新能源產(chǎn)業(yè)的整體前景非常好。能源是世界發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)最基本的驅(qū)動(dòng)力，是人類生存的基礎(chǔ)，世界能源結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)主要是柴火、煤炭和石油時(shí)代，現(xiàn)在逐漸向天然氣轉(zhuǎn)變，同時(shí)水、光、電、太陽(yáng)能等可再生資源也得到廣泛應(yīng)用。

作者：西門(mén)子中國(guó)鏈接：https:// ** .m.89che.com來(lái)源:知乎作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。新能源發(fā)電和微電網(wǎng)技術(shù)在中長(zhǎng)期（5-10年）的發(fā)展前景非常好，但這兩種技術(shù)在短期內(nèi)各有突破，難以廣泛應(yīng)用。本文主要以國(guó)內(nèi)情況為例，與朋友們討論。一、新能源發(fā)電的發(fā)展與前景圖 1 光伏電站表明，新能源發(fā)電的發(fā)展前景始于新能源發(fā)電。新能源發(fā)電一般是指太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能、海洋能、氫能等傳統(tǒng)能源（如煤炭）以外的能源形式發(fā)電?？梢钥闯觯履茉窗l(fā)電的手段多種多樣，不同的能量形式可以根據(jù)不同地理環(huán)境的特點(diǎn)轉(zhuǎn)化為電能。同時(shí)，與化石燃料不同，這些能量形式在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量污染物，新能源發(fā)電更加清潔。(當(dāng)然，新能源發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)的制造和建設(shè)也會(huì)產(chǎn)生能耗和污染。）從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，新能源因地制宜、相對(duì)清潔的特點(diǎn)確實(shí)符合人類社會(huì)的需要，既能解決人口增長(zhǎng)帶來(lái)的能源需求，又能減少能源生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響。值得注意的是，解決環(huán)境問(wèn)題不僅可以簡(jiǎn)單地解決空氣和水資源的污染問(wèn)題，還可以解決環(huán)境污染帶來(lái)的社會(huì)、健康甚至生態(tài)平衡問(wèn)題。因此，盡管目前新能源發(fā)電的發(fā)展遇到了許多困難，但絕大多數(shù)國(guó)家和政府仍將其列為勢(shì)在必行的能源解決方案。這就是新能源發(fā)電中長(zhǎng)期發(fā)展前景良好的原因。短期內(nèi)新能源發(fā)電需要克服哪些障礙？首先是新能源本身技術(shù)的不成熟。技術(shù)的不成熟體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：新能源發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)電成本較高。與形成集中效應(yīng)的傳統(tǒng)化石能源發(fā)電系統(tǒng)相比，新能源發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)的每瓦施工單價(jià)往往較高，使用壽命短，維護(hù)不到位，整體發(fā)電成本較高。由于設(shè)計(jì)理念和材料的限制，目前新能源發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效率較低，如光伏一般不到20%[1]，而風(fēng)電約為40-50%[2]。當(dāng)然，就效率而言，傳統(tǒng)燃煤火電站約為40%[3]，但其良好的集中效應(yīng)和高可控性降低了其實(shí)際成本。要克服這一點(diǎn)，需要對(duì)新能源發(fā)電設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)進(jìn)行持續(xù)的長(zhǎng)期投資。無(wú)論是創(chuàng)造新的發(fā)電材料還是采用新的能源形式，都需要進(jìn)一步降低其發(fā)電成本。然而，回顧過(guò)去十年，新能源發(fā)電的成本每五年可以下降30%~50%。如果這種勢(shì)頭繼續(xù)下去，新能源發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)力將很快達(dá)到與傳統(tǒng)能源競(jìng)爭(zhēng)的水平。此外，為了鼓勵(lì)新能源發(fā)電的發(fā)展，國(guó)家和地區(qū)政府也出臺(tái)了合理的補(bǔ)貼政策（補(bǔ)貼有時(shí)是新能源發(fā)電發(fā)展的雙刃劍，這里不重復(fù)）。第二個(gè)障礙是新能源需要因地制宜的特點(diǎn)。新能源的發(fā)展不是由該地區(qū)的需要決定的，而是由該地區(qū)的地理?xiàng)l件決定的。例如，光伏發(fā)電適用于輻照和輻照時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū)。