变革能源 2.0 的驱动因素

社会 技术经济环境 政治 P ST EcEn 能源 驱动程序改变能量 2.0 社会 技术经济环境 政治 ©文本：作者 ©图片：作者 能源 版本 ST EcEn ChrisLuebkemanArup研究员兼导演 全球预见+研究+创新 审阅者 艾伦·汤姆森 全球能源系统领导者 项目经理西蒙·罗伯茨 副主任，前瞻+研究+创新P Editor SueGlader 平面设计 MarkPearsall Research 安妮·吉本斯，哈里特·奥布莱恩，刘易斯·福克斯·詹姆斯，西蒙·罗伯茨 映像采购 FelicitaszuDohna,NikkivanGrimbergen 印刷和包装 第一次包装，2016年印刷 社会能源 c州立农场 社会 技术经济环境 政治 燃料贫困 你会选择取暖而不是吃饭吗？ 2011年，超过30%的冬季死亡与欧洲寒冷的住房直接相关。世卫组织（2011年） *冬季死亡人数减去平均非冬季死亡人数 燃料贫困 Estimate 暂定 45 冬季寒冷的国家需要家庭供暖 为了舒适和健康。为了最贫穷的人家庭,35 供暖成本使用了相当大的比例 死亡人数(千/年) 社会能源 他们的收入。在英国，当支付燃料离开时25 收入低于国民的家庭 贫困线，即燃料贫穷。Thisisassociated15 在最脆弱的人群中死亡人数增加 人口（图1）。5 美国的低收入和中等收入家庭也受到能源价格上涨和家庭收入下降的打击（图2）。燃料贫困的社会影响是巨大的，特别是对儿童、老人和残疾或长期患病的人。它们包括教育成就不足、社会排斥和身心健康不良。 0 Years 图1：过度的英国冬季死亡归因于寒冷的住房 社会 技术经济环境 政治 [节能协会，2015年] <30 30–50 >50 燃料贫困与住房库存不足，隔热不足和供暖系统效率低下30 有关。收入支持，燃料补贴和其他能源援助计划被用来提 供援助。使房屋更加节能是减少燃料贫困及其后果的任何战20 略的有效，重要和紧迫的组成部分。 家庭收入比例(%) 10 0 税前年度家庭收入（k/y） 图2：2012年美国收入用于家庭和运输能源的百分比。29%的家庭收 入低于30,000美元 [ACCC,2015] 01 社会能源 ©MaddalenaValeri 社会 技术经济环境 政治 电力接入 电允许你做什么？ 2015年，世界人口的近五分之一，超过10亿人，没有电。一（2016） 电力接入 约13亿人，几乎占全球人口的20％，仍然无法获得电力，大多数撒哈拉以南非洲国家的国家电气化率低于50％（图1）。缺电是发展和繁荣的障碍，严重影响生活质量，增加 死亡率并抑制经济增长。每年有超过400万人死亡，主要是妇女和儿童，是由于吸入用于取暖和做饭的木材和粪便中的烟雾和烟雾造成的。 提供照明、运行家用电器和操作设备的电力可以腾出大量的劳动时间，并促进更好的健康和教育(图2)，这最终可以使人们摆脱极端贫困。 业务增长还取决于获得负担得起的可靠照明和电力。 电气化率低于80%人口的国家，由于缺乏投资和就业机会 ，经济活动持续减少。没有机会 对于可靠的电网，企业必须使用昂贵的柴油发电机。在过去的几十年中，中国成功地扩展了现代电力接入，这是中国经济快速发展的关键因素。 >75% 社会能源 50%至75% 25%到49% <25% 图1：2012年无法获得电力的非洲人口比例 [IEA,2016] 0 20 40 60 80 100 100 80 60 6岁以上识字率(%) 40 20 0 社会 技术经济环境 政治 电气化率(%) 图2：印度农村家庭电气化的扫盲改善 [东北大学，2008] 02 社会能源 pJSswawomirKowalewski 社会 技术经济环境 政治 富裕 你消费多少? 到2030年，亚洲占全球中产阶级的份额将翻一番，从30%增至60%以上，占全球中产阶级消费的40%以上。 