托马斯·爱迪生他的新想法颠覆了世界，他想建立一种电力设施，为家庭和工业提供集中动力。140年过去了，电力工业一直在悄无声息地脱碳，尽管它仍然保持着惊人的效率和可靠性。随着各经济体逐渐感受到新冠疫情带来的“下一个常态”——新冠疫情抑制了商业和工业需求，导致化石燃料市场出现新的波动，以及为确保员工安全而需要进行的操作上的改变——行业运营商可能需要重新调整正在进行的遏制气候变化努力的速度和范围。
它们能走多远、走多快，既取决于可再生能源经济发展的速度，也取决于从氢燃料到碳捕获、使用和储存等技术的进步。同样重要的是，在风能和太阳能等可再生能源无法使用的情况下，扩大电池行业以储存电力并保持电网运转，以及加速电动汽车的普及。
在这个汇编中，麦肯锡专家提供了与这些过渡相关的机会和挑战的快照，旧金山的太阳能球员Sunrun的首席执行官Lynn··距离是它看起来像将住宅太阳变换成一个人的地面景观用于微晶的新商业模式，可帮助公用事业管理其负载。
可再生能源和新技术可以将电力排放降至零，但在不同的市场中实现这一目标的方式会大不相同。
可再生能源正变得更丰富和更便宜。但其扩张的速度和性质将整个市场有很大的不同。看到电力行业如何能够提供廉价，可靠，可持续的电力，我们绘制了世界分为四个主要的市场类型（见下文），它们共同构成了大部分的全球市场，创造途径，展示了最经济的方式完全脱碳到2040年每个市场类型，我们得出这样的结论让50％到60％脱碳并不难技术上和往往是最经济的选择。获得从那里到90％的脱碳一般是技术上是可行的，但有时花费更多。和获得100％的可能是困难的，无论在技术上还是经济上（图表）。
'岛屿'市场
顾名思义，这些都是偏远或孤立的市场(如夏威夷)，如今那里的电力系统非常昂贵——它们进口燃料，缺乏与其他电力市场的连接。许多国家气候晴朗，可再生能源价格不断下降，这意味着这些市场可以实现80%以上的脱碳，主要是通过选择成本最低的电力组合。
我们的研究表明，爬梯爬到90％意味着在太阳能中的电池储存时，爬升到90％将意味着对太阳能的电池存储器进行备用。这将施加一定程度的行业称之为“缩减成本”-the无法使用所有可再生能源来维持线上未充分利用的资产，热启动和运行作为备份的效率，再加上相关费用。不过，这倒数第二个步骤可以用更低的总体系统成本来实现。
通过称为P2G2P的新兴技术来实现全脱碳将需要通过电解产生清洁的氢燃料。清洁氢气取代化石燃料以进行备用电源。现在是一种高成本的技术，但可能包含价格标签，因为使用主要是在边缘处。
Thermal-heavy,成熟市场
这些市场人口众多，目前主要由热力设施提供动力，并与其他电力市场进行主要互连以管理负荷。例如美国PJM市场和德国。实现90%的脱碳需要更多的风力发电和电池存储。要想实现100%的脱碳，很可能要依靠碳捕获、使用和储存(CCUS)，即捕获和储存化石燃料工厂的排放。CCUS的资本成本很高，但持续使用发电可以降低成本。
基本负载清洁市场
这些市场的基荷清洁能力的主要核心，如在法国的核电站和在巴西水电设施和北欧国家。That’s a hefty structural advantage: building on a zero-emissions base, they can choose the lowest-cost decarbonization option—in this case, wind—at little or no additional cost (using the base power to balance renewable intermittency) to reach 90 percent decarbonization.
