未來三十年，由波動性可再生能源主導的新電力系統將成為每個國家幾乎都要面對的新能源發展格局。DNV繼《全球能源轉型展望2023》報告發布后，再次發布其在電力系統方向的新成果——《新電力系統》。報告預測到2050年，風能和太陽能將提供全球近70%的電力。屆時全球用電量將在當今基礎上翻一番。波動性可再生能源的顯著增長將帶來許多挑戰，并為全球電網帶來新的市場變革。

對電力與可再生能源的需求顯著增長

全球經濟增長，以及交通、供暖和工業電氣化發展，是推動全球電力需求激增的主要因素。此外，數據中心的擴展，尤其是人工智能應用，也會對此增長貢獻不少，而且人工智能在發電和用電提效方面具有顯著潛力。

到本世紀中葉，電力消耗將大幅增長，預計占全球最終能源消費的37%，遠高于2023年的20%。伴隨這一增長的是可再生能源發展的明顯趨勢——風能和太陽能預計分別在2040年和2050年占全球電力總額的50%和70%。根據脫碳進程預測，2050年將有近90%的電力來自非化石能源。

對靈活性、需求響應提升的各種策略

不斷增加的可再生能源份額需要靈活性和完善的需求響應系統：畢竟波動性可再生能源（VRES）的規模將擴展九倍，對短期靈活性的需求將翻倍。來自供熱和交通等行業的變動需求將帶來新型輔助服務，如合成慣性產品和快速頻率響應，我們必須調整市場和監管框架以支持這些技術，以促進可持續能源未來。

在這種新模式下，人工智能等先進技術將協助電網運營和市場預測。DNV集團總裁兼首席執行官Remi Eriksen表示：“深度數字化，包括應用人工智能，對于管理以可再生能源為主導的、日益復雜的電力系統至關重要。因此，未來幾年，信息和運營技術將迅速增長，必須通過強大的風險管理方法（尤其是在網絡安全方面）來激發新能源系統的潛在益處。”

儲能是解決可再生能源間歇性特性、提供電網平衡和載荷管理的另一個核心系統組成部分。到2050年，鋰離子電池技術將發揮主導作用，在儲能容量方面比水電和抽水蓄能多三倍。然而，要實現必要的靈活性水平，需要創新的市場設計和先進的電價方案，以激勵自動化需求響應、車輛到電網（V2G）和電表后儲能系統。水分解為氫的價值鏈是一個關鍵的市場要素，需要通過所有利益相關者的協同努力實現規模化應用。

電網擴展既是必要的，也是可承受的

能源轉型的一個關鍵瓶頸是電網的擴展。全球電網容量需增長2.5倍，到2050年，電網的年度支出將超過9700億美元，是當前的兩倍多。雖然電網增強技術（GETs）可能提供顯著的臨時緩解，但長期解決方案在于加速新電網基礎設施和先進控制系統的建設，目前這個還受到許可時限、人力資源和物資稀缺以及財力有限的阻礙。

盡管到2050年全球電網支出從年度能源支出的15%增加到超過25%，但電網技術的提效和電力分配的增加可能會使大多數地區的消費者電網費用保持穩定或下降。只有十分之四的地區可能會出現費用增加。

由于稅收政策和政府激勵的差異，預測未來單位電力成本是具有挑戰性的。然而，可再生能源成本持續下降表明，消費者價格不太可能上漲。電氣化終端使用部門，如交通和供熱，將進一步提高效率和節約成本，從而在高收入和中等收入地區降低整體家庭能源賬單。在低收入地區，盡管絕對家庭能源支出可能略有增加，但快速的GDP增長將抵消這種上升。這種“綠色紅利”為政府提供了加速能源轉型和最大化綠色電力益處的機會。

系統和全盤思維對去碳化電力系統至關重要

DNV能源系統首席執行官Ditlev Engel強調：“我們堅持系統思維，全面考慮能源如何產生、傳輸、消耗和跨能源載體儲能。沒有輸電就沒有能源轉型。新能源系統需要數據驅動的解決方案和政策，從許可到人工智能和網絡安全的整合都需考慮在內。規劃新風電場必須包括電網連接戰略；類似地，地面電力輸送系統和新的電線整合需要大多數控制中心的信息技術升級。”

他補充道：“通向去碳化電力系統的道路十分清晰，即可再生能源整合和電網擴展需要重大投資、創新、協調以及所有參與者特別是政府的承諾。隨著世界向更綠色未來邁進，以系統化和前瞻性的方法應對這些挑戰對于成功的能源轉型至關重要。”

本報告為DNV《全球能源轉型展望2023》的后續報告，結合了需求建模、電網、新市場模型、數字化和人工智能等諸多專家的多維洞見。研究深入探討市場機制的演變，突出靈活和彈性電網的重要性。洞察包括市場設計策略、解決擁堵、成本軌跡和擴展輸電與配電網絡的策略。