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來源：鈦禾產業觀察
不缺能源的“能源危機”。
作者 | 熊文明
變革者
No.27
2021年9月英國舉行的一場能源聽證會上，出現了戲劇性的一幕。
英國能源市場監管機構官員喬納森·布里爾利正在回答公眾冬季用電問題，承諾一定不會讓英國無電可用。誰知道話音剛落，恰好就停電了。這一影片被人放到網路上，英國網友紛紛擔憂——看來果然是沒電了。
這一切早有端倪。今年下半年以來，歐洲天然氣批發價格漲超250%，儲存量處於歷史新低。澳大利亞煤炭價格自春季以來翻了一番，原油價格突破85美元一桶，創下7年來的歷史新高。
上游能源漲瘋了，英國、德國、西班牙、葡萄牙、荷蘭的電價跟著水漲船高，繼而波及全球。我國也未能倖免，9月下旬爆發了10年來罕見的電荒。
這時候，“冬季會不會缺電”就不單單是英國的擔憂了，進而發展成為一種全球性的恐慌情緒。各國能源專家紛紛表態，一部分人認為“今年冬天必然缺電”，因為這只是一個開始，後續的滯脹會更加兇猛。
但更多的聲音是：當今世界並不缺能源。美國的頁岩油和俄羅斯的天然氣還在捂盤，歐佩克的石油還在限產，總之大頭們都還在掖著藏著——所以短缺也只是階段性的，是供需時間差造成的“軟短缺”。
綜合各方說法，這場全球能源短缺是疫情後的“應激反應”，工業需求和消費需求已經飆升，但能源投資和產能都尚未恢復到疫情前水平。一言以蔽之，能源需求跑得比供應快，就出現了能源短缺。
不過，能源危機發端於歐洲，或許不僅僅是巧合。作為“雙碳”目標最激進的倡議者和踐行者，歐洲諸國的破舊立新是真的“剛”。歐洲能源都缺成這樣了，擔心洩露汙染的德國還在堅定不移地推動“全面棄核”，不僅自己要棄，還攛掇甚至綁架歐洲其他國家“同舟共棄”。
歐美話語體系下的ESG（環境、社會和公司治理）透過持續不懈努力，已經成功地將化石燃料和核能妖魔化，阻撓資金向這些領域流入，這勢必造成化石能源的投入不足。綠色議題如今已是普世價值，任何拒絕或無力承諾這一主題的國家都將被排除在世界主流經濟秩序之外。
以歐洲為急先鋒，世界各大經濟體都在積極干預本國能源結構，限煤、限油、限天然氣，降低化石能源佔比的同時大力發展清潔能源。但擺在眼前的現實問題是，新能源還沒有做好準備接管整個世界，急於滅殺化石能源不但不利於平穩過渡，反而帶來了化石燃料的價格飆升。目前全球正處於從化石能源向可再生能源過渡的關鍵時期，劇烈變化的能源結構增加了能源系統的不穩定性。激進地人為干涉，更是讓複雜多變的能源格局顯得更加易碎。
新舊能源正規化轉換，不啻為人類和地球相處方式的一場深刻變革。平穩度過陣痛期，既需要運籌帷幄的謀略，也需要日拱一卒的耐心。在這場能源革命的全球混戰中，相對佈局超前、步伐穩健的中國，或許有機會領跑下一個時代。
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解決14億人的用電問題
中國是目前全球發電量最大的國家，根據bp公佈的能源統計年鑑資料，2020年發電量約為7.779萬億千瓦時，約佔全球發電量的29%。在一窮二白基礎上，建立起全球發電量最大的現代機電工業，新中國用了大半個世紀的時間。
建國初期至上世紀末，我國電力供應長期處於嚴重不足的狀態。直到世紀交替的2000年，我國發電裝機量跨上3億千瓦臺階，才基本扭轉電力嚴重短缺的局面。
我國上世紀電力建設又以改革開放為分水嶺。1978年以前，我國電力建設以水電為主，陸續建成了丹江口、三門峽、富春江等大型水電站，奠定了新中國電力工業的初步基礎。改革開放後，經濟發展迅速，水電供應遠遠不能滿足日益飆升的工業和生活用電需求。為加快提高電力產能，我國開始積極發展火電，並逐漸成為主力電源。
用電需求與工業發展和城市發展成正相關，因而在改革開放後，中國經濟高速發展的程序中，電力短缺這條暗線一直如影隨形。尤其是2001年我國加入WTO後，化工、鋼鐵、建材、有色金屬等重化工業蓬勃發展帶來了電力需求的激增。2000年至2011年這十餘年間，國內用電量增長率均高於GDP增長率。
進入新世紀以後，人們以為“電荒已成過去式”，卻再三被現實“打臉”。2000年至2021年，我國先後出現過三次電荒。