風(fēng)力發(fā)電需要依靠當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力資源，更不用說(shuō)潮汐能和地?zé)崮芰?。由于地理?xiàng)l件決定發(fā)電模式的特點(diǎn)，新能源發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)的建設(shè)無(wú)法跟上真正的能耗需求，特別是對(duì)于西北地區(qū)的優(yōu)質(zhì)風(fēng)光資源，電力需求集中在東南沿海地區(qū)，新能源發(fā)電難以覆蓋真正的需求。長(zhǎng)途輸電產(chǎn)生的系統(tǒng)建設(shè)成本和電能損耗將進(jìn)一步增加新能源發(fā)電的實(shí)際生產(chǎn)成本，從而制約其發(fā)展。在這種情況下，西部相對(duì)豐富的新能源發(fā)電資源可以通過(guò)建立特高壓輸電線路與東南緊缺的能源市場(chǎng)對(duì)接，但特高壓輸電的成本和技術(shù)成熟度需要進(jìn)一步優(yōu)化；另一種解決方案是將部分能源消耗產(chǎn)業(yè)從東向西轉(zhuǎn)移，但這涉及到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈、配套設(shè)施和服務(wù)的轉(zhuǎn)移，可以在一夜之間完成，但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)西部發(fā)展規(guī)劃方向。第三個(gè)障礙是新能源發(fā)電的不可控特性。由于新能源發(fā)電的大部分來(lái)源是自然能源，如陽(yáng)光、風(fēng)和潮汐，雖然它們的發(fā)生有跡可循，但大多數(shù)頻率和強(qiáng)度都無(wú)法人為控制。第三個(gè)障礙是新能源發(fā)電的不可控特性。由于新能源發(fā)電的大部分來(lái)源都是自然能源，如陽(yáng)光、風(fēng)和潮汐，雖然它們的發(fā)生有跡可循，但大多數(shù)頻率和強(qiáng)度都無(wú)法人為控制。新能源發(fā)電可以說(shuō)是看天空，人們只能被動(dòng)地接受發(fā)電量和發(fā)電時(shí)間的波動(dòng)。這一特點(diǎn)對(duì)定期的人類生產(chǎn)活動(dòng)非常不利。它可能不會(huì)在發(fā)電時(shí)使用，造成浪費(fèi)；也有可能在用電時(shí)發(fā)電不足，影響生產(chǎn)生活。不僅如此，電力系統(tǒng)的特性決定了能源生產(chǎn)者應(yīng)盡可能穩(wěn)定，以確保整個(gè)系統(tǒng)供電質(zhì)量（電壓和頻率）的穩(wěn)定，這對(duì)電力設(shè)備和相應(yīng)的生產(chǎn)活動(dòng)非常重要。電能不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)，如制造業(yè)次品。這一特點(diǎn)決定了新能源發(fā)電要么僅作為傳統(tǒng)能源的補(bǔ)充，減少其不穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，要么需要使用儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)調(diào)整其發(fā)電質(zhì)量和時(shí)間段。降低新能源比例不利于新能源的發(fā)展，但目前儲(chǔ)能設(shè)備的使用成本較高，難以反映經(jīng)濟(jì)價(jià)值，難以廣泛使用。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展是解決新能源發(fā)電不可控性的一種方法。與新能源本身的技術(shù)水平相同，它需要持續(xù)的長(zhǎng)期投資，而不是短期內(nèi)可見(jiàn)的結(jié)果。說(shuō)到儲(chǔ)能與新能源發(fā)電設(shè)備配合的場(chǎng)景，可以引入微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。微電網(wǎng)發(fā)展前景圖 2 微電網(wǎng)示意圖微電網(wǎng)（Micro-Grid）一般是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)?？梢钥闯觯㈦娋W(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)完整的小型電力系統(tǒng)，它有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是微電網(wǎng)具有完全控制和調(diào)度內(nèi)部設(shè)備和系統(tǒng)的能力；二是微電網(wǎng)既是發(fā)電側(cè)又是用電側(cè)。這兩個(gè)特點(diǎn)決定了微電網(wǎng)技術(shù)符合電力系統(tǒng)發(fā)展的兩個(gè)總體趨勢(shì)，即通過(guò)增加分布式能源系統(tǒng)的數(shù)量和類型來(lái)提高能源結(jié)構(gòu)（增加新能源和清潔能源的比例，多能互補(bǔ)）和整體系統(tǒng)效率（減少遠(yuǎn)程輸電損失，增加系統(tǒng)峰值調(diào)整能力），并通過(guò)生產(chǎn)消費(fèi)者（prosumer，提高能源系統(tǒng)需求響應(yīng)能力（進(jìn)一步提高系統(tǒng)峰值調(diào)整能力，降低峰值調(diào)整成本）和互聯(lián)能力（能源交易市場(chǎng)化，降低能源成本）。