电+：电作为综合能源系统的支柱（英）

电力: 电力的支柱综合能源系统 WHITEPPER JNURY2023 图片:盖蒂图片社 内容 执行概要3 介绍4 1电力框架5 2电力集成框架和关键6 3系统通过集成7 4应用程序的框架9 结论15 附录:综合能源系统的基础16 贡献者18 尾注20 免责声明本文发表的 世界经济论坛是一个贡献一个项目,了解区域或交互。结果,解释和 结论表示这是一个结果的帮助和协作过程 了世界经济论坛的支持但其结果不一定 代表世界经济的观点 论坛,也不是其成员的整体, 合作伙伴或其他利益相关者。 ©2023世界经济论坛。所有权利保留。没有这个出版物的一部分被复制或以任何形式传播 或通过任何方式,包括复印和记录,或任何信息 存储和检索系统。 执行概要 定义“电”:集成的电力系统 配套基础设施。 电力+是一个新框架，突出了创建和优化集成的机会 电力部门之间和其他 实现向净零排放过渡的基础设施经济。框架开发 在一系列与高管们对话 电力行业和其他部门。它将服务作为思想领袖启动进一步规划和跨部门协作。 传输和分配,再加上增加互联,c)存储发展, 和结束使用包括d)电气化加热、运输和工业过程。 因为未来系统将高度电, 必须与其他关键基础设施集成为了创建协作和最大化 价值。关键集成概述如下： 电力系统的发展– 未来能源系统的支柱。限制 全球气温升高，一系列情景– 表明,全球能源消耗必须 到2050年，电力比例从20%转变为50-70%。这是– 一个巨大的经济转型和需要 一个令人生厌的全球能源系统的重新设计。– 未来净零综合的整体愿景– 能源系统是必要的,提供更广泛 系统价值在社会,经济,– 环境和能源系统本身。未来 电力煤气和存储电力电子系统 电力运输和基础设施电液体燃料和化学品水和电力存储 电力浪费和回收 综合能源系统将依靠一种灵活的、可靠、有弹性的数字电力骨干网。多向电力系统将包括： )一代组成重要的可再生能源能力从大规模和分布 能源、b)扩大和现代化 在本文中，Electric+框架已经 适用于三个市场:西班牙、英国和加州。然而,这个框架可以应用任何市场,被用来评估当前 集成状态并确定协作和机会创造更多的效率。 介绍 整体设想未来的零 综合能源系统是必要的,提供广泛的系统值。 电力将成为未来网络的支柱零综合能源系统。限制全球温度升高到1.5度以下 摄氏，一系列情景显示全球决赛能源消耗必须转变为50-20% 到2050年，电力占比达到70%。这将需要一个充实的难以忘怀的全球能源系统,包括 历史上不同系统的集成。 今天的能源系统是百年历史的结果孤立建立的技术和政策 通常基于点对点连接或线性连接流。在大多数司法管辖区，构建块 净零未来——包括废物、液体燃料、天然气和存储除电力外，还受制于 政策、市场驱动因素和监管的拼凑结构。没有共同的基础 了解净零排放的要求 综合能源的未来或价值潜力。 未来净零综合能源的整体愿景系统需要提供更广泛的系统值横跨社会、经济、环境和 能源系统本身。通过跨部门整合，将创建协作以帮助消除限制 与存储和使用的产能过剩和 互补基础设施的灵活性，以促进最有效地利用清洁能源,支持 的清洁电力。 本文提出了一种对未来的框架能源系统的清洁电力 核心,并概述了集成与互补的 基础设施:气体和存储、数字系统交通基础设施、e-fuels和化学物质,水和存储,浪费和回收。 电力与互补的集成 基础设施发生在最终使用部门,即建筑、运输、工业和农业。说明将电力与 互补的基础设施会通知市场上的对话,包括批发 电力市场、灵活性和碳市场市场,形成规则或框架的 基础设施和他们的利益相关者在一个完整的能源系统。的框架支撑的关键环节(见 附录），包括劳动力技能发展，技术创新和集成系统 规划和操作。 虽然进一步的努力至关重要，但这一高级别框架的目的是作为思想领导 启动对话和合作 行业，这将在市场，区域需要和全球层面。