从历史上看,能源转型由创新和必要性推动产生。例如,工业化推动了从燃烧木材到燃烧煤的转变,而内燃机和燃气动力汽车的生产加速了世界对石油的依赖。
20 世纪 70 年代,石油危机和能源价格飙升促使人们对可再生能源产生了浓厚兴趣:可再生能源的补充速度快于使用速度。后来,人们对气候变化及其人为原因(即化石燃料燃烧释放的温室气体 (GHG))的认识不断提高,这增加了采用可再生能源解决方案和改造能源行业的运动的紧迫性。
根据国际能源署 (IEA) 的数据,截至 2023 年,可再生能源发电量不到全球发电量的三分之一。1然而,要限制全球气温上升,需要大幅提升可再生能源在全球能源结构中所占的比例。因此,在 2023 年联合国气候会议上,各国政府达成一致:到 2030 年,将可再生能源产能增加两倍。为实现这一目标而部署的主要能源形式包括:
水力发电依赖于水的流动来推动涡轮机发电。水力发电设施可通过河流和溪流、海洋能和潮汐能、水库和水坝来发电。根据 IEA 的数据,截至 2022 年,水力发电量占全球发电量的 15%。该机构预测,到 2030 年,水电仍是最大的清洁能源供应商。
风力发电的规模和能力有大有小,具体取决于所使用风力涡轮机的尺寸。如今,人们正在开发大型风电场,以利用更强大的海上风力,使海上风力发电能力可能翻一番。 2022 年,风力发电量占全球发电量的 7% 以上。
太阳能通过两种方式将阳光转化为电能:太阳能光伏 (PV) 和聚光太阳能热力发电 (CSP)。光伏 (PV) 是较常见的转化方法,使用太阳能电池板收集太阳能并将其转化为电能。根据 IEA 的数据,2022 年太阳能光伏发电量占全球发电量的 4.5%。不过,该机构预计,到 2028 年,太阳能发电量将超过风力发电。
地热能和生物质也为世界能源供应做出了贡献,不过数量要少得多。
支持当今能源转型的主要能源技术包括:
储能系统可通过在可再生能源未发电时提供能量来协助稳定电力流。例如,对于太阳能光伏装置,这种情况发生在夜间;对于风力发电,则发生在风轮机不转的无风天气。此时,储能系统便能发挥作用。储能技术包括锂离子电池、抽水蓄能和压缩空气储能。
电气化是指将依赖非电能的设备、系统或过程转换为电力驱动的设备、系统或过程。使用可再生电力驱动的电力设备取代化石燃料驱动的设备,即表示为可再生能源转型提供支持。电气化正在家庭和工业环境中发生。例如,在许多家庭中,天然气炉灶正在取代电磁炉,而一些生产设施正在改用工业热泵,以取代化石燃料加热技术。
电动汽车 (EV) 正在越来越多地取代化石燃料汽车,使其成为电气化最突出和最普遍的示例之一。但电动汽车还可以通过另一种方式支持可再生能源转型:储能。电动汽车在插入充电站时可以为电网提供储能。通过车辆到电网 (V2G) 技术,存储在电动汽车电池中的未使用能量可以输入电网。
碳捕集与储存是在二氧化碳排放进入地球大气层之前对其进行捕集和储存的过程。虽然碳捕集与储存是减缓气候变化和实现碳中和所进行的工作的一部分,但通过减少化石燃料能源的排放,碳捕集与储存在如今的可再生能源转型中也发挥着作用。与能源存储技术一样,来自化石燃料的能源在可再生能源发电时断时续时也能帮助稳定能源供应。通过碳捕集技术,可以在必要时利用化石燃料生产低碳能源。
虽然减排和减缓气候变化是当前能源转型的主要驱动力,但转向可再生能源还可带来很多其他好处。
当地缘政治冲突和供应链中断导致世界各地无法获得化石燃料动力来源时,可再生能源可以使能源市场多样化,并加强各个国家或地区的能源安全。使用可再生能源和电气化技术通常可以提高能源效率并减少维护需求,从而帮助降低能源和维护成本。研究表明,可再生能源项目可以刺激经济增长、创造就业机会、缓解能源贫困,让发展中国家或地区走上通往更清洁未来的道路,从而促进所谓的公正转型。
然而,能源转型工作面临多重挑战。这些问题包括可再生能源生产的间歇性、建造和安装可再生能源设备和工厂的前期成本高昂,以及缺乏支持电气化的电网容量和基础设施。
近年来,欧洲和亚洲的各国政府纷纷推出政策举措,在鼓励开展可再生能源利用的同时开展其他气候行动。这些计划有助于分担可再生能源转型的成本,并加强支持转型所需的基础设施。