通过负碳技术的创新，这些市场也将得到很好的定位，以实现全面脱碳。他们的清洁基础和可再生能源的组合将造成抵消少量燃气“峰值”能力（约3％）的剩余排放（约3％），直接空气捕获（DAC）。这项技术有效吸入有限公司2从大气层中，将其存储地下或向工业使用派出。成本很高，但在狭窄的使用中将是可管理的。
大,多元化的市场
这一市场类型包括大片地区，如加利福尼亚、墨西哥和澳大利亚东部的部分地区，这些地区的可再生能源目前只占基础电力的一小部分，而新增可再生能源的潜力巨大——主要是太阳能和风能，还有基于河流的水力发电。我们的分析表明，减少90%排放量的最直接途径是增加太阳能发电，加上天然气设施的存储，以管理间歇性。尽管将可再生能源大规模接入电网的努力会带来一些效率低下(削减成本)，但随着太阳能和存储成本的持续下降，整个系统的成本可能会下降。
要在这些市场实现100%的脱碳，就需要过度建设可再生能源和存储，而这反过来又会在这些新资产在系统中循环使用时增加削减成本。这些市场将需要保留一些热电厂来运行这些设施，这些热电厂将通过P2G2P技术获得氢气支持。尽管P2G2P价格昂贵，但只有在可再生能源无法连续多日生产电力的情况下，P2G2P才会生效。
技术进步可能降低成本并加速我们描述的过渡途径。除了直接空气捕获，CCU和P2G2P之外，较长持续时间存储和生物质燃料技术的进步也可以移动针，因为可以在更传统的区域等核生物和传输等领域进行。电动车辆的显着穿透水平可以取代否则将构建的固定电池的有意义部分。然而，矛盾的是，它们不太可能基本上影响系统成本，因为它们没有解决从90％到100％脱碳的过渡到100％的难题。这需要泄漏储存。
当然，挑战是，即使新环境的概要已经开始出现，电力行业在几十年来的时间内运作。这一含义是在不确定性下的高阶段战略决策，从公用事业，监管机构和投资者以及市场和公司的创新必要性。
有关更多，请参阅“如何脱碳全球电力系统。“
关于作者
杰森·芬克尔斯坦是麦肯锡旧金山办公室的副合伙人，大卫·弗兰克尔是南加州办事处的合伙人，还有杰西·诺夫辛格是西雅图办事处的副合伙人
作者要感谢艾米瓦格纳，她对本文的贡献。
太阳能可能在脱碳发电中发挥重要作用 - 即使它扰乱了现状。
消费者偏好的转变可持续性倡议和可再生能源可以在发电脱碳方面发挥关键作用。随着人们对太阳能的兴趣上升，总部位于旧金山的Sunrun公司开创了一种商业模式，使更多的家庭能够使用太阳能电池板和电池。自2007年成立以来，该公司已经从阁楼里的两名研究生发展到4000多名员工。
在这次采访中，Sunrun首席执行官Lynn Jurich谈到了与公用事业行业创建双赢模型的重要性，面对中断，并赋予前线。
这季度：单词“破坏者”是周围很多抛出，但它肯定日骋的真实。那是怎么发生的？
林恩青少年:从开始时，我们很清楚太阳能将成为突破性可再生技术。我们假设太阳能是破坏性的，因为它可以分布在MicroLevel处。当新技术出现时，人们总是试图迫使它进入他们已经做事的方式 - 并且在能源行业中，通常看起来像一个轮辐模型，其中集中式能源分布在其他地方以供消费。
但关于太阳能的一个颠覆性的事情是它更典型地位于能源实际消耗的地方。
我们希望去为直接面向消费市场，因为我们相信这就是你打平价上网第一的。比我们想象的还要并合影沿途许多挑战它花费更多的钱。但是，快进13年：我们已经安装了近五十亿$价值住宅系统，拥有285,000的客户，并已在22个州，华盛顿特区和波多黎各出售我们的太阳系的服务。
这季度：你是如何建立自己的能力和企业文化来获得成功的?
