今年8月，ISO发布了《ISO标准化预见框架 2022趋势报告》，对经济、环境、政治等6个领域的国际标准发展方向进行了预测和分析。在能源领域，报告主要侧重于能源资源、储存和分配。主要内容整理如下:
随着全球电力需求、能源消耗和能源相关碳排放的增加，2050年碳中和目标难以实现。通过技术创新，解决这一问题的唯一途径是实现节能、低碳/零碳能源、碳捕集和能效提高。
未来30年，潜在能源的数量将会增加，能源生产和储存等技术创新将使可再生能源和新一代电池更加便宜和高效。电力市场的变化，如发展中国家电力市场的增长和能源系统的区域化，为能源改革奠定了基础。
能源的发展不仅包括关键技术和社会的发展，还与2050年全球气候目标密切相关。无论是温室气体(GHG)减排、能源效率提高，还是可再生能源在发电、供暖和燃料方面的推广和使用，未来能源领域的技术创新和标准化都应该从可持续发展的角度出发。
能源资源
随着经济和人口的快速增长，交通、工业和建筑的能源需求持续上升。如果不进一步节约能源，预计到2050年全球能源需求将增加40%-60%。
与此同时，温室气体减排和能源安全的意识、压力和需求不断增强，全球能源生产和消费格局面临深刻变化。能源资源的多样化突出了这一领域的进展。风能、太阳能、水能、核聚变、地热能、生物质能等能源为低碳经济的发展奠定了基础。
实现脱碳
可再生能源的发展为脱碳带来了新的希望。作为世界上发展最快的能源，中国、美国、德国、法国和西班牙对可再生能源进行了大量投资。可再生能源是指取之不尽、用之不竭的资源，其再生速度大于开采速度，包括太阳能、风能、水力、地热能等。电力作为重要的能源载体，在经济建设中发挥着重要的作用。到2050年，全球一半以上的电力将来自可再生能源和核能。
此外，随着价格的下降，可再生能源取代化石燃料的速度快于预期，这已经开始彻底改变全球能源行业。特别是随着第三代光伏发电(光电转换效率高、成本低、利用效率高的材料)和聚光太阳能发电(CSP)的不断发展，太阳能生产成本将不断降低。
在脱碳过程中，另一种可以替代化石燃料的能源是原子核裂变产生的核能。由于核电站造成的核废料和事故，核能在一些国家并不流行。然而，随着中国、印度、韩国和芬兰继续使用核能，核能的发展在未来是可以预期的。此外，技术革新使聚变燃料(氘和氚)能够从水和海水中持续提取，今后应进一步普及核废料的管理策略。
化石燃料的未来
目前，可再生能源无法满足日益增长的全球能源需求。未来20年，全球能源将继续依赖煤炭和石油。虽然对碳氢化合物的需求在20世纪40年代有所下降，但在2050年，碳氢化合物仍将满足70%的总能源需求。
然而，随着欧洲国家对化石燃料依赖的降低和新兴经济体对能源需求的增加(尤其是汽车数量)，石油贸易路线可能会发生变化，亚洲和中东的石油贸易将会增加。据预测，亚洲将成为世界上最大的石油出口市场。全球约75%的石油将用于亚洲，中国的石油消费量将在2030年左右超过美国。
随着各国能源需求的增加，化石燃料的供给会减少，继续依赖化石燃料会加剧对化石燃料的争夺，从而引发冲突和国际争端。从长远来看，通过技术进步，发展新能源，提高可再生能源的开发效率和成本效益，将有助于解决上述问题。
据预测，到2030年，风能、太阳能、水电等可再生能源将超过煤炭，成为主要电源。2021年，联合国气候变化大会(COP26)期间，中美计划就本世纪20年代温室气体减排的环境标准进行合作，这也支持了上述预测。
案例:页岩油气和液化天然气
页岩油气(水力压裂开采)和液化天然气(LNG)属于化石能源。虽然它们已经使用多年，但随着近年来的技术创新，页岩油气和液化天然气储量的商业价值不断提高。这就打破了世界石油格局，美国从传统的石油进口国一跃成为世界上最大的石油生产国。未来几十年，西南亚和中东仍将是最大的碳氢化合物产区，但随着各国对化石燃料依赖的降低，西南亚和中东可能会成为能源进口国。在此背景下，液化天然气将成为主要出口商品。
