仅仅增加电气化规模是不够的，我们必须以更优质的方式实现电气化。

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电动汽车及其他电动产品不仅被视为应对气候变化的策略，同时也关系到可负担性、经济竞争力、公共健康、消费者体验、能源安全以及应对燃料价格波动的能力等问题。

凌晨5点，一辆电动巴士在经过整夜充电后从车库驶出，准备在不排放柴油废气的情况下送孩子们上学。当城市逐渐苏醒时，热泵早已将住宅和办公室调节到适宜的温度，且其耗能远低于燃气锅炉。到了中午，太阳能为配送车辆充电、为仓库降温，并帮助工厂运行那些最耗能的工序。随后，当数百万人回家并为汽车充电时，智能充电器会自动将充电时间安排在电价更低、电网负荷较小的时段。

这样的场景正在全球各地出现：德里的电动巴士、在挪威寒冬中为家庭供暖的电动热泵、进入中国货运和建筑领域的电动卡车。向电气化的转型已经启动。

大多数人不会将这一转变视为能源体系的革命，而会感受到更宁静的生活环境、更舒适的居所、更低的费用或更清洁的空气。然而，这些日常变化加在一起，标志着全球经济的时代性转变：从依赖燃烧化石燃料的经济模式，转向由清洁电力、高效技术以及灵活的需求驱动的经济模式。

但究竟什么是电气化？更多使用电力如何造福人类与地球？当数以百万计的新电动汽车、家电、建筑和工厂接入本已不堪重负的电力系统时，又会发生什么？

简单来说，电气化意味着用电力驱动的替代技术来取代那些直接燃烧化石燃料的技术——比如汽油车、柴油巴士、燃气锅炉、工业炉等。（理想情况下是清洁电力，不过这点稍后再详述。）

这一转变不仅被视为一种气候战略，更关乎可负担性、经济竞争力、公共健康、消费者体验、能源安全以及应对燃料价格波动的能力，因而日益成为人们关注的焦点。

然而，推动电气化的理由远比单纯更换燃料更为有力且有趣。要了解其潜力，我们首先需要了解电气化已经取得了哪些进展，为何电动技术耗能更低、运行成本更少，以及要实现电气化带来社会与环境效益还需要做些什么。在这里，我们将深入探讨当前电气化的状况以及如何以正确的方式加速这一进程。

全球电气化现状如何？

答案在很大程度上取决于观察的领域和对象。在某些技术和市场中，电气化进程正在以惊人的速度发展。然而在整个全球经济范围内，电力仍仅占最终能源消耗的约20%（即家庭、企业、车辆和工厂实际消耗的能源）。

道路交通是目前电气化进程加速最明显的例子。自2020年以来，全球电动汽车的销量增长了近600%，去年达到了2000万辆，如今已占新售汽车的四分之一以上。交通运输领域的电气化进展快于建筑和重工业，但道路上大多数车辆仍在使用化石燃料。

不同地区的进展差异也极为明显。中国常被称为“首个电气化国家”，其电力在最终能源消耗中的占比已接近30%，而美国约为22%，欧盟则为21%。

目前的进展速度仍远远不够。根据国际可再生能源机构的数据，若要将全球气温上升控制在1.5摄氏度以内——科学家认为这是避免气候变化最严重后果的必要限度——到本世纪中叶，电力必须占据最终能源消耗的一半以上。这需要从根本上改变电力的生产方式，让可再生能源提供全球约90%的电力。因此，电气化进程与电力行业的去碳化必须同步推进。

为何进展不均衡？

部分原因在于转型过程的分布极为分散。电力行业的决策由公用事业公司、开发商、监管机构及政府掌控，而终端用电则涉及数以百万计的家庭、车辆、企业以及生产线。

与此同时，有些领域的电气化难度显然高于其他领域。电力技术已经能够应用于道路运输、建筑以及众多低温工业流程中。在很多情况下，它们的运行成本已经低于化石燃料驱动的同类设备；即便初始购置价格较高，其全生命周期成本依然更低。电动汽车和公交车、热泵、电磁炉、电热水器以及各类工业电机正变得越来越普及且价格愈发亲民。