林恩牧师：业务模式随着时间的推移而发展。我们必须对我们如何攻击市场进行重大变化。我们的原始计划是拥有可扩展的价值链条。我们相信有利于建立融资能力并使人们能够安装太阳能的优势。因此，这是我们为服务提供的业务模式作为服务。该模型使您从财务，覆盖，分发到最终消费者和品牌的规模。
一开始，我们故意不处理任何施工。这是当地的生意，所以我们和当地的公司合作。六年之后，我们清楚地意识到，我们也需要参与到建设中来。这对我们来说是一个巨大的改变。我们需要收购当地的太阳能安装商，并扩大这种能力。此外，我们正在处理一个完全不同的业务、劳动力和一系列挑战。不仅如此，我们还必须说服他们在我们上市前买下我们的股权。
人们很聪明，想要做正确的事情。给他们适当的背景，最接近行动的人就能做出最好的决定。
桑伦首席执行官林恩法师
我们也必须制造文化转变 - 我们的文化仍在发展。我们主要有一个结构化文化，充满了融资和政策的深层背景的人。现在，执行是所有操作的位置。前线越来越高效，与客户交谈的人是同一个人处理装置的人。我在现场花了很多时间，让自己更好地了解挑战和机遇。我们还弄明了如何定向业务，以便在本地完成决策。人们很聪明，想要做正确的事情。给他们适当的背景，最接近行动的人就能做出最好的决定。
这季度：您与当地的灵活安装人员竞争，但您也与公用事业竞争。这种动态如何影响客户？
林恩青少年:在这个行业中有许多长期的现任者。他们的商业模式是巨大的能量单向流动，然后为高峰需求积累所有资产。今天，维护这个系统突然变得昂贵起来。有大量的资本支出用于升级我们的公用事业系统，而气候变化让情况变得更糟。
现在我们可以以比公用事业更低的价格向客户出售太阳能电力服务。我们的结构优势在增加，因为我们的成本在降低。我想做的是利用效用——这对我来说不是零和游戏。我们不是让我们和公用事业公司一起建设基础设施，我们争取双赢的模式，我们对公用事业公司说，“你们对电力有高峰需求。而不是一个昂贵的化石燃料工厂，让我们利用我们客户的数千个电池，协调和发送它们。”我们对峰值需求做出响应，客户不需要改变他们的行为。
我经常看到有人误解的风险。现状感觉更安全，但实际上更危险。如果你是一名公用事业专员，继续依赖那些30年的天然气发电厂比鼓励一群家庭帮助满足需求更有风险。然而，这正是许多人对混乱的反应:恐惧和保护现状的欲望。
这季度：您如何描述领导团队的文化？在行为方面对你最重要的是什么？
林恩青少年:我们的领导力从丰富和双赢情景的地方开始至关重要;即使这些方案最终无法实现，也很重要，无法在那个空间中思考。这就是快速地行动，在将能源问题视为气候变化时所需的时间框架所需的时间。
当从丰富的地方经营时，我们可以在我们过于依恋我们自己的想法时互相打电话，我们有一个促进教练来帮助我们。我们让它自由地思考并说：“如果与此相反可能是怎么办？让我们对此感到好奇一秒钟。“你做得更好的决定。
此外，对我们来说，照顾好我们的员工也很重要，尤其是那些在与客户打交道的第一线的员工。如果你的员工对目标充满热情，公司也会照顾他们，他们也会照顾你的客户。在这个世界上，客户体验就是一切。
对于这次采访的完整版本，包括Lynn jurich在工作场所的多样性的看法，见“改变能源行业现状:采访Sunrun首席执行官Lynn Jurich。“这次采访最初出现在声音对基础设施：未来的劳动力，2019年12月。
关于作者
林恩牧师是Sunrun的首席执行官。这次采访是由凯蒂乔治，麦肯锡新泽西办公室的高级合伙人
存储越来越多的可再生能源的能力不仅对打击气候变化至关重要，但也将跳跃一系列经济活动。
全球电池产业正在电源：我们估计使用 - 从电动车辆到移动电话和其他消费产品的电力 - 可以提高2030（展览）对电池的需求17倍。这意味着该行业的大变化也可能带来巨大的福利。
要了解潜力，我们建模了一个基本情况的场景，其中包含了今天的“工业势头”的电池采用率并将其与高增长“目标场景进行比较”。在后者，一个“循环”价值链，新商业模式，更好的跨境协调将能够更快地采纳和更好的整体经济性。多少了解呢？到2030年，我们的目标的情况下，电池可能在一年中的经济价值贡献高达$ 185十亿对全球经济。电池驱动的动力系统将在交通运输中取代越来越多的内燃机，并支持使用可再生能源发电。由此产生的碳基燃料的替代可能会贡献约30%的一氧化碳2- 减少的emissions abatement在预生产水平上限到2摄氏度。需要额外进展达到1.5度阈值。
