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隨著技術進步和規(guī)模化帶來的單位造價持續(xù)下降，用不了多久，新能源的使用價格將全面低于傳統(tǒng)化石能源的價格
世界經(jīng)濟的每一次重大轉(zhuǎn)型，都與能源變革息息相關。近年來，以風力和太陽能發(fā)電為主的新能源發(fā)展勢頭強勁，以化石能源為主的能源開發(fā)利用方式面臨挑戰(zhàn)，一場歷史性的能源變革正在全球范圍內(nèi)孕育。與人類歷史上的前兩次能源變革不同，中國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征
人類歷史上經(jīng)歷過兩次大的能源轉(zhuǎn)型。一次是在18世紀末到19世紀，以蒸汽機的發(fā)明和煤炭的大規(guī)模利用為主要標志，人類從薪柴時代邁入了煤炭時代。第二次發(fā)生在19世紀70年代到20世紀初，以發(fā)電機、內(nèi)燃機等的發(fā)明與使用為標志，石油、天然氣在一次能源消費結(jié)構中的占比超過了煤炭，成為人類生產(chǎn)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(jīng)濟的發(fā)展和人類社會的進步。但由于其本質(zhì)都是消耗化石能源，資源儲量持續(xù)下降，開采和消費對生態(tài)環(huán)境造成了破壞，大量的二氧化碳排放也對全球氣候產(chǎn)生了影響。
進入21世紀，隨著人類技術進步和環(huán)保意識的日益提高，以風電和太陽能為主的新能源的發(fā)展越來越受到重視。2015年，全球可再生能源發(fā)電新增裝機容量首次超過常規(guī)能源發(fā)電裝機。全球173個國家制定了自己的新能源發(fā)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年前后，電力消費100%來自可再生能源。中國政府也明確提出，到2030年非化石能源占全部發(fā)電量的比重力爭達到50%。從目前的情況看，有希望提前實現(xiàn)這一目標。
新一輪能源革命呈現(xiàn)出三個主要特征。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(fā)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(fā)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(zhuǎn)型中，由于以風、光為主的新能源的生產(chǎn)邊際成本趨近于零，隨著技術進步和規(guī)?；瘞淼膯挝辉靸r持續(xù)下降，用不了多久，新能源的使用價格將全面低于傳統(tǒng)化石能源的價格。
能源革命的戰(zhàn)略路徑
現(xiàn)有的世界能源體系，從產(chǎn)業(yè)政策、價格制定到管理機制，主要是圍繞傳統(tǒng)化石能源的生產(chǎn)和消費而設計的。結(jié)合新能源的開發(fā)利用現(xiàn)狀和技術的不斷突破，我們從能源戰(zhàn)略規(guī)劃的角度，提出了“新能源+特高壓+儲能”的發(fā)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(fā)力度
近年來，風、光發(fā)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(fā)電的風機已推廣應用，太陽能電池和組件的轉(zhuǎn)換效率持續(xù)改進。與此同時，新能源的發(fā)電成本也在快速下降。風電設備和光伏組件的價格，在過去的五年里下降幅度分別超過了20%和60%。美國風電長期購電協(xié)議價格已與化石能源發(fā)電達到同等水平，德國新增的新能源電力基本實現(xiàn)與傳統(tǒng)能源平價。我國部分地區(qū)新能源的價格已經(jīng)與煤電價格相當，預計到2030年，光伏發(fā)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(fā)，應當采取集中式與分散式相結(jié)合。在人口稠密、土地資源緊張的地區(qū)，可以進行小規(guī)模、分散式的開發(fā)。但世界上許多開發(fā)條件優(yōu)越的風、光資源，往往集中在荒漠、高海拔、人口稀少的地區(qū)，適合大規(guī)模集中開發(fā)。如北非、西亞地區(qū)的太陽能，環(huán)北極圈的風能等。
中國的資源稟賦也決定了新能源應以大規(guī)模集中式開發(fā)為主。甘肅、內(nèi)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，都高于東中部地區(qū)500-1000小時左右，適合建設千萬千瓦級的新能源基地。
與小規(guī)模、分散式新能源開發(fā)模式相比，大規(guī)?；匦烷_發(fā)通過實行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設和統(tǒng)一運營，可以發(fā)揮規(guī)模效益，同時利用不同風場之間和東西部地區(qū)之間風、光發(fā)電的互補性，在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和高效利用，有效降低開發(fā)和運營成本，從而降低上網(wǎng)電價，加快新能源補貼的退坡進程。
以內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)為例，我們測算到2020年，風電上網(wǎng)電價可以實現(xiàn)0.35元/kWh左右，送到京津冀地區(qū)，不需要補貼就可以與當?shù)鼗痣姍C組同網(wǎng)競爭。
二、發(fā)揮特高壓輸電優(yōu)勢
世界許多地區(qū)的能源資源與能源消費中心往往呈逆向分布。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(guī)模基地型開發(fā)成為可能。
截至2016年底，中國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(qū)的新能源通過特高壓送到中東部地區(qū)，一方面提高了清潔能源占比，有助于解決中東部地區(qū)的環(huán)境污染和霧霾問題，同時也將西部大片的荒漠變成了“寶地”。