但水力压裂技术需要将大量混有化学物质的水灌入页岩中进行水力压裂，存在地下水污染和温室气体排放增加的问题。这种技术的推广不利于低碳经济的发展。由于福特、通用汽车、其他四家汽车制造商和30个政府在第26届COP会议上承诺，到2040年逐步停止生产汽油和柴油燃料汽车，与页岩油气和液化天然气相比，国际社会未来将加大对可再生能源的投资。
结论
可持续能源战略极大地改变了能源工业的前景及其应对气候变化的能力。然而，可再生能源的持续强劲增长难以满足全球的发电需求。它需要技术的颠覆性创新，使其更高效、更廉价，同时需要国际排放标准和补贴来促进能源转型。因此，将绿色能源和替代能源视为竞争优势，而不是昂贵的能源转型，是未来的关键机遇，也代表了未来的经济发展趋势和就业前景。
相关的ISO技术委员会和重要标准有:
(1)国际标准化组织ISO/TC301能源管理和节能技术委员会
ISO/IEC13273-1:2015能效和可再生能源.国际术语.第1部分:能效
ISO/IEC13273-2:2015能效和可再生能源.国际术语.第2部分:可再生能源
(2)
ISO/TR4450:2020质量管理体系ISO19443:2018应用指南
ISO/ASTM51276:2019使用聚甲基丙烯酸甲酯剂量测定系统的实践
(3)
ISO/CD19885-1气态氢-氢燃料车辆的加注协议-第1部分:加注协议的设计和开发过程
(4)
ISO/WD14068温室气体管理和相关活动-碳中和
蓄能
储能包括热能储存(如太阳能热电厂)、化学能储存(电池)和机械能储存(如水力或压缩空气)。通过将能量储存在上述装置中，能量可以在需要时被释放和使用。零经济的转型促进了储能的创新和直接能量转换的研究。能源行业的日益复杂增加了技术的相互依赖性，需要更高效、更廉价的技术来解决能源需求。因此，在不久的将来，电池、替代燃料、节能(智能)电器/建筑/城市、过程能源系统优化(工业)和热电转换技术(如燃料电池)的创新有望为越来越多的人提供电力。
电池
储能以灵活可靠的方式提供低成本的可再生能源，其主要目的是将间歇性的可再生能源接入电网。将储能与电池组相结合，可以解决可再生能源的间歇性问题。随着各类机构对新型电池技术的大量投入，储能市场龙头地位的争夺已经开始，进一步打开了可再生能源市场。与此同时，世界各地都在兴建巨大的电池超级工厂，人们对电池行业的兴趣也在增加。
目前电池还不能储存和释放大量的电能，所以下一代电池需要进一步提高电池寿命和能量密度，电池的生产过程需要更加清洁高效。它是为笔记本电脑和电动汽车提供电源的领先电池技术。但制造锂电池所需的材料价格昂贵且稀少，需要进一步研究和改进。在过去的二十年里，电池技术取得了显著的进步，并且这种进步还在继续。目前，通过研究电池的化学性质和成分，研究人员希望以更低的成本获得更高的能量密度。通过研究新的负极材料，如石墨烯和六方氮化硼，用钠、铝或锌代替锂，可以降低电池的生产成本。固态电池体积更小，续航时间更长，充电速度更快，热传导更少，未来有望取代锂电池。
不过电池储能的成本也是未来要考虑的问题。储存和释放电力的成本(投资加上能源消耗和损失)应加入电力生产的成本。因此，使用直接能源的价格更低，投资于直接能源的高效分配、共享/交易是可行的选择。
到x-直接能量转换
PowerX又称直接能量转换，旨在通过电解或合成过程将能量(如太阳能、风能等可再生能源和氢气、甲烷等气体)直接转化为热、电、化学等能量，然后储存起来，用于制造产品或为不同系统提供动力。因此，PowertoX技术为建筑、制造和运输等高CO2排放的能源密集型行业的脱碳提供了一种可能的解决方案。