第一次電荒爆發於2003年，這是金融危機之後，由於電廠投入不足、供給側緊縮帶來的“硬缺電”，即既缺電力也缺電量。這次電荒持續一年多時間，帶來的直接結果是特高壓電網的上馬。這一年，國家電網、南方電網兩大電網和華能、大唐、華電、國電、中電投五大發電集團剛剛完成重組。上任國家電網總經理的劉振亞力排眾議，提出要建設電力運輸的“高鐵”——特高壓電網。
2010年，雲南—廣東、向家壩—上海兩條特高壓線建成投運，成為當時的世界之最。中國從此實現了除臺灣省以外的全國聯網和戶戶通電。
第二次電荒發生在2010-2012年，持續時間長達兩年。與上一次的“硬短缺”不同，這是煤炭價格高漲和季節性因素導致的“軟短缺”。受當時的“雙控”政策影響，製造業出現被壓制後的“報復性用電”，煤炭價格因此被一路拉高。煤炭是市場定價，但電價是計劃管控的，在這個前提下，火電企業發電越多虧損越大，發電產能就上不去。今年9月爆發的第三次電荒，主要原因也是煤電博弈帶來的週期性波動——市場煤、計劃電，煤炭價格和電價不能及時響應，導致了發電廠積極性不高，煤電供應出現短缺。
這次全國範圍的大規模拉閘限電發生後，人們一方面擔憂煤炭供應，一方面疑惑投入多年、耗資巨大的新能源為何沒有發揮應有的作用。
首先，中國並不缺煤，而且是世界上煤炭資源較為豐富的國家。火電在我國現有能源結構中依然佔據著主導地位，由於燃煤發電不受自然條件影響，供應穩定，是電力調峰的主力。“十三五”期間，我國煤炭開採一度供大於求，導致後續關停了約10億噸產能，也為這輪電荒埋下伏筆。
近年來，在“雙碳”壓力下，我國持續壓減火電裝機比例，火電從高速增長進入低速增長階段，與此同時，新增裝機中的光伏和風能比重逐年加大。今年截至9月，我國非化石能源裝機容量佔比已接近總量的一半。
但是，這些新型電力的部署並不能立刻讓我國供電格局出現根本性扭轉。光電和風電具有間隙性、波動性和隨機性的特點，早期曾一度被業界視為“垃圾電”。光伏只能在白天發電，風電則取決於風力大小，不僅無法保證持續性，還難以調控。
在當下的電力工業中，技術層面已經可以有解決辦法，但卻會帶來額外的成本增加。要想把光電、風電變得穩定可用，可以透過建更多抽水蓄能站、上超大規模儲能裝置、上大量燃氣輪機來解決，但這些都會大幅增加清潔能源的使用成本。
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從“水火互濟”到“風光無限”
位於青海塔拉灘的光伏電站，是目前全球最大的光伏基地。從2012年修建至今，基地面積已達609.6平方公里，接近新加坡的國土面積。塔拉灘土地荒漠化嚴重，建設之初面臨一個頭疼的問題：風捲砂石會損壞光伏板。有人提議種牧草固土，於是在基地裡撒滿了牧草種子。
由於光伏板需要定期清潔，水流到土裡澆灌了牧草。基地牧草因此長勢非常驚人，遮蔽了光伏板。結果牧草又成了新問題，這時候又有人提議：要不然養羊？讓羊去吃草。
這個提議居然又通過了，於是基地裡又投進去幾千頭羊。然後問題又來了——這麼多羊誰來管理？又有出主意的人站出來說：可以把羊群的收益分給當地牧民，讓他們管理羊群，還可以順便清潔光伏板，守衛基地。
就這樣，牧草、羊群、牧民、光伏之間形成了奇妙的經濟生態，不僅解決了光伏裝置的工作環境問題，還創造出大量工作崗位，給當地牧民帶來了經濟收益。
光伏發電的間歇性問題，在塔拉灘基地也得到了解決。這裡建起了世界最大規模的水光互補光伏電站，透過接入龍羊峽水電站的水電機組快速調節，把基地不穩定的光伏電調整為均衡、優質、安全的穩定電源。
“光伏+畜牧+扶貧+環境改善”的良性迴圈，不僅降低了光伏發電的成本，創造了現實的經濟價值，還帶來了長遠的生態價值——到2021年，基地植被覆蓋率比2012年增加了15%。
因地制宜與當地產業融合的“光農互補”形式，已經形成我國大型光伏基地建設的特色模式。光伏基地的建設在青海與畜牧業結合，在天津與曬鹽業結合，在浙江則與漁業相結合。今年5月，華電海晶總投資40億元的“鹽光互補”光伏發電專案落戶天津大沽街，預計2022年12月建成並投產。而在浙江湖州市和孚鎮的4000畝魚塘上，農民也架起了光伏板，發電養魚兩不誤，一塊魚塘雙份收入。
