在過去的20年里,煤炭及石油消耗從較小程度上說已穩步減少。同事,天然氣普及率放緩,于21世紀初趨于穩定。這些都有利于歐洲工業的電能使用。那么,電能在工業上究竟有什么用途?如此高的普及率背后究竟有些什么原因?
電能滿足了比重日益增長的工業能源需求
一方面,電能在工業能源消耗中的比重,即電氣化率,從1990年的23%增加到2011年的32%,而煤炭在工業能源消耗中的比重卻從25%降低至14%,石油在工業能源消耗中的比重從15%減少到12%。另一方面,天然氣在工業能源消耗中的比重從2001年32%的峰值減少到2011年的27%。在1990年,電能消耗排名第三,僅次于煤炭和天然氣消耗,在21世紀初繼續成為工業上主要的能源來源。
除造紙業之外,所有主要工業分支的電氣化率都有所提高。提高幅度最大的幾個行業是:交通運輸設備(增長14個百分點),視頻(增長11個百分點),機械(增長9個百分點)以及鋼鐵(增長8個百分點)。一直以來,有色金屬都是電氣化普及率最高的工業分支。
產業結構的變化(即最終轉變為更多的電力密集型產業)并不能完全解釋電能普及的原因。通過假設2010年各工業部門的能源消耗比例與1990年的數值相同來計算2010年的工業能源消耗并不影響2010年的能源分類。研究發現,電能的普及主要歸因于兩個因素:首先,行業用電的逐漸發展,如與日益發展的機械化相關的動力。其次,生產過程中的燃料替代(電爐煉鋼過程,電路制作玻璃過程等)。
工業電動機的風靡
在過去的20年間,電動機風靡盛行。弗勞恩霍夫應用研究促進協會系統與創新研究所進行的一項研究顯示,目前電動機的使用占工業用電需求的比重約為70%。
電動機主要有四種用途。在工業用電需求中,電泵占很高的比重(歐盟約12%);在電能消耗上,造紙業使用的電泵占了尤其高的比重,這些電泵主要用于生產紙漿和抽水;通風用電動機也是一個重要用途,可以用于冷卻、干燥、吸塵或為房間通風。通風用電動機占用點需求的比重約在9%至17%之間;根據行業部門不同,壓縮空氣電動機占用電需求的比重在2%到20%之間,主要用于工具的氣動驅動。電動機也可用于供冷,但對于工業電氣化影響程度較輕。
高耗能工業加工技術的燃料替代
加工技術的用電需求約占工業平均用電需求的四分之一,卻相當于金屬加工、鋼鐵和橡膠行業用電需求的40%,比有色金屬行業用電需求的60%還多。
推動工業生產過程中以電能替代化石燃料的因素有以下幾個:首先,在上世紀90年代,電能之于天然氣和重油的相對價格大幅下降。之后這種情況一直在持續,但下降趨勢有所放緩。1995年,電價比石油或天然氣的價格大約高出五倍,而在21世紀初,電價“只”比石油或天然氣價格高出三倍。
其次,環境壓力可以部分解釋工業市場上的電能普及。使用電作為化石燃料的替代品,使工業公司得以將其直接二氧化碳排放轉嫁給電力部門。歐盟碳排放交易體系已明確表示支持這種趨勢的發展,并積極鼓勵本地污染物,如氮氧化物或二氧化硫的減排。
此技術的高效率是另一個重要因素。比如說,煉鋼可使用兩種不同的加工方法:使用鐵礦石的高爐煉鋼(消耗煤的焦爐)或使用鐵屑和直接還原鐵的電弧爐煉鋼(消耗電能)。第二種方法消耗的能源比第一種少兩到三倍,并且自20世紀90年代以來得到了巨大發展。電弧爐煉鋼的普及有利于減少煤炭消耗(其占能源消耗的比例由1990年的65%減少到2009年的58%),促進電能的普及(從13%增加到21%)。因此,煉鋼電耗(每煉一噸鋼所產生的耗電量)從1990年到2009年逐漸增加,由1990年的617千瓦時/噸增加到2009年的783千瓦時/噸。
另外,電能與多種其他形式的能之間可以方便的相互直接轉換,降低了能量轉換過程中的各種損耗,并且傳輸方便,可以通過輸電線路完成,這種傳輸方式損耗小,維修費用低,供電安全且易用,也促進了電能的普及。