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于第一個(gè)趨勢(shì)，微電網(wǎng)技術(shù)可以使內(nèi)部能源的使用更加合理，補(bǔ)充各種能源，提高整體系統(tǒng)效率，降低能源消耗成本，增加新能源和清潔能源的比例。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于第一個(gè)趨勢(shì)，微電網(wǎng)技術(shù)可以使內(nèi)部能源的使用更加合理，補(bǔ)充各種能源，提高整體系統(tǒng)效率，降低能源成本，增加新能源和清潔能源的比例。例如，儲(chǔ)能和光伏的互補(bǔ)性可以解決大容量光伏接入系統(tǒng)造成的穩(wěn)定性問(wèn)題。由此可見(jiàn)，微電網(wǎng)的多能互補(bǔ)能力使得更多分布式能源可以在當(dāng)?shù)叵?，從而減少了遠(yuǎn)距離輸電和碳排放的損失。同時(shí)，通過(guò)對(duì)分布式能源和儲(chǔ)能設(shè)備的合理控制，微電網(wǎng)可以幫助大電網(wǎng)調(diào)節(jié)高峰時(shí)段的電壓，變相提高整體電力效率，降低電網(wǎng)建設(shè)成本。此外，由于發(fā)電能力和完全自控能力，微電網(wǎng)不僅可以合理響應(yīng)電網(wǎng)或周邊地區(qū)的能源調(diào)度，還可以獨(dú)立參與市場(chǎng)能源交易和競(jìng)爭(zhēng)，還可以降低電力系統(tǒng)的峰值調(diào)整壓力和整體能源成本。因此，從中長(zhǎng)期來(lái)看，微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展不僅是順應(yīng)潮流的結(jié)果，也是引領(lǐng)潮流的關(guān)鍵。盡管如此，微電網(wǎng)技術(shù)在短期內(nèi)也存在許多障礙。障礙主要來(lái)自兩個(gè)因素：一是內(nèi)部因素，即微電網(wǎng)本身技術(shù)和底層設(shè)備功能的限制；二是外部因素，即電力系統(tǒng)相關(guān)政策的滯后性。從內(nèi)因來(lái)看，微電網(wǎng)技術(shù)還需要不斷發(fā)展。例如，為了準(zhǔn)確高效地實(shí)現(xiàn)多功能互補(bǔ)性和設(shè)備控制，微電網(wǎng)不僅需要實(shí)時(shí)反饋電信號(hào)作為判斷控制動(dòng)作的依據(jù)，還需要了解短期甚至中長(zhǎng)期系統(tǒng)的運(yùn)行。也就是說(shuō)，微電網(wǎng)的高效控制離不開(kāi)高精度發(fā)電和負(fù)荷預(yù)測(cè)。該預(yù)測(cè)需要考慮環(huán)境（溫度、濕度、輻照、風(fēng)速等）、經(jīng)濟(jì)（能源價(jià)格、用戶側(cè)生產(chǎn)活動(dòng)歷史數(shù)據(jù)等）、系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用高精度的發(fā)電和負(fù)荷預(yù)測(cè)，然后指導(dǎo)和優(yōu)化整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制策略。動(dòng)態(tài)智能系統(tǒng)從建模到預(yù)測(cè)再到優(yōu)化，可以幫助微電網(wǎng)最大化資產(chǎn)和能源利用效率。然而，這很容易做到。即使人工智能和各種先進(jìn)算法已經(jīng)試圖應(yīng)用于各行各業(yè)，也需要一段時(shí)間才能真正反映效果和產(chǎn)品化，并與底層電氣設(shè)備和控制終端無(wú)縫合作。微電網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電設(shè)備和儲(chǔ)能設(shè)備的成本除了需要時(shí)間來(lái)發(fā)展控制技術(shù)外，也是制約其快速發(fā)展的因素。正如文章前部所述，大多數(shù)分布式能源都是新能源，其成本需要通過(guò)技術(shù)積累才能慢慢降低到市場(chǎng)可接受的水平。當(dāng)然，成本相對(duì)較高也與外部環(huán)境無(wú)關(guān)。外部電力系統(tǒng)的政策對(duì)微電網(wǎng)至關(guān)重要。該政策不僅局限于對(duì)某一應(yīng)用程序的補(bǔ)貼，還關(guān)于電力輸配是否能真正分離，電力交易是否能真正市場(chǎng)化。只有真正開(kāi)放的電力交易市場(chǎng)才能孵化出有效的商業(yè)模式，真正促進(jìn)微電網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)然，作為國(guó)家命脈，電力系統(tǒng)或能源系統(tǒng)的主要目標(biāo)是確保能源的可靠供應(yīng)。綜上所述，新能源發(fā)電和微電網(wǎng)技術(shù)的未來(lái)是可以期待的，能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)總是會(huì)導(dǎo)致大量的產(chǎn)業(yè)變化，這可能是改變?nèi)藗兩罘绞降臋C(jī)會(huì)。圖 3 虛擬電廠示意圖

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