但对于钢铁制造或化学生产等行业，以及航空和航运等领域而言，直接电气化较为困难。这些行业需要极高的温度，在生产过程中以化石燃料为原料，或者需要的能量超出了现有电池能够高效提供的范围。在这种情况下，氢能、合成燃料或其他低碳替代品可能比电气化更可行，而对于那些难以避免的剩余排放，则可能需要碳捕获技术。

“让一切实现电气化！”或许是个诱人的口号，但作为经济或工业战略，它既不切实际，也不值得推崇。更为明智的目标是——尽管可能没那么吸引人——在那些确实非常适合电气化的领域直接实现电气化，而将较为稀缺的替代方案留给那些更难实现电气化的行业。

电气化有哪些环境优势？

电气化是一种推动手段，而非最终目标。如果电动汽车依赖高煤耗的电网供电，其对气候的影响可能比汽油车更严重。换句话说，它的益处取决于电力的生成方式。但随着电网通过更多使用风能、太阳能、核能或其他清洁能源实现去碳化，电动汽车、热泵或工业流程会逐渐变得更加清洁。相比之下，以天然气为动力的发动机或锅炉在整个使用周期内都不得不持续燃烧污染性燃料。因此，电气化的真正益处只有通过扩大电力在终端领域的应用，并同时让电力供应逐步变得更清洁才能实现。

此外，电气化最反直觉的特点之一是：尽管整体能源消耗在下降，电力消费却可能上升。

原因在于效率问题。内燃机会将燃料能量中的多达80%浪费掉（主要以热能形式），仅有20%被转化为有用的动力。而电动机则能将约80%的电能转化为动力。热泵的表现更为出色：它们不通过燃烧燃料产生热量，而是从空气或地面中提取现有热量，通常每消耗1单位电能就能产生数单位的热量。

因此，用电动替代品取代直接燃烧燃料的技术——用电子代替分子——可以减少完成相同行程或为同一住宅供暖所需的能量。

这又引出了另一个看似矛盾的现象：虽然总能源费用在下降，但电费却可能上升。显然，使用电力供暖的家庭会消耗更多电能；不过其居民不再需要为汽车或供暖系统购买汽油。由于电动汽车和热泵的能源利用效率远高于内燃机和锅炉，即便电费本身上涨，节省下来的燃料成本也足以抵消额外的电力消耗。例如，一项最新的分析表明，若将典型欧洲家庭的供暖和交通方式完全电气化，其整体能源费用可降低一半以上。

除了减少排放和能源消耗，电气化还能带来哪些好处？

推动电气化的理由不能——也不必——仅仅基于减少排放这一点（尽管人们可能会认为保护一个适宜居住的地球已是一个足够有说服力的出发点！）。

当新技术不仅更清洁，还能为人们和企业带来明显的好处时，转型速度会更快。电动汽车比燃油车更安静、行驶更平稳，通常使用成本更低，响应也更迅速，能够实现瞬间起步加速。热泵可通过同一系统同时提供供暖和制冷功能。电炊具能改善室内空气质量，并实现更精准的温度控制。电动工业设备则能让生产过程更加精确、灵敏且高效。而所有这些技术都能通过更高效的能源利用来帮助降低成本。

但更好的技术并不必然对所有人都是更优的选择。前期成本、基础设施的可用性以及电力定价方式都会决定哪些家庭和企业能从中受益。拥有车道的富裕房主可以提前购买电动汽车并安装充电器；而内罗毕的送货司机则可能需要价格合理的融资、电池更换服务以及可靠的公共充电设施。隔热良好的建筑能够高效使用热泵；而隔热较差的建筑则可能需要在花费大量资金进行升级后才能合理使用热泵。

