世界經(jīng)濟(jì)的每一次重大轉(zhuǎn)型，都與能源變革息息相關(guān)。近年來(lái)，以風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電為主的新能源發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，以化石能源為主的能源開(kāi)發(fā)利用方式面臨挑戰(zhàn)，一場(chǎng)歷史性的能源變革正在全球范圍內(nèi)孕育。與人類歷史上的前兩次能源變革不同，中國(guó)有能力成為這輪能源革命的主要推動(dòng)者。
新一輪能源革命的特征
人類歷史上經(jīng)歷過(guò)兩次大的能源轉(zhuǎn)型。一次是在18世紀(jì)末到19世紀(jì)，以蒸汽機(jī)的發(fā)明和煤炭的大規(guī)模利用為主要標(biāo)志，人類從薪柴時(shí)代邁入了煤炭時(shí)代。第二次發(fā)生在19世紀(jì)70年代到20世紀(jì)初，以發(fā)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等的發(fā)明與使用為標(biāo)志，石油、天然氣在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比超過(guò)了煤炭，成為人類生產(chǎn)和生活的主要能源。這期間，電力作為清潔、便利的二次能源，改變了人類能源使用的方式。
兩次能源革命都極大地推動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步。但由于其本質(zhì)都是消耗化石能源，資源儲(chǔ)量持續(xù)下降，開(kāi)采和消費(fèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了破壞，大量的二氧化碳排放也對(duì)全球氣候產(chǎn)生了影響。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人類技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的日益提高，以風(fēng)電和太陽(yáng)能為主的新能源的發(fā)展越來(lái)越受到重視。2015年，全球可再生能源發(fā)電新增裝機(jī)容量首次超過(guò)常規(guī)能源發(fā)電裝機(jī)。全球173個(gè)國(guó)家制定了自己的新能源發(fā)展目標(biāo)，新能源在全部能源消費(fèi)中的比例不斷上升。
歐盟計(jì)劃到2050年時(shí)，非化石能源在能源消費(fèi)中的比重將達(dá)到75％。瑞典等國(guó)家明確提出到2040年前后，電力消費(fèi)100％來(lái)自可再生能源。中國(guó)政府也明確提出，到2030年非化石能源占全部發(fā)電量的比重力爭(zhēng)達(dá)到50％。從目前的情況看，有希望提前實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
新一輪能源革命呈現(xiàn)出三個(gè)主要特征。一是綠色、低碳，風(fēng)電光電讓人與自然更加和諧友好。二是不存在資源枯竭的風(fēng)險(xiǎn)。與煤炭、石油和天然氣相比，風(fēng)力和太陽(yáng)能可謂取之不盡、用之不竭。
2016年全球終端能源消費(fèi)可折算為112.81萬(wàn)億度電，而全球的風(fēng)能資源按1000利用小時(shí)計(jì)算每年可以發(fā)電1640萬(wàn)億度，陸上（南極洲除外）太陽(yáng)能資源按500小時(shí)計(jì)算可以發(fā)電3195萬(wàn)億度以上。
三是能源價(jià)格下降。前兩次能源革命，替代能源的價(jià)格都是上升的。而在新一輪的能源轉(zhuǎn)型中，由于以風(fēng)、光為主的新能源的生產(chǎn)邊際成本趨近于零，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；瘞?lái)的單位造價(jià)持續(xù)下降，用不了多久，新能源的使用價(jià)格將全面低于傳統(tǒng)化石能源的價(jià)格。
能源革命的戰(zhàn)略路徑
現(xiàn)有的世界能源體系，從產(chǎn)業(yè)政策、價(jià)格制定到管理機(jī)制，主要是圍繞傳統(tǒng)化石能源的生產(chǎn)和消費(fèi)而設(shè)計(jì)的。結(jié)合新能源的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀和技術(shù)的不斷突破，我們從能源戰(zhàn)略規(guī)劃的角度，提出了“新能源+特高壓+儲(chǔ)能”的發(fā)展模式，作為推動(dòng)新一輪能源變革的主要路徑選擇。
一、加大新能源開(kāi)發(fā)力度
近年來(lái)，風(fēng)、光發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步很快。單體風(fēng)機(jī)的功率不斷增大，適應(yīng)低風(fēng)速發(fā)電的風(fēng)機(jī)已推廣應(yīng)用，太陽(yáng)能電池和組件的轉(zhuǎn)換效率持續(xù)改進(jìn)。與此同時(shí)，新能源的發(fā)電成本也在快速下降。風(fēng)電設(shè)備和光伏組件的價(jià)格，在過(guò)去的五年里下降幅度分別超過(guò)了20％和60％。美國(guó)風(fēng)電長(zhǎng)期購(gòu)電協(xié)議價(jià)格已與化石能源發(fā)電達(dá)到同等水平，德國(guó)新增的新能源電力基本實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)能源平價(jià)。我國(guó)部分地區(qū)新能源的價(jià)格已經(jīng)與煤電價(jià)格相當(dāng)，預(yù)計(jì)到2030年，光伏發(fā)電成本可以達(dá)到0.2元/千瓦時(shí)，風(fēng)電達(dá)到0.22元/千瓦時(shí)（見(jiàn)圖表1）。
