实现净零排放的行业途径——能源和公用事业的脱碳

能源和公用事业脱碳 全球移动通信系统协会是一个统一的移动生态系统组织，致力于发现、开发并提供创新基础，以创造积极的商业环境和社会变革。我们的愿景是释放连接的全面力量，使人们、行业和社会蓬勃发展。代表移动运营商和移动生态系统及相邻行业的组织，全球移动通信系统协会为其成员在三大支柱领域提供支持：益于善的连接、行业服务和解决方案，以及拓展业务。这项活动包括推进政策、应对当今最大的社会挑战、支撑使移动通信得以运行的技术和互操作性，并在MWC和M360系列活动上提供全球最大的平台，以汇聚移动生态系统。 GSMA Intelligence是全球移动运营商数据、分析和预测的权威来源，也是权威行业报告和研究的发布者。 我们的数据涵盖了全球每个国家的每个运营商组、网络和MVNO，从阿富汗到津巴布韦。它是目前最准确和最完整的行业指标集合，包含数百万个独立数据点，每日更新。 gsma Intelligence被领先的运营商、供应商、监管机构、金融机构和第三方行业参与者所信赖，以支持战略决策和长期投资规划。这些数据被用作行业参考点，并经常被媒体和行业自身引用。 我们邀请您访问 gsma.com 了解更多信息 我们的分析师和专家团队定期就各个行业主题发布思想领先的研发报告。 www.gsmaintelligence.com gsmaintelligence.com 作者：Tim Hatt，研究及咨询主管：Emanuel Kolta，高级分析师 我们感谢碳信托作为受信任的顾问，在这项研究的分析和建模方面提供了帮助。 碳信托 成立于2001年，碳信托与世界各地的企业、政府和机构合作，通过碳减排、资源效率战略以及低碳业务、系统和技术的商业化，帮助它们为更可持续的未来做出贡献并获得收益。 在诺基亚，我们创造帮助世界协同行动的技术。作为关键网络的可信赖合作伙伴，我们致力于在移动、固定和云网络领域实现创新和技术领导力。我们凭借知识产权和长期研究创造价值，并由屡获殊荣的诺基亚贝尔实验室领导。我们秉持最高的诚信和安全标准，助力构建更高效、更可持续和更包容的世界所需的能力。www.nokia.com 内容 1. 行业背景和整体可持续发展战略 4 2. 数字技术影响 6 103. 前往市场：机遇与挑战 1. 行业背景和整体可持续发展战略 能源和公用事业部门是整个经济中动力的主要来源。它约占全球排放的百分之多少。1与地理相关12%的CO2 从能源和公用事业中去除 9.1 Gt 的 CO2未来10年的市场（见图1）。 根据国内能源供应、经济增长率和政治环境的不同而变化。由于能源和公用事业是我们生活和工作的重要命脉，因此，对这一行业进行脱碳并转向清洁燃料，将在成功实现净零排放的道路中发挥关键作用。 至于我们分析中的所有其他部门，2020 年代是最具挑战性但也最为重要的建立动力的时期。COP26 的承诺提供了一些鼓励；例如印度已设定到 2070 年实现碳中和的目标，但在可再生能源方面有一个更快的进程时间表（到 2030 年国内能源使用的 50%）。然而，最终 COP 宣布中关于煤炭的措辞——逐步减少而非逐步淘汰——则不那么雄心勃勃，因为它并未承诺一个明确的时间表。 该行业可分为上游活动和下游活动两大组成部分：上游活动包括燃料采购和生产（供应端）；下游活动负责将能源分配到电网，最终供应给本地运营商和终端用户。实现脱碳的挑战涉及从化石燃料向可再生能源的大规模转型、技术采用以及行为改变。这些共同构成了一个可持续的模型，用于说明经济和家庭的日常生活能源供应方式。 本分析重点探讨移动和数字技术可以在多大程度上帮助电力公司及其他能源价值链上的企业减少排放，并转向更加平衡的能源传输与消耗模式。虽然向更清洁的燃料（尤其是氢气）的转变以及甲烷的减少也将带来显著的收益，但这些并不属于本分析的范围。 在未来三个十年内，在每十年中减少排放50%，以在2050年实现净零排放意味着 图1 在能源领域部署数字技术的几种选择是可行的。