万象更新！新能源将改变全球格局
发布日期：2021/10/1
今日国庆，恰逢中美竞争日益激烈，又遇“双控”政策。本人从事新能源十余载，从事国内外光伏电站投资建设，思考相关国家电网结构、电力交易及资源禀赋及发展中遇到困难。在此浩浩荡荡的历史拐点之中，深感作为业内人士责任重大。以近年来实践、进行思考、对未来的全球能源结构和格局进行展望，如有不当望各位海涵。
参考2021年1-8月中国发电结构，及近年来全球光伏装机地区分布。中国光伏从2013年至今一直是全球装机量第一名，但从今年1-8月发电才占据总量2.2%。煤电还占据71.9%，所以从整体需求、碳排放来看中国的可再生能源的水电、风电、光伏整体占据28.1%，还远不足。从整体来看，需要开源节流。开源端，就是整体增加可再生能源的装机容量。节流端，就是开展全社会节能和淘汰落后产能。本文从新能源发电特性开始讨论，进而讨论中国的发展优势，将如何实现全球能源和货币自由化及今后技术发展。
新能源发电特性及限制条件
只有先理清各种能源的发电特性及负荷特性，再结合区域资源禀赋才能进行有效地规划。从负荷端来说，整体上中国夏季南方供冷需求导致的用电高峰，冬天北方供暖需求导致用电高峰。一天内早上8点左右工厂开工导致用电高峰，晚上7点左右，居民用电高峰。总量上而言，夏季高峰与水力和光伏发电大致吻合。冬季高峰与风力发电大致吻合。在一天中，由于中国东西跨时区大约为4个小时，东部的用电早高峰可用西部的夜间风电补充，东部夜高峰可用西部下午光伏发电补充。同理，西部的用电高峰可以通过东部和中部进行补充。整体而言，中国根据资源禀赋、土地等进行大规模的新能源发电。在此基础上，可以局部最小化优化利用各种形式储能达到供需平衡。
带来挑战
1、构建灵活的电网架构及调度
通过以上分析，总体而言中国电力从资源禀赋和经济发展而言，总量上电力肯定是西部输送到东部，但是由于发电特性还是需要从东部和中部作为补充。中国已经建立多条纵横交错的特高压线路，但是整体上需要延伸更多的特高压线路，同时与之匹配多条高压线路，可提供更多的、离散的新能源接入资源，盘活西部现有多个新能源弃光、弃风的发电量浪费。同时参考德国经验，进行有效的电力双向调度电网规划和调度。
2、复杂的电力定价
近期的动力煤大幅涨价和近年来光伏和风电的整体成本大幅度降低趋势。我认为光伏和风电的平价上网在全球范围已经实现。抛开大额关税、接入线路的成本等国内外很多新能源发电成本远低于火电成本及用电电价。也就是说因新能源发电对一个国家的发电成本现在已经不是新能源本身的成本而是要增加电网建设，与之配套的其他补充能源的调度、储能设备等附加成本。所以，对于鼓励新能源发电，需要从发电和售电的差价和其他财政收入逐步用于发展电网、储能等公共产品的投资。由于抛开接入线路等因素，在小范围内需要根据光照资源、土地特性带来的建设成本差异化进行上网电价的定价。同时，各个国家需要考虑政府信用等以合理的财政专项资金来保证电力交易的长期信用，有效激励大规模的新能源电站投资。
3、通畅跨区域电力交易
中国电力近年来对于新能源的各个省市的政策问题，发放了总体的要求，但是没有政策用来鼓励各个省市之间进行相关交易。东部各省的没有好的土地资源和光照条件来发电，西部各省和自治区有资源有能力，但是没有相关激励。各个地方的资源禀赋不一样，需要建立一套激励制度，让西部的发电卖给东部，同时可以碳排放交易。这样，东部经济发展的红利可以让西部来分享，鼓励在各个省市最有效地利用天然资源禀赋发展。
4、分布式发电的障碍
总体上，大规模地面电站占据大部分新能源发电，分布式发电可以作为有效补充。但是分布式发电推行主要问题还是电费收取和发放问题，及房屋结构问题。由于分布式发电自发自用项目需要从厂家直接收取电费，同时投资方又没有权力在收不到电费的情况下断电。需要电网对于发电管理情况下，考虑延伸帮助新能源投资收取电费，防止违约打击投资积极性。另外，众多房屋没有在设计时考虑外形、结构，及相关节能减排方案，需要建立严格的设计规范来进行规制。
