面向碳中和：如何開啟新能源世界？

碳中和目標(biāo)描繪了人類與自然共生的美好圖景，也意味著人類從自然獲取和利用能源的方式，未來三十年內(nèi)要發(fā)生革命性轉(zhuǎn)變。如何以科技和創(chuàng)新開啟未來能源世界？

 

寧夏銀川東南17公里，黃河?xùn)|岸，一排排整齊的藍(lán)色光伏板下，一樹樹“紅寶”——寧夏千年特產(chǎn)枸杞正在奮力生長。這里是治理荒漠化土地后建起來的大型農(nóng)光互補(bǔ)電站。光伏板減少了30%-40%的水分蒸發(fā)，給枸杞生長創(chuàng)造了更有利條件。而華為為這個農(nóng)光互補(bǔ)電站提供了逆變器和全套智能解決方案，融合平單軸自動跟蹤技術(shù)，太陽能板可以像向日葵一樣逐光而動；依托大數(shù)據(jù)的智能診斷技術(shù)，則令運(yùn)維時間從原來以月為單位，變成以分鐘為單位，15分鐘內(nèi)就能自動生成百M(fèi)W電站的故障診斷報告，實現(xiàn)無人上站巡檢，讓運(yùn)維效率提升了50%以上。華為預(yù)計，到2025年全球90%的光伏電站將實現(xiàn)全面數(shù)字化，光伏電站80%以上工作可以無人化。

 

行業(yè)以外，很少有人關(guān)注到，華為這個全球知名的ICT巨頭八年前就已布局智能光伏業(yè)務(wù)，將數(shù)字信息技術(shù)引入光伏發(fā)電領(lǐng)域，其融入數(shù)字技術(shù)的組串式逆變器出貨量已多年位居全球前列。近年華為更是打出“重構(gòu)光伏”口號，不僅向“光伏+”全面進(jìn)軍，還開始向家庭推出一種“家庭24小時綠電解決方案”——給別墅屋頂裝上光伏組件，再配上儲能，讓別墅成為能量，開啟零碳新生活。

 

雄心壯志想要發(fā)動和參與能源革命的遠(yuǎn)不止華為。在能源互聯(lián)網(wǎng)、全球綠色轉(zhuǎn)型、碳中和等概念帶動下，加之政策支持，新能源領(lǐng)域已經(jīng)掀起過好幾波熱潮。人類歷史也是一部能源史，前兩次工業(yè)革命都與能源息息相關(guān)。2007年提出“第三次工業(yè)革命”概念的經(jīng)濟(jì)學(xué)家里夫金（Jeremy Rifkin）正是將可再生能源與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，作為第三次工業(yè)革命的基礎(chǔ)：每棟建筑都可以就地利用自己產(chǎn)生的能源生產(chǎn)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為能源共享網(wǎng)絡(luò)，供求雙方在這張開放的雙向網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)交易、節(jié)約成本。人類擺脫對化石能源的依賴、控制爭奪，挽救自身于氣候危機(jī)，傳統(tǒng)集中式、等級化的經(jīng)濟(jì)活動也讓位于以節(jié)點為單位的扁平化權(quán)力。

 

伴隨新能源和互聯(lián)網(wǎng)日新月異的發(fā)展，里夫金描繪的圖景正在走進(jìn)現(xiàn)實。隨著歐盟、日韓等主要經(jīng)濟(jì)體明確碳中和時間表，拜登在上臺第一天就宣布重返巴黎協(xié)定，世界朝著能源革命加速前進(jìn)。2020年，中國也歷史性地宣布，將在2030年前實現(xiàn)二氧化碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。研究一般預(yù)測，2050年，非化石能源在中國一次能源消費(fèi)中的比重將從目前的16%左右提升至80%左右。也就是說，未來三四十年，中國能源結(jié)構(gòu)要發(fā)生根本性躍遷。較之已經(jīng)達(dá)峰的發(fā)達(dá)國家，中國面臨的挑戰(zhàn)和沖擊更大。但“倒逼機(jī)制”的啟動也意味著巨大的轉(zhuǎn)型機(jī)遇：以技術(shù)和創(chuàng)新回應(yīng)、引領(lǐng)能源變革，進(jìn)一步壯大蓬勃的新產(chǎn)業(yè)，重塑經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生活方式，創(chuàng)造持續(xù)繁榮和更好的世界。