这些技术总体上正日益成为改造后的电网——智能能源系统（SES）——的一部分，集成了连接性和分析功能。在完整意义上，SES还包括改造后的供暖系统，用低碳热泵替代燃气和燃油锅炉。这将对CO减排产生重大影响2 为了分配和管理这两种可再生能源，电网配备了物联网传感器，这些传感器进而通过蜂窝或非蜂窝协议连接到移动网络、云和/或终端用户场所（住宅或商业）。 从能源使用但不在本次研究范围内。这里的建模和量化专注于配备了物联网传感器的可再生能源电网：连接的太阳能和风能电网。 超越互联电网、电池存储和剩余转售解决方案之外，智能电表（住宅、商业和电网）、私有网络、电动汽车（EV）充电和车网互动（V2G）连接都具有降低排放的潜在影响。这些内容将在数字技术影响。 脱碳驱动力：非数字 北欧的电力运营商Fortum公司还断言，碳捕获与封存（CCS）在电力生产上游部分封存排放中非常重要。然而，成本是CCS大规模部署的限制因素，人们正在努力展示其可行性，从而增加产量。 燃煤电厂的淘汰及用可再生能源和清洁的氢基燃料（“洁净煤”）替代，是co最大的潜在驱动因素 能源部门的减排。这涉及到从开采、精炼到其他行业继续使用过程中，化石燃料排放的主要来源。同时还需要减少甲烷排放，这些甲烷排放主要来源于石油、天然气和煤炭运营过程中的泄漏。 2. 数字技术影响 通过SES，一个数字化的能源生产、分配和终端客户使用的网络通过物联网传感器、连接性和分析相互连接。减少碳排放来自于转向风能和太阳能（以及其他可再生能源）、分配效率的提高、泄漏的减少以及更有效的利用 通过智能电表为客户节约能源。因此，连接的太阳能和风能电网是未来十年将显著扩大的能源服务系统的重要组成部分。还有其他几种数字技术可供使用。为了帮助理解这些技术如何带来效率和减排效益，表1提供了一些用例。 表1 • 荷兰的能源集团Enexis可以实时监控配备智能电表（eSIM，可通过空中升级）的住宅网络中的能源使用和分配。2020年，它安装了280万只智能电表（约占荷兰家庭的36%）。这导致家庭层面的能源消耗减少，并能快速识别变电站的停电情况（减少停机时间）。 为帮助传达实际效益，以下我们扩展了部分用例，并提供了现实世界部署的示例。 物联网传感器 我们估计，大约有35%的太阳能光伏电网拥有物联网连接，而风能的相应比例则为10%。这些比例将在2050年 scalability 至75%，这是由规模经济的成本降低和效率节省的证据点所推动的。下文中的例子说明了正在发挥影响机制。 电池存储和分配 电池是调节电网供需的关键手段，并为商业场所提供了一种具有成本效益的能源。企业和住宅客户可以利用在低谷时期（例如，夜间充电的风力发电装置）存储的能量用于白天，允许将过剩电力卖给电网，前提是家里的电表配备了连接功能（通常是运行LTE或在某些情况下是GSM的蜂窝物联网模块）。 智能电网 互联电网依赖于安装在配电资产和开关点（这些开关点也可以使用LTE或5G私有蜂窝网络）的传感器，这些传感器支撑着数据收集和分析。可再生电网历史上规模较小（例如工业地产或小农农业设施），但嵌入式蜂窝连接意味着这些可再生电网可以扩展以连接更广泛的区域，并最终接入国家电网。 • 荷兰的 KPN 公司已将部分网络交换站重新配置为使用镍电池。在电力负荷紧张或发生停电时，多余电力可以作为主电网的补充或替代。电池电力来源于主电网和可再生能源（风能和太阳能农场）。移动网络连接支持数据传输和物联网分析（例如当前支付的电网电价或实际传输负载量），这有助于更准确地预测未来的峰值和低谷。 • 欧洲（尤其是斯堪的纳维亚）是可再生能源部署的领先地区。意大利的国家电网运营商Enel正在对电网进行改造，安装与用户 premises 和电动汽车互联的传感器。这提供了更高效的电力分配，并将消费者和车主转变为“产消者”——积极成为商品生产者或销售者的消费者——他们可以从更智能的能源使用中获得经济利益。 