在各國陸續(xù)給出“碳中和”時(shí)間表的當(dāng)下，可再生能源的作用已不可或缺。

近日，國際可再生能源署（IRENA）聯(lián)合中國國家電網(wǎng)發(fā)布的《可再生能源智能電氣化：推動(dòng)能源服務(wù)轉(zhuǎn)型》報(bào)告顯示，要想實(shí)現(xiàn)將全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內(nèi)，能源系統(tǒng)電氣化將是中短期內(nèi)的重中之重。

全球能源使用變遷

報(bào)告顯示，在1800~2019年的全球能源使用變遷進(jìn)程中，主導(dǎo)全球能源使用的是傳統(tǒng)生物質(zhì)能（traditional biomass），即太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，例如薪柴、秸稈、稻草、稻殼及其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物和畜禽糞便等。由于這一能量形式直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，因此可非常便捷地轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。

位居其后的是更為熟知的煤炭、石油等傳統(tǒng)能源。相比之下，氫能、風(fēng)能、水能等可再生能源使用的占比并不大。不過，一個(gè)可觀的趨勢是，進(jìn)入20世紀(jì)后，尤其是20世紀(jì)下半葉，在全球能源使用中，傳統(tǒng)生物質(zhì)能的占比開始逐漸降低，從此前的100%逐步放緩至2019年不足10%。同樣，煤炭、石油的使用占比也開始降低，以風(fēng)能、氫能為代表的可再生能源使用占比異軍突起。

波茨坦氣候影響研究所的研究員魯?shù)聽枺℅unnar Luderer）認(rèn)為，長期以來，化石燃料價(jià)格低廉、容易獲取，成為發(fā)電的首選。然而，可再生能源發(fā)電，特別是依托太陽能的光伏發(fā)電的成本如今飛速降低，迄今為止，大多數(shù)氣候模型都低估了這種降速。這一進(jìn)展可以根本性地改變能源結(jié)構(gòu)。魯?shù)聽柦Y(jié)合全球碳價(jià)進(jìn)行電腦模擬的結(jié)果顯示，到2050年，綠色電力將成為最便宜的能源形式，能夠供應(yīng)四分之三的能源需求。

可再生能源發(fā)電占比需提高

根據(jù)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)，到2050年全球化石能源消費(fèi)量下降須超過75%，可再生能源在全球一次能源消費(fèi)量中的比例要增長到74%。同時(shí)，世界各國也承諾“努力將全球平均氣溫上升限制在工業(yè)化前平均溫度的1.5攝氏度”。

國際再生能源署認(rèn)為，將全球升溫幅度限制在1.5攝氏度以內(nèi)在技術(shù)上是可行的，但全球能源系統(tǒng)必須經(jīng)歷一次巨大變革，以代替現(xiàn)有基于化石能源為主的系統(tǒng)。

國際可再生能源署的數(shù)據(jù)顯示，截至2020年，各國對(duì)清潔能源的投資累計(jì)達(dá)5.9萬億美元。這筆投資的一半（3萬億美元）聚焦改善能源使用方面，而真正對(duì)于可再生能源的投資僅為1.5萬億美元。另有1.3萬億美元用于基建和電氣化改革。國際可再生能源署預(yù)測，在2021~2023年間，國際社會(huì)對(duì)于可再生能源的投資會(huì)以年均2萬億美元的速度增長。

這些新的資金投入將對(duì)全球可再生能源的使用產(chǎn)生何種影響？國際可再生能源署認(rèn)為，隨著可再生能源領(lǐng)域成為投資者的寵兒，在能源系統(tǒng)變革中，可再生能源的使用將會(huì)從2015年占總能源消費(fèi)中的18%，上升到2050年的三分之二。

“如今，在工業(yè)、交通或建筑供暖的能源需求中80%是通過燃燒——主要是化石燃料的燃燒——來直接滿足，只有20%依靠電力。研究表明，到2050年，這種局面將得到扭轉(zhuǎn)，易于脫碳的電力或能成為全球能源供應(yīng)支柱，使得減排目標(biāo)更易實(shí)現(xiàn)。”魯?shù)聽栒f。根據(jù)國際可再生能源署的預(yù)測，要加緊落實(shí)2050年的去碳化目標(biāo)，可再生能源在電力部門的使用占比就要從2015年的不足5%提升至30%以上。

