從世界范圍來看,10年來能源行業發生了巨大的變化。在綠色發展理念驅動下,新一輪能源轉型具有哪些特征?如何實現跨界融合、協同發展?將面臨哪些挑戰和機遇?本刊日前采訪了歐洲科學與藝術院院士、瑞典皇家理工學院教授嚴晉躍,他認為,能源與其他技術的協同創新,諸如智能化數字化控制、“互聯網+”人工智能等非常重要,但能源系統的自身特性決定了能源轉型不是其他技術可以解決的,需要能源自身迎接挑戰,需要與工程界、商界、政府決策者攜手,不斷進行技術和商業模式創新,致力于降低能源系統軟硬成本。

　　可再生能源崛起

《能源評論》:從能量資源角度來看,這一輪正在發生的能源轉型,與之前的煤炭革命、石油革命似乎不同。在您看來,本輪能源轉型有哪些突出特征?

嚴晉躍:正在進行中的本次能源轉型,是人類可持續發展需求驅動的能源變革,對能源的使用不僅僅要求其方便可靠,而且需要清潔低碳。主要特征是快速增長的可再生能源和對能源系統的滲透,由此進一步提出了系統的“靈活性”需求。

有一個我親身經歷的事情可以說明這個變化的趨勢:2010年前后,我作為主編,邀請全世界400多名優秀頂級科學家和工程師共同編撰了A4版面、4000余頁的大型工具書《Handbook of Clean Energy Systems(潔凈能源系統手冊)》(6卷),歷時五年,對整個能源系統進行了細致的梳理。最終六個分卷手冊的名稱分別是《可再生能源》、《清潔能源轉換技術》、《減排技術》、《智慧能源利用》、《儲能》和《能源系統的可持續性》。在全書的編撰過程中,有兩個變化:一是《可再生能源》分卷起初叫《替代能源》,二是《儲能》這一分卷剛開始是沒有的,是后來專門增加的。

這本書在2010?2015年編撰過程中發生的變化,其實恰恰折射出了能源轉型變革的兩個非常重要的特征:一個是可再生能源的快速崛起,由原來的“替代”能源成為主流能源;另一個是由此帶來的能源動態供需變化需要新的手段進行平衡,儲存技術需求進一步提升。

從近幾年能源裝機的情況來看,2013年全球新增加的裝機容量中,可再生能源首次超過了化石能源。以美國為例,2017年美國凈增加的裝機容量中,94%來自可再生能源,僅有6%來自其他傳統化石能源。這個數字可能出乎人們想象,盡管特朗普一直講要把煤炭拉回來,但能源投資市場的變化表明了能源轉型是大勢所趨。

《能源評論》:可再生能源快速發展已是大勢所趨,但也有人表示,短時間內還很難革掉傳統能源的命。您怎么看待未來能源系統中傳統能源的地位?

嚴晉躍:能源的選擇不是簡單的誰革誰的命的“你死我活”的問題,而是在人類可持續發展大目標下,去探求如何實現能源為人類提供便利清潔和可靠的服務。清潔能源也包括傳統化石能源的清潔利用。我們是在清潔的約束邊界條件下,尋求能源系統的最佳解決方案。在不同的時間空間尺度下,這個“最佳解決方案”可能不同。但隨著可再生技術創新和成本的快速下降,“最佳解決方案”在不斷朝著可再生能源傾斜,這是我們可以目睹而且不斷加速的一個大趨勢。我們需要catch the wave(乘風破浪)而不是against the wave (逆流而上)參與到尋求清潔能源系統的“最佳解決方案”的過程中。

《能源評論》:可再生能源除了經濟性,還有間歇性問題,由此對整個能源系統保持供需平衡帶來了技術挑戰,您怎么看?

嚴晉躍:可再生能源的經濟性在近10年得到了長足進步,已經進入可以與傳統能源競爭的時代。新能源成本的下降經歷了類似于芯片領域摩爾定律的發展現象:每兩三年價格會減少一半。基本上LED、光伏、風能等產業都是這樣發展的。儲能技術的發展可能會按照同樣趨勢發展,未來可能會給我們提供更多的技術空間。

可再生能源間歇性問題的解決,需要全方位的技術、體制和商業模式的創新。這就對系統靈活性提出了要求,未來能源系統里除了清潔低碳、安全高效,還要增加靈活性和經濟性等維度的要求。技術上需要在(資)源-(負)荷-儲(存)-用(戶)每個環節及其整體集成優化創新。諸如智能微網、分布式能源、虛體電廠、虛擬儲能、用戶端響應等等。能源體制上需去中心化的非壟斷化變革和能源市場的進一步自由化。把“靈活性”納入未來能源系統的商業模式創新亦非常重要。

　　系統優化不唯數字論

《能源評論》:隨著技術進步,可再生能源在裝機量增加的同時,應用成本和價格是否也在快速下降?

