化石能源除具有稀缺性外，燃烧时还会产生大量温室气体，在全球能源短缺及“双碳”达标的大背景下，有人曾希望利用电力能源完全替代化石能源。

　　但是，电能在能量密度方面的优势与化石燃料之间的差距甚远，完全替代化石能源几乎很难实现。

　　近日，波茨坦气候影响研究所的一项新研究为电力能源替代化石能源带来了新的希望。

　　该研究显示，电力领域正在试图利用科技创新降低发电成本，到 21 世纪 50年代，全球能源供应的比例中，电力供应将会超过化石燃料。由于电力能源的低成本优势，有利于促进碳排放，达到《巴黎气候协议》中所规定的标准，还可以减少负排放引发的争议。

　　全球能源结构呈这样的现状，目前各领域供暖系统中，80% 主要依靠直接燃烧化石燃料维持，电力供暖仅有 20%。未来，气候政策将全球变暖的温度限制在 1.5-2°C 的范围，这会使碳基燃料变得越来越稀缺，价格更加昂贵。

　　值得关注的是，聚享游光伏和风力发电、电池存储的成本下降速度比预想的要快。如果能再结合需求端的行业情况，在电动汽车和热泵等领域进行创新，很有可能会给能源系统带来根本性的转变，使电力为基础的终极用途在需求端某些行业中占主导地位。

　　到本世纪中叶，电能的使用可能占最终能源的 66%，大约是目前电能使用水平的 3 倍，远高于相关气候变化部门评估的以往气候政策情景。

　　波茨坦气候影响研究所的研究员贡纳尔表示：“化石燃料便宜且容易获取的情况将会持续很长一段时间，而电力将成昂贵的能源来源。太阳能光伏发电等可再生能源的价格快速下降，目前为止，大多数气候模型都低估了这一进展。”

　　图｜贡纳尔·卢德勒（Gunnar Luderer）（来源：波茨坦气候影响研究所官网）

　　据悉，该团队的计算机模拟显示，到 2050 年，绿色电力在所有能源中将变得最便宜。电力在脱碳过程中的作用

　　该团队表示，根据未来的能源转型方案结果，电力在最终能源中所占比例会继续上升。在可以参考的脱碳情景中，按照当前的政策发展，到2050 年，电气化的份额将会增加到 33%。与其他能源基线情况一致，气候政策也倾向加速这一电气化趋势。

　　该研究中一则能源数据显示，预计 2050 年电气化份额能达到 34%-53%，由于最终用途部门的电气化机会广泛存在，随着光伏、风能和电池存储技术的持续进步，到 2050 年 1.5C -Elec 和 WB2C -Elec 方案的电气化份额分别可达 66% 和 58%。

　　图｜可再生能源电气化主要特点和常规场景（来源：Nature Energy）

　　随着风能、太阳能、电能日益主导能源供应，最终用途的深度电气化是推动非生物能源、可再生能源在本世纪下半叶占据主导地位的关键因素。

　　关于集成的成本和光伏成本递减的假设，主要影响太阳能发电在发电中的份额，但对电气化程度的影响较小。电气化设想的另一个特点是，尽管经济活动持续增长，聚享游最终能源需求相对较低。

　　例如，电动汽车的插座到车轮的效率约为 80%，而内燃机汽车的油箱到车轮的效率不到 30%。用于空间加热或低温过程加热的电热泵一般具有三个或更高的性能系数。

　　在电弧炉中利用废钢生产二次钢比在高炉中生产常规钢减少了高达十倍的能源投入。

　　因此，电力在最终能源中的份额倾向于低估电力对提供能源服务和材料的贡献。除了最终的能源需求，像以风能和太阳能为基础的电力的过渡，进一步地减少了一次能源需求，因为它几乎消除了火力发电厂的能量转换损失。

　　对于 1.5C-Elec 和 1.5C-Conv 两种情景，以 2020-2050 年国内生产总值折算的总损失计算，气候变化缓解所消耗的总成本不到 2%。

　　电力时代呼啸而来之际，各个行业及地区只有对化石燃料加强监管，才能保证在合适的时间内让大气温度达到合适的范围，而多项监管措施中碳定价至关重要。

　　该团队表示：“在本世纪内，电力能源有可能在没有任何气候政策制定情况下，所占份额实现增长一倍。”

　　然而，要将全球变暖的温度控制在 2°C 以下，碳定价尤为重要。同时，有必要取消征收电力税，扩大电网基础设施，重新设计电力市场机制，刺激电力能源需求及市场活力。

　　未来，“氢”所涉及的链条会获得更多的关注，它可以将再生电力灵活地转换为绿色燃料。贡纳尔表示:“如果这些因素结合在一起，基于可再生能源的绿色能源未来前景真的很令人振奋。”