 

重構(gòu)能源

 

根據(jù)IEA（ 國際能源署）分析，從2021年到2030年，可再生能源要滿足80%的全球電力需求增量。而光伏和風(fēng)電將在增量中扮演主要角色。2020年底，中國可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到9.34億千瓦，同比增長約17.5%。由于要趕在新能源電價補(bǔ)貼退坡前并網(wǎng)，2020年風(fēng)光發(fā)電新增裝機(jī)量遠(yuǎn)超預(yù)期，風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)7167萬千瓦，同比增長178%；光伏新增裝機(jī)4820萬千瓦，同比增長60%，連續(xù)八年全球第一。

 

盡管經(jīng)歷了補(bǔ)貼退坡、電網(wǎng)消納難導(dǎo)致的“棄風(fēng)棄光”等沖擊，“十三五”期間，在總體的政策利好下，中國新能源發(fā)展迅猛。以光伏為例，“十三五”期間完成的光伏裝機(jī)是原規(guī)劃的兩倍多。據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會披露，光伏制造端各環(huán)節(jié)均實現(xiàn)翻倍增長，其中多晶硅增長134%，硅片增長202.1%，電池片增長187.8%，組件增長133.6%；成本則快速下降，多晶硅價格五年來下降24.9%，硅片、電池片、組件價格均下降超過50%，系統(tǒng)價格下降47.2%。據(jù)國家發(fā)改委能源研究所測算，“十四五”初期，絕大多數(shù)省份的集中式光伏電站都能實現(xiàn)低價或平價上網(wǎng)。按照全額上網(wǎng)模式，10多個省份的屋頂分布式光伏電站已經(jīng)具備經(jīng)濟(jì)性，而若采用自發(fā)自用余量上網(wǎng)模式，在自用電量達(dá)到20%的情況下，大部分省份都具備經(jīng)濟(jì)性。分布式光伏目前占光伏總裝機(jī)量的三成左右，但貼近用戶，又避免了遠(yuǎn)距離輸電損耗，未來想象空間巨大。一部分分布式發(fā)電項目已經(jīng)通過“隔墻售電”模式，參與電力市場交易，將電賣給配電網(wǎng)內(nèi)就近的電力用戶。

 

新的能源形態(tài)已經(jīng)顯現(xiàn)。“光伏+農(nóng)業(yè)”“光伏+漁業(yè)”“光伏+建筑”“光伏+新基建”“光伏加新能源車”等各類“光伏+”方興未艾，實現(xiàn)了應(yīng)用場景的有效融合和資源的多維開發(fā)。光熱互補(bǔ)、風(fēng)光水多能互補(bǔ)等示范項目，開啟了超越風(fēng)光能源不穩(wěn)定性、綜合利用可再生能源的新嘗試。智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)等試點，則向重塑電網(wǎng)發(fā)起探索。

 

這些探索離我們并不遙遠(yuǎn)。北京大興國際機(jī)場是國內(nèi)使用可再生能源比例較高的機(jī)場，綜合能源服務(wù)系統(tǒng)由太陽能光伏發(fā)電、淺層地?zé)?、污水源熱量、煙氣余熱、儲能等形式組成。貨運(yùn)區(qū)、東跑道、公務(wù)機(jī)區(qū)的屋頂都鋪有光伏板，機(jī)場投運(yùn)時已并網(wǎng)發(fā)電，每年可向電網(wǎng)提供610萬千瓦時的綠色電力，相當(dāng)于每年節(jié)約1900噸標(biāo)煤，減排966噸二氧化碳，減少14.5噸二氧化硫排放，并同步減少了其他大氣污染物的排放。