5、电网改革
从上文中的电网规划、接入线路、电力定价、跨区域电力交易、分布式收费等需要电网企业进行相关改革，畅通新能源的发展。
中国给全世界带来的福音
1、完整新能源相关产业链
中国在光伏、风电、储能电池、特高压和高压设备都处在全球第一产能及完整的市场化应用。由于近年来大规模应用，中国具备完整的生产制造、规划设计、施工建设、运行维护能力。中国企业具备高性价比和快速实施并网发电的能力。所以中国的新能源产业可以高效地为全球人民谋取福利。
2、产业升级需要迁移
近期的“双减”政策对部分产业进行限电，这部分产能很大部分为了国际贸易。如果这部分产能能够转移到劳动力有优势的国家，既可以给其他国家带来发展和收入，又可以通过本地化发挥优势降低商品成本，给全球谋取福利。配套产业需要增加电力投资，刚好与中国新能源产业一起进行配套投资。
3、资本需要增值
中国改革开放积累了大量美元及其他资本，对他国新能源产业投资和国内没有优势的产业的迁移进行配套，可以增加资本增值，为本国和其他国家谋福利。在增值的同时，减少整体的碳排放。
改变长期格局
1、实现大陆电力一体化及全球碳排放交易
根据新能源的发电，在一天中需要电力潮流的双向传输，通过日出日落之间只有跟大区域的电力调度，整体上可以最大化利用新能源，减少储能等投资。欧亚大陆整体上跨时区最大，通过大规模的新能源建设和电力交易，使得各个国家既是能源的产生者，又是能源的消费者。在网络效应下，对于长期协作减少全球碳排放和减低能源利用的成本。在化石能源日子枯竭的今天和未来，通过整个大陆的新能源开发和碳排放交易，调和经济发展带来“公共地悲剧”，根据各国资源禀赋绿色发展。同时，在全球战略上，全球范围内从海权回归陆权是否值得期盼？
2、实现能源平等、取代石油美元
每个国家不一定都有石油，但是地球的每个角落必定有阳光、风。通过新能源的发展生活出行电气化，将取代石油和煤。每个国家都天然拥有能源供应的能力，此时，用武力来胁迫石油生产国锚定的石油美元，将逐步在新能源日益发展的未来被取代。各个国家都参与新能源建设、碳排放交易，众多发展中国家将摆脱欧美国家的几百年奴役。形成全新的全球化“碳交易货币”，将赋予每个国家发行货币和交易货币的天然权利。 、
展望未来技术
新能源的发展，需要更多的技术发展作为支撑，减少对日益枯竭的矿产资源的依赖。同时将有更多基础设施形成立体化网络。
1、硅取代铜
光伏的核心发电材料是晶体硅，同时光伏和风电等电力电子变流器，减少少或替换了传统同步发电机的铜绕组的使用。同时，特高压直流已经通过电力电子变流器取代以铜为主要材料的变压器。现在就等待日益发展的电力电子变流器来替代在中压、高压中以铜为主要材料的传统变电站。同时，以光通信网络和电力电子中光驱动模块作为参考，是否可以采用光纤来传输电能的介质。采用光作为能量传输将减少对铜和铝作为传输介质的电力网络。由于没有电压，将取代电力杆塔，直接把线路埋入地下，大大减少电力线路建设成本和降低无功补偿带来成本和损失。
2、碳纤维取代钢
随着碳纤维技术的日益发展和市场化，材料技术发展将攻克碳纤维的一些缺点，整体上更具备结构强度、抗腐蚀能力，同时随着市场化成本日益降低。
3、基础设施网络立体化
随着新能源的发展，所有设备都电气化。每个国家、每个家庭都是能源的生产者、消费者。对于政府来说，由于电气化，电力线路、高铁网络、高速网络、电信网络、供水网络等有机会进行统一的全局规划中在有限的土地资源中进行网络立体化，将大大降低各种成本。
希望我等行业同僚，共同努力，以绿色能源为全人类谋福利。
来源：Power Jeff 作者：吕永杰
