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未来能源革命究竟将如何展开?

2020-07-14 15:24230

未来能源多元化,革命的两大真实画面:一是能源去碳化、清洁化;二是能源联网化、智慧化。第三次能源革命不在资源占有,而在材料(物质)革命与科技加速度。


能源转型已成全球共识,再生能源占比越来越大。相比21世纪前十年全球能源消费增长47%源于煤炭,再生能源只占12%,2010年至2016年可再生能源满足能源增长需求的比重达32%,而煤炭仅增长了10%。这些能源增长的来源除1/4为核电,剩下的再生能源约1/3来自中国。因为中国在水电、风电、核电在建规模、光伏发电装机量上居世界榜首,是全球最大的再生能源生产、销售和投资国。


未来能源革命究竟将如何展开?


早在2014年6月习总书记就首提能源“四个革命、一个合作”即能源消费、供给、技术、体制革命和加强国际合作;十九大又提出建设美丽中国、要求构建清洁低碳、安全高效的能源体系;尤其2017年集中出台了2030年能源革命战略和4个行动计划,以及能源十三五规划和14个配套专项规划,第一次如此完备的构建能源革命的战略框架体系。


可见,中国作为新能源的全球领头羊,启动能源创新革命摩拳擦掌、势在必得。那么未来能源革命究竟将如何展开?


未来能源革命究竟将如何展开?


能源革命背后的逻辑


众所周知,工业革命的背后是能源革命。第一次工业革命,蒸汽机的大规模应用,让煤炭取代了柴薪;第二次工业革命,发电机和内燃机等的发明和使用,使人类从煤炭时代进入石油时代。


这绝非木材或煤炭用光了,即供给端的短缺,而是蒸汽机、内燃机等对新能源的需求决定。再加上,相比煤炭,石油更经济、更实惠、更方便,自然就顺势取代了石油。


只不过,前两次能源革命,从木头到煤炭,从煤炭到石油,本质上仍是化石能源,却不料对生态环境的破坏远超人类想象,甚至有机构估算,20世纪的气候变化都是人类工业化、燃烧化石能源惹的祸。


据统计,燃煤每发100万度电就将排放8200公斤二氧化硫和3200公斤氮氧化合物,空气污染已成全球最大的环境健康杀手。更为严峻的是,2016年空气中的二氧化碳浓度(百万分之403.3)已达近百万年来的最高水平。


世界气象组织预警,温室效应照此发展会导致海平面上升20米、全球气温上升3度的可怕后果。毕竟,地球只有一个,“巴黎协定”应运而生,能源环保已成颠覆性变量,督促全球转向太阳能等新能源。


但正如石器时代的终结不是因为缺乏石头,石油时代的结束,也并非因为石油供应短缺,而将是新能源更经济、更实惠、更方便、更环保。


未来能源革命究竟将如何展开?


能源发展进入奇点时代


显然,能源革命的背后,比较的是“成本”。从经济性看,过去五年风电、光伏发电价格分别下降30%、75%,自1980年以来狂跌超90%。国际能源署预测,到2025年全球范围内的太阳能发电平均成本可能比煤炭便宜,2050年太阳能发电将从当前的1.8%暴增至16%,从而成为世界最大能源来源。


但人们往往只看到有形、直接的经济成本,却忽视了无形、间接的生态成本、机会成本,以及资源禀赋、获取难易等造成的成本。


风能、太阳能等若并不节能环保,又岂能带来新能源革命?即便各国政府大手笔的补贴砸钱,最终也在页岩气革命下让油气“王者归来”,天然气一度成了新能源的典范。


这意味,第三次能源革命并非简单的能源品种替代,而是在收拾前两次能源革命带来的环保烂摊子。


至少在当下技术水平下,能源还存在一个“不可能三角”:即经济性(廉价)、清洁性(环保)、稳定性(可靠),三者最多只能占据其二。比如燃煤发电,廉价、稳定却不环保;风电环保、廉价却不稳定;太阳能即便廉价也不稳定(关乎日照时间与转化率),环保还有待商榷;更别提核电陷于乏燃料难以处理、核电站造价高昂、核泄漏等重重安全隐患之下。