可再生能源如何實(shí)現(xiàn)電氣化

國際可再生能源署此前發(fā)布的《2021年世界能源轉(zhuǎn)型展望報(bào)告》顯示，到2050年，電力消耗將增加一倍以上，占全球最終能源消耗的50%以上。因此，可再生能源電氣化的步伐必須進(jìn)一步加快，以滿足到2050年全球清潔電力的更大需求。

前述《可再生能源智能電氣化》報(bào)告顯示，2017~2050年的能耗在智能電氣化情景下，盡管初期與“基準(zhǔn)情景”下的能耗結(jié)果相差無幾，但隨著時(shí)間的推移，即便在2030年的能耗峰值期間，“智能電氣化情景”下的能耗也依舊遠(yuǎn)低于“基準(zhǔn)情景”。而且，到了2050年，得益于智能電氣化，能耗基本從頂峰回落到2017年的初值。

那么，在可再生能源智能電氣化的進(jìn)程中，來自高碳化石燃料的電力將繼續(xù)被太陽能、風(fēng)能、氫能和其他可再生能源所產(chǎn)生的清潔、低碳電力所取代。

在不同的可再生能源發(fā)電種類中，相對(duì)而言波動(dòng)性低和成本低的太陽能光伏（30%）和風(fēng)能（24%）技術(shù)預(yù)計(jì)將占全球發(fā)電總量的大部分。而且，隨著能源終端應(yīng)用從化石燃料轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Γ茉捶?wù)的電氣化將變得更為普遍。

上述報(bào)告認(rèn)為，數(shù)字化技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要，是擴(kuò)大可再生能源發(fā)電和普及電氣化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。諸如智能數(shù)字設(shè)備、信息和通信技術(shù)（ICT）的部署，以及相關(guān)操作的實(shí)踐，旨在通過更靈活的方式滿足可再生能源的電力需求，優(yōu)化電力交付和使用過程，提供更高效率的用電服務(wù)。

對(duì)于各能耗終端而言，可再生能源的智能電氣化未來還有很大的空間。以建筑部門為例，目前每年能源消耗量高達(dá)122艾焦（EJ，艾為10的18次方），約占全球終端能耗的30%。其中，一半以上的能源由天然氣、石油、煤炭或生物質(zhì)能提供，電力約占住宅建筑能源消耗的24%，其中主要用于商業(yè)和公共建筑。因此，報(bào)告認(rèn)為，未來通過電加熱器進(jìn)行供暖以及使用電爐和電烤箱烹飪，或者使用可再生電力生產(chǎn)的氫氣或合成甲烷等燃料，通過天然氣管網(wǎng)供給家庭和商業(yè)建筑，有助于建筑行業(yè)的智能電氣化。

對(duì)于交通運(yùn)輸行業(yè)也是如此。目前，包括公路、鐵路、海運(yùn)和航空的全球交通運(yùn)輸部門每年能源消耗量高達(dá)121艾焦，耗能僅次于建筑行業(yè)，但其中僅有約1%的能源由電力供應(yīng)。因此，報(bào)告認(rèn)為，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域急需實(shí)現(xiàn)能源的電氣化，比如利用可再生電力生產(chǎn)氫氣，為燃料電池汽車或長途運(yùn)輸火車提供動(dòng)力，或者在能源密集的貨運(yùn)和長途運(yùn)輸行業(yè)，利用可再生電力生產(chǎn)合成氣或氫衍生物，以取代化石燃料。

排在耗能第三的是工業(yè)部門（119艾焦），其中約28%的能源由電力供應(yīng)，僅四種能源密集型工業(yè)產(chǎn)品，即水泥、鋼鐵、化工產(chǎn)品氨和乙烯，就占工業(yè)能耗的60%左右。因此，工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)能耗更高電氣化也迫在眉睫。

報(bào)告強(qiáng)調(diào)，利用可再生能源實(shí)現(xiàn)智能電氣化是未來優(yōu)先發(fā)展方向，但也需要應(yīng)對(duì)供應(yīng)短缺、負(fù)荷失調(diào)或者更靈活發(fā)電帶來的挑戰(zhàn)。 制圖/蔣皓明