能源相关议题在近几年既热门又充满争议。争议的焦点在于,无论是美国还是其他不同的声音,都在从各种方向讨论电力市场、清洁能源市场、绿色电力市场究竟应该是什么样的,应该由谁来主导,以及应该向哪个方向、以多快的速度推进。
中国在这一问题上无疑是最坚定和明确的,并且在绿色能源的整个产业链上,已经成为影响力最大的国家。从历史角度看,人类所有的科技进展和国家变迁,本质上底层都是能源的变化与进步。
以人类或者说每个人能够使用和利用的太阳能的多少作为观察工具,是一个理解历史变迁的重要维度。因此,从今天的世界格局来看,能源的变迁就是人均利用越来越多,人类利用太阳能的水平越来越高,这些都是正确的趋势和方向。
回到今天的中国,近期在中期储能计划方面开始了较大规模的政策推动和具体实施。从中国自身来看,当前存在一些世界格局的短期变化,例如风光相关的零部件处于世界领先水平,但在各种复杂关系下价格出现了波动。
与此同时,中国过去一年的石油进口量以及煤在整个发电中的占比,两者都出现了同比不增长或下降的情况。这意味着中国利用绿色能源的水平出现了质的变化。
加上当前风光水在全世界的格局和相关产业链价格出现波动,中国在这个时间点推动大规模储能的政策与实施,既有利于产业链,也有利于中国能源结构的长期调整。
从新能源在整个电力系统中的占比越来越高来看,除了带来需求变大之外,加入绿电后,整个电网、整个电力系统调度的数字化实时性以及对技术的需求都会有很多变化。
就像在欧洲和世界各国采用新能源车与否的问题上,它不仅仅是燃油车换新能源车的问题,还涉及电力调度、电力资源是否充沛、电网的负荷能力,以及末端,即每一个家庭、每一个停车场、每一个工厂是否有能力在电力输送上支撑新能源转型,或者是否有足够多的基础设施改造。
这些都是非常重要的问题,而不只是能源结构的转变。从科技投资的角度看,能源的利用水平与人类文明的进程息息相关。
每当说起电,往往都会有一种既熟悉又陌生的感觉。从电力发现和应用的第二次工业革命开始,到如今生活中几乎完全离不开电,也就是一百多年的时间。
而电力作为这样一种能源载体,在很多情况下却是看不见摸不着的。之所以要讨论电力能源这个话题,是因为全球的电力系统和市场在过去几年甚至十几年间正在发生深刻的变化,其中新能源带来的影响最大。
今年在国内,变化的速度也在加快。从几个事实来看:今年7月,全国月度用电量首次突破1万亿千瓦时大关,这相当于日本,或者法国、德国两国加在一起的全年用电量。
备受瞩目的雅鲁藏布江水电站已经开工建设。中国新能源车的销量渗透率已经超过50%。
整个国家的新能源装机占比接近50%,发电突破20%。透过这些现象,可以讨论整个电力能源体系近几年变化背后的驱动力,以及对现有电力系统带来的挑战和影响,还有未来会带来哪些创新机会。
关于日常用电的来源,传统电力分为水电、火电、核电,基本是由电厂把其他形式的能量转换为电能,再通过电网,包括电网公司,送到用户端,传送到千家万户。
在这个过程中主要分为三部分:电厂解决发电的问题;电网解决送电、变电和可靠性的问题;第三部分是用电,包括居民用电、工商业用电等。电厂可以类比为工厂,把原材料加工成产品,只不过这里是把化石能源或水电这样的自然资源转化成电力产品。
电网可以类比为平台,比如电商平台,既需要做好供给和需求的匹配,同时还需要做好中间的很多服务工作,包括物流、支付、客服等。唯一的区别在于电这一商品的属性与传统电商上下单采购的商品不同。
正是因为电本身的商品属性不同,带来了电的生产以及用户的行为和技术要求的不同。从发电角度来说,传统能源如水电、火电、核电通过电厂转化成电能。
因为电有实时性的特征,通过电磁波来传播能量,电磁波是高动态、高速的,也不好控制,所以中间还会对电能有一些特殊的监测、管理手段和技术要求。整个电力系统从生产到最终消费使用其实是瞬时完成的,所以整个大系统从一开始就要保持时时的平衡。
电厂发多少电,基本就是用户用多少电;如果中间有差额,就需要电网实时调节。
电网的调节手段有很多,比如抽水蓄能电站,对电厂端有一次调频、二次调频等手段;对用户端也有一些调节手段,比如高峰负荷时限电、调整变压器分接头,或者增加一些负荷等,在三个维度进行调节,让电能实时平衡。
电厂、电网和电力用户都属于这个大系统,为了保持平衡会涉及调节手段。同时,系统运行过程中,某些环节可能会出现故障。