国际能源署(IEA)充分肯定了绿色氢对碳减排的贡献，其在能源转化方面的潜力也受到了广泛关注。与化石燃料产生的灰氢和天然气蒸汽重整产生的蓝氢不同，绿色氢是由可再生资源电解产生的，有利于碳中和。受生产和储存成本的限制，绿色氢目前并未得到广泛应用，但技术进步(如更好的电解设备和足够的可再生能源电力)使绿色氢成为更具吸引力的选择。报告显示，未来十年，将像廉价生产灰氢或蓝氢一样，开发出生产绿色氢的高效电解槽。此外，Gigastack等项目将电解槽直接集成到海上风电场生产绿色氢，探索工业规模的绿色氢生产。
然而，在氢和其他直接能源转换技术的有效储存和转换方面仍然存在挑战，需要进一步创新。此外，需要更新现有的基础设施，以实现这些技术的有效集成。目前，将氢气纳入天然气网络(为发展“电转气工艺”做准备)和提高混合燃料的能效是实现低碳燃料过渡的策略。
燃料替代
据预测，到2040年，交通运输的用电量将比2010年增加45%。提高能源效率，使用替代燃料为交通运输提供电力，有利于温室气体减排和降低电力消耗。
鉴于市场上汽车的可用性，从化石燃料转向清洁能源的目标促进了“清洁汽车”的研究，这是一种能源分配和储存的创新。清洁汽车是使用氢燃料电池、电力系统和混合动力的电动汽车。但是HEV的发动机还是部分依赖内燃机，所以清洁与否存在争议。汽车面临的挑战主要包括:(1)为消费者保证燃油的经济性；(2)与传统汽车相比，在成本竞争力的基础上，应保证清洁汽车的性能和可靠性；(3)确保电网有能力应对日益增长的清洁汽车需求。在未来的智能电网中，清洁汽车的出现使交通网络成为分布式储能系统成为可能。在这样的系统中，电动汽车可以充当电池，在低需求期间吸收电网的多余电力，在高峰时段向电网注入能量。
由于新一代电池的存在，预计到2030年，在与内燃机的竞争中，混合动力发动机将脱颖而出，成为私家车的标配。类似地，页岩气和生物燃料的增长表明，尽管天然气储存(加压罐)存在困难，但在天然气储量丰富(价格更便宜)的地区，天然气动力汽车的份额将会增加。发展中国家未来的技术创新和消费者的选择决定了私人汽车市场的发展模式和占主导地位的能源体系。
然而，在未来一段时间内，商用车仍将依赖化石燃料和柴油。混动发动机需要在电池成本、尺寸、重量、功率等方面进行改进，以增加续航里程、充电点数量、缩短汽车充电时间，才能真正与传统汽车抗衡。一项值得关注的关键技术是氢动力燃料电池，它是船舶和重型车辆的潜在替代技术。虽然氢燃料电池的推广需要提高成本和效率，但一般来说，商业交通(公交车、商用车、运输车队和卡车)是最有希望推广氢燃料电池作为能源载体，从而减少温室气体排放的行业。
交通运输的其他方面也在创新，包括船舶和飞机的混合动力系统。对于船舶而言，由天然气、船用柴油-天然气或重油驱动的三燃料柴油电力推进系统作为一种绿色解决方案正在进入市场。另一个解决办法是发展船舶岸电。航运港口在船舶停泊时为船舶提供动力，而不是依靠船舶的发动机。而船舶岸电发展缓慢，难以普及，缺乏投入。对于飞机来说，无论是电池驱动还是太阳能驱动，未来(2050年后)都有可能完全过渡到电动飞机。飞行里程在800公里以下、以电池为动力的电动飞机最快将于2025年应用。
能量分布
能源行业的数字化转型
数字经济、“物联网”和大数据分析的发展，从根本上改变了能源输配的要求和需求。能源行业的数字化虽然增加了能源的使用量，但也提高了能源的利用效率。随着智能技术的快速发展，其带来的隐私和安全问题不容小觑。随着能源的数字化，更多的参与者将参与其中，电网将变得更加复杂，系统故障的可能性将增加，这将给能源风险管理带来更大的挑战。
智能技术
在能源储存和分配方面，智能技术(如智能电网)通过让企业和家庭了解和管理自己的能源供应(甚至分享或出售剩余能源)模糊了供应商和最终用户之间的界限。通过供应链中的运营和节能措施(如智能电表)，以及大数据分析和机器学习，智能技术不仅可以预测系统故障，还可以根据不同的条件优化能源使用模式。例如，当电源充足时，它以最佳性能运行，否则，它以省电模式运行。这不仅节省了能量，而且提高了系统的效率。