它可用于评估个人国家的能源系统和政策来衡量开发一个不会过时的进展 综合能源系统中的电力骨干。 1电力框架 清洁电力提供了基础未来的能源系统集成。 图1电力框架 零电力骨干 –价值链集成在一代,传输、分配和消费 –可再生能力的提高,从效用规模的来源和分布的增加能源资源 关键集成 电力煤气和存储 电力电子系统 –传播发展和现代化 –分布开发和现代化 –存储发展支持稳定 –互联 –电气化的最终用途(加热、运输、工业),更积极的和自动化 能源需求 –结合,支持和支持其他清洁能源 来源:世界经济论坛 电力交通基础设施 电液体燃料和化学品 水和电力存储 电力浪费和回收 综合能源系统将依靠未来 灵活、可靠、有弹性的数字电力骨干。发电、传输、 分配和消费必须优化 通过多利益相关方协作高效分配和利用资源。电 骨干将是多向的，必须完全集成在所有电力基础设施和其他基础设施。 显著增加可再生能源的能力将需要及时的陆上和海上传输和销售发展,现代化和 部署灵活性解决方案。增加交叉边境互联管理需要 风的时间和空间互补 和太阳能,同时保持平价供应。此外,系统操作的发展, 力量和平衡市场,增强系统服务和存储需要的支持从集中式发电 (同步)更多的分布式和变量可再生能源(异步)网格系统。 分布式能源资源——消费者设备、电动汽车、热泵、电池和其他存储设备,屋顶太阳能-将会很广泛。因为很多的 分布式资源消费和提供 电力，可以聚合，它们贡献提高系统的灵活性，但也系统的复杂性。这将需要多定向和弹性网格和网络 与当地的灵活性。 在分布式能源系统集成资源和绿色氢提供了经济 电力存储,支持一个负担得起的和弹性电力骨干。 电力骨干必须支持的增加电力需求和增加多样性在国内,商业和工业 消费者。更积极的和自动化需求管理在这些领域 为确保能源安全, 负担能力和可持续性。 2 电力框架 和关键集成 电力框架列出了关键地区之间的集成电力骨干和其他基础设施。 该框架被应用到西班牙,英国 和加利福尼亚，作为案例研究（见第4章）。气体和存储 前瞻性,综合方法是必要的开展相关活动计划时, 运营和管理的电力和天然气 基础设施。主要用于天然气基础设施 今天用于将天然气输送到工业进行加热或作为原料，给国内用户供暖和 烹饪和发电站发电。 更大的天然气和电力基础设施整合将提供额外的中/长期存储选项 支持电力骨干网。绿氢， 绿色的氨和甲烷(即绿色气体), 在以下时期使用可再生电力生产 过剩的供应，可以反馈到能源系统中。数字系统 无处不在的使用数据,分析、人工智能(人工智能)和物联网传感器,通过wi-fi和5g技术,将是关键自动化和控制未来的能源 系统。更多的和更为多样化 分布式资源将依赖于无线连接。数字系统将实现更高效的运营，使供应和需求预测 电网优化管理。整体规划和电气和数字基础设施的维护将减少允许需求,停机时间 以及社会不便（例如铺设光纤）电缆并排/集成到电缆中 使更有效的故障探测)。交通基础设施 道路运输电气化正在加速 电池成本下降，更多的充电基础设施部署。电动汽车最终也可以充当 电网的灵活性来源，使用适当的汽车电网和其他的计划部署 智能充电技术。在许多地区，铁路交通已经电气化。用于港口和机场运营、船舶和飞机将越来越多地插入电网（岸电、冷熨烫）高压 连接需求。生物燃料、清洁的氢电子燃料也将有助于使这些硬 减少部门。运输的整体规划和电力基础设施，与 系统操作员，对于保持速度至关重要以及运输部门脱碳的规模。 液体燃料和化学品 液体e-fuels(甲醇和e-crude,也称作为合成原油，制造电子煤油和电子柴油）和绿色氢气和绿色氨 可再生能源将为难以减排的能源提供能源部门，如高温工业过程， 海运、航空和重型货物运输。有计划的建设生产这些燃料的大型基础设施 来自电力将是至关重要的，例如电解槽物理或虚拟连接到风电场/太阳能 公园。此外，工业进一步电气化 通过热泵和电子饼干进行工艺，以及其他技术，将需要大量合作 在化工、燃料和电力部门中。