不缺能源的“能源危機”。
2021年9月英國舉行的一場能源聽證會上，出現(xiàn)了戲劇性的一幕。
英國能源市場監(jiān)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。這一視頻被人放到網(wǎng)絡上，英國網(wǎng)友紛紛擔憂——看來果然是沒電了。
(授權轉載自：鈦禾產(chǎn)業(yè)觀察 作者：熊文明)
這一切早有端倪。今年下半年以來，歐洲天然氣批發(fā)價格漲超250%，存儲量處于歷史新低。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(chuàng)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。我國也未能幸免，9月下旬爆發(fā)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(fā)展成為一種全球性的恐慌情緒。各國能源專家紛紛表態(tài)，一部分人認為“今年冬天必然缺電”，因為這只是一個開始，后續(xù)的滯脹會更加兇猛。
但更多的聲音是：當今世界并不缺能源。美國的頁巖油和俄羅斯的天然氣還在捂盤，歐佩克的石油還在限產(chǎn)，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后的“應激反應”，工業(yè)需求和消費需求已經(jīng)飆升，但能源投資和產(chǎn)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(xiàn)了能源短缺。
不過，能源危機發(fā)端于歐洲，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，擔心泄露污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(huán)境、社會和公司治理)通過持續(xù)不懈努力，已經(jīng)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(jīng)濟秩序之外。
以歐洲為急先鋒，世界各大經(jīng)濟體都在積極干預本國能源結構，限煤、限油、限天然氣，降低化石能源占比的同時大力發(fā)展清潔能源。但擺在眼前的現(xiàn)實問題是，新能源還沒有做好準備接管整個世界，急于滅殺化石能源不但不利于平穩(wěn)過渡，反而帶來了化石燃料的價格飆升。
目前全球正處于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(tǒng)的不穩(wěn)定性。激進地人為干涉，更是讓復雜多變的能源格局顯得更加易碎。
新舊能源范式轉換，不啻為人類和地球相處方式的一場深刻變革。平穩(wěn)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(zhàn)中，相對布局超前、步伐穩(wěn)健的中國，或許有機會領跑下一個時代。
解決14億人的用電問題
中國是目前全球發(fā)電量最大的國家，根據(jù)bp公布的能源統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，2020年發(fā)電量約為7.779萬億千瓦時，約占全球發(fā)電量的29%。在一窮二白基礎上，建立起全球發(fā)電量最大的現(xiàn)代機電工業(yè)，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于嚴重不足的狀態(tài)。直到世紀交替的2000年，我國發(fā)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(xù)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(yè)的初步基礎。改革開放后，經(jīng)濟發(fā)展迅速，水電供應遠遠不能滿足日益飆升的工業(yè)和生活用電需求。為加快提高電力產(chǎn)能，我國開始積極發(fā)展火電，并逐漸成為主力電源。
用電需求與工業(yè)發(fā)展和城市發(fā)展成正相關，因而在改革開放后，中國經(jīng)濟高速發(fā)展的進程中，電力短缺這條暗線一直如影隨形。尤其是2001年我國加入WTO后，化工、鋼鐵、建材、有色金屬等重化工業(yè)蓬勃發(fā)展帶來了電力需求的激增。2000年至2011年這十余年間，國內(nèi)用電量增長率均高于GDP增長率。
進入新世紀以后，人們以為“電荒已成過去式”，卻再三被現(xiàn)實“打臉”。2000年至2021年，我國先后出現(xiàn)過三次電荒。
第一次電荒爆發(fā)于2003年，這是金融危機之后，由于電廠投入不足、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(xù)一年多時間，帶來的直接結果是特高壓電網(wǎng)的上馬。這一年，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)兩大電網(wǎng)和華能、大唐、華電、國電、中電投五大發(fā)電集團剛剛完成重組。上任國家電網(wǎng)總經(jīng)理的劉振亞力排眾議，提出要建設電力運輸?shù)?ldquo;高鐵”——特高壓電網(wǎng)。
2010年，云南—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(xiàn)了除臺灣省以外的全國聯(lián)網(wǎng)和戶戶通電。
第二次電荒發(fā)生在2010-2012年，持續(xù)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(jié)性因素導致的“軟短缺”。受當時的“雙控”政策影響，制造業(yè)出現(xiàn)被壓制后的“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(yè)發(fā)電越多虧損越大，發(fā)電產(chǎn)能就上不去。
今年9月爆發(fā)的第三次電荒，主要原因也是煤電博弈帶來的周期性波動——市場煤、計劃電，煤炭價格和電價不能及時響應，導致了發(fā)電廠積極性不高，煤電供應出現(xiàn)短缺。
這次全國范圍的大規(guī)模拉閘限電發(fā)生后，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(fā)揮應有的作用。
首先，中國并不缺煤，而且是世界上煤炭資源較為豐富的國家。火電在我國現(xiàn)有能源結構中依然占據(jù)著主導地位，由于燃煤發(fā)電不受自然條件影響，供應穩(wěn)定，是電力調峰的主力。“十三五”期間，我國煤炭開采一度供大于求，導致后續(xù)關停了約10億噸產(chǎn)能，也為這輪電荒埋下伏筆。