除了上述优势，智能技术也带来了新的安全和隐私问题，例如如何收集和存储家庭能源数据，以预测电网的状态。需要相应的指导方针和法规来妥善处理敏感数据，并确保消费者的隐私。
特高压直流输电
与交流电相比，特高压直流输电实现了更高效、更大规模的远距离输电，有望成为主要的输电技术。目前，全世界已经安装了超过250GW的互联设备和高压输电线路。预计到2030年，随着中国、印度、美国和欧盟的大量投资，这项技术的装机量将呈指数级增长。
超高压直流输电通过较高的电压实现电力的远距离传输，将电力从源头直接输送到终端用户。与现有技术相比，该技术高效且廉价，提高了能量分配的经济性，并且更有吸引力。特高压直流输电减少了煤炭和石油的海运。据估计，到2050年，航运将使煤炭和石油的运输分别减少50%和25%。
特高压直流输电在温室气体减排和低碳经济转型中发挥着重要作用。并且传感器和控制器可以实时改变动力传输的方向和流向。通过互联系统，运营商将电力从容量过剩或高容量的地区转移到其他地区，平衡电力供需关系。通过解决可再生能源的可变性和不确定性，增加可再生能源的吸引力。此外，这项技术减少了能源运输的需求，从而促进了交通运输业的温室气体减排。
特高压直流输电将为更多人提供电力。根据国际能源署的报告，全球超过7.5亿人没有电力供应。特高压直流输电将加速电力供应的普及，实现发展中国家在能源领域的跨越式发展。在未来30年，许多非洲国家预计将跳过现有经济体经历的发展阶段，直接进入数字化和可持续的基础设施建设。对于没有电力供应的地区，这项技术将极大地改变能源行业。同时，对于自然资源丰富的非洲国家来说，这项技术也是实现弹性电网和低碳发展的机遇。
交通运输的前景:从以国家为中心的系统到区域和地方的解决方案
(1)区域解决方案:地方能源互联网
在上述背景下，各国现在面临一个选择:是通过国家议程还是通过区域和地方能源独立的道路实现电气化和输电？
考虑到投资新输电线路和其他技术的商业成本，以及一个国家的有限资源，国家之间的合作和能源贸易可以实现互利。通过共享基础设施和资源，充分发挥参与国不同的可再生能源优势，有效调节供需关系，可以将能源生产成本降到最低，增加地区收入。撒哈拉以南非洲是世界上能源供应成本最高的地区之一。通过区域贸易，这个区域的平均成本可以降低40%。例如，在拉丁美洲，各国对区域能源系统的投资降低了拉丁美洲的能源成本，提高了能源传输的可靠性和能源供应的多样化。
然而，该地区的解决方案也面临一些挑战。一方面，多个司法管辖区和国家之间合作的基础设施和立法不同；另一方面，与化石燃料的基础设施不同，发展中国家和发达国家都需要更新现有的电网设施，以满足可再生能源的要求。
(2)本地解决方案:电网之外
大电网的替代方案是发展局部的、小规模的无并网分布式能源系统(微电网)。通过这些创新，家庭、城市和本地设备都可以参与电力生产、存储和分配，从而减少当地社区对中央和州为中心的电网的依赖。在增加当地收入的同时，它还提高了社区的复原力，为没有电力供应的偏远社区或遭受自然灾害的社区提供了能源保障。然而，随着参与者的增加，能源系统的复杂性增加，失败的风险也增加。
相关的ISO技术委员会和重要标准有:
(1)国际标准化组织ISO/TC301能源管理和节能技术委员会
ISO50001:2018。能源管理系统要求和应用指南
(2)ISO/TC197国际标准化组织氢能技术委员会
气态氢陆地车辆的ISO17268:2020加注连接装置
使用水电解的ISO22734:2019氢发生器-工业、商业和住宅应用
(3)ISO/TC205国际标准化组织建筑环境设计技术委员会
ISO13153:2012节能独栋住宅和小型商业建筑设计规范框架
ISO/TR16822:2016建筑环境设计-与能效相关的暖通空调和家用热水设备测试程序列表