蜂窝网络连接性 • 风能比太阳能稍显不成熟，有10%的风电场配备了物联网传感器（风力涡轮机或处理系统）。例如，西门子将物联网传感器集成到风力涡轮机的设计中，以实现能源生产监测和可用于预先进行维修的数字孪生，从而节省外出维修成本并优化发电能力。 蜂窝连接在能源和公用事业网络中有多种应用。我们在此概述了私有蜂窝网络、计量后能源管理和电动汽车及其相关充电基础设施的关键关注领域。 私有网络 智能电表 私有网络提供高品质连接，具有保证的或隔离的服务质量（QoS）。私有LTE或5G网络可在点位置以及覆盖更大范围（超过50,000平方公里）的分布式网格中运行。这些优势来自于监测电力配送、预防故障和自动化电网操作，这些操作可以从控制中心进行管理。 终端用户处和电网点的智能电表是能源系统（SES）运行的基础。通过精确跟踪每日用量，终端用户的能源消耗可以减少（例如，英国燃气公司报告称使用智能电表的客户用量降低了5%）。与电网的连接还使得住宅或商业场所（例如工业园区上的太阳能板）可以将多余的能源卖给电网，以缓解高峰用电时段和停电。 • 西方电力生成公司（WPG），英国一家区域电力运营商，与诺基亚合作部署了一个4.9G私有LTE网络，用于通过SCADA进行电网监控，并在其业务覆盖范围内进行语音/数据通信，实现故障识别和更均衡的电网分布。 • 北欧的一家发电集团Fortum在其发电厂中使用传感器和分析技术来提高运营效率。人工智能允许大量数据摄取和分析，从而提高发电厂的运营效率。该公司还在探索5G的潜在应用。 电动汽车和充电（车辆到电网；表格中未显示） 电动汽车将成为降低交通排放的最大因素（全球1 Gt，或约相关CO 2030年前该领域所需的减排量的24%）。这取决于电动汽车充电桩的可用性，以及它们通过传感器和连接性（无论是LTE还是5G）与电动汽车和电网的连接。配备物联网的电动汽车远程信息处理系统优化路线和电力消耗，在靠近充电桩时通知驾驶员，并且至关重要的是，通过车网互联实现向电网出售多余能源。 计量点后能源管理BTM安装点为本地或工业场所（如工厂、校园或农场）提 供用于消耗的能量，通常使用太阳能、风能或其他可再生能源。这确保了生产者运营的供电，无需完全依赖电网。在法规允许的情况下，生产者可以将过剩电力出售回电网（有时有一个预定义的限制），这有助于管理峰值需求响应并使消耗均衡。BTM安装点与电网之间的协调需要资产（例如太阳能光伏、智能电表、电网交换点）连接，这些资产可以利用LTE或5G连接。 • 特斯拉，全球最大的电动汽车制造商，拥有一个由25,000个充电站组成的网络，这些充电站已接入电网，并通过智能手机应用程序即可使用。这些充电站一直为特斯拉车主提供使用，但该公司现在正扩大对使用联合充电系统（CCS）端口的其它汽车制造商电动汽车车主的开放，例如梅赛德斯、福特和大众。 • 美国电报电话公司正在扩展其 Grid Wide 产品，使用 LTE 连接。当地或州级能源供应商或合作社客户的住宅处智能电表连接到电网。 • 英国石油公司开发了一套名为脉冲（英国）的充电方案，该方案根据车辆需要重新充电的时间，促进邻近的电动汽车和充电站之间的数据传输，同时允许车主向电网出售多余的电力。 • 夏威夷电力公司（HECO）在其客户电网供应计划中正在使用威瑞森的 Grid Wide。安装了太阳能光伏或电池存储的住宅客户将多余能源分配到电网。HECO需要对再分配进行一定程度的控制，而这反过来又取决于连接性，以实时监控每个家庭和电网的消耗水平。 3. 前往市场：机遇与挑战 实现全球能源生产、传输和消费的脱碳化是应对全球气候变化和向可持续绿色经济转型至关重要。虽然这将需要大规模地从化石燃料转向可再生能源以及清洁生产/精炼工艺，但连接性和数字技术在协调能源系统（SES）中发挥着基础性作用。 亚洲的大型耗电国家可再能产能远少得多。 未来十年，随着基础设施和互联网络的