路透社（2012） 富裕 到2030年，全球中产阶级预计将从20亿扩大到50亿，超过世界预期人口的一半。生活水平的提高将增加能源消耗，特别是在亚洲，那里的中产阶级购买力增长最快（图1）。此外，到2050年，预计世界人口的近70％将居住在城市。城市环境中的家庭往往较小，每人使用更多的能源用于供暖和制冷，家用电器和电子产品。 总之，城市化和富裕程度的增长将有助于增加住宅部门的能源使用，特别是在中国，印度以及亚洲和非洲其他地区等快速增长的国家。 印度 4.0 3.5 2002=1 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 冷却照明 图1：住宅能源消耗的增长 [IEA,2013] 中国 4.0 3.5 3.0 社会能源 2.5 2.0 1.5 1.0 Appliances 19932009 预计到2050年，全球住宅能源使用量将增加20％。这考虑了能源效率措施，否则可能会出现50％的急剧上升。但是，在美国，日本和欧洲，预计到2050年住宅能源使用量将下降，原因是 更节能的技术和电器，以及将能源转换为电力。 新兴经济体的能源增长何时会逐渐减少还有待观察，但许 空调空间加热 水加热 电器、电子产品和照明 多人认为这些国家将遵循与 图2：美国家庭能源使用的演变，显示电器，电子产品和照明的增加 [美国能源信息管理局，2009] 社会 技术经济环境 政治 发达国家，并开始趋于平稳2050.03 社会能源 c库鲁曼 社会 技术经济环境 政治 个人旅行 你怎么四处走动？ 全球约10%的人口占机动客运总里程(p-km)的80%，世界上大部分人口几乎不旅行。IPCC(2014) 个人旅行 流动性是个人自由的代名词。安全可靠的选择使我们能够对我们的生活和工作方式以及地点做出独立、灵活的选择。在发展中国家，富裕程度的提高、城市化、道路运输基础设施的改善和车辆生产成本的降低正在改变人们的出行方式（图1）。更便宜的汽车（乘用轻型车辆）使所有权快速增长。2015年，全球道路上的汽车数量超过12亿辆，预计到2035年， 这一数字可能会增加到20亿辆。 20 2010 2000 2010 2000 乘客总行驶距离(万亿p-km) 15 10 5 0 OECD-1990亚洲 空中铁路巴士 社会能源 轻型车辆2-3轮 社会 技术经济环境 政治 汽车使用会造成拥堵、噪音和空气污染，尤其是在城市地区 。公共为汽车提供道路与一小部分人口使用道路不成比例。汽车使用还会降低其他用户(例如骑自行车的人和行人)的道路 ，并因此阻碍步行和骑自行车。 比较不同模式的碳排放量（图2），旅客航空旅行的排放量最高 在全球范围内，航空业产生的二氧化碳排放量约占所有乘客公里的2%。 图1：按运输方式划分的全球旅行以客运公里数的演变，对比经合组织和亚洲国家 [IPCC,2014] 空气 铁路 总线轻型客车两轮车 350 温室气体强度(gCO2eq/p-km) 300 250 200 150 100 50 0 图2：不同模式下每乘客公里温室气体排放强度的全球平均值和范围（2005年） [IEA,2009] 04 社会能源 cVincentvanZeijst 社会 技术经济环境 政治 NIMBYism 地方背景还是国家需要？ 2015年，在一项政府调查中，可再生能源的使用获得了英国人78％的支持（5％的反对）。皇冠（2016） NIMBYism 全国调查显示，可再生能源相对于传统发电的支持是一致的（图1）。然而，这种观点不一定在受风电场或太阳能电池板建设影响的社区中占上风。抗议正在增加规划异议和延迟的数量（图2），导致“NIMBY”（不在我的后院）一词代表了这种形式的反对。 当地社区反对的原因有很多。视觉影响经常被引用为陆上风 ，其次是财产价值的损失（感知和实际），噪音，闪烁或对鸟类和野生动植物的影响。如果邻居认为已经做出了国家一级的决定，则阻力也可能指向决策过程。 