正因如此,当下世界一边在纠偏对新能源的误解,一边又在多点押注能源技术,以致各种新能源百花齐放、市场混战,世界能源发展由此进入奇点时代,在混沌中大爆发,就看谁节能环保,降成本越快,率先攻占市场了。


未来能源革命图景


这就不难预料,未来能源多元化,革命的两大真实画面:


能源去碳化、清洁化


一方面,伴随新能源开发成本突破平价线,传统能源被打劫已避无可避。从“煤改气”到储能替代,燃油车被电动汽车加速替代,都已崭露新能源更替的头角。


但另一方面,能源去碳化并非完全去煤、去石油,更非去工业化。尤其对中国来说,其资源禀赋决定未来煤炭仍将占据主导,又岂能一弃了之?更何况,太阳能转化效率才20%,弃水弃风至今难以消纳。因此,不单新能源本身面临节能环保提升,传统能源亦将加速清洁技术改造,进而改头换面成为真正的清洁能源。


能源联网化、智慧化


因为伴随水电、核电、太阳能等新能源接入及电池技术等各自为政地单向突破,能源碎片化发展导致能耗浪费极其严重。好在互联网席卷而来,并不止于能源信息化,即1.0版仅是IT硬件投入、ERP联网、能源数据中心等建设;更在于能源互联网,即2.0版,从硬件到软件,从单一能源到多能源优化互补,进行能源系统集成,在需求侧响应下进行高效能源管理。


尤其伴随芯片武装到任一物体,未来或许能源将物物相通,所有灯泡连接形成灯泡互联网,所有汽车连接形成车联网。而且,由于供电从集中式到分布式,甚至每个物体都能自己发电,实现能源产销一体,进而达到能源物联网,即3.0版。


而未来能源智慧化也势必与人工智能相结合,因为神经芯片将让能源机器自我学习,自我分析数据进而自我调整与管理,届时,能源AI化甚至强AI化(4.0版),将让庞大而又错综复杂的能源系统犹如装上大脑般聪明,轻松自如地自我运作。


以此看中国,各阶段因地区差异各有体现,整体处于2.0-3.0版间,并预示,未来能源本身将成为物联网的新入口。


能源的未来取决于技术


其实,能源革命说到底取决于科技突破。


一方面是需求端,比如蒸汽机、内燃机的技术突破。


起初原油替代煤炭只用于照明,内燃机发明时价格高昂,是传送带的发明让内燃机得以大众负担起并实现量产,才让原油替代煤炭成为了首选。如今创新电池技术正让电力传动系统有可能成为内燃机的“终结者”,一旦成功无疑将颠覆现有油气为主的能源基础。


另一方面是供给侧,如能源勘探、开采等技术升级,仅是水力压裂技术就开启了页岩气革命。


尤其是美国启动S-BTF技术可在井下把粘稠的石油处理成液体甚至气体,吹响稠油革命的号角,或比页岩油革命来得更猛烈!


更何况,未来,能源不存在资源枯竭的风险。仅从资源角度看,全球水能、陆上风能、太阳能理论开发潜力分别超过100亿千瓦、1万亿千瓦、100万亿千瓦,仅开发万分之五就可以满足全球能源需求;而所谓煤炭峰值论、石油枯竭论等都被越勘探越多的现实“打脸”,越来越倾向于煤炭石油等可再生。


因为换个思维看能源,从物质角度看,看得见、摸得着的能源或许是稀缺的;但从化学角度看,能源是各类分子组合,只要世界上存在此类分子就可以化学合成;从生物角度看,能源是基因演化,自然可通过基因重组或再造。


因而,石油在矿井抽干了竟还能自然生长;海里藻类经太阳暴晒数周后,竟有液态油滴生成;更有甚者,石墨烯等新材料正对现有常规能源形成冲击之势。


因为从量子角度看,物质的本质是能量,能源又是能量的释放,既然任何物质若都可释放能量,那么能源将无处不在,关键是如何转化、重组、再造与获取,一旦掌握,大自然中的能量就将取之不尽、用之不竭,又何愁没有能源?


鉴此,第三次能源革命显然不在资源占有,而在材料(物质)革命与科技加速度。


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