近年來，在“雙碳”壓力下，我國持續(xù)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占比已接近總量的一半。
但是，這些新型電力的部署并不能立刻讓我國供電格局出現(xiàn)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(yè)界視為“垃圾電”。光伏只能在白天發(fā)電，風電則取決于風力大小，不僅無法保證持續(xù)性，還難以調控。
在當下的電力工業(yè)中，技術層面已經(jīng)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(wěn)定可用，可以通過建更多抽水蓄能站、上超大規(guī)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。
從“水火互濟”到“風光無限”
位于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：風卷砂石會損壞光伏板。有人提議種牧草固土，于是在基地里撒滿了牧草種子。
由于光伏板需要定期清潔，水流到土里澆灌了牧草?；啬敛菀虼碎L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(yǎng)羊?讓羊去吃草。
這個提議居然又通過了，于是基地里又投進去幾千頭羊。然后問題又來了——這么多羊誰來管理?又有出主意的人站出來說：可以把羊群的收益分給當?shù)啬撩瘢屗麄児芾硌蛉?，還可以順便清潔光伏板，守衛(wèi)基地。
就這樣，牧草、羊群、牧民、光伏之間形成了奇妙的經(jīng)濟生態(tài)，不僅解決了光伏設備的工作環(huán)境問題，還創(chuàng)造出大量工作崗位，給當?shù)啬撩駧砹私?jīng)濟收益。
光伏發(fā)電的間歇性問題，在塔拉灘基地也得到了解決。這里建起了世界最大規(guī)模的水光互補光伏電站，通過接入龍羊峽水電站的水電機組快速調節(jié)，把基地不穩(wěn)定的光伏電調整為均衡、優(yōu)質、安全的穩(wěn)定電源。
“光伏+畜牧+扶貧+環(huán)境改善”的良性循環(huán)，不僅降低了光伏發(fā)電的成本，創(chuàng)造了現(xiàn)實的經(jīng)濟價值，還帶來了長遠的生態(tài)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?shù)禺a(chǎn)業(yè)融合的“光農(nóng)互補”形式，已經(jīng)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(yè)結合，在天津與曬鹽業(yè)結合，在浙江則與漁業(yè)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(fā)電項目落戶天津大沽街，預計2022年12月建成并投產(chǎn)。而在浙江湖州市和孚鎮(zhèn)的4000畝魚塘上，農(nóng)民也架起了光伏板，發(fā)電養(yǎng)魚兩不誤，一塊魚塘雙份收入。
根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2021年10月底，我國水光伏發(fā)電累計裝機量達2.82億千瓦，持續(xù)保持世界第一。
在風電領域，隨著陸上風電行業(yè)滲透率的提升，優(yōu)質的風口區(qū)位已經(jīng)逐漸減少。我國在持續(xù)建設大規(guī)模的風光基地的同時，開始探索分散式發(fā)展格局。近年來，國家積極推動“風電下鄉(xiāng)”，鼓勵中東南地區(qū)就地就近開發(fā)風電，將風電的發(fā)展與鄉(xiāng)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(yè)在國際風能大會上共同發(fā)起“風電伙伴行動·零碳城市富美鄉(xiāng)村”計劃。據(jù)此計劃，全國在“十四五”期間將在100個縣5000個村安裝1萬臺風機，惠及農(nóng)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(fā)電量占全球風力發(fā)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(jù)2021中國國際金融年度論壇的會議資料顯示，過去十年內(nèi)，光伏發(fā)電的成本降低了80%-90%，已經(jīng)低于傳統(tǒng)燃煤發(fā)電成本。2020年，國內(nèi)光伏發(fā)電平均上網(wǎng)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(qū)實現(xiàn)了平價上網(wǎng)，平均發(fā)電成本與水電持平，據(jù)“風電伙伴行動”計劃，到2025年，陸上高、中、低風速地區(qū)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(jīng)成為全球可再生資源發(fā)電利用規(guī)模最大的國家。從傳統(tǒng)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，中國正在匯集各方力量和智慧，自上而下推動一場意義深遠的能源革命，而徹底實現(xiàn)新型能源的自主供應，也就抓住了國家發(fā)展和安全戰(zhàn)略的“牛鼻子”。
范式轉換中的科技競賽
能源話語權直接關系國家戰(zhàn)略發(fā)展。19世紀初，通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(yè)霸主。20世紀以來，當內(nèi)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(yè)，工業(yè)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“硅能源”的革命，或許是中國工業(yè)經(jīng)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(zhàn)線上同時規(guī)劃部署，實行規(guī)?？涨暗呢斦a貼，推動多個新能源產(chǎn)業(yè)站到了世界第一梯隊。“光伏+特高壓+新能源車”的強強產(chǎn)業(yè)組合，正在成為我國搶跑下一個能源時代的優(yōu)勢牌面。
在發(fā)電端，中國光伏產(chǎn)業(yè)在政府扶持下，逐步走出關鍵原材料、關鍵設備、主要市場“三頭在外”的困局。如今，我國高純晶硅產(chǎn)量位居全球第一，電池、組件產(chǎn)量占全球產(chǎn)量70%以上。全球光伏組件排名前十的企業(yè)中有7家來自中國。
