难啃的硬骨头：应对全球能源转型中的物理挑战

公用事业 2024-11-01 Mekala Krishnan, Chris Bradley, Humayun Tai 麦肯锡起风了

全球能源转型尚处于早期阶段，低排放技术部署率仅达到2050年目标的10%左右。当前能源系统虽经过数个世纪优化，但仍是全球85%以上二氧化碳排放的来源。为实现净零排放目标，需部署数以千百万计的新资产，并解决25个相互关联的艰巨挑战。

转型进程：能源转型涉及电力、交通出行、工业、建筑业、原材料、氢能和其他能源载体、减碳节能七个领域，目前主要集中在低难度用例，如太阳能、风能和电动汽车等。
挑战分类：25项重大物理挑战被分为三个难度等级：
- 第1级挑战（3项）：成熟技术的部署，阻碍最少。
- 第2级挑战（10项）：加速已知技术部署，扩大基础设施和投入。
- 第3级挑战（12项）：技术性能存在差距、相互依赖程度高、转型初期，约一半的减排目标依赖解决此类挑战。

电力：
- 第3级挑战：管理电力系统波动，扩大灵活调节能力。
- 第2级挑战：确保可再生能源用地、投资输配电基础设施、扩大电网、加速核电和其他清洁电力部署、增加电力需求灵活性。
交通出行：
- 第1级挑战：确保纯电动车终生减排优势、满足续航需求。
- 第2级挑战：扩大电动汽车充电基础设施和供应链规模。
- 第3级挑战：卡车运输、航空和航运脱碳难度大。
工业：
- 第3级挑战：钢铁、水泥、塑料和合成氨的去碳化路径。
- 第2级挑战：扩大低排放供热工艺规模。
建筑业：
- 第1级挑战：确保热泵在低温条件下的效率。
- 第2级挑战：管理热泵使用扩大带来的峰值电力需求。
原材料：
- 第2级挑战：加速关键矿产（锂、钴、稀土）供应，管理需求。
氢能和其他能源载体：
- 第3级挑战：减少氢生产能量损失，扩建氢生产和基础设施。
- 第2级挑战：管理生物燃料日益增长的用地要求。
减碳节能：
- 第2级挑战：利用成熟技术提高能效。
- 第3级挑战：从水泥等新“点源”中进行碳捕获，通过“直接空气捕捉”从大气中脱碳。