新能源的開(kāi)發(fā)，應(yīng)當(dāng)采取集中式與分散式相結(jié)合。在人口稠密、土地資源緊張的地區(qū)，可以進(jìn)行小規(guī)模、分散式的開(kāi)發(fā)。但世界上許多開(kāi)發(fā)條件優(yōu)越的風(fēng)、光資源，往往集中在荒漠、高海拔、人口稀少的地區(qū)，適合大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)。如北非、西亞地區(qū)的太陽(yáng)能，環(huán)北極圈的風(fēng)能等。
中國(guó)的資源稟賦也決定了新能源應(yīng)以大規(guī)模集中式開(kāi)發(fā)為主。甘肅、內(nèi)蒙古的風(fēng)電利用小時(shí)可達(dá)3000以上，西藏、青海的光電利用小時(shí)超過(guò)了2000，都高于東中部地區(qū)500-1000小時(shí)左右，適合建設(shè)千萬(wàn)千瓦級(jí)的新能源基地。
與小規(guī)模、分散式新能源開(kāi)發(fā)模式相比，大規(guī)?；匦烷_(kāi)發(fā)通過(guò)實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)和統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)，可以發(fā)揮規(guī)模效益，同時(shí)利用不同風(fēng)場(chǎng)之間和東西部地區(qū)之間風(fēng)、光發(fā)電的互補(bǔ)性，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和高效利用，有效降低開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)成本，從而降低上網(wǎng)電價(jià)，加快新能源補(bǔ)貼的退坡進(jìn)程。
以內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)為例，我們測(cè)算到2020年，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)可以實(shí)現(xiàn)0.35元/kWh左右，送到京津冀地區(qū)，不需要補(bǔ)貼就可以與當(dāng)?shù)鼗痣姍C(jī)組同網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
二、發(fā)揮特高壓輸電優(yōu)勢(shì)
世界許多地區(qū)的能源資源與能源消費(fèi)中心往往呈逆向分布。特高壓技術(shù)大容量、遠(yuǎn)距離（>1000公里）送電的特點(diǎn)，可以有效解決新能源遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的問(wèn)題，也使得大規(guī)模基地型開(kāi)發(fā)成為可能。
截至2016年底，中國(guó)已投運(yùn)的特高壓輸電線路有13條，在建線路有9條。將西北地區(qū)的新能源通過(guò)特高壓送到中東部地區(qū)，一方面提高了清潔能源占比，有助于解決中東部地區(qū)的環(huán)境污染和霧霾問(wèn)題，同時(shí)也將西部大片的荒漠變成了“寶地”。
遠(yuǎn)距離輸送并不會(huì)推高電價(jià)，因?yàn)橥瑯影l(fā)電設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，因風(fēng)光資源的差異，在西部比在東部可以高出500小時(shí)以上，而這部分發(fā)電收益可以覆蓋特高壓線路的輸電成本。
特高壓輸電技術(shù)是全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。通過(guò)特高壓加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)、提升電力系統(tǒng)的靈活性，可以在電力系統(tǒng)的錯(cuò)峰調(diào)節(jié)、降低備用容量、優(yōu)化能源資源配置以及促進(jìn)新能源發(fā)展等方面實(shí)現(xiàn)明顯的綜合效益。
三、推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展
電力系統(tǒng)一直以來(lái)都是發(fā)、供、用同時(shí)完成。由于風(fēng)力變化和晝夜交替，風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電呈現(xiàn)出顯著的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致其與用戶相對(duì)固定的用電需要難以匹配。因此，人們希望找到將電能儲(chǔ)存起來(lái)的辦法，即在電力富余的時(shí)候?qū)⑵浯鎯?chǔ)，在電力短缺的時(shí)候再釋放出來(lái)，以滿足供需之間實(shí)時(shí)平衡的需要。
沒(méi)有儲(chǔ)能技術(shù)，新能源就難以滿足用戶的負(fù)荷需求，資源也得不到充分利用?？梢哉f(shuō)，儲(chǔ)能技術(shù)的突破與普及，將使能源跨越時(shí)空進(jìn)行分配調(diào)節(jié)，對(duì)能源的生產(chǎn)和消費(fèi)都有革命性意義。
儲(chǔ)能包括儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱和儲(chǔ)氫。儲(chǔ)電主要有物理、化學(xué)和電磁三種方式。近年來(lái)，儲(chǔ)能已經(jīng)在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)、德國(guó)等形成了較為成熟的商業(yè)模式。中國(guó)在分布式光伏、電力需求側(cè)管理、電力輔助服務(wù)市場(chǎng)及發(fā)電側(cè)調(diào)峰等領(lǐng)域也開(kāi)展了研發(fā)示范，初步具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，不同場(chǎng)景下的商業(yè)模式也在積極探索。
目前，應(yīng)用最多的是抽水蓄能的物理儲(chǔ)能方式，鉛酸電池、鋰離子電池等化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步也很快。但從不受自然條件限制和環(huán)保的角度看，儲(chǔ)氫則更具優(yōu)勢(shì)。
