日立ABB電網(wǎng)首席技術(shù)官Gerhard Salge近日發(fā)表署名文章，闡述了電力將成為塑造碳中和能源系統(tǒng)的關(guān)鍵。他指出，在條件具備的情況下，只有構(gòu)建更加靈活和互聯(lián)的電力系統(tǒng)才能實現(xiàn)全球的電氣化發(fā)展。

電力將成為整個能源系統(tǒng)的支柱

電力技術(shù)自200多年前問世以來，已經(jīng)顯著改善了我們的生活水平。但在未來30年，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展而進行的電氣化的變革將帶來前所未有的更大影響。近期，圍繞全球能源系統(tǒng)發(fā)展的多項研究分析顯示，到2050年之前，全球電力消耗在能源需求總量的占比將從當(dāng)前的20%增長至40%。而世界部分地區(qū)的電氣化水平還將更高。所有的預(yù)測都得出了同樣的結(jié)論：碳中和世界的未來將屬于電力。

三個驅(qū)動要素將助力實現(xiàn)這樣一個碳中和電力的未來：大規(guī)模風(fēng)能、太陽能和水力發(fā)電并入電網(wǎng)；全球交通、建筑和工業(yè)領(lǐng)域的電氣化；在直接電氣化效率低或無法實現(xiàn)電氣化的領(lǐng)域，引入補充性和可持續(xù)的能源載體，如綠色氫能。

這些要素相結(jié)合將為我們提供一個堅實的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，電力將成為我們整個能源系統(tǒng)的支柱，并助力社會可持續(xù)發(fā)展。

讓世界實現(xiàn)電氣化的最有效、最清潔和更具成本效益的方式就是提升可再生能源發(fā)電裝機容量，并充分利用自然界儲備豐富的風(fēng)能、太陽能和水資源。因此，我們估計全球可再生能源裝機容量在2050年前會至少增長十倍。

挑戰(zhàn)：應(yīng)對電網(wǎng)復(fù)雜性 擴大電網(wǎng)容量

可再生能源發(fā)電將推動電氣化的進程，但其大規(guī)模增長也會帶來諸多新的挑戰(zhàn)，我認(rèn)為其中兩項挑戰(zhàn)尤為突出：大量分布廣泛和難以預(yù)測的發(fā)電場所將增加電網(wǎng)的復(fù)雜性；同時，電網(wǎng)需要大幅升級和擴充容量，以適應(yīng)電力需求的快速增長。

為了管理波動的電力生產(chǎn)和新的消費模式，我們的能源系統(tǒng)需要更加靈活，并需要新的技術(shù)手段來實現(xiàn)這一目標(biāo)。采用電力電子技術(shù)的創(chuàng)新電網(wǎng)組件將提供靈活的性能，使電網(wǎng)運行變得更加高效。傳感器將提供必要的信息，而數(shù)字化解決方案則可以處理智能電網(wǎng)控制中心的大量信息。這些技術(shù)將幫助我們在一個前所未見的動態(tài)環(huán)境中更快地做出決策。

第二個挑戰(zhàn)即擴大電網(wǎng)容量，這可以通過兩種方式來解決：優(yōu)化利用現(xiàn)有電網(wǎng)；升級和擴展電力系統(tǒng)。在這里，我們可以依靠電力電子和數(shù)字化技術(shù)的巧妙組合來優(yōu)化現(xiàn)有電網(wǎng)中銅和鐵的效率。例如近期在蘇格蘭，我們?nèi)碌母邏褐绷鬏旊娋€路將設(shè)德蘭群島（Shetland Islands）與英國輸電系統(tǒng)連接起來。這條輸電線路將提升電力供應(yīng)安全，并幫助將島上產(chǎn)生的風(fēng)電輸送到英國電網(wǎng)，為英國在2050年之前實現(xiàn)溫室氣體凈零排放的脫碳目標(biāo)做出貢獻。

未來，電網(wǎng)容量需要擴大兩倍以上，這需要延伸高壓電網(wǎng)，并實現(xiàn)跨區(qū)域的電網(wǎng)互聯(lián)，將偏遠地區(qū)（如離岸數(shù)公里的風(fēng)電場）產(chǎn)生的可再生能源并入電網(wǎng)。未來，人類甚至可以想象利用來自北極的風(fēng)能。

從需求側(cè)的角度來看，電網(wǎng)容量的大幅擴充將使一些目前低負荷地區(qū)的電氣化水平得到大幅提升，這些區(qū)域遠離對電力需求較高的人口密集的城市。舉例而言，電氣化讓越來越多的數(shù)據(jù)中心更易于建設(shè)在偏遠地區(qū)。我們也可以期待看到更多的工業(yè)企業(yè)，如鋼鐵廠和采礦廠，從碳密集型工藝向電氣化轉(zhuǎn)變，同時提升生產(chǎn)效率。

