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未来三十年，由波动性可再生能源主导的新电力系统将成为每个国家几乎都要面对的新能源发展格局。DNV继《全球能源转型展望2023》报告发布后，再次发布其在电力系统方向的新成果——《新电力系统》。报告预测到2050年，风能和太阳能将提供全球近70%的电力。届时全球用电量将在当今基础上翻一番。波动性可再生能源的显著增长将带来许多挑战，并为全球电网带来新的市场变革。
对电力与可再生能源的需求显著增长
全球经济增长，以及交通、供暖和工业电气化发展，是推动全球电力需求激增的主要因素。此外，数据中心的扩展，尤其是人工智能应用，也会对此增长贡献不少，而且人工智能在发电和用电提效方面具有显著潜力。
到本世纪中叶，电力消耗将大幅增长，预计占全球最终能源消费的37%，远高于2023年的20%。伴随这一增长的是可再生能源发展的明显趋势——风能和太阳能预计分别在2040年和2050年占全球电力总额的50%和70%。根据脱碳进程预测，2050年将有近90%的电力来自非化石能源。
对灵活性、需求响应提升的各种策略
不断增加的可再生能源份额需要灵活性和完善的需求响应系统：毕竟波动性可再生能源（VRES）的规模将扩展九倍，对短期灵活性的需求将翻倍。来自供热和交通等行业的变动需求将带来新型辅助服务，如合成惯性产品和快速频率响应，我们必须调整市场和监管框架以支持这些技术，以促进可持续能源未来。
在这种新模式下，人工智能等先进技术将协助电网运营和市场预测。DNV集团总裁兼首席执行官Remi Eriksen表示：“深度数字化，包括应用人工智能，对于管理以可再生能源为主导的、日益复杂的电力系统至关重要。因此，未来几年，信息和运营技术将迅速增长，必须通过强大的风险管理方法（尤其是在网络安全方面）来激发新能源系统的潜在益处。”
储能是解决可再生能源间歇性特性、提供电网平衡和载荷管理的另一个核心系统组成部分。到2050年，锂离子电池技术将发挥主导作用，在储能容量方面比水电和抽水蓄能多三倍。然而，要实现必要的灵活性水平，需要创新的市场设计和先进的电价方案，以激励自动化需求响应、车辆到电网（V2G）和电表后储能系统。水分解为氢的价值链是一个关键的市场要素，需要通过所有利益相关者的协同努力实现规模化应用。
电网扩展既是必要的，也是可承受的
能源转型的一个关键瓶颈是电网的扩展。全球电网容量需增长2.5倍，到2050年，电网的年度支出将超过9700亿美元，是当前的两倍多。虽然电网增强技术（GETs）可能提供显著的临时缓解，但长期解决方案在于加速新电网基础设施和先进控制系统的建设，目前这个还受到许可时限、人力资源和物资稀缺以及财力有限的阻碍。
尽管到2050年全球电网支出从年度能源支出的15%增加到超过25%，但电网技术的提效和电力分配的增加可能会使大多数地区的消费者电网费用保持稳定或下降。只有十分之四的地区可能会出现费用增加。
由于税收政策和政府激励的差异，预测未来单位电力成本是具有挑战性的。然而，可再生能源成本持续下降表明，消费者价格不太可能上涨。电气化终端使用部门，如交通和供热，将进一步提高效率和节约成本，从而在高收入和中等收入地区降低整体家庭能源账单。在低收入地区，尽管绝对家庭能源支出可能略有增加，但快速的GDP增长将抵消这种上升。这种“绿色红利”为政府提供了加速能源转型和最大化绿色电力益处的机会。
系统和全盘思维对去碳化电力系统至关重要
DNV能源系统首席执行官Ditlev Engel强调：“我们坚持系统思维，全面考虑能源如何产生、传输、消耗和跨能源载体储能。没有输电就没有能源转型。新能源系统需要数据驱动的解决方案和政策，从许可到人工智能和网络安全的整合都需考虑在内。规划新风电场必须包括电网连接战略；类似地，地面电力输送系统和新的电线整合需要大多数控制中心的信息技术升级。”
他补充道：“通向去碳化电力系统的道路十分清晰，即可再生能源整合和电网扩展需要重大投资、创新、协调以及所有参与者特别是政府的承诺。随着世界向更绿色未来迈进，以系统化和前瞻性的方法应对这些挑战对于成功的能源转型至关重要。”
本报告为DNV《全球能源转型展望2023》的后续报告，结合了需求建模、电网、新市场模型、数字化和人工智能等诸多专家的多维洞见。研究深入探讨市场机制的演变，突出灵活和弹性电网的重要性。洞察包括市场设计策略、解决拥堵、成本轨迹和扩展输电与配电网络的策略。