根據國家能源局統計資料，截至2021年10月底，我國水光伏發電累計裝機量達2.82億千瓦，持續保持世界第一。
在風電領域，隨著陸上風電行業滲透率的提升，優質的風口區位已經逐漸減少。我國在持續建設大規模的風光基地的同時，開始探索分散式發展格局。近年來，國家積極推動“風電下鄉”，鼓勵中東南地區就地就近開發風電，將風電的發展與鄉村振興和共同富裕的目標相結合。
2021年10月，118個城市與600多家風電企業在國際風能大會上共同發起“風電夥伴行動·零碳城市富美鄉村”計劃。據此計劃，全國在“十四五”期間將在100個縣5000個村安裝1萬颱風機，惠及農村人口300萬以上。
目前，我國風電裝機容量位居世界第一。2020年風力發電量佔全球風力發電總量的29.32%。
更為關鍵的是，光電和風電的成本問題取得了突破性進展。根據2021中國國際金融年度論壇的會議資料顯示，過去十年內，光伏發電的成本降低了80%-90%，已經低於傳統燃煤發電成本。2020年，國內光伏發電平均上網電價已降至0.35元/千瓦時，正在大踏步進入平價電時代。
與此同時，風電也在我國大部分地區實現了平價上網，平均發電成本與水電持平，據“風電夥伴行動”計劃，到2025年，陸上高、中、低風速地區的度電成本要力爭降至0.1元、0.2元和0.3元，近海和深遠海風電度電成本分別降至0.4元和0.5元。
時至今日，中國已經成為全球可再生資源發電利用規模最大的國家。從傳統的“水火互濟”到如今的“風光無限”，作為全世界最大的能源消費國，中國正在彙集各方力量和智慧，自上而下推動一場意義深遠的能源革命，而徹底實現新型能源的自主供應，也就抓住了國家發展和安全戰略的“牛鼻子”。
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正規化轉換中的科技競賽
能源話語權直接關係國家戰略發展。19世紀初，透過蒸汽革命建立起制衡全球的“煤炭體系”，英國迅速崛起成為全球工業霸主。20世紀以來，當內燃機逐步取代蒸汽機時，美國建立起新的“原油體系”和汽車工業，工業霸權的接力棒就從英國人傳到了美國人手中。如今這場從“碳能源”到“矽能源”的革命，或許是中國工業經濟當下最關鍵的一場硬仗。
草蛇灰線，伏脈千里。20多年來，中國在新能源領域的多條戰線上同時規劃部署，實行規模空前的財政補貼，推動多個新能源產業站到了世界第一梯隊。“光伏+特高壓+新能源車”的強強產業組合，正在成為我國搶跑下一個能源時代的優勢牌面。
在發電端，中國光伏產業在政府扶持下，逐步走出關鍵原材料、關鍵裝置、主要市場“三頭在外”的困局。如今，我國高純晶矽產量位居全球第一，電池、元件產量佔全球產量70%以上。全球光伏元件排名前十的企業中有7家來自中國。
在儲能端，我國鋰電池產業發展迅速，擁有自主完整的產業鏈。根據韓國市場研究機構SNEResearch2021年最新發布的資料顯示，全球排名前十的電池製造商中有6家來自中國，寧德時代蟬聯榜首。
在運輸端，我國已經成為世界上唯一全面掌握特高壓輸電技術的國家。由於中國的大規模實際建設和運用，中國特高壓標準已經被確定為國際標準向全世界推廣。
供給端技術的發展離不開消費端需求的快速增長。我國新能源汽車製造和銷售規模連續6年位居世界第一，由於電動車的發展，2020年，我國有8家車企躋身全球市值排名前25強。
隨著我國新能源發展進入新階段，產業政策也迎來退坡補貼的調整期。過去，新能源產業快速發展得到了大量來自國家資源的扶持，包括政策支援、政府補貼、國企主導等。如今，產業政策正在從“扶上馬、送一程”，逐漸轉向構建平等、開放、有序、健康的市場競爭環境。
從“碳能源”到“矽能源”的正規化轉換，也意味著大規模的基建重置和產業重構，這個過程中，我國還面臨著許多現實制約和實際困難。
例如，在集中式光伏與農業互補結合中，一些經濟合作專案不及理想預期，未來需要朝著更加複合化、智慧化的技術方向發展。在分散式光伏與建築物結合中，利用光伏替代結構性建築材料方面研發力度不足，未來要朝著模組化、家電化的技術方向發展。
目前，我國風電裝置國產化程度已經達到70%以上，但在軸承、液壓、變槳電機等精密裝置和控制系統方面，核心技術還大量被歐美廠商把持。
