新能源時代將加速到來

隨著技術進步和規模化帶來的單位造價持續下降，用不了多久，新能源的使用價格將全面低於傳統化石能源的價格。

時家林/文

世界經濟的每一次重大轉型，都與能源變革息息相關。近年來，以風力和太陽能發電為主的新能源發展勢頭強勁，以化石能源為主的能源開發利用方式面臨挑戰，一場歷史性的能源變革正在全球範圍內孕育。與人類歷史上的前兩次能源變革不同，有能力成為這輪能源革命的主要推動者。

新一輪能源革命的特徵

人類歷史上經歷過兩次大的能源轉型。一次是在18世紀末到19世紀，以蒸汽機的發明和煤炭的大規模利用為主要標誌，人類從薪柴時代邁入了煤炭時代。第二次發生在19世紀70年代到20世紀初，以發電機、內燃機等的發明與使用為標誌，石油、天然氣在一次能源消費結構中的佔比超過了煤炭，成為人類生產和生活的主要能源。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了世界經濟的發展和人類社會的進步。但由於其本質都是消耗化石能源，資源儲量持續下降，開採和消費對生態環境造成了破壞，大量的二氧化碳排放也對全球氣候產生了影響。

進入21世紀，隨著人類技術進步和環保意識的日益提高，以風電和太陽能為主的新能源的發展越來越受到重視。2015年，全球可再生能源發電新增裝機容量首次超過常規能源發電裝機。全球173個國家制定了自己的新能源發展目標，新能源在全部能源消費中的比例不斷上升。

歐盟計劃到2050年時，非化石能源在能源消費中的比重將達到75％。瑞典等國家明確提出到2040年前後，電力消費100％來自可再生能源。政府也明確提出，到2030年非化石能源佔全部發電量的比重力爭達到50％。從目前的情況看，有希望提前實現這一目標。

新一輪能源革命呈現出三個主要特徵。一是綠色、低碳，風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險。與煤炭、石油和天然氣相比，風力和太陽能可謂取之不盡、用之不竭。

2016年全球終端能源消費可折算為112.81萬億度電，而全球的風能資源按1000利用小時計算每年可以發電1640萬億度，陸上（南極洲除外）太陽能資源按500小時計算可以發電3195萬億度以上。

三是能源價格下降。前兩次能源革命，替代能源的價格都是上升的。而在新一輪的能源轉型中，由於以風、光為主的新能源的生產邊際成本趨近於零，隨著技術進步和規模化帶來的單位造價持續下降，用不了多久，新能源的使用價格將全面低於傳統化石能源的價格。

能源革命的戰略路徑

現有的世界能源體系，從產業政策、價格制定到管理機制，主要是圍繞傳統化石能源的生產和消費而設計的。結合新能源的開發利用現狀和技術的不斷突破，我們從能源戰略規劃的角度，提出了「新能源+特高壓+儲能」的發展模式，作為推動新一輪能源變革的主要路徑選擇。

一、加大新能源開發力度

近年來，風、光發電的技術進步很快。單體風機的功率不斷增大，適應低風速發電的風機已推廣應用，太陽能電池和組件的轉換效率持續改進。與此同時，新能源的發電成本也在快速下降。風電設備和光伏組件的價格，在過去的五年裡下降幅度分別超過了20％和60％。美國風電長期購電協議價格已與化石能源發電達到同等水平，德國新增的新能源電力基本實現與傳統能源平價。部分地區新能源的價格已經與煤電價格相當，預計到2030年，光伏發電成本可以達到0.2元/千瓦時，風電達到0.22元/千瓦時（見圖表1）。

新能源的開發，應當採取集中式與分散式相結合。在人口稠密、土地資源緊張的地區，可以進行小規模、分散式的開發。但世界上許多開發條件優越的風、光資源，往往集中在荒漠、高海拔、人口稀少的地區，適合大規模集中開發。如北非、西亞地區的太陽能，環北極圈的風能等。

的資源稟賦也決定了新能源應以大規模集中式開發為主。甘肅、內蒙古的風電利用小時可達3000以上，西藏、青海的光電利用小時超過了2000，都高於東中部地區500-1000小時左右，適合建設千萬千瓦級的新能源基地。

與小規模、分散式新能源開發模式相比，大規模基地型開發通過實行統一規劃、統一建設和統一運營，可以發揮規模效益，同時利用不同風場之間和東西部地區之間風、光發電的互補性，在更大範圍內實現資源的優化配置和高效利用，有效降低開發和運營成本，從而降低上網電價，加快新能源補貼的退坡進程。

以內蒙古赤峰地區為例，我們測算到2020年，風電上網電價可以實現0.35元/kWh左右，送到京津冀地區，不需要補貼就可以與當地火電機組同網競爭。

二、發揮特高壓輸電優勢

世界許多地區的能源資源與能源消費中心往往呈逆向分佈。特高壓技術大容量、遠距離（>1000公里）送電的特點，可以有效解決新能源遠離負荷中心的問題，也使得大規模基地型開發成為可能。

截至2016年底，已投運的特高壓輸電線路有13條，在建線路有9條。將西北地區的新能源通過特高壓送到中東部地區，一方面提高了清潔能源佔比，有助於解決中東部地區的環境污染和霧霾問題，同時也將西部大片的荒漠變成了「寶地」。

