持续的能源转型，以其最简单的形式，是我们在整个能源价值链中生产、运输、储存和消耗能源的方式的根本性演变。它包含了无数的变化，有些是小的，有些是巨大的变革。对于在能源市场运营的公司而言，市场驱动因素、法规以及商业和运营结构的排列将有所不同。但随着可再生能源继续无情地渗透到电网，以及替代燃料（绿色燃料）获得市场份额，所有这些都将经历一定程度的运营和商业中断。
鉴于在实现“净零碳”能源基础设施之前必须进行的投资的规模和复杂性，必须克服许多挑战。全球经济状况、不确定的开发成本、消费者行为以及各种可再生能源的不同运营状况为可再生能源的广泛采用及其最终替代大多数碳氢化合物能源创造了不利因素。然而，世界大部分地区各级政府的监管机构和立法者都在不断施加压力，以确保他们在 2050 年实现全球二氧化碳减排目标中的份额，几乎确保可再生能源资源的持续发展。
一系列可再生资产和市场影响
技术进步和规模经济有助于降低一些可再生能源的成本，特别是太阳能和风能。国际可再生能源署 (IRENA) 指出，在 2010 年至 2020 年期间，公用事业规模的太阳能光伏发电成本下降了 82%，而陆上风能开发成本下降了 39%。该报告还指出，2019 年公用事业规模的太阳能光伏成本达到全球平均每千瓦时 (kWh) 6.8 美分，陆上风能达到 5.3 美分/千瓦时，这降低了燃煤发电的成本，并有助于加速退役那些设施。
可再生能源的必然性吸引了更多的资金，新的绿色投资基金不断涌现，机构投资者正在调整其投资组合，远离传统能源，特别是石油和天然气相关项目。研究公司 BloombergNEF 指出，“在创纪录的公开市场融资以及创纪录水平的风险投资和私募股权许诺的支持下，2021 年上半年对可再生能源项目和公司的新投资总额达到 1740 亿美元......任何一年的上半年，比去年同期高出 1.8%，尽管比 2020 年下半年设定的高水位线低 7%。”尽管如此，要到 2050 年实现净零目标，仍需要大量资金。BP 的估计表明，到 2050 年，全球每年仅需要在新的太阳能和风能项目上投资就高达 500-7500 亿美元。根据 BloombergNEF 的数据，这一预测反映了当前投资水平的大约 200-300% 增长，2021 年上半年太阳能投资达到 780 亿美元，风能投资达到 580 亿美元。
解决与风能和太阳能相关的高度可变的输出和运营问题正在推动虚拟发电厂 (VPP) 的发展，其中可再生能源在运营上与其他资产相关联，包括电池设施、联合循环发电和灵活的能源消费者. 这些设施的目的是结合这些不同的资源，创建一个运营高效的资产组合，有助于减少电网负载并提高各个组件的财务绩效。尽管在欧洲更为普遍，但 VPP 在美国市场的兴趣日益浓厚。Resi-Station 是由 Sidewalk Infrastructure Partners 和 OhmConnect 开发的位于加利福尼亚的 550MW 设施，一旦达到满负荷，它将成为世界上最大的 VPP。该 VPP 的关键组成部分之一是聚集大量智能电表连接的消费者，他们愿意在高峰需求期间调整其能源消耗，以换取节省的能源价值的一部分。一旦全面投入运营，据估计 Resi-Station 可能会产生 5GW 的不同发电量。
分布式发电和需求响应也是不断发展的电力市场的关键组成部分。联邦能源管理委员会第 2222 号命令向分布式发电资源开放市场，这将实质上迫使公用事业公司为其客户采用净计量方案。然而，网络计量方案的广泛采用将需要对智能计量技术和电网管理工具进行大量额外投资，这促使一些 ISO/RTO 要求延迟实施。但是，一旦部署，这些先进技术应该能够实现更精细的需求响应计划（例如在个别社区或微电网内）和进一步的 VPP 开发，所有这些都有助于减少对不可再生调峰设施的需求。
通过电解水产生的绿色氢也被视为不仅是清洁能源的潜在来源，也是可再生能源储存的一种方法。在低需求时期由不可调度发电产生，产生的氢气可用于燃料电池，以补充电网或为包括公共汽车和车队车辆在内的运输提供动力。氢气也正在被研究作为一种潜在的加热燃料——与天然气混合并通过现有的管道基础设施运输。路透社指出，“至少有两打美国能源公司，包括 Dominion Energy Inc 和 Sempra Energy，已经开始生产氢气或测试其在天然气管道中的可行性，以利用现有基础设施，因为世界优先考虑低碳燃料。”