因其可再生、可儲(chǔ)存運(yùn)輸、使用無(wú)污染的特性，氫被認(rèn)為是未來(lái)低碳社會(huì)理想的能源載體。在發(fā)電領(lǐng)域，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能通過(guò)電解水制氫，使用燃料電池發(fā)電或?qū)崿F(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，可以平抑新能源的間歇性和波動(dòng)性，幫助電網(wǎng)調(diào)峰，減少棄風(fēng)棄光。另外，氫氣通過(guò)燃料電池可以在交通運(yùn)輸領(lǐng)域和家庭中廣泛使用。
以日本為例，目前已建成加氫站100多座，安裝家庭氫氣熱電聯(lián)供系統(tǒng)20萬(wàn)臺(tái)，并計(jì)劃在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)之前投放以氫為動(dòng)力的6000輛公交車和5萬(wàn)輛家用轎車。我國(guó)在氫能發(fā)展方面盡管起步較晚，但是電解制氫技術(shù)與設(shè)備的研究已與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)，多地開(kāi)展了氫能汽車的示范應(yīng)用，行業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。
盡管目前儲(chǔ)能產(chǎn)品的價(jià)格還比較高，但隨著技術(shù)進(jìn)步、整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的完善和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其使用成本一定會(huì)有大幅度下降。如日本在氫燃料電池技術(shù)方面最近就取得了很大進(jìn)展，成本已經(jīng)下降到1000美元/kW左右，經(jīng)濟(jì)可行性日漸顯現(xiàn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)五年到十年，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)將會(huì)迎來(lái)高速發(fā)展期。
按照設(shè)想，當(dāng)新能源的輸送比例較低（30％以下）時(shí)，可以利用現(xiàn)有的火電機(jī)組調(diào)峰配合消納。五年到八年后，新能源的輸送占比越來(lái)越大，儲(chǔ)能技術(shù)將擔(dān)當(dāng)調(diào)峰主力。
能源新時(shí)代展望
展望未來(lái)，一個(gè)以新能源為主的能源體系，將使人類大大減少甚至擺脫對(duì)化石能源的依賴，全球總體能源利用率將大幅提升，能源供應(yīng)將更加安全可靠，能源價(jià)格將更加低廉，生態(tài)環(huán)境惡化和氣候變暖的態(tài)勢(shì)將得到有效遏制，在促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，也有助于消除貧困，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)公平。
儲(chǔ)能產(chǎn)品的普遍使用，將改善電力系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)效率。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，從安全性、可靠性的角度留有大量備用的空間，部分設(shè)備低效運(yùn)行甚至閑置，存在很大的浪費(fèi)。儲(chǔ)能技術(shù)通過(guò)在發(fā)、供、用各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，減少系統(tǒng)冗余和備用，提高電力系統(tǒng)設(shè)備利用率。同時(shí)，延長(zhǎng)升級(jí)改造的周期，從而降低投資和用電價(jià)格。
能源變革將把人類生活帶入一個(gè)全新的電氣化時(shí)代。一方面，風(fēng)力、太陽(yáng)能的電力生產(chǎn)方式更加簡(jiǎn)單，無(wú)需通過(guò)高溫、高壓蒸汽及磁場(chǎng)等復(fù)雜過(guò)程將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能，大量的燃燒及旋轉(zhuǎn)設(shè)備將被取代。
另一方面，在占石油消耗約70％的交通運(yùn)輸領(lǐng)域，氫能和蓄電池將取代內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，車輛內(nèi)核設(shè)計(jì)全部實(shí)現(xiàn)電氣化，構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，所有與內(nèi)燃機(jī)相關(guān)的技術(shù)和設(shè)計(jì)技巧全部不需要了。德國(guó)已計(jì)劃到2030年停止銷售燃油汽車。大量清潔廉價(jià)的新能源的供給，無(wú)疑將增大電力在能源消費(fèi)中的比重。
新一輪的能源革命，還將推動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如海水淡化。目前全世界有半數(shù)以上的國(guó)家和地區(qū)面臨淡水資源短缺的問(wèn)題，將近80％人口受到水荒的威脅。海水淡化是解決缺水問(wèn)題的主要途徑。但由于它是一個(gè)高耗能的產(chǎn)業(yè)，目前生產(chǎn)成本還比較高，不能普遍推廣應(yīng)用。當(dāng)新能源的價(jià)格足夠低廉，加上技術(shù)的進(jìn)步，將當(dāng)前每立方淡化水的價(jià)格降到與使用地下水或地表水持平，甚至更低，海水就可以大規(guī)模利用了。
那時(shí)，不僅可以解決全球范圍內(nèi)的水資源短缺問(wèn)題，還可以通過(guò)管道從沿海將淡化水輸送到干旱、沙漠地區(qū)，實(shí)現(xiàn)“荒漠變綠洲”的夢(mèng)想，修復(fù)人類被嚴(yán)重破壞的地球家園。
能源革命的新時(shí)代寄托著人類的希望，但變革不會(huì)一蹴而就，需要我們從文明演進(jìn)的高度，攜手協(xié)作，扎實(shí)推進(jìn)。
