2024 版数字能源2030

2024版 数字能源 2030 构建万物互联的智能世界 01 从巴黎协定到阿联酋COP28会议，减碳成为全球确定性趋势 COP28会议启动“结束化石燃料”的时代，超过150个国家提出减碳承诺 十八世纪以后，煤炭、石油、电力的广泛使用，先后推动了第一、第二次工业革命，使人类社会从农耕文明迈向工业文明，能源为推动社会进步、消除贫困、改善民生提供了源源不断的动力，成为世界经济发展的最重要基石之一。 同时，人类对地球气候系统的影响显而易见，近年来人为排放的温室气体达到历史最高水平。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的统计，人类活动引起的二氧化碳变化量每年约为237亿吨（尤其是燃烧化石燃料，每年大 约排放200亿吨）。其结果就是现在大气中的 二氧化碳含量比过去65万年（平均水平）高了27%。特别是工业革命时代开始大量燃烧煤炭，二氧化碳水平开始急速上升，有可能引发气候系统前所未有的变化，导致严重的生态和经济失调。这已促使人们讨论如何减少化石燃料的燃烧来降低温室气体的产生。 科学界和各国政府对气候变化问题正在形成更加明确的共识，2015年的签署的《巴黎协定》明确了到本世纪中叶实现碳中和是全球应对气候变化的最根本目标。从全球主要经济体的能源发展战略和实践来看，“解绑”化石能源依 赖是实现减碳目标的最优途径之一。“解绑”化石能源依赖一方面要大力提高能源效率，减少化石能源消费总量；另一方面是大力发展可再生能源。各国纷纷提出针对性的能源改革发展目标和温室气体控制目标。2023年底在阿联酋举办的COP28会议上，多个国家地区形成共识，将在2030年前加快减少温室气体排放的行动，包括加快由化石燃料向风能和太阳能等可再生能源的转型，争取到2030年在全球范围内实现可再生能源发电能力增加两倍、能源效率提高一倍的目标，启动“结束化石燃料”的时代。 截至2024年上半年，已有超过150个国家提出了减碳相关承诺。如中国国家发展与改革委 员会和国家能源局发布《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》，明确到2030年，中国新增能源需求将主要依靠清洁能源满足。2030年，能源消费总量控制在60亿吨标煤以内，非 化石能源占一次能源消费比重达到20%左右； 二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰。欧盟《2030气候与能源政策框架》提出了“到2030年将其温室气体净排放量相较于 1990年水准至少减少55%，可再生能源消费目标提高到38-40%”的目标。美国政府承诺到2030年，温室气体排放量将较2005年水平减少50%-52%，而实现这一目标，其中最重要的措施之一是要求2030年美国电网80%的电力来自无排放的能源。 世界经济可持续发展需要可持续性的能源供给，可再生能源将成为最重要的能源供给方式 地球人口的膨胀和国家工业化发展，促进人类对能源的需求达到了前所未有的水平。据估计，自从19世纪50年代出现商业石油钻探以来， 全球已经开采超过1350亿吨的原油，这个数字每天都在增加。目前每年世界一次能源消费约140亿吨油当量，化石能源的消费总量仍达到 85%以上，距离化石能源枯竭的日子不再遥远。根据BP统计数据，按目前的开发技术和开采强度，全球探明石油、天然气、煤炭的储采比分别约为54年、49年和139年。所以发展可再生能源，走可持续发展之路才是立根之本。 联合国大会第七十届会议上通过的《2030年可持续发展议程》目标七中设定了发展的基本目标：2030年确保人人获得负担得起、可靠和可持续的现代能源。大幅增加可再生能源在全球能源结构中的比例。全球能效改善率提高一倍。加强国际合作，促进获取清洁能源的研究和技术，包括可再生能源、能效，以及先进和更清洁的化石燃料技术，并促进对能源基础设施和 清洁能源技术的投资，以便根据发展中国家，特别是最不发达国家、小岛屿发展中国家和内陆发展中国家各自的支持方案，为所有人提供可持续的现代能源服务。 