因此，虽然技术创造了可能性，但究竟谁能实现这一目标，取决于基础设施、资金支持以及相关政策。例如在卢旺达，税收优惠政策结合私人融资与电池更换网络，正在帮助摩托车出租车司机转向电动自行车。这一转变不仅降低了司机的日常燃油和维护成本，还改善了城市的空气质量，同时助力该国实现到2030年让30%的两轮及三轮车辆电动化的目标。

随着电力需求激增，电网真的能支撑更多电气化吗？

由于制冷需求增加、数据中心发展、工业增长以及更广泛的可靠电力供应，电力需求已然飞速上升。若再新增数百万辆电动汽车、热泵和工业机器，却未规划好它们的用电时间和地点，现有的瓶颈状况将会进一步恶化。

因此，电气化不仅是发电方面的挑战，更是电网与协调方面的难题，需要在三个层面采取行动：

首先，充分挖掘现有系统的潜力。更优质的数据、更智能的控制系统、储能设施以及有针对性的设备升级，能够帮助运营商通过现有网络输送更多电力，并更好地利用那些否则会闲置的容量。

其次，以更快速、更具策略性的方式扩大电网容量。电力企业需要足够的信心以及监管层面的支持，以便在需求尚未明确之前就进行投资。连接流程、审批程序以及设备标准都需要改革，以加快进度。

第三，改变电力需求的出现时间和地点。新的变电站、数据中心或工厂的位置、建设时机及其灵活性，都会显著影响所需的电网基础设施规模、其他可接入的机构以及接入时间。

设想一座城市正在规划建造数千套新住宅以及一支庞大的电动巴士车队。如果住房管理部门、交通机构与公用事业公司各自为政（这种情况很常见），变压器可能需升级两次，车辆停放场的连接工作也会延迟，居民则不得不同时等待住房与更环保的交通方式。若能将这些规划结合起来——再结合当地的太阳能设施、电池以及双向充电与控制技术——同样的投资就能同时支持多项公共目标，还能同步打造按需使用的本地能源存储设施。

如果用户无法接入清洁能源发电系统，那么建设这类设施就毫无意义。如果现有电网容量得不到充分利用，新建电网基础设施也只是浪费资源。实现战略性电气化需要在电力、交通、建筑、工业及城市发展等领域既进行扩建，又加强高度协调。

如何从被动的电力消耗转向主动的需求管理？

现在想象一下，在本文开头提到的那个电力使用日益增加的城市里，时间是下午6点。成千上万的家庭回到家开始做饭，汽车正在充电，供暖或制冷系统仍在运行，商店依旧营业，工厂继续生产，数据中心也在处理数据。问题并不一定在于整个系统的电力供应不足，而是因为在同一个时刻，过大的需求集中涌入电网的同一区域。这导致网络负荷过重，昂贵的备用发电设备不得不启动，而且每年还要花费数十亿来建设那些仅能使用几小时的基础设施。

然而，其中大部分需求其实是具有灵活性的。

汽车可以整夜停放，但充电只需几小时。在用电高峰到来之前，建筑物可以先进行预热或预冷处理。热水器、冷藏仓库、电池以及某些工业流程也可以提前或延后启动，从而调整用电需求——而这一切都不会影响舒适度或生产效率。

所有这些都不需要人们重新安排晚上的时间，也不必成为业余电力交易员。他们只是希望汽车能及时充电、家中保持舒适，同时降低电费支出。

智能控制系统能够自动优化能源使用。用户可以选择加入电力供应商推出的相关计划，该计划在用电需求特别高的时候临时调整他们的恒温器、电动汽车充电器和/或热水器——通常不会明显影响舒适度或便利性。用户仍拥有最终控制权，可以取消这些调整，以此换取更低的账单或费用减免。如果实施得当，这将实现三赢：用户账单降低、电网负担减轻，同时也能减少昂贵的投资。

在时间与空间都受限的情况下，能够调整到合适时间的1兆瓦需求可能比额外的1兆瓦供应更有价值。它能够立即缓解瓶颈问题，减少可再生能源的限电情况（即由于电网承载能力不足或需求不足而刻意削减可再生能源发电量），同时避免建设那些每年仅使用几小时的基础设施。