对电池存储的持续投资也有助于推动可再生能源的渗透。EIA 指出，美国的电池存储在 2020 年继续增长，装机容量增加了 35%，使年终总容量达到 1,650 兆瓦 (MW)。这意味着在过去五年中增长了 300%。而且，随着最近颁布的 FERC 第 841 号命令，该命令指示区域电网运营商消除电力存储设备参与批发容量、能源和辅助服务市场的障碍，电池存储设施全面商业运营的障碍正在消除。删除。该命令也适用于较小的分布式能源设施，这也将有助于进一步发展。虽然在大多数地区没有完全实施，FERC 841 预计将刺激与风能和太阳能发电机共存的额外电池存储开发。同址办公将基本上使这些可再生资产变得可调度，因为它们的非高峰期能源生产可以储存起来以供高峰需求期间使用。
其他可再生能源来源也正在获得资金并重新受到关注。波浪和潮汐发电，据估计仅能提供美国年用电量的 64% 以上，已经发展了几十年。潮汐发电依赖于大型固定设施来捕捉潮汐引起的水运动，在遭受大潮汐波动的地区取得了商业上的成功，目前在韩国和法国运行的设施高达 250 兆瓦。迄今为止，波浪发电的商业部署有限，近年来从私人来源和政府机构获得了越来越多的投资。尽管目前几乎所有正在运行的波浪发电项目都是技术示范项目，
从以碳氢化合物为基础的能源市场转向可再生能源市场将需要对包括交通运输在内的许多（如果不是大多数）能源系统的电气化进行大量投资。2020 年，电动乘用车总支出达到创纪录的 1180 亿美元，而公共汽车和其他商用车队车辆的支出为 150 亿美元。鉴于电动汽车的销售越来越成功，许多传统汽车制造商已许诺在不久的将来只生产电动汽车，包括到 2025 年的捷豹和到 2030 年的沃尔沃。此外，重型卡车制造商也采用电池驱动的汽车，包括随着特斯拉进入该市场，可以假设大部分柴油动力卡车车队将在未来十年内被取代。尽管由于范围限制和/或设备成本，使用内燃机 (ICE) 的长途卡车运输可能会持续到 2030 年之后，但本地和送货卡车运输可能会在未来十年内转向电池和/或燃料电池动力。航空旅行是一种高碳密集型交通方式，面临减排压力，而目前的电池技术在可预见的未来不太可能满足商用航空的需求。相反，航空公司将越来越多地依赖生物燃料和电动地面支持车辆，例如飞机拖船、装袋处理和服务卡车，以尽可能减少碳足迹。航空旅行是一种高碳密集型交通方式，面临减排压力，而目前的电池技术在可预见的未来不太可能满足商用航空的需求。相反，航空公司将越来越多地依赖生物燃料和电动地面支持车辆，例如飞机拖船、装袋处理和服务卡车，以尽可能减少碳足迹。航空旅行是一种高碳密集型交通方式，面临减排压力，而目前的电池技术在可预见的未来不太可能满足商用航空的需求。相反，航空公司将越来越多地依赖生物燃料和电动地面支持车辆，例如飞机拖船、装袋处理和服务卡车，以尽可能减少碳足迹。
市场逆风确实存在
显然，能源转型背后的动力是巨大且可持续的；然而，电气化和各种“绿色能源”的采用曲线的轨迹是不确定的。
极端天气事件，例如 2020 年 2 月冬季风暴 Uri 期间德克萨斯州电力可靠性委员会 (ERCOT) 市场所经历的事件，表明能源系统全面电气化面临挑战。随着极端天气事件变得更加频繁和更多能源系统通电，加强电网及其供应链至关重要。在 Uri 期间，为 ERCOT 服务的发电机队缺乏过冬导致 ERCOT 电网几近崩溃。虽然天然气和燃煤发电机组是失败的发电组合中的关键资产，但风力发电也是如此，其失败的主要原因是叶片上结冰的降水。所有这些资产都需要过冬，每一个都有自己的价格标签。对于风力发电机，
Uri 强调的另一个挑战是消费者不愿放弃使用天然气来取暖、烹饪和备用发电。由于全州发生大规模停电，许多德克萨斯人依靠壁炉、燃气灶和备用发电机来度过风暴。说服消费者投资于这些资产的电气化具有挑战性，并且可能需要某种形式的补贴。在消费者层面也存在重大的可靠性问题。对于能够负担得起的 ERCOT 客户，安装电池/屋顶太阳能作为备用电源可能会减轻一些担忧。然而，鉴于多日停电的频率增加，例如许多人在乌里经历的停电，