嚴晉躍:是的。這與另外一個趨勢密切關聯——能源供給從原來的中心供能方式逐漸向分布式方式轉變。

最近我們把全國344個城市按照太陽能光照資源和光伏發電經濟性進行研究分析后發現:如果是自發自用,按照終端用戶自發自用情形,僅以現有光伏發電的成本來計算,就可以做到光伏發電無補貼應用,當然,需要在系統和市場上能夠保障不棄光。我們會后續發表這一研究成果,與同仁分享。

《能源評論》:那是否意味著,當下可再生能源平價上網完全可以靠技術進步就能實現?

嚴晉躍:不能這樣看。能源問題是一個復雜的系統問題。技術只能解決很小一部分問題。我們發現,雖然可再生能源系統的硬成本在快速下降,但軟成本的下降并不明顯,導致目前軟成本占到整個項目成本的比例反而在增加。以美國為例,其每季度公布的光伏發電項目成本情況顯示,硬成本大幅下降,每2?3年減少一半,但軟成本在8年之內,占到項目總成本的比例逐漸從30%?40%升至60%?70%。這可能是未來能源系統發展比較大的障礙。

在商業模式上,與硬成本相關的科學家、工程師,和與軟成本相關的律師、投資人、許可審批人等完全不同:工程師的思維方式是希望把產品做得更便宜,從商業角度是希望把產品賣得更貴。這或許是軟成本不降的原因之一。未來即使工程師、科學家努力把項目硬成本再減少一半,也只是30%?40%的一半。如果另外60%?70%的軟成本不對應降低,不去從整體商業模式進行系統創新,技術進步的作用會十分有限。如何減少軟成本并沒有被人們重視起來,是極為迫切需要解決的問題。

項目實施設計時要因地制宜。充分考慮當地能源資源及使用特點,要量體裁衣。以馬爾代夫的孤島能源系統為例,當地政府希望百分之百使用可再生資源,但我們研究發現:可再生能源比例在50%左右,企業可以很好盈利;進一步增加到百分之七八十甚至百分之八九十的時候,也是可以接受的,當然要增加額外的成本;但如果要求百分之百使用可再生能源,成本會大幅增加。因此,我們的結論就是:在現有的條件下,尤其儲能成本非常高的情況下,可再生能源比例實現90%要遠比100%好。能源系統的優化不是簡單的數字指標的實現。

　　不是簡單的“互聯網+”

《能源評論》:基于可再生能源的未來能源系統,要如何面對電源與負荷的雙重不確定性,“互聯網+”理念和技術會有何幫助?

嚴晉躍:變化的能源與變化的負荷將是未來能源系統要面對的新常態。這需要技術、政策和商業模式創新,也會帶來很多新的機會。

有一種觀點,將ICT(信息通信技術)和能源結合起來,就是所謂的“互聯網+”,用互聯網的架構和方法可以解決能源問題。但在我看來,簡單地用“互聯網+”解決不了能源系統的問題。原因在于,能源和信息的物理特性不同,信息的融合、交換會增加新的信息,是一個增加價值的“負熵”過程。而能源則不同,能源的轉換,傳輸及儲存都會伴隨不可逆的損失,是一個價值貶低“增熵”的過程,這是由能源轉換的熱力學第二定律決定的。

我經常舉一個例子,人們用手機擔心的是能源問題,而不是信息問題,你每天回家要充電,或者隨身攜帶充電器、充電寶,但是你不會每天晚上把信息、照片備份出去。原因就在于,能源儲存和信息儲存的成本不同,信息儲存非常便宜。一旦能源儲存也能夠像信息儲存一樣低廉,整個產業形態就會發生很大的變化。能源系統和互聯網的結合非常重要,互聯網可以為能源系統提供新的信息手段,但不是簡單地按照互聯網的架構去設置能源系統,能源系統需要按照自身的特點進行系統構建和創新。

《能源評論》:也有人認為,隨著物聯網技術的發展,互聯網將成為基礎設施。那么,從資源型的能源模式轉到系統集成型的模式,會對產業生態帶來哪些沖擊,系統將如何演進?

嚴晉躍:從資源角度來說,未來能源系統會從資源型向集成化、智能化轉變。從消費層面來看,未來能源系統把生產者(producer)和消費者(consumer)結合在一起,形成一個新詞——產銷一體(prosumer),也誕生了一個新的商業環節——產銷者。比如原來的能源消費者,如果在屋頂加上光伏,不僅可以滿足自我使用,同時也可以發電上網,就變成一個銷售者。這樣的變化會引發商業模式的改變。消費者在能源系統不是一個被動的接受者,也是一個參與者,這樣在能源系統就會產生雙向互動的現象。

同樣需要關注的是,綜合能源系統如何與儲能發生關聯,當能量無法儲存或者儲存成本很高的時候,能不能轉換成其他物質方式?氫能可以作為一種儲能的介質與未來能源系統結合在一起,此外,電動汽車作為潛在的移動儲能單元和新的系統,也提供了的新的創新機會。

最后我需要再強調一點,如前所述,未來能源系統的構建要因地制宜,是一個在一定時空環境下尋求最適宜當地人的尋求”最佳解決方案”的過程。我稱之為能源系統“時間-空間-人”的3D協同。分布式和本地化尤為重要,“量體裁衣”(tailor-made innovation)”才是正確的選擇。