世界各国正把发展可再生能源作为未来能源战略的重要组成部分。为了促进可再生能源发展，许多国家制定了相应的发展战略和规划，明确了可再生能源发展目标，制定了支持可再生能源发展的法规和政策。2023年，印度政府发布最新的国家电力计划，明确提出2026—2027年可再生能源累计装机量达到336.6GW，2031—2032年达到596.3GW。越 南政府预计2030年可再生能源发电量比重达到30.9%~39.2%，2050年可再生能源发电量比重达到67.5%~71.5%。马来西亚政府宣布更新可再生能源发展目标，到2050年可再生能源在 全国电力结构中将占70%左右。阿联酋计划到 2030年将可再生能源产量提高两倍，为此将在 可再生能源领域投资约550亿美元。意大利政 府将2030年可再生能源装机发展目标从此前的80GW提升至131GW，葡萄牙政府将2030年可再生能源装机发展目标从此前的27.4GW提升至42.8GW。2023年9月，欧洲议会投票通过了推动可再生能源部署的提案，2030年 可再生能源在欧盟最终能源消费中的份额目标从32%提升为42.5%，各成员国应努力实现45%。我们预测，到2030年，全球可再生能源发电占比将达到65%。 风光发电成本竞争力优势明显，发展迅速，2030年占可再生能源 70%，成为最主要的可再生能源 全球电力生产以化石燃料为主，是因为它们相对其他能源在成本上具有优势，因此转型到以可再生能源为主的深度脱碳能源系统的关键是提高可在生能源相对于化石燃料的成本竞争力。近几十年，可再生能源已成为全球具有战略性的新兴产业。许多国家都将风电、光伏发电作为新一代能源技术的战略，投入大量资金支持技术研发和产业发展。 得益于技术创新的驱动，风电、光伏发电成本过高的情况已经完全改变。牛津大学学者MaxRoser的跟踪研究发现，2009年，光伏大型地 面电站度电成本为0.36美元。到2019年，光伏成本下降了89%，度电成本下降到0.04美元。而化石燃料尤其是煤电的上网电价成本几乎保持不变。背后的原因是，煤电发电效率最高达到47%，大幅度提高效率的空间不大，而且，化石燃料的电价不仅取决于技术，很大程度上取决于燃料本身的成本。发电厂燃烧的煤炭成本约占总成本的40%。即使建造发电厂的成本会下降，燃料成本也决定了总成本有一个下限。而光伏组件每增加一倍的累计装机容量，价格就会下降20.2%。随着新的光伏组件技术和工艺的成熟，未来光伏度电成本将持续下降。 风电和光伏生产灵活性更高。长期以来，能源的开发利用主要是基于资源禀赋，风电和光伏作为新兴绿色能源技术，突破了载体的资源禀赋限制，可以在任何符合条件的地方开展生产，比如分布式光伏投资门槛低，投资吸引力迅速提升，各行业争相参与投资建设。风电和光伏发电经济性和灵活性提升促使园区、大工业、工商业等用户利用分布式发电的意愿增加，而这也正在改变全球能源开发利用模式。作为风电的重要组成部分，海上风电不占用土地资源，且接近沿海用电负荷中心，就地消纳避免了远距离输电造成的资源浪费，风电场从陆地向海上发展已经成为一种新趋势。据IRENA统计，截至2023年底，全球风电和光伏累计装机容量超过1000GW和1400GW。我们预计，到2030年光伏累计装机容量将接近6000GW。 02 技术驱动清洁能源快速发展，使能行业走向绿色能源时代 建设以电力电子设备为基础的新型能源系统是能源产业变革的方向 电力电子在电能的发输配用各个环节发挥关键价值。风电、光伏等可再生能源的用途主要是发电，构建以电能为中心，以电网为纽带，建设以电力电子设备为基础的能源系统是能源产业变革的方向。电力电子设备的优点在于其接口不受限、响应速度快、变换效率高，在电力的生产、传输、消费环节应用广泛。 •在电力生产方面，风电、光伏新能源这些不同于常规同步发电机的电源，难以直接并网输送，只能采用电力电子变换技术换成频率可调节的交流电，且需要满足上网的质量要求，如光伏逆变器、风能变流器等通过电力电子开关调整电压波形，支持风电、光伏发电并网和提高系统发电效率。 •在电力传输分配方面，长距离输电形式使用 智能化的大功率电力电子装备，可以显著提升线路输送水平、改善潮流分布、增强电网供电可靠性，提升电网安全防御能力，从而提高大型电网互联传输的安全可靠性，提升传输效率。 •配电场景中，随着大量分布式电源、微电网和柔性负荷接入配电网，“即插即用”的接入要求越来越高，线路无功功率增大，电网高电压、谐波干扰等电能质量问题日益突出，传统配电网电能质量和供电可靠性提升空间有限，难以满足用户高电能质量用电需求。多功能电力电子变压器、直流断路器、直流开关等电力电子装备可以保障不同负荷类型的电能质量和多种电能形式的定制需求。 •在电力消费方面，最主要的变化是分布式电 源和储能装置的接入，大量新型负荷需要直流电源以及需要主动支撑源荷互动，如数据中心、通信基站、电动汽车充电站、计算机设备、LED照明等，高效率，高功率密度，高可靠性，低成本的转换电源和开关设备等正满足用户日益多样的个性化需求和高标准的电能质量治理需求。 新型功率半导体应用需求大幅提升。未来的能源系统以可再生能源最大限度地开发利用、能源效率最高为目标，对能源输送和控制的安全、高效、智能等方面提出更高的要求，包括适应新能源电力的输送和分配的网络，与分布式电源、储能等融合互动的高效终端系统，与信息系统结合的综合服务体系等。这些都需要通过电力电子化设备进行运行、补偿、控制。目前这些设备中所使用的基本都还是硅基器件，而硅基器件的参数性能已接近其材料的物理极限，无法担负起未来大规模清洁能源生产传输和消纳吸收的重任，节能效 果也接近极限。以碳化硅为代表的第三代半导体功率芯片和器件，以其高压、高频、高温、高速的优良特性，能够大幅提升各类电力电子设备的能量密度，降低成本造价，增强可靠性和适用性，提高电能转换效率，降低损耗。光伏、风电等新能源发电、直流特高压输电、新能源汽车、轨道交通、工业电源、民用家电等领域具有极大的电能高效转换需求，而新型功率半导体则适应了这一需求趋势，渗透率将全面提升。受新能源汽车、工业电源等应用的推动，碳化硅价格下降，性能和可靠性进一步提高。碳化硅产业链爆发的拐点临近，市场潜力将被充分挖掘。2023年，碳化硅器件市场规模达20亿美元，麦肯锡公司 估计2030年其市场规模将达到100亿到140 亿美金，呈现高速增长之势。我们预计在2030 年光伏逆变器的碳化硅渗透率将增长到70%以上，在充电基础设施、电动汽车领域渗透率超过80%，在通信电源、服务器电源上将全面推广应用。 数字技术使能能源系统智能化，让新能源系统更安全稳定、智慧高效 风电、光伏等新能源装机快速增长和应用灵活性推进能源系统向“分布式”时代转型，未来的能源系统是去中心化、以大量分布式能源应用为主多中心“星系”型生态系统，这些能源系统分布在成千上亿的大型电站、园区、建筑、家庭、电动汽车等场景。必须要改变传统的大工业思维方式，通过数字技术将这些分布式的能源系统实现智能化的联接和控制，达到万物互联、高度智能的形态，整个能源系统才能安全稳定、智慧高效、经济便捷、清洁低碳、互联共享、柔性自洽。 随着5G、云、AI、大数据、物联网等新兴技术的快速发展，全社会的数字化变革掀开新篇章，进入“万物感知、万物互联、万物智能”的数字时代，“无处不在的联接，无所不及的智能”正成为现实。新一代数字化技术加速向能源领域渗透，推动能源格局重大变革。在组网方面，全球范围内低功率广域网技术快速兴起商用，面向物联网广覆盖、低时延、海量接入的5G技术正加速场景融合，为人、机、物的智能化按需组网互联提供良好技术支撑。在信息处理 方面，信息感知、知识表示、机器学习等技术迅速发展，极大提升物联网的智能化数据处理能力。在物联网虚拟平台、数字孪生与操作系统方面，基于云计算及开源软件的广泛应用，有效降低能源系统的生态门槛，推动能源系统的操作系统及数字化生态的广泛应用。 随着分布式能源的广泛应用，用户不仅是用