英国净零排放能源系统设计方案127页

本报告描述了英国可能在30年内开发的净零碳排放能源系统的最低成本设计。

其核心目标是展示设计的系统能够在工程层面上逐小时运行，贯穿全年。

系统设计中最难解决的问题是航空加油和高空增温、负排放以及供暖和制冷。对核能发电和可再生能源作为零碳初级供应的两个主要选项进行了比较分析。在这些情景中，大多数初级能源是可再生电力。核电即使假设是基载，也无法在成本上竞争，且建设速度较慢。由于与食品的竞争、生物作物的环境影响以及气候变化和人口增长导致英国生产和进口供应的不安全，生物质被认为仅限于废弃生物质。编译 陈讲运

大多数主要能源需求都由电力满足，包括固定设备、供暖和制冷设备，以及公路和铁路运输。船舶用油被由电力、空气和水组成的氨替代。在消费系统或区域供暖中使用热泵供暖的成本低于氢气。

可逆热泵既能加热又能制冷，并增强对气候变化的韧性，但像所有消费热泵一样，也会带来一定的干扰。这些系统需要大规模的能源网络建设，技术细节和成本尚不确定。一些工业过程需要电力无法满足的温度和化学品，因此需要可再生的氢气或碳氢化合物。

零碳电力可以通过可再生能源和核能生产。本研究发现的最低成本发电组合主要是海上风电，但也有一些陆上风电，并且拥有相当大的太阳能容量。核电生产并不属于最低成本组合，除了预计2050年投入运营的欣克利C型。历史上，核电容量曾遭遇大规模的非计划性停机，需要备份供应。系统动态的盈余和赤字通过将电力储存在车辆电池和电网储藏、热能储存在区域热库，以及化能储备在氢气、生物质和化石燃料储备中来管理。氢电解和直接空气捕捉与碳封存（DACCS）利用剩余电力满足其他需求。研究发现，泄漏20%或更多的可再生能源发电的成本低于投资额外的储能或使用工艺能力（如电解槽或DACCS），但这里的一个主要建模限制是，未包含与其他国家的互联互通贸易，该贸易可以同时减少溢漏和储存。

航空是一个棘手的问题。航空需求管理、转向电气铁路等模式以及更高效的飞机，潜力有限。在可预见的未来，远程飞机需要含有碳的煤油，而高空燃料排放的水和氮氧化物会导致全球变暖。除了有限的废弃生物量外，假设使用电动直接空气捕捉（DAC）来捕获和封存大气中的一氧化碳成本更低2（DACCS）用于平衡航空业的化石煤油排放，而不是在费舍尔电工厂使用DAC碳和可再生氢气合成可再生煤油。对以此方式合成可再生煤油的初步分析表明，这将增加系统总成本，但这一复杂问题仍需更多研究。显然，假定持续使用化石煤油带来了允许一个主要行业继续排放一氧化碳的政治含义2大规模地。扣除所需负排放成本后，航空业约占净零系统总成本的20%。

DACCS是一种负排放选项，旨在平衡航空及其他温室气体排放（如水泥生产）。DACCS是一个相对简单的过程，可以大致估算能源消耗和成本，但并未在商业规模上实施，其环境影响尚不确定。其他负排放选项如造林或生物能源碳捕获与封存（BECCS）未被建模，因不确定性和影响，但可能起作用。负排放选项是系统设计中最不成熟的元素。

以2023年化石燃料价格计算，2050年净零设计的成本与当前系统大致相同，使用相同的成本模型。除化石煤油外，零设计不受不可预测的国际燃料价格和影响进口事件的影响，因此在经济和技术上都提供了安全保障。

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