由于广泛的电气化、工业扩张以及生成式人工智能的发展,全球能源需求正在上升。
提高能源效率和推广电力应用对未来脱碳电力系统至关重要,这一点已由世界经济论坛的《2025年能源转型指数》。
研究表明,能源灵活性机制(例如需求侧响应(DSR),即用户通过调整用电量来稳定电网)可以作为一种有用的工具,在增加发电容量的同时管理不断增长的需求。
您所在的公用事业公司是否曾邀请您参与"节电时段"活动,即在傍晚5点至6点之间少用电即可获得报酬?如果有过,那么您就已经在一定程度上体验过能源需求灵活性这一概念,它也被称为"需求侧响应",只是规模较小。
美国杜克大学的一项新研究表明,这种方式可以更有效地分配我们已经生产的能源,从而帮助我们更好地应对不断增长的需求。
为什么能源需求在上升?
去年全球能源需求增长了2.2%,远高于过去十年的平均水平。电力需求增长了近乎其两倍的4.3%。这是由热浪、电气化程度提高、工业扩张以及为满足耗能巨大的生成式人工智能处理而增加的数据中心所致。
国际能源署(IEA)预测,人工智能数据中心的用电量将增至四倍以上,到2030年,这一激增的影响将在全球主要数据中心枢纽尤为显著。这些枢纽包括美国北弗吉尼亚、北欧、新加坡和中国等,仅举几例。
在美国,预计整体电力需求的激增将造成二战以来最大的一次峰值。仅数据中心的能源需求就可能在未来五年内每年增长15%,据Wood Mackenzie分析师称。
什么是需求侧响应?它为何重要?
通常,能源需求的增长是通过增加发电容量来满足的。然而,Wood Mackenzie警告称,新基础设施规划需要5至10年时间,而数据中心需要更快地获得更多能源。
杜克大学的研究人员计算得出,需求侧响应机制(DSR)至少可以释放76吉瓦的容量——相当于美国电网当前峰值需求的10%。
DSR是指减少或转移能源消耗的能力。它涉及能源用户,尤其是大型工业设施和数据中心,在电网高需求时段暂时减少用电量。
如此一来,公用事业公司可以更好地匹配供需,从而缓解电网拥堵并使其保持稳定。
可以激励电力用户调整用电方式,这与零售用户参与的"节电时段"类似。然而,由于现有电力得到更有效的分配,DSR既影响能源价格,又能提升能源安全——在需求日益增长以及地缘政治和经济不确定性加剧的当下,这两者都是日益受到关注的问题。
通过降低消费者成本、赋予其自主控制用电的能力以及提高整体电网效率,DSR也是促进能源公平与可持续发展的重要工具。
总体而言,作为系统绩效的基础指标,过去十年间,安全、公平和可持续性方面均有所改善。然而,近年来,安全与公平方面尤其出现了一些波动。
同样,三个维度的进展在国家层面也不均衡。仅有略超过四分之一的国家在这三个方面均实现了改善。
需求侧响应是否足够?
世界经济论坛的《2025年促进能源转型》(ETI)报告指出,包括需求响应机制在内的灵活基础设施对于保障未来能源安全并增强其韧性至关重要。
杜克大学的研究发现,根据客户的灵活性水平,美国电网平衡机构可以在利用现有容量、影响极小的情况下,共同为电网增加近100吉瓦的容量。客户平均需要削减能源需求(负荷削减)的时间约为两小时。研究人员表示,这与美国目前已实施的DSR项目相当。
然而,根据《2025年能源转型指数》报告,全球电力系统灵活性得分下降了1.3%。这表明,应对需求激增以及可再生能源发电波动的能力仍然不足。近期发生的西班牙和葡萄牙大停电——这两个国家是整合可再生能源电力方面最先进的国家之一——提醒人们,现代电网在平衡日益多样化的电力供应与不断增长的需求时面临诸多挑战。
还有哪些解决方案有助于提升电网灵活性?
能源转型的公开讨论大多聚焦于供给侧,即电力生成脱碳,以及将需求侧的高排放用户——重工业、交通运输、家庭供暖——转向可再生能源和低碳燃料。这些挑战往往掩盖了许多人所称的"世界第一能源"。能源效率仍然是增强能源安全、减少CO2排放和降低能源成本最具成本效益的途径之一。
世界经济论坛如何推动清洁能源转型?
能源与材料中心汇聚各方领袖,帮助他们理解正在重塑能源、材料和工业体系的复杂转型。该中心提供了一个平台,用于探讨能源安全、可负担性与可持续性如何交汇。
通过跨价值链和跨地区的合作,该中心推动建立共享路径,帮助合作伙伴就实用解决方案达成一致,以实现安全、低碳和公平的转型。
通过优化并帮助推动能源使用方式的转变,DSR有助于更好地利用我们已经生产的能源。其他有助于此的技术包括智能电网和人工智能作为实现更具本地化、更高效能源分配的推动因素。包括电池在内的储能解决方案是未来电网的另一关键要素,既可作为终端用户的备用电源,也可用于稳定电网。这还推动了消费者和系统思维模式的转变——家庭不再仅仅是用电,而是可以做出积极选择,从而影响系统。
展望未来
从长远来看,工业和数据中心的大型终端用户可能会为电网提供更多支持。随着耗能巨大的企业考虑部署自有电源,这些电源有助于稳定电网。
超大规模数据公司越来越倾向于自行采购能源,而非依赖电网。除现场可再生能源外,小型模块化核反应堆(SMR)一直是这些举措的重点。例如,谷歌和亚马逊已签署协议,为其人工智能数据中心生产SMR,而Equinix及其他公司则已与SMR开发商签署了购电协议,以承购核电用于其运营。
虽然可能要到本十年末才能看到SMR投入运营,但它们可以将多余电力回送至电网,以稳定电网或弥补供应缺口。
要构建未来分散式、低碳能源系统,最大限度地利用已产生的能源仍将是基础。《2025年能源转型指数》报告指出,这包括鼓励更理性用能的行为激励措施——无论是电网运营商、工业终端用户还是消费者。