抽水蓄能是目前最成熟、經濟效益最高的靈活儲能模式。我國已建和在建抽水儲能規模均為世界第一，但在整個能源結構中僅佔1.4%，與歐美髮達國家差距巨大，尚有發展空間。
我國鋰電池整體規模全球領先，但在單體電池的製造精度方面與國外先進技術還有差距。鋰電池的供應鏈雖然完整，但低端電池材料產能過剩，高階關鍵材料供應不足，工藝上仍有缺陷，亟待提升自主創新能力。
我國新能源汽車在核心的“三電”（電池、電驅、電機）領域均有短板。動力電池仍然需要加大高比能、高安全和長壽命等方面的研發力度；高效高密度驅動電機系統等關鍵技術與國際先進水平仍有差距；關鍵零部件如車用晶片、高速軸承、智慧汽車所需的毫米波雷達等都還部分處於“卡脖子”狀態。
在政府扶持和國內市場的雙重利好下，我國多個新能源產業脫穎而出。但我們也要清醒地看到，新能源正從早期佔道式的粗放式發展進階為精細化發展，規模最大並不等同於擁有核心競爭力。發揮新型舉國體制優勢，透過加大自主創新補齊技術短板，避免低端重複建設和無序競爭，才能讓我國新能源優勢產業的競爭後勁綿延不斷。
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走出科幻片的未來能源
2021年9月， 全球首個釷核反應堆將在甘肅武威試執行。雖然功率只有2兆瓦，卻能為1000戶居民提供電能，測試過後將建造更大規模的釷反應堆以實現商用。
釷基熔鹽堆核能系統（TMSR）是第四代核能系統的6種候選技術之一，能夠將原本的核汙染廢料變成無害產品，而且比鈾元素安全得多，既不會爆炸也不會融化。目前，中國是全球首個嘗試將該新型反應堆商業化的國家。
事實上，早在2012年12月，我國在山東榮成石島灣核電廠採用的超高溫氣冷堆技術，已經是第四代核電技術。
前沿的第四代核電依然是核裂變技術，而人類利用核能的更高志向在於核聚變。顧名思義，核裂變能量來自於原子分裂，核聚變能量來自原子聚合，核聚變本質上就是“人造太陽”。一旦人類掌握了核聚變技術，科幻片中的場景就將變成現實，開啟人類能源利用的新紀元。
全球規模最大的科研合作專案就是ITER，全稱“國際熱核聚變實驗堆”，由中、美、歐、日、俄、韓、印七方成員共同研發，這是人類歷史上第一次，由超過3/4人口的科技強國心無芥蒂的聯合在一起，共同研究同一個課題。ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克，俗稱“人造太陽”。
我國也建成了自己的全超導托克馬克EAST，中文名為“東方超環”，如今已經平穩運行了15年。2020年12月4日，我國新一代“人造太陽”中國環流器二號M裝置（HL-2M）在成都建成並實現首次放電。
“人造太陽”工程目前已經進入研發階段，另一個科幻片中的能源場景離我們似乎更近——在太空建設發電站。2021年6月18日，我國在重慶市璧山區開始興建全球第一個空間太陽能電站實驗基地。
與地面太陽能電站相比，空間太陽能發電站可以不分白晝地獲取能量，還能夠避免大氣層干擾，接收量級更高。收集的太陽能以微波或鐳射等無線能量的形式，傳回地面上的無線能量收集站，再由收集站將能量轉化成電能對外輸送。
《流浪地球》裡讓地球在宇宙中實現旅行的動力，“鋼鐵俠”胸前的超級環，這些科幻片中的未來能源技術正在現實中徐徐展開，而這距離我國造出第一臺電機不過才百餘年的時間。
科幻的不是未來，而是過去和未來的時空距離竟如此接近，新舊兩個時代的更替如白駒過隙。我們才剛剛解決了14億人口的用電問題，就已經要重構現有的一切，做好準備去領跑一個新時代。
參考文獻：
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[2] 中國能源研究會儲能專委會中關村儲能產業技術聯盟，儲能產業白皮書2021，2021
[3] 朱彤，能源轉型中我國電力能源的結構、問題與趨勢，2020
[4]吳敬儒綦連斌，中國電力工業2001-2020年發展問題探討，2004
[5] 張薇杜廣徐國飛，中國核聚變研究現狀與發展趨勢，2019
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