这项技术已经存在，那么还缺少什么呢？

首先，电力系统需要了解有哪些灵活资源可用以及它们何时能够响应。如果无法掌握这些设备的位置、反应速度或能转移的多大量需求，电网运营商就无法依赖成千上万的电动汽车充电器、电池或商用冰箱。这些数量众多的小型设备也需要一个简单的进入市场的途径（通常是通过“聚合商”将它们归类在一起）。同时，它们所提供的价值也应当得到相应的补偿。

其次，监管机构制定的激励措施至关重要。通常情况下，电力公司建造新的变电站和电缆能获得更多收益，因此会倾向于这么做。如果它们还能因利用电池、智能充电及灵活调节需求来更低成本地解决相同问题而获得奖励，那么它们就会有动力选择最优的解决方案。

第三，商业模式必须具备可持续性。电池、智能控制系统以及灵活的工业设备无法依靠一次性拨款或短期的试点项目来实现规模化发展。投资者需要可预见的收入，客户需要负担得起的资金来支付前期成本，而服务提供商则需要确信市场规则能够长期存在，从而支撑业务的可持续发展。

电力化的下一阶段并非要发明某种神奇的技术解决方案，而是要求政府、监管机构和系统运营商制定相应的市场规则、激励措施以及收入来源，让现有技术得以规模化应用。实际上，这意味着要将灵活性视为一种真正的系统资源，并为其带来的价值支付相应的代价。

确实应该进一步推动电气化，但也要实现更优质的电气化。

最后再以我们的城市案例为例，不过时间已经过去了15年。

这些公交车都是电动的，但这只是最显而易见的变化。车辆在电力价格低廉且供应充足的时段进行充电，电池中储存的能源可在暴风雨等紧急情况下作为备用电源。公寓楼会共享充电设施，而非只为有私人车道的居民提供电动出行条件。由于高效的建筑结构、热泵、热储存系统以及智能控制装置相互配合，在电力充足时提前供暖或制冷，电网负荷过大时缓解需求，并在停电期间维持基本服务，因此住宅能在热浪和严寒中保持舒适。餐厅和学校则无需通过室内燃烧产生空气污染物即可进行烹饪。

工业区也发生了变化。电锅炉、电机和热泵能更精准地利用能源，而制冷、热水供应或泵送等灵活的工艺在电网负荷过重时会自动提前启动或短暂暂停。新的工厂会刻意选择拥有清洁能源和充足电网容量的地点。数据中心及其他大型能源用户则通过引入储能设施、现场清洁发电以及提升系统灵活性等方式来保障供电稳定。

对消费者而言，这些变化大多难以察觉。他们的汽车早上就能正常使用，建筑内的环境也依然舒适。能源供应商会在背后调整用电方式，并将节省下来的部分能源返还给他们。在停电期间，公交车、住宅和商业建筑中的电池有助于维持关键服务的运行。

对经济而言，这种转变更为深远。原本用于进口、补贴以及燃烧石油和天然气的资金，现在被转投到国内的优质生产资产上：清洁能源发电、电网设施、高效建筑、交通工具、储能系统、软件以及工业设备。各国不再持续为进口燃料付费，而是建立起可持续的国内生产能力，提升产业韧性，并更好地掌控自身的能源未来。

因此，其带来的益处远超减排本身。它意味着更优质的产品和服务、更清洁的空气、更低的成本、更强的能源安全，以及国家对能源供应的更大掌控力。

因此，电气化并非仅仅意味着用另一种燃料替代现有燃料，或给电网带来更多需求。它是指从以低效、污染严重的燃烧方式为基础的能源系统，转向以清洁电力、高效技术以及能够智能响应周围系统的需求为基础的能源系统。

确实应该增加电气化程度，但更重要的是要实现更优质的电气化。

电动汽车及其他电动产品不仅是一种气候战略，也关乎可负担性、经济竞争力、公共健康、消费者体验、能源安全以及应对波动的燃料市场的能力。

作者：克莱姆·佩里，由世界资源研究所提供。