化石能源除具有稀缺性外，燃燒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體，在全球能源短缺及“雙碳”達(dá)標(biāo)的大背景下，有人曾希望利用電力能源完全替代化石能源。

但是，電能在能量密度方面的優(yōu)勢(shì)與化石燃料之間的差距甚遠(yuǎn)，完全替代化石能源幾乎很難實(shí)現(xiàn)。

電力能源

近日，波茨坦氣候影響研究所的一項(xiàng)新研究為電力能源替代化石能源帶來(lái)了新的希望。

該研究顯示，電力領(lǐng)域正在試圖利用科技創(chuàng)新降低發(fā)電成本，到21世紀(jì)50年代，全球能源供應(yīng)的比例中，電力供應(yīng)將會(huì)超過(guò)化石燃料。由于電力能源的低成本優(yōu)勢(shì)，有利于促進(jìn)碳排放，達(dá)到《巴黎氣候協(xié)議》中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，還可以減少負(fù)排放引發(fā)的爭(zhēng)議。

相關(guān)論文以《低排放情景下可再生能源成本下降對(duì)電氣化的影響》為題發(fā)表，由德國(guó)波茨坦氣候影響研究所研究員貢納爾·盧德勒擔(dān)任通訊作者。

全球能源結(jié)構(gòu)呈這樣的現(xiàn)狀， 目前各領(lǐng)域供暖系統(tǒng)中，80%主要依靠直接燃燒化石燃料維持，電力供暖僅有20%。未來(lái)，氣候政策將全球變暖的溫度限制在1.5攝氏度～2攝氏度的范圍，這會(huì)使碳基燃料變得越來(lái)越稀缺，價(jià)格更加昂貴。

值得關(guān)注的是，光伏和風(fēng)力發(fā)電、電池存儲(chǔ)的成本下降速度比預(yù)想的要快。如果能再結(jié)合需求端的行業(yè)情況，在電動(dòng)汽車(chē)和熱泵等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，很有可能會(huì)給能源系統(tǒng)帶來(lái)根本性的轉(zhuǎn)變，使電力為基礎(chǔ)的終極用途在需求端某些行業(yè)中占主導(dǎo)地位。

到本世紀(jì)中葉，電能的使用可能占最終能源的6 6 % ，大約是目前電能使用水平的3倍，遠(yuǎn)高于相關(guān)氣候變化部門(mén)評(píng)估的以往氣候政策情景。

波茨坦氣候影響研究所的研究員貢納爾表示：“化石燃料便宜且容易獲取的情況將會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，而電力將成昂貴的能源來(lái)源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電等可再生能源的價(jià)格快速下降，目前為止，大多數(shù)氣候模型都低估了這一進(jìn)展。”

據(jù)悉， 該團(tuán)隊(duì)的計(jì)算機(jī)模擬顯示， 到2050年，綠色電力在所有能源中將變得最便宜。

貢納爾·盧德勒

電力在脫碳過(guò)程中的作用

該團(tuán)隊(duì)表示， 根據(jù)未來(lái)的能源轉(zhuǎn)型方案結(jié)果，電力在最終能源中所占比例會(huì)繼續(xù)上升。在可以參考的脫碳情景中， 按照當(dāng)前的政策發(fā)展， 到2050年， 電氣化的份額將會(huì)增加到33% 。與其他能源基線(xiàn)情況一致， 氣候政策也傾向加速這一電氣化趨勢(shì)。

該研究中一則能源數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2050年電氣化份額能達(dá)到34%～53%，由于最終用途部門(mén)的電氣化機(jī)會(huì)廣泛存在，隨著光伏、風(fēng)能和電池存儲(chǔ)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，到2050年1.5C-Elec和WB2C-Elec方案的電氣化份額分別可達(dá)66%和58%。

可再生能源電氣化主要特點(diǎn)和常規(guī)場(chǎng)景

隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能、電能日益主導(dǎo)能源供應(yīng)，最終用途的深度電氣化是推動(dòng)非生物能源、可再生能源在本世紀(jì)下半葉占據(jù)主導(dǎo)地位的關(guān)鍵因素。

關(guān)于集成的成本和光伏成本遞減的假設(shè)，主要影響太陽(yáng)能發(fā)電在發(fā)電中的份額，但對(duì)電氣化程度的影響較小。電氣化設(shè)想的另一個(gè)特點(diǎn)是，盡管經(jīng)濟(jì)活動(dòng)持續(xù)增長(zhǎng)，最終能源需求相對(duì)較低。

例如，電動(dòng)汽車(chē)的插座到車(chē)輪的效率約為80%，而內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的油箱到車(chē)輪的效率不到30%。用于空間加熱或低溫過(guò)程加熱的電熱泵一般具有三個(gè)或更高的性能系數(shù)。

在電弧爐中利用廢鋼生產(chǎn)二次鋼比在高爐中生產(chǎn)常規(guī)鋼減少了高達(dá)十倍的能源投入。

因此，電力在最終能源中的份額傾向于低估電力對(duì)提供能源服務(wù)和材料的貢獻(xiàn)。除了最終的能源需求，像以風(fēng)能和太陽(yáng)能為基礎(chǔ)的電力的過(guò)渡，進(jìn)一步地減少了一次能源需求，因?yàn)樗鼛缀跸嘶鹆Πl(fā)電廠的能量轉(zhuǎn)換損失。

電力時(shí)代到來(lái)，可再生綠色能源前景令人興奮

對(duì)于1.5C-Elec和1.5C-Conv兩種情景，以2020年～2050年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值折算的總損失計(jì)算，氣候變化緩解所消耗的總成本不到2%。

電力時(shí)代呼嘯而來(lái)之際，各個(gè)行業(yè)及地區(qū)只有對(duì)化石燃料加強(qiáng)監(jiān)管，才能保證在合適的時(shí)間內(nèi)讓大氣溫度達(dá)到合適的范圍，而多項(xiàng)監(jiān)管措施中碳定價(jià)至關(guān)重要。

該團(tuán)隊(duì)表示：“在本世紀(jì)內(nèi)，電力能源有可能在沒(méi)有任何氣候政策制定情況下，所占份額實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)一倍?！?p>

然而，要將全球變暖的溫度控制在2攝氏度以下，碳定價(jià)尤為重要。同時(shí)，有必要取消征收電力稅，擴(kuò)大電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，重新設(shè)計(jì)電力市場(chǎng)機(jī)制，刺激電力能源需求及市場(chǎng)活力。

未來(lái)，“氫”所涉及的鏈條會(huì)獲得更多的關(guān)注，它可以將再生電力靈活地轉(zhuǎn)換為綠色燃料。貢納爾表示：“如果這些因素結(jié)合在一起，基于可再生能源的綠色能源未來(lái)前景真的很令人振奮。” （摘自美《深科技》）（編輯/小文）