 

而如果來到山東蓬萊對面的長島，海島山坡上綿延的大風(fēng)車定會給游人留下深刻的印象。長島包含32座孤島，原先島上的電力供應(yīng)主要靠煙臺通過架空線路和海底電纜傳過來，電網(wǎng)十分脆弱。2012年，山東在長島建設(shè)智能微電網(wǎng)項目，即便海底電纜出現(xiàn)問題，長島的電力仍然可以通過微電網(wǎng)提供。2020年長島又實現(xiàn)了智能微電網(wǎng)群互聯(lián)工程試運(yùn)行，擬通過微電網(wǎng)群能量管理系統(tǒng)對光伏、儲能、柴油發(fā)電機(jī)等各類型分布電源協(xié)同控制，并使多個海島子微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)同、柔性互聯(lián)，全面提升各海島子微網(wǎng)之間的功率友好交互支撐能力，提升海島電網(wǎng)的供電可靠性和可再生能源消納能力，為未來可再生能源滲透率配電網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)行提供示范。

 

2020年7月，國內(nèi)目前最大的5G智能電網(wǎng)示范項目——青島5G智能電網(wǎng)項目一期工程交付投產(chǎn)。項目由國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司、中國電信青島分公司和華為聯(lián)合開發(fā)，可實現(xiàn)智能分布式配電、變電站作業(yè)監(jiān)護(hù)及電網(wǎng)態(tài)勢感知、5G基站削峰填谷供電等應(yīng)用。華為正在將光伏應(yīng)用于5G基站，以大幅降低基站設(shè)備能耗。即將于上海2021世界移動大會期間舉辦的“共聯(lián)互榮”論壇上，如何利用數(shù)字技術(shù)建設(shè)綠色低碳社會，也成為行業(yè)關(guān)注的方向。

 

“30，60”目標(biāo)的提出，無疑是能源加速轉(zhuǎn)型的一劑強(qiáng)心針。國家發(fā)改委能源研究所研究員時璟麗最近在參加一個行業(yè)論壇時表示，“十三五”期間光伏政策是以消納定發(fā)展，具備電網(wǎng)消納空間是項目建設(shè)的前置條件，“十四五”則將轉(zhuǎn)向以消納支撐發(fā)展需求，以支持“30，60”目標(biāo)如期實現(xiàn)。

 

據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會測算，真正要實現(xiàn)到2030年“非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右”的目標(biāo)，未來十年中國風(fēng)光發(fā)電平均每年有望新增120GW以上，大大高于“十三五”。

 

沖破阻力

 

過去，由于新能源發(fā)電成本較高，同一些發(fā)達(dá)國家一樣，補(bǔ)貼在中國新能源發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用。但隨著成本快速下降以及補(bǔ)貼資金難以為繼，中國對新能源發(fā)電補(bǔ)貼已經(jīng)全面退坡。2021年，除戶用光伏，中國光伏發(fā)電將全面進(jìn)入無國家補(bǔ)貼平價上網(wǎng)時代。2021年新核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項目，也將全面實現(xiàn)平價上網(wǎng)。

 

在平價上網(wǎng)時代，新能源靠什么繼續(xù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展？

 

一方面，仍要依靠企業(yè)和企業(yè)家精神。國家應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略研究和國際合作中心戰(zhàn)略規(guī)劃部主任柴麒敏曾指出，中國在可再生能源領(lǐng)域市場份額、投資規(guī)模近年來始終居于全球第一，技術(shù)競爭力不斷增強(qiáng)，可再生能源專利已占全球57%以上，遠(yuǎn)超排名第二、三的美國（15.6%）和日本（4.3%）。可再生能源發(fā)電成本下降速度非?？?。風(fēng)電、光伏度電成本較十年前分別下降69%和90%。

 

