工业过程电气化如何应对气候变化

19 世纪末，制造工厂开始采用电气化来节省成本。如今，两个多世纪过去了，工业电气化又迎来了复兴：从新泽西州的航运码头到新西兰的钢铁生产，工业运营比以往任何时候都更加倾向于电气化。

然而，今天的电气化推动不仅是为了省钱，也是为了拯救地球。

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20 6 月, 2025

电气化是指将依赖非电力能源的设备、系统或流程转换为由电力驱动的设备、系统或流程。在可持续发展计划的背景下，电气化技术使用可再生电力，即来自太阳能、风能和其他清洁可再生能源的电力。

因此，电气化已成为支持全球向可再生能源转型的关键，而可再生能源是实现经济脱碳、实现净零排放和减缓气候变化运动的核心方面。正如 IBM 商业价值研究院指出的那样，“需要采取积极行动实现脱碳”，尤其是各行业的电气化正成为“至关重要的当务之急”。

工业对气候变化的影响

工业部门是能源密集型行业，占全球能源消耗的 37%。其能源消耗伴随着巨大且不断增长的碳足迹：过去二十年，工业排放量激增 70%，工业企业贡献了全球碳排放量的约四分之一。

工业排放由能源消耗和所用能源类型共同决定。根据国际能源署 (IEA) 的数据，工业能源消耗仍然以化石燃料为主。煤炭长期以来一直是工业运营中最常见的燃料，到 2022 年，化石燃料（包括天然气和石油）在工业部门能源结构中的总份额为 67%。减少排放需要将工业流程转向更清洁、更可再生能源。

进入电气化。

电气化实际应用：从锅炉到叉车

成功且可持续的电气化需要用电气技术和电气设备取代化石燃料驱动的生产方式。示例包括：

工艺加热 电气化： 工业过程加热是制造钢铁和水泥等材料以及家用电器和化妆品等消费品等所有产品的关键步骤。加热占现场能源使用量的很大一部分，因为大部分加热都在高温下进行 — 400°C (752°F) 或更高。由于这些能源需求通常通过燃烧化石燃料来满足，因此过程加热占制造设施温室气体 (GHG) 排放量的 30%。电气化提供了一种环保的替代方案。使用电磁加热技术、电锅炉、电炉和工业热泵可以帮助工业大幅减少温室气体排放。例如，在新西兰，一家炼钢厂改用电弧炉预计将减少至少 45% 的排放量。

电动机： 燃气轮机和蒸汽轮机（由化石燃料驱动）驱动不同类型的旋转机械，例如风扇和压缩机。用清洁能源驱动的电动机取代此类涡轮机可以减少各种工业场所的排放，包括天然气管道压缩站。（天然气通常被认为是补充可再生能源的“过渡燃料”。）压缩站传统上使用工业燃气轮机，但这种情况正在改变。例如，截至 2023 年，欧洲现在有 300 多个压缩站依靠电动机。

电动汽车：温室气体排放还来自大量使用化石燃料驱动的公路和越野车辆，从供应链上运送材料和货物的卡车到制造厂和港口的叉车。改用电动汽车是显著减少这些领域排放的另一种方法。例如，在新泽西州伊丽莎白的一个航运码头，港口运营商估计，一项部署电动码头拖拉机的新举措将防止每辆拖拉机每年排放 1,100 吨温室气体。

安装电加热和冷却系统（例如热泵）也是工业设施脱碳的一种途径。然而，与住宅供暖和制冷系统电气化研究相比，这些举措的研究较少。

除了减少排放，工业电气化还有其他好处

虽然减少温室气体排放是全球电气化的一个关键驱动力，但企业领导者往往还会考虑另一个动机：他们的底线。

事实上，电气化可以为工业企业带来长期成本节约。电气设备的维护成本往往较低，同时能效更高。近年来，电价和可再生电价也比化石燃料能源成本（包括基于化石燃料的发电）更具优势。

此外，电气化可能有利于员工的健康。这是因为电动汽车和设备不会排放有害的空气污染物。用电动汽车和电动汽车取代化石燃料驱动的机器和车辆可以改善室内和室外的空气质量，降低员工遭受不良健康影响的可能性。

电气化还可以帮助企业实现其 ESG 目标并赢得投资者和客户等利益相关者的认可，因此电气化计划经常出现在公司的可持续发展报告中。

应对工业电气化的挑战

尽管电气化有诸多好处，但其推广仍存在一些障碍。其中之一就是前期成本高昂。虽然电气化可以节省资金，但用电力系统取代化石燃料系统可能成本高昂，甚至成本过高。政府的激励措施有助于降低工业电气化的成本。从加利福尼亚到芬兰再到新西兰，政策制定者都为能源密集型行业的电气化投资提供补贴。最大的举措包括欧洲 REPowerEU 计划和美国能源部的工业脱碳投资。

当今能源系统的弹性和容量是另一个重大挑战。随着工业领域越来越多的设备和车辆实现电气化，随之而来的电力需求增长可能会使电网不堪重负。世界各地的政府计划旨在帮助电网运营商升级基础设施并扩大容量，但根据国际能源署的分析，还需要制定更多政策。