加速产业发展
我们预计，到2030年，锂离子电池的需求将从2019年的220千瓦时(GWh)增长到3500千兆瓦时以上。锂离子电池的需求结构也在迅速转变。消费类电子产品的电池在总需求中所占的比例可能会小得多，到2030年约为2%，而目前为18%。与此同时，用于电动汽车、卡车和公共汽车的锂离子电池的需求可能会从2020年的7%上升到85%以上。电网的电力存储将占新电池需求的13％。
在这种高增长的目标情景下，将需要120家新的大型工厂来生产电池。所需的原材料投入将根据所使用的矿物增加40倍。电池中活性材料的产量将增长近15倍。与此同时，一个更健全的循环价值链，包括翻新和回收电池的设施网络，将不得不以数量级扩大。
我们的研究表明，循环性的进展可以改善行业的经济学，特别是对于车辆，因为更长的使用将增加电池的价值及其寿命最终价值。这可能对电动汽车制造商的商业模式至关重要，后者依赖于较低的电池成本。与基本情况相比，圆形、电池技术的预期进步、规模经济和更高效的制造等因素的结合，可以在2030年将电池成本降低20%以上。
总而言之，到2030年，扩大电池经济的经济价值可能从每年1300亿美元到1850亿美元不等。其中超过一半的价值将来自新的应用——例如，电动汽车、汽车充电站、电力分配资产的增长，以及将汽车电池中的电力循环输送到电网的新技术。剩余的价值将在采矿和加工、电池和电池组的生产以及扩大回收工业中产生。发展中市场的消费者也将受益:在电池的帮助下，生活在目前电网无法覆盖的地区的大约6亿人可以获得电力。
移位温室气体
在汽车中，更多使用电池可以减少有限公司2在我们的目标案例中，每年的1.3千兆八峡（GT）排放量为每年，或约25从部门需要什么，实现了1.5度加热通路一致脱碳的目标百分比。到2030年，电动汽车正准备在整个价值链中了今天的内燃机汽车提供在许多地区和领域的排放量显着优势。欧洲大型客车电动汽车，例如，将遏制排放量的60％，而在中国较小的将比内燃机汽车执行35％更好。这些减排的收益会实现，因为电池会更经济的使用，提高ICE-替代率，而且由于电池制造将是更可持续的。
在电力领域，电池可能有助于减少约7.1 Gt的CO2每年的排放量，到2030年，约77从部门命中脱碳的目标为1.5度的途径需要什么个百分点。电池，作用间接用于平衡电网的重要工具：他们让更多的可再生能源陆续投产并更换所谓的调峰电厂，其天然气运行，目前已涵盖间歇电力供应的时候，没有太阳或风。我们估计，可再生能源发电2200万千瓦时，到2030年，更多的加入到全球供应比现在1.5倍的水平，和额外的电池存储容量480万千瓦时，将需要适应新的可再生能源。一个强大的，分散发展电池存储网络也将提高电网的恢复能力，因为更多的电力将在当地产生、储存和分配，企业和房主将比现在发挥更大的作用。
从锂云母(如图所示)中提取的锂，正逐渐成为一种受欢迎的商品。到2030年，用于电动汽车、卡车和公共汽车的锂离子电池的需求可能会上升到85%以上，而2020年仅为7%。
前进的道路
我们的目标情况下，假设该行业将整个价值链，这与镍，钴，锂等矿藏开采和炼油业务开始更加可持续运行。另一个假设是对可再生能源的依赖较大;没有它，从电池制造的排放到2030年上升到今天的八倍水平。
建立一个更可持续的经营环境需要协调一致的行动。例如，在移动领域，需要协调地推出充电和电网技术，同时提高电动汽车销量;在更好的数据跟踪支持下，建立更好的电池收集系统进行翻新;协调各地区的回收法规;以及生产者责任的指导方针。准备工作也需要资本:我们估计需要4000亿美元的新投资才能产生全面的经济和环境效益。这是一个相当大的赌注，但它将确保电池经济充分发挥其潜力。
关于作者
伯恩赫德是麦肯锡科隆办公室的资深合伙人，肖恩·凯恩是南加州办事处的合伙人，还有帕特里克Schaufuss.是慕尼黑办事处的副合伙人。
作者希望感谢Jonas Augustin, Nicolò Campagnol, Patrick Hertzke, Daniel Schmid, Bram Smeets, Lukas Torscht和Markus Wilthaner对本文的贡献。
本文的研究与全球电池联盟，SystemIQ和世界经济论坛合作进行。
