间更长-长达24小时-可能会遇到不同的电池化学物质，使用钒汽车电池显示出希望技术经济前景。抽水水电将继续在长期发挥突出作用存储，但它受到地理限制约束。最后，生产绿氢用剩余的可再生能源供电的电解槽功率将增加一个重要的额外元素fi灵活性。 关于fi灵活性和存储的新市场 解锁网格 作为可变可再生能源的份额(VRES)在能源结构中增长，这是一个主要的新市场因为fl将出现供需的灵活性。我们估计，随着VRES的8倍增长，全球需要短期fi灵活性几乎将双（图4）。灵活性市场将因地理位置，取决于可再生能源等因素穿透力和互连器的可用性国家内部和国家之间。锂离子电池出现作为全球flx灵活性的主要来源，以及我们预计它们的容量将激增至1.2 TWh2030年，到2050年进一步扩大到27 TWh。这些 重复了“没有传输的过渡”在COP28在阿拉伯联合酋长国的咒语(阿联酋)。我们预测全球电网、输电、和分布相结合，长度将增加一倍从2022年的1亿电路公里（c公里）到2002050年为百万c公里，以促进快速有效的fi电力转移。相同网格将增长2.5全球容量的时间。一个小而重要的这个建筑的一部分是快速发展的海上电网-增长约14倍，从20万c公里至260万c公里。 电动汽车将在 fi灵活性市场。智能计量方案采取保持与激励措施车辆到电网充电设备，我们对10%的电动汽车进行建模-对应到2050年大约15 TWh -将在任何地方提供给定的时间来为网格提供孚灵活性。 一个巨大的新建筑计划就在前面，这在美国，中国，欧盟，日本等等。还有越来越认识到区域的重要性互连使用HVDC线路，保持潜力不仅增强了能源安全，而且fi灵活性，但也避免了大量的世代，存储和相关基础设施投资个别国家。 在短期内，转型面临挑战of ‘僵局'，一个广泛描述可再生项目和主要项目的队列越来越多申请连接电网的需求中心，以及迫在眉睫的拥堵问题，电力需求和供应超过(峰值负载)电网基础设施的容量。一个巨大的几乎需要专注于新的电网建设每个国家。然而，存在一个非常大的潜力 电子产品、传感器和智能电表将升级在未来几年。世界经济论坛(2023b)估计数字技术可以节省1.8万亿美元的电网到2050年的全球投资，而未能升级和数字化网络基础设施承载级联经济成本为1.3万亿美元。 for网格增强技术(GET)来解决使用当前的网格基础设施造成的拥塞更有效的fi-增加10%到50%的任何东西额外的容量-大规模的购买时间需要加速的新项目。然而，我们表明，这两者都是一个重大的偶然性GET和newbuild是速度和（网络）安全电网控制的数字化改造中心和基础设施。 数字化和人工智能(AI) 目前的电力系统已经在最大和最复杂的网络物理网络在世界上，有数以百万计的互联设备同步行动。新的电力系统将更加复杂，随着引入大量可变的可再生能源、储能和需求响应。在我们调查的电力专业人士IT和运营技术(OT)，包括电力 从安全角度来看，网络攻击表面数字转向发电、电网和需求是与日俱增。事关重大。全球范围内，一系列新的网络安全立