如果可再生能源渗透的步伐继续加快，关键材料，特别是锂、钕和铟等金属的需求量将大大增加。据估计，到 2030 年，稀土和少量金属的供应量将需要增加 10 倍或更多，才能实现《巴黎协定》下的二氧化碳减排许诺。不幸的是，这些金属并没有在全球广泛分布，而且许多仅在环境敏感地区或潜在敌对国家（如中国或俄罗斯）的边界内发现。除了采矿活动显着增加对环境的影响外，供应的有限分配增加了由大流行、地缘政治冲突甚至苏伊士运河堵塞等运营问题引起的供应链中断风险。此外，由于大多数新的绿色投资者和激进股东普遍认为大多数采矿活动是“肮脏的”，即使是支持能源转型的关键采矿活动也可能对获得资本和市场估值产生负面影响。随着 ESG 评分成为全球更广泛采用的指标，
随着转型的继续，现有的传统发电、输电和配电设备基础设施也面临压力。有利的风能和太阳能条件使此类技术在经济上可行，这意味着这些设施的选址可能会造成电网失衡，从而需要对输电线路进行额外投资，在其他一些情况下，随着传统设施的关闭，现有资产会被废弃。对于消费者和监督公用事业和输电运营商的监管机构来说，为新的基础设施提供资金和收回废弃设备的成本可能是有争议的问题。选址新的可再生能源设施需要仔细考虑，因为许多理想的地点，例如美国西南部各州 已经大量开发，并且它们在附近服务的负载可能接近可再生“饱和”水平，这开始影响系统可靠性。其他理想的位置是远离它们打算服务的负载的区域，并且需要对传输线进行大量投资以及长距离电力传输带来的随之而来的能量损失。
鉴于风能和太阳能的高度可变性需要近乎实时的能源调度，了解具有低至无延迟的细粒度消费者行为以支持实时市场运营变得越来越重要。获得这些见解将需要更广泛地部署智能电表，并可能通过高耗电设备发出信号。尽管过去十年努力吸引消费者允许此类数据收集（和潜在控制），但采用此类努力的速度比最初预期的要慢。那些获得动力的计划，例如允许公用事业公司在客户家中调节供暖和空调，最近遭到了强烈反对，特别是在极端炎热或寒冷时期发生时。
随着分布式发电也变得越来越普遍，特别是在带有电池存储的仪表太阳能发电之后，对智能计量和智能电网的需求变得更加紧迫。随着越来越多的消费者转变为产消者，负荷预测将变得更加困难，并可能导致电网不稳定性增加。输配电公司将被要求通过设备和软件升级在促进和管理这些负载方面发挥重要作用。然而，鉴于这些公司历来承担着确保可靠服务的任务并获得奖励，因此可能需要重新考虑它们在新能源市场中的作用；并且，最终可能需要重新塑造他们的商业模式。
消费者的行为和态度也在交通电气化中发挥作用。尽管在提高汽车电池性能和续航里程方面取得了重大进展，但汽车行业开始耗尽利用现有技术（主要是锂离子技术）进一步改进的潜力。由于单次充电的续航里程通常限制在 300 英里以内，并且充电时间达到 80% 需要半小时或更长时间（即使使用高压充电器），城市地区以外的消费者更不愿意采用电动汽车. 与美国或澳大利亚等地理上较大的国家相比，人口密度更高且人口中心之间距离更短的欧洲和一些亚洲国家的采用率要高得多。
在通往完全可再生能源基础设施的道路上，最具挑战性的问题可能是缺乏普遍采用的排放跟踪和报告框架。由于美国的州级监管错综复杂，全球各国的议程和法规各不相同，因此很难出现真正的碳定价基准。如果没有这样的标准，完全实现全球“绿色”能源基础设施的进展将是不平衡的，未来的发展容易受到监管不确定性驱动的市场失衡，从而导致投资者的风险/回报状况波动。
应对变化需要新的洞察力、持续的技术投资和敏捷性
无论身处能源行业的哪个位置，变化都在迅速而持久地发生，但未来轨迹也存在相当多的不确定性。展望未来，能源转型将继续包含许多变化，有些变化很小，有些变化很大。对于在能源市场上运营的公司而言，市场驱动因素、法规、商业和运营结构各不相同。但在寻求利用能源转型将创造的新机遇时，所有人都将面临一定程度的挑战或破坏。
应对这些变化需要不断了解市场驱动因素、法规、新投资、新技术、消费者习惯和投资者情绪。尽管其中一些变化可能需要数年时间才能完全实现，但能源转型背后的力量相互作用意味着随着市场对技术进步、监管声明甚至消费者情绪变化。
对于能源价值链上任何地方的市场参与者来说，拥有能够适应不断变化的市场条件、业务需求和运营限制的软件解决方案基础设施比以往任何时候都更加重要。先进的风险管理、数据科学和分析将需要成为每家公司能力库的关键组成部分，以确保盈利运营和积极的投资回报。