赢得社区同意现在被认为是长期提供绿色能源的关键。合作所有权和社区能源计划可以帮助减少反对。 他们为当地人提供投资发展和获得利益的机会，例如贴现能源账单和社区外能源销售收入。 80 200520102013 70 60 50 响应“有利”的百分比(%) 社会能源 40 30 20 10 0 图1：英国对电力来源“有利”的调查回应（2005-2013） 2008200920102011201220132014 [益普索MORI，2015年]60 50 40 拒绝的百分比 30 20 10 0 社会 技术经济环境 政治 Fig2:UKplanningapplicationrejectionratesforonshorewindfarms [CleanTechnica,2015]05 cathriftymrs.com 社会 技术经济环境 政治 动态需求 你能帮助降低峰值功率吗？ 技术能源 到2030年，动态需求可以在英国节省多达120万吨的碳。议会大厦(2014) 动态需求 自1970年代第一次能源危机以来，公用事业一直试图使用动态需求侧管理，以减少对传统发电源的依赖。但是 ，负载转移（及时）和负载减少受到测量和验证的限制 ，既耗时又昂贵。 新技术改变了这种前景。家庭中的“智能电表”改变了能源客户和供应商之间的关系。供应商可以提供灵活的定价和使用时间费率（图1），使消费者能够做出明智的决定来调整使用量，例如当太阳能和风能充足且费率较便宜时。负荷转移减少了电力需求的峰值（图2），使供应商能够更有效地操作发电机。对备份能力和网络加固的需求也将减少。 智能计量会验证减少负载的诱因，因此“负瓦”具有价值和 可以交易。开放的智能电网网络 平台允许第三方开发能源管理应用。目前仅针对最大的电力用户的削减和直接负载控制可以通过智能计量扩展到所有商业和工业客户。 8060 0 0 0 0 0 0 0 0 00:00 6:00 12:00 18:00 24:00 750 6 电力需求(GW) 540 日前电价($/MWh) 430 320 2 110 0 时间(小时) 图1：反映备用发电成本的日电力需求和日前电价[EIA,2012] 白天价格较高的电力 70 技术能源 6050有效（压扁）载荷 电力需求(GW) 30 40存储费用，购买力较低隔夜价格 20 有效需求（带存储） 实际需求（无存储） 10 0 00:006:0012:0018:0024:00 时间(小时) 图2：需求管理，其中用户的电力存储的充电和放电响应每小时的价格变化（图1），以平坦的有效需求（由发电机“看到”）[EIA,2012] 06 社会 技术经济环境 政治 c詹姆斯·安德森 社会技术 经济 环境 政治 电网平价可再生能源 每个家庭的屋顶都应该有太阳能电池板吗？ 技术能源 在美国，住宅和商业太阳能光伏（PV）系统的成本从1998年到2013年平均每年下降6％至7％，从2012年到2013年平均下降12％至15％。麦肯锡公司(2015) 电网平价可再生能源 可再生能源被认为是昂贵的，需要补贴，直到2010年代中期 成本开始大幅下降（图1）。降低成本的目标是“电网平价”，当可再生能源可以与传统的发电源平等竞争时。 太阳能光伏（PV）和风能是资本密集型的，而运行化石燃料发电的成本主要是燃料购买。它们可以使用“水平的电力成本”（LCOE）进行比较，其中包括投资回收期 ，通常 20年的光伏，以及当前的投资利率。图2显示，对于 1.4€/Wp（2014）的光伏LCOE，并考虑到太阳能条件，该值已经低于许多国家的电力成本。 太阳能技术具有最大的潜在容量，其次是风力发电。技术和制造业的进步仍然有可能持续降低成本。然而，随着可再生能源对电网的渗透增加，它们的发电间歇性必须得到解决，例如通过电力储存和需求管理。 太阳能（公用事业）太阳能（商业）太阳能（住宅）风能（海上）风能（陆上） Ocea