遠距離輸送並不會推高電價，因為同樣發電設備的利用小時數，因風光資源的差異，在西部比在東部可以高出500小時以上，而這部分發電收益可以覆蓋特高壓線路的輸電成本。

特高壓輸電技術是全球能源互聯網的重要組成部分。通過特高壓加強電網互聯、提升電力系統的靈活性，可以在電力系統的錯峰調節、降低備用容量、優化能源資源配置以及促進新能源發展等方面實現明顯的綜合效益。

三、推動儲能技術發展

電力系統一直以來都是發、供、用同時完成。由於風力變化和晝夜交替，風力和太陽能發電呈現出顯著的隨機性、間歇性和波動性的特點，導致其與用戶相對固定的用電需要難以匹配。因此，人們希望找到將電能儲存起來的辦法，即在電力富餘的時候將其存儲，在電力短缺的時候再釋放出來，以滿足供需之間實時平衡的需要。

沒有儲能技術，新能源就難以滿足用戶的負荷需求，資源也得不到充分利用。可以說，儲能技術的突破與普及，將使能源跨越時空進行分配調節，對能源的生產和消費都有革命性意義。

儲能包括儲電、儲熱和儲氫。儲電主要有物理、化學和電磁三種方式。近年來，儲能已經在電網調峰調頻、分散式發電及微電網領域展現出廣闊的應用前景。美國、德國等形成了較為成熟的商業模式。在分散式光伏、電力需求側管理、電力輔助服務市場及發電側調峰等領域也開展了研發示範，初步具備了產業化的基礎，不同場景下的商業模式也在積極探索。

目前，應用最多的是抽水蓄能的物理儲能方式，鉛酸電池、鋰離子電池等化學儲能技術進步也很快。但從不受自然條件限制和環保的角度看，儲氫則更具優勢。

因其可再生、可儲存運輸、使用無污染的特性，氫被認為是未來低碳社會理想的能源載體。在發電領域，利用風能、太陽能通過電解水制氫，使用燃料電池發電或實現熱電聯產，可以平抑新能源的間歇性和波動性，幫助電網調峰，減少棄風棄光。另外，氫氣通過燃料電池可以在交通運輸領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供系統20萬台，並計劃在2020年東京奧運會之前投放以氫為動力的6000輛公車和5萬輛家用轎車。在氫能發展方面儘管起步較晚，但是電解制氫技術與設備的研究已與國際先進水平相當，多地開展了氫能汽車的示範應用，行業呈現出快速發展的態勢。

儘管目前儲能產品的價格還比較高，但隨著技術進步、整個產業鏈的完善和應用規模的不斷擴大，其使用成本一定會有大幅度下降。如日本在氫燃料電池技術方面最近就取得了很大進展，成本已經下降到1000美元/kW左右，經濟可行性日漸顯現。可以預見，未來五年到十年，儲能產業將會迎來高速發展期。

按照設想，當新能源的輸送比例較低（30％以下）時，可以利用現有的火電機組調峰配合消納。五年到八年後，新能源的輸送佔比越來越大，儲能技術將擔當調峰主力。

能源新時代展望

展望未來，一個以新能源為主的能源體系，將使人類大大減少甚至擺脫對化石能源的依賴，全球總體能源利用率將大幅提升，能源供應將更加安全可靠，能源價格將更加低廉，生態環境惡化和氣候變暖的態勢將得到有效遏制，在促進世界經濟持續發展的同時，也有助於消除貧困，實現能源消費公平。

儲能產品的普遍使用，將改善電力系統的整體運營效率。傳統電力系統的規劃與設計，從安全性、可靠性的角度留有大量備用的空間，部分設備低效運行甚至閑置，存在很大的浪費。儲能技術通過在發、供、用各環節的協調配合，減少系統冗餘和備用，提高電力系統設備利用率。同時，延長升級改造的周期，從而降低投資和用電價格。

能源變革將把人類生活帶入一個全新的電氣化時代。一方面，風力、太陽能的電力生產方式更加簡單，無需通過高溫、高壓蒸汽及磁場等複雜過程將熱能轉化為機械能，再轉化為電能，大量的燃燒及旋轉設備將被取代。

另一方面，在占石油消耗約70％的交通運輸領域，氫能和蓄電池將取代內燃發動機作為動力，車輛內核設計全部實現電氣化，構造簡單，易於維護，所有與內燃機相關的技術和設計技巧全部不需要了。德國已計劃到2030年停止銷售燃油汽車。大量清潔廉價的新能源的供給，無疑將增大電力在能源消費中的比重。

新一輪的能源革命，還將推動其他產業的發展，如海水淡化。目前全世界有半數以上的國家和地區面臨淡水資源短缺的問題，將近80％人口受到水荒的威脅。海水淡化是解決缺水問題的主要途徑。但由於它是一個高耗能的產業，目前生產成本還比較高，不能普遍推廣應用。當新能源的價格足夠低廉，加上技術的進步，將當前每立方淡化水的價格降到與使用地下水或地表水持平，甚至更低，海水就可以大規模利用了。

那時，不僅可以解決全球範圍內的水資源短缺問題，還可以通過管道從沿海將淡化水輸送到乾旱、沙漠地區，實現「荒漠變綠洲」的夢想，修復人類被嚴重破壞的地球家園。

能源革命的新時代寄託著人類的希望，但變革不會一蹴而就，需要我們從文明演進的高度，攜手協作，紮實推進。

（作者曾擔任多家能源央企高管，編輯：馬克）

（本文首刊於2017年6月12日出版的《財經》雜誌）

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