由于许多因素，包括经济增长、城市化和电动汽车等技术导致的电气化程度提高，全球电力需求的增长速度比以往任何时候都快。为了应对不断增长的需求，电网容量也需要增加。我们的估计表明，在我们的基本温度上升情景（即正 2.5°C）下， 到 2050 年，全球输电网络的规模将需要翻一番，最低成本约为 ~6 吨，在我们的 <2°C 情景下 上升到 ~11 吨。
输电网络将成为电气化的核心，因此也是脱碳的核心，但设想的大规模扩建可能难以实现——不仅因为成本，还因为所需的建设范围以及主要输电线路项目推进的难度和时间范围。这确实可以证明是脱碳努力的刹车。
输电网络是脱碳的核心
输电线路是高压电力线，从发电厂到位于人口或工业中心附近的变电站进行长距离输送，此时输电网络切换到配电网络。本 Insight 仅考虑配电的传输部分。
输电网络的大小以"电路公里数"来衡量，这与线性公里数不同，因为一公里长的输电线路可能包含多个电路，具体取决于所使用的导体和电力线的类型。鉴于输电线路电路的容量范围上限受经济和技术限制，更高的电力需求将需要额外的电路，这意味着更广泛的输电网络。在这里，我们估计了为满足未来不断增长的电力需求而需要建造的额外电路的长度以及由此产生的财务影响。
除了增加输电网络的容量外，我们认为还有更紧迫的短期考虑，即电网的灵活性（即更强的能力，将电力从发电的任何地方转移到使用的地方），这是向具有可变输出的可再生能源过渡所必需的。然而，后一个领域并不是本 Insight 的重点。
输电网络未配置可再生能源
为了了解脱碳下的输电线路建设要求，我们对 2010 年至 2024 年间 38 个国家的输电网络长度进行了二次研究，在下面的图 1 中 ，将这些与各自国家的电力需求进行了比较。
图 1 显示，以电路公里为单位的输电线路长度与一个国家的电力需求之间存在很强的正相关关系;我们相信这可以用来了解输电网络将如何随着电气化而发展。有几个异常值，但在许多情况下，这些可以通过国家特征来解释，例如地理位置和人口中心与发电厂的距离。
在后一个方面，一个关键因素似乎是一个国家是否依赖水力发电。例如，加拿大和巴西是异常值，远低于趋势线，其输电网络比其电力需求水平的预期要大。一种解释是，这些国家不能选择水电站的所在地，因为这一决定取决于天然水资源。因此，这些发电厂通常距离人口中心很远，需要较长的输电线路。如图 2 所示 ，水力发电分别占巴西和加拿大发电量的 ~62% 和 ~57%，因此这是一个主要因素。如图 3 所示 ，巴西和加拿大的土地面积非常大，人口密度低，这意味着输电线路必须行驶更长的距离才能到达人口中心。
相反，趋势线上方存在异常值，包括德国和南非，它们的输电线路长度短于其电力需求水平的预期长度。这些国家的土地面积较小，重要的是，人口密度高。因此，输电线路不需要长距离建造即可到达人口中心。
此外，德国网络是建立在煤炭、天然气和石油发电的历史用途之上的。这些设施可以位于人口中心附近。因此，传输线要求较低。然而，随着这些国家转向可再生能源，这可能会被证明是一个劣势——随着德国转向相对高水平的可再生能源，输电网络的局限性变得明显，这一劣势在德国已经很明显。也就是说，德国网络运营商支付的约束和容量费用随着可再生能源的产量而增加，目前相当于 ~75-85 欧元/MWh 的电网可再生能源电力（注意，这与电网的灵活性及其吸收可变可再生能源的能力有关）。这些问题将影响电网的发展，最终，从成本或技术的角度来看，电网的发展可能不是最佳的。
俄罗斯也位于趋势线之上，输电线路长度短于其发电水平的预期长度。这可以通过以下事实来解释：尽管俄罗斯的人口密度较低，如图 3 所示，但其人口 中心集中在该国西部，围绕莫斯科和圣彼得堡等主要城市。因此，电网集中在该国相对较小的区域，因此输电线路不需要跨越很长的距离。天然气、煤炭和石油也构成了俄罗斯电网的很大一部分，因此，发电设施可以与需求中心位于同一地点。
基本扩展：将传输网络的规模扩大一倍
根据 CRU 的电力过渡服务，我们的基本情况预测显示，全球电力需求将从 2024 年的 30,081 TWh 增加到 2050 年的 59,778 TWh，增长 ~99%。根据 <2°C 的升温情景，CRU 预测 2050 年全球电力需求将增加到 85,009 TWh，比今天增长 ~183%。
利用上述关系，我们可以估计到 2050 年支持电力需求增长所需的输电网络规模，这表明，在我们的基本情景预测中，全球输电网络在 2024 年至 2050 年期间需要扩大 ~5.9 M ckm，如图 4 所示 。
在我们 <2°C 的全球变暖情景下，世界将需要额外的 ~11 Mckm。显然，这对金属的需求产生了影响，例如用于建造地下和地上电缆、变电站和输电塔的变压器以及塔架。改进的温度监测和 AI 的应用可能会增加单位输电线路的容量，这可能会减少所需的基础设施数量，但我们认为这样做的影响将是微不足道的。
增加输电线路将成为各国 的成本负担
从二次研究中，我们确定了全球平均开销成本，交流输电线路为 ~1 美元 M/ckm，假设每个安装有两个电路。这些成本按国家/地区划分的明显相对一致性表明，变压器和电缆等主要组件是在全球范围内定价的。一些成本因素（例如土木工程要求和塔架）可能具有更多的本地内容和定价，但这些因素对总成本的贡献较小。因此，在我们的基本情景下，我们预测全球输电容量所需的投资至少可能为 ~6 吨订单，在 <2°C 升温的情况下，将上升到 ~11 吨。如果建造地铁线路，无论是出于技术、实践还是当地反对的原因，成本都会更高。因此，输电网络建设要求给各国带来了重大的经济负担，尤其是那些预期电力需求增长较高的国家。如前所述，此处未评估的进一步成本将与所需的提高电网灵活性相关联。
输电网络扩建：能源转型的关键
为了应对全球电力需求的快速增长，迫切需要扩大和升级输电网络。建设这些电力线路的高成本对预计电力需求将大幅增加的国家构成重大财务障碍。此外，输电线路项目通常具有较长的酝酿期， 尤其是在发达国家，经常面临反对意见，尤其是对于成本较低的架空电力线。因此，鉴于对输电网络的投资是电气化驱动脱碳的必要前提，财务和/或其他障碍可能意味着它成为能源转型的限制因素。
CRU 的电力过渡服务提供各国的电力结构、电力需求和电力成本数据，我们正在开发一个输电网络数据库。如果您对不断变化的电力市场感兴趣，请联系我们，我们很乐意讨论我们的工作。
作者： Nancy Stitt，多商品分析实习生;来自 经济和可持续发展研究经理 Paul Butterworth 的其他贡献