在未來的三十年中，我們很有可能看到，電力系統(tǒng)將在目前電網(wǎng)擴張計劃中較少觸及的區(qū)域內(nèi)得到更多發(fā)展。

能源系統(tǒng)的靈活性、儲能及補充性能源載體

向碳中和能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的進程取決于未來高度靈活的能源系統(tǒng)。由于需要將大規(guī)模和不穩(wěn)定的分布式可再生能源并入電網(wǎng)，能源系統(tǒng)需要應(yīng)對日益增加的復(fù)雜性。

每當(dāng)需要提升電網(wǎng)靈活性的時候，第一個同時也是最為認(rèn)可的技術(shù)方案即電網(wǎng)擴展和電網(wǎng)互聯(lián)。一旦電網(wǎng)容量達到上限，儲能就開始在實現(xiàn)碳中和能源系統(tǒng)的進程中扮演重要角色。在過去幾年中，電池儲能已取得了令人矚目的進步。隨著可再生能源電力生產(chǎn)的興起，對短期電力儲能的需要日益增長，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電池技術(shù)正在成長為滿足短期儲能需求的主要解決方案。這一技術(shù)將提供更大的靈活性和更具吸引力的成本效益比。

在當(dāng)今能源系統(tǒng)中，能夠?qū)﹄娏ιa(chǎn)變化起到緩沖的方式，除可再生水力發(fā)電外，主要來自于化石能源載體，例如石油、天然氣和煤炭。這些在能源系統(tǒng)中導(dǎo)致排放密集的元素需要在未來的碳中和世界中逐步淘汰。

在直接電氣化不可能推行或無法實現(xiàn)時，我們需要補充性的能源供給。研究表明，作為一項正在加速發(fā)展的技術(shù)，氫能將具有重要意義。在規(guī)劃季節(jié)性儲能需求時，挖掘氫能的潛力可能會發(fā)揮重要作用。然而為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，我們關(guān)注的是由可再生能源產(chǎn)生的綠色氫能。

綠色氫能還可以促進降低那些不能輕易進行直接電氣化的行業(yè)的碳強度，例如交通部門的部分領(lǐng)域（如飛機和大型船舶）。這就回到了我的主要觀點，即電力是我們未來能源系統(tǒng)的支柱，因為綠色氫能也是用電產(chǎn)生的。

在規(guī)劃和設(shè)計未來的能源市場時，決策者應(yīng)考慮的一個重要方面是不要過度依賴某一個方向。電力系統(tǒng)的擴展和互聯(lián)，為瞬時連接不同的時區(qū)甚至不同的氣候區(qū)提供了機遇。然而，未來的能源系統(tǒng)既需要互聯(lián)又需要儲能。這不應(yīng)該是非此即彼的問題，因為它們是相互補充的。

為信任、合作和正確的投資創(chuàng)造更佳環(huán)境

在邁向碳中和能源系統(tǒng)的過程中，時間至關(guān)重要。最近出臺了幾項頗受歡迎的政策公告和倡議，為碳中和的未來設(shè)定了宏偉的目標(biāo)。其中包括旨在加速歐盟綠色交易的刺激措施和目標(biāo)，以及英國、日本、中國和韓國等多個提出的目標(biāo)。

這些舉措值得稱贊，但同時也需要加快計劃和執(zhí)行周期，以釋放對能源基礎(chǔ)設(shè)施的必要投資。決策者需要制定清晰的時間表并落實執(zhí)行，包括建立正確的監(jiān)管框架并確保在關(guān)鍵領(lǐng)域內(nèi)（如電網(wǎng)規(guī)范和市場機制領(lǐng)域）進行一定程度的協(xié)作。為了更大化普及可再生能源的應(yīng)用，區(qū)域性的互聯(lián)電網(wǎng)也變得越來越重要。合作顯然將成為關(guān)鍵的成功因素。

我們正在解決一個基本的社會問題——為所有人提供可負擔(dān)、可靠和可持續(xù)的能源。從驅(qū)動電動汽車的北極風(fēng)能，到為空調(diào)系統(tǒng)供電的沙漠太陽能，碳中和能源系統(tǒng)將重塑世界。面對這一艱巨的挑戰(zhàn)，方法不分高下，我們需要所有的可持續(xù)解決方案，無論現(xiàn)在還是將來都是如此。我們不應(yīng)浪費精力和時間來爭論哪種方式更好，而應(yīng)專注于建立可持續(xù)的伙伴關(guān)系，只有這樣我們才能加速進程并產(chǎn)生更大影響。

在先進技術(shù)的幫助下，為今天和未來的世世代代建立一個全球的、互通互聯(lián)的且真正可持續(xù)的能源系統(tǒng)，將為社會的可持續(xù)發(fā)展帶來難以預(yù)估的價值。致力于實現(xiàn)這一愿景讓我倍感興奮與自豪。