水和存储 水电基础设施已经 高度集成。水也是一个冷却适用于火力发电厂和核电站。水电运营产生清洁电力 而大坝水库和抽水蓄能发挥关键作用在电力储存中的作用，并为 网格。电力对于海水淡化和水至关重要净化厂为农业提供淡水 和工业使用和清洁的饮用水 日益增长的人口。多功能系统可以在使用疲惫蒸汽运行提供电力 区域供热系统。这些系统的示例包括垃圾焚烧或聚光太阳能发电厂 （提供加热、冷却和电源）集成海水淡化厂提供饮用水。 浪费和回收 循环经济通过再利用或 将废物回收成新产品。废物可以利用用于发电和供暖。此外，循环 越来越需要经济考虑 电池、太阳能电池板和风力涡轮机制造商 ——组件可能回收的要求在短期内增加，导致全面，综合废物管理计划业务。 3 系统通过 的集成 电力基础设施将会在四个主要系统。 3.1建筑和基础设施 高效、互联的建筑——无论是住宅、商业或工业–结合高性能 和低碳建筑材料与电系统,分布式能源和智能 系统与建筑。消费者浪费,这样食物浪费,可能转化成生物能源 通过对生物燃料的原料供应生产。 管理系统以最大限度地提高效率。示例系统: 建筑不再是一个简单的消费者的能量,他们是一个积极的参与者生产商通过分布式可再生资源如太阳能屋顶、电动汽车(EV) 甚至热水收费。自己生殖传输和减少压力吗 如果与更广泛的集成网格分布电力系统。热量,采用的电气化热泵和实现的 加热代表能量的集成 3.2流动性 电动汽车充电点和铁路电气化代表一个集成之间的电力 和运输领域,提供了一个机会让电动交通成为灵活性的源泉电力系统和存储。 电气化交通枢纽和港口,旁边 提供可再生电力的太阳能和风力发电场数据中心。热从数据中心 经由热泵提供水 和空间加热到当地的公寓楼。案例研究: 在爱尔兰都柏林的塔拉特区，废热从数据中心用于低成本水和 空间加热建筑物的地方。1 示例系统: 电动汽车充电系统结合 连接电池、太阳能电池板和控制系统到电力系统以管理峰值和波谷 社区层面和/或个人层面。 绿色的氢和e-fuels2为重型案例研究: 车辆,海上和航空,将支持 脱碳的货物流动。车辆到电网充电基础设施项目 英国为客户提供了超过300万“免费”里程通过出口储存在 他们的电动车网格在高峰时期。3 3.3行业 工业脱碳将包括系统性示例系统: 效率和循环,直接电气化, 碳中性氢(所有颜色的氢) 和碳捕获和存储(CCS)。余热从工业过程(如钢铁厂) 用于进一步的工业过程和水 可用于存储多余的热能或电能。电气化的车辆、工业热泵 绿色氢将实现脱碳 工业舰队和工业流程。效率有了追求 在集群脱碳。 太阳能和风力发电场提供可再生电力为工业和绿色制氢, 用于生产可用于汽车制造业。 案例研究: 在巴斯克零工业超星系团, Iberdrola正在帮助水泥，钢铁，铸造厂和纸浆和造纸行业通过以下方式实现净零排放 过程和燃料转换的直接电气化。4 3.4农业 农业脱碳将包括电气化 设备、工具和流程在可能的情况下,绿氨肥料的用途及用途 甲烷的氢和绿色。农业 浪费是一个机会为甲烷,作为输入。 采用农业光伏做法，其中农业土地同时用于太阳能光伏 （光伏）和农业，将提高土地利用效率。 示例系统: 由现场太阳能供电的农业公司，配备控制系统优化的能源 消费，并依靠全电动汽车车队。案例研究: 意大利最大的农业公司Genagricola， 太阳能光伏与意大利国家电力公司安装现场能力,结合控制系统 优化消费将允许它 实现流程脱碳并实现车队电气化。 4的应用该框架 框架是一个对齐工具公共和私营部门 识别市场改进点。 测试框架及其应用 决策者、例子的测试用例进行了三个市场:西班牙(图2)、英国(图3) 美国加利福尼亚州（图4）。进行了该测试 2022年8月,使得验证框架的鲁棒性和识别市场中潜在的改善点。 图2西班牙 零电力骨干 增加可再生能源的能力互联 2030年：74%的可再生能源发电2030年：葡萄牙3，000兆瓦，法国8，000兆瓦，达到