为了避免故障扩大,就上了一系列监测、保护、控制手段,最后维持电网能够实时运行;同时如果出现故障,也能让故障在最小范围内发生,把它隔离并尽快解决。所以整个大电力系统一旦运行起来,调节控制就一刻不停地在进行。
近几年,欧洲或北美经常发生大规模停电事故。气候问题本身是全球性的问题,为了应对气候问题,全球都在发展新能源。
在有些情况下,尤其在极端条件下,安全性会经受挑战,因此出现了类似的大停电事故。还有一个电网的问题:中国国土范围较大,主要的电力能源资源多分布在西北,包括雅江的开发,都在西部地区。
过去很长时间,国内的用电大户集中在东部沿海地区,电力生产和电力消费呈现逆向分布的特征。国内构建起一张以特高压为骨干的超大型电网,能够超大范围、超远距离对电力能源进行输送和有效管理。
海外各个国家都是依托自身的资源和条件在调配电力能源,但远不及国内电网的规模和管理能力。中国电力产业整体大概经历了三个阶段。
第一个阶段是以源为中心建设高压电网,常见的比如三峡水电,山西内蒙很多大的火电,还有很多核电等,即建设大的电源点,然后建设高压电网,把电送到东部沿海地区。这个阶段大约是从2000年到2010年前后,主要要解决供给要充分的问题。
第二个阶段基本从2010年到2020年这10年间,从2010年前后开始发展新能源,以应对气候问题。这10年间在中国西部地区,包括海外,建了大量的集中式风光基地。
这个阶段可以总结为以网为中心建设大型风光基地,对发电结构做了调整,在原有传统发电基础上又增加了很多风光新能源。在接下来,即从2020年到2030年、2060年,发生的变化是以荷为中心,建设源网荷储一体化。
现在更多强调用电端要用清洁能源,用电端要有调节能源,用电端要实现源网荷储、要实现零碳化。新能源已经成长了几十年。
以光伏为例,大概经历了三个阶段:全额上网、余电上网和不许上网。不许上网的情况下,新能源更多要在本地化做消耗,于是出现了源网荷储一体化,出现了绿电直联、微电网、虚拟电厂等一些解决方案。
虚拟电厂更多是一种形式,它是和大电网连接在一起且具有电厂特征的一种组织和管理模式,比较常见的就是分布式光伏储能,包括大的用电负荷等,本质上是参与到大电网系统中进行电力互动交易的一种形式。
近几年极端气候频发,加上地缘冲突对能源市场的影响,导致部分国家地区出现了电力供应的短缺和电价的飞涨。今年上半年以136号文为首,各个省份也陆续出台了相应的政策,表明了对新能源坚定推进的决心和能力。
在新能源发展的三个阶段之后,储能也迎来了大发展。对新能源而言,稳定可控并且经济消纳才是最优选择。
对产业而言,进入了新能源的高质量发展期,从单一的投资建设进入了能源管理运营,也从光伏并网进入了光储供电的新阶段。新型电力系统中间发生了很大的变化。
相对于传统的电力结构,从传统的火电或水电这种机电系统变为一些电力电子系统。像新能源变成一些电力电子系统以后,客观地讲就是一个由低频到高频的过程。
所以新电力系统需要一套新的控制管理方式,这套新的方式依赖于新的控制管理技术和一些系统产品。关于人工智能与能源系统的关系,AI的发展需要建大量的算力中心,算力中心又消耗海量的电力,所以对电力的需求非常大。
需要更多的电,更多的绿电,更多安全可靠的电。因为AI的电力需求至少比居民用电的电力可靠性、电能质量要高好几个等级。
同样AI对电力的帮助也很大,未来在这些海量的中小系统的高速高频的控制管理过程中,对数据和系统的实时监测、分析评估包括控制管理,就需要AI的赋能,需要大量的算力,或者说虚拟电力专家。
正是在这样一场深刻的电力革命之下,中国的领跑姿态已经越来越清晰。到2025年底,全国累计发电装机达到38.9亿千瓦,风光两项首次突破18亿千瓦,占比47.3%。
宁夏中卫成为"电力定算力"的活样本,风电加光伏能把电价压到每度0.36元,吸引了国内前十大算力服务商中的六家扎根。国家电网"十五五"期间固定资产投资预计达到4万亿元,特高压累计建成42项工程,跨区跨省输电能力达到3.7亿千瓦。
国内工业用电均价约每度0.65元,而欧洲随便一算就是两到三元,美国也在一元以上,电价便宜三分之一,意味着AI企业训练一个大模型省下来的钱够多迭代好几轮。工业时代拼钢产量,信息时代拼芯片,到了智能时代,拼的其实是每一度电能撬动多少算力。
AI的尽头是算力,算力的尽头是电力——这道题,中国比任何一个国家都答得早,也答得深。等到其他玩家反应过来、开始满世界找电的时候,人类历史上第一个真正意义上的"电力王国",已经在这片土地上悄然成型。