遠距離輸送并不會推高電價，因為同樣發(fā)電設備的利用小時數(shù)，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(fā)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(lián)網(wǎng)的重要組成部分。通過特高壓加強電網(wǎng)互聯(lián)、提升電力系統(tǒng)的靈活性，可以在電力系統(tǒng)的錯峰調(diào)節(jié)、降低備用容量、優(yōu)化能源資源配置以及促進新能源發(fā)展等方面實現(xiàn)明顯的綜合效益。
三、推動儲能技術發(fā)展
電力系統(tǒng)一直以來都是發(fā)、供、用同時完成。由于風力變化和晝夜交替，風力和太陽能發(fā)電呈現(xiàn)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，即在電力富余的時候?qū)⑵浯鎯?，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(diào)節(jié)，對能源的生產(chǎn)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(jīng)在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。美國、德國等形成了較為成熟的商業(yè)模式。中國在分布式光伏、電力需求側(cè)管理、電力輔助服務市場及發(fā)電側(cè)調(diào)峰等領域也開展了研發(fā)示范，初步具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎，不同場景下的商業(yè)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(huán)保的角度看，儲氫則更具優(yōu)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(fā)電領域，利用風能、太陽能通過電解水制氫，使用燃料電池發(fā)電或?qū)崿F(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，可以平抑新能源的間歇性和波動性，幫助電網(wǎng)調(diào)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(lián)供系統(tǒng)20萬臺，并計劃在2020年東京奧運會之前投放以氫為動力的6000輛公交車和5萬輛家用轎車。我國在氫能發(fā)展方面盡管起步較晚，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范應用，行業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。
盡管目前儲能產(chǎn)品的價格還比較高，但隨著技術進步、整個產(chǎn)業(yè)鏈的完善和應用規(guī)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(jīng)下降到1000美元/kW左右，經(jīng)濟可行性日漸顯現(xiàn)?？梢灶A見，未來五年到十年，儲能產(chǎn)業(yè)將會迎來高速發(fā)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(xiàn)有的火電機組調(diào)峰配合消納。五年到八年后，新能源的輸送占比越來越大，儲能技術將擔當調(diào)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(tài)環(huán)境惡化和氣候變暖的態(tài)勢將得到有效遏制，在促進世界經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的同時，也有助于消除貧困，實現(xiàn)能源消費公平。
儲能產(chǎn)品的普遍使用，將改善電力系統(tǒng)的整體運營效率。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)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(fā)、供、用各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，減少系統(tǒng)冗余和備用，提高電力系統(tǒng)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(chǎn)方式更加簡單，無需通過高溫、高壓蒸汽及磁場等復雜過程將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為電能，大量的燃燒及旋轉(zhuǎn)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(nèi)燃發(fā)動機作為動力，車輛內(nèi)核設計全部實現(xiàn)電氣化，構造簡單，易于維護，所有與內(nèi)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如海水淡化。目前全世界有半數(shù)以上的國家和地區(qū)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。但由于它是一個高耗能的產(chǎn)業(yè)，目前生產(chǎn)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(guī)模利用了。
那時，不僅可以解決全球范圍內(nèi)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干旱、沙漠地區(qū)，實現(xiàn)“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托著人類的希望，但變革不會一蹴而就，需要我們從文明演進的高度，攜手協(xié)作，扎實推進。
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