在儲能端，我國鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，擁有自主完整的產(chǎn)業(yè)鏈。根據(jù)韓國市場研究機構SNEResearch2021年最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全球排名前十的電池制造商中有6家來自中國，寧德時代蟬聯(lián)榜首。
在運輸端，我國已經(jīng)成為世界上唯一全面掌握特高壓輸電技術的國家。由于中國的大規(guī)模實際建設和運用，中國特高壓標準已經(jīng)被確定為國際標準向全世界推廣。
供給端技術的發(fā)展離不開消費端需求的快速增長。我國新能源汽車制造和銷售規(guī)模連續(xù)6年位居世界第一，由于電動車的發(fā)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(fā)展進入新階段，產(chǎn)業(yè)政策也迎來退坡補貼的調整期。過去，新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展得到了大量來自國家資源的扶持，包括政策支持、政府補貼、國企主導等。如今，產(chǎn)業(yè)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(huán)境。
從“碳能源”到“硅能源”的范式轉換，也意味著大規(guī)模的基建重置和產(chǎn)業(yè)重構，這個過程中，我國還面臨著許多現(xiàn)實制約和實際困難。
例如，在集中式光伏與農(nóng)業(yè)互補結合中，一些經(jīng)濟合作項目不及理想預期，未來需要朝著更加復合化、智能化的技術方向發(fā)展。在分布式光伏與建筑物結合中，利用光伏替代結構性建筑材料方面研發(fā)力度不足，未來要朝著模塊化、家電化的技術方向發(fā)展。
目前，我國風電設備國產(chǎn)化程度已經(jīng)達到70%以上，但在軸承、液壓、變槳電機等精密設備和控制系統(tǒng)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(jīng)濟效益最高的靈活儲能模式。我國已建和在建抽水儲能規(guī)模均為世界第一，但在整個能源結構中僅占1.4%，與歐美發(fā)達國家差距巨大，尚有發(fā)展空間。
我國鋰電池整體規(guī)模全球領先，但在單體電池的制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(chǎn)能過剩，高端關鍵材料供應不足，工藝上仍有缺陷，亟待提升自主創(chuàng)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(fā)力度;高效高密度驅動電機系統(tǒng)等關鍵技術與國際先進水平仍有差距;關鍵零部件如車用芯片、高速軸承、智能汽車所需的毫米波雷達等都還部分處于“卡脖子”狀態(tài)。
在政府扶持和國內(nèi)市場的雙重利好下，我國多個新能源產(chǎn)業(yè)脫穎而出。但我們也要清醒地看到，新能源正從早期占道式的粗放式發(fā)展進階為精細化發(fā)展，規(guī)模最大并不等同于擁有核心競爭力。發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，通過加大自主創(chuàng)新補齊技術短板，避免低端重復建設和無序競爭，才能讓我國新能源優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的競爭后勁綿延不斷。
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運行。雖然功率只有2兆瓦，卻能為1000戶居民提供電能，測試過后將建造更大規(guī)模的釷反應堆以實現(xiàn)商用。
釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(TMSR)是第四代核能系統(tǒng)的6種候選技術之一，能夠將原本的核污染廢料變成無害產(chǎn)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(yè)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采用的超高溫氣冷堆技術，已經(jīng)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于核聚變。顧名思義，核裂變能量來自于原子分裂，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(xiàn)實，開啟人類能源利用的新紀元。
全球規(guī)模最大的科研合作項目就是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(fā)，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(lián)合在一起，共同研究同一個課題。ITER裝置是一個能產(chǎn)生大規(guī)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(huán)”，如今已經(jīng)平穩(wěn)運行了15年。2020年12月4日，我國新一代“人造太陽”中國環(huán)流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成并實現(xiàn)首次放電。
“人造太陽”工程目前已經(jīng)進入研發(fā)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(fā)電站。2021年6月18日，我國在重慶市璧山區(qū)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(fā)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激光等無線能量的形式，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》里讓地球在宇宙中實現(xiàn)旅行的動力，“鋼鐵俠”胸前的超級環(huán)，這些科幻片中的未來能源技術正在現(xiàn)實中徐徐展開，而這距離我國造出第一臺電機不過才百余年的時間。
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(jīng)要重構現(xiàn)有的一切，做好準備去領跑一個新時代。