2020年，可再生能源發(fā)電成本仍在繼續(xù)下降。比如，光伏系統(tǒng)價格同比下降12.3%，組件價格同比下降10.3%。這一切離不開企業(yè)的創(chuàng)新。技術(shù)的進(jìn)一步突破、效率的進(jìn)一步提升、成本的進(jìn)一步下降，仍要最大限度地為企業(yè)發(fā)展和發(fā)揮企業(yè)家精神創(chuàng)造寬松、有利的環(huán)境。

 

另一方面，要理順利益關(guān)系，為觸發(fā)和深化能源系統(tǒng)變遷創(chuàng)造機(jī)制。由于風(fēng)光發(fā)電不穩(wěn)定性，給電網(wǎng)帶來很大挑戰(zhàn)，造成電網(wǎng)消納難。電網(wǎng)如何適應(yīng)大規(guī)模的可再生能源接入，是必須綢繆的問題。這方面，丹麥、德國等先行國家或可提供一些經(jīng)驗。

 

丹麥堪稱能源轉(zhuǎn)型樣板，經(jīng)過幾十年時間，從石油進(jìn)口重度依賴國，成功轉(zhuǎn)型為風(fēng)車大國。上世紀(jì)70年代，丹麥逾90%的能源依賴進(jìn)口，1973年第一次石油危機(jī)爆發(fā)后，丹麥經(jīng)濟(jì)遭受重創(chuàng)。如今丹麥一半的電力來自風(fēng)能和太陽能。就職于丹麥國家電網(wǎng)公司的陳思曾撰文介紹丹麥電網(wǎng)應(yīng)對風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)經(jīng)驗。高效的電力市場扮演了關(guān)鍵角色。建設(shè)北歐電力市場、泛歐水平的大型電力市場，通過國與國或者大區(qū)域之間的電力交易，實現(xiàn)大區(qū)域間的供需平衡，提高整個系統(tǒng)的可靠性與安全性；同時，丹麥還整合不同能源領(lǐng)域，比如電能與熱能，電能與燃?xì)?，使用熱、氣作為電力儲存方式；改進(jìn)電力市場，使得更多的電力生產(chǎn)方和消納方參與其中，通過市場機(jī)制激勵各方參與者幫助彌補(bǔ)風(fēng)電本身的不足；通過市場化的電力消費(fèi)平臺，令普通用戶也有為環(huán)境做貢獻(xiàn)的機(jī)會與積極性等等。最終，風(fēng)電的波動性和間歇性可能導(dǎo)致的供需不平衡，通過多個市場的交易被一級一級以更有效、更經(jīng)濟(jì)的方式消除。

 

能源基金會清潔電力項目主任徐一凡認(rèn)為，要為可再生能源的快速發(fā)展建立新的經(jīng)濟(jì)理性，要進(jìn)一步建立和完善可再生能源配額制和綠色電力消費(fèi)機(jī)制的組合，適度探索與碳市場的對接；探索促進(jìn)高比例可再生能源消納的機(jī)制，包括擴(kuò)大平衡范圍、挖掘消納潛力、完善疏通成本分擔(dān)機(jī)制等；推動分布式可再生能源發(fā)展，圍繞價格和利益分配，開展研究和試點、跟蹤和評估、總結(jié)和建議等工作。

 

他表示，必須推進(jìn)電力市場改革進(jìn)一步深化。在可再生能源發(fā)展中遇到的很多問題，最后都?xì)w結(jié)為沒有一個完善的市場。要么是說不清誰在受益，要么是找不到誰該付錢、該付多少錢。能否建立一個可再生能源的優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)及其帶來的“系統(tǒng)成本”得以合理承擔(dān)的電力市場，關(guān)系中國能源轉(zhuǎn)型成敗。

 

非常重要的是，讓消費(fèi)者也參與能源市場，讓消費(fèi)者感受到清潔和不清潔的的價值區(qū)別，忙時和閑時用電價格區(qū)別。最終，讓每個消費(fèi)者都成為改變的推動者。