能源转型的变与不变

　　从世界范围来看，10年来能源行业发生了巨大的变化。在绿色发展理念驱动下，新一轮能源转型具有哪些特征?如何实现跨界融合、协同发展?将面临哪些挑战和机遇?本刊日前采访了欧洲科学与艺术院院士、瑞典皇家理工学院教授严晋跃，他认为，能源与其他技术的协同创新，诸如智能化数字化控制、“互联网+”人工智能等非常重要，但能源系统的自身特性决定了能源转型不是其他技术可以解决的，需要能源自身迎接挑战，需要与工程界、商界、政府决策者携手，不断进行技术和商业模式创新，致力于降低能源系统软硬成本。

　　可再生能源崛起

　　《能源评论》：从能量资源角度来看，这一轮正在发生的能源转型，与之前的煤炭革命、石油革命似乎不同。在您看来，本轮能源转型有哪些突出特征？

　　严晋跃：正在进行中的本次能源转型，是人类可持续发展需求驱动的能源变革，对能源的使用不仅仅要求其方便可靠，而且需要清洁低碳。主要特征是快速增长的可再生能源和对能源系统的滲透，由此进一步提出了系统的“灵活性”需求。

　　有一个我亲身经历的事情可以说明这个变化的趋势：2010年前后，我作为主编，邀请全世界400多名优秀顶级科学家和工程师共同编撰了A4版面、4000余页的大型工具书《HandbookofCleanEnergySystems(洁净能源系统手册)》(6卷)，历时五年，对整个能源系统进行了细致的梳理。最终六个分卷手册的名称分别是《可再生能源》、《清洁能源转换技术》、《减排技术》、《智慧能源(5.440,0.00,0.00%)利用》、《储能》和《能源系统的可持续性》。在全书的编撰过程中，有两个变化:一是《可再生能源》分卷起初叫《替代能源》，二是《储能》这一分卷刚开始是没有的，是后来专门增加的。

　　这本书在2010～2015年编撰过程中发生的变化，其实恰恰折射出了能源转型变革的两个非常重要的特征：一个是可再生能源的快速崛起，由原来的“替代”能源成为主流能源；另一个是由此带来的能源动态供需变化需要新的手段进行平衡，储存技术需求进一步提升。

　　从近几年能源装机的情况来看，2013年全球新增加的装机容量中，可再生能源首次超过了化石能源。以美国为例，2017年美国净增加的装机容量中，94%来自可再生能源，仅有6%来自其他传统化石能源。这个数字可能出乎人们想象，尽管特朗普一直讲要把煤炭拉回来，但能源投资市场的变化表明了能源转型是大势所趋。

　　《能源评论》：可再生能源快速发展已是大势所趋，但也有人表示，短时间内还很难革掉传统能源的命。您怎么看待未来能源系统中传统能源的地位？

　　严晋跃：能源的选择不是简单的谁革谁的命的“你死我活”的问题，而是在人类可持续发展大目标下，去探求如何实现能源为人类提供便利清洁和可靠的服务。清洁能源也包括传统化石能源的清洁利用。我们是在清洁的约束边界条件下，寻求能源系统的最佳解决方案。在不同的时间空间尺度下，这个“最佳解决方案”可能不同。但随着可再生技术创新和成本的快速下降，“最佳解决方案”在不断朝着可再生能源倾斜，这是我们可以目睹而且不断加速的一个大趋势。我们需要catchthewave(乘风破浪)而不是againstthewave(逆流而上)参与到寻求清洁能源系统的“最佳解决方案”的过程中。

　　《能源评论》：可再生能源除了经济性，还有间歇性问题，由此对整个能源系统保持供需平衡带来了技术挑战，您怎么看？

　　严晋跃：可再生能源的经济性在近10年得到了长足进步，已经进入可以与传统能源竞争的时代。新能源成本的下降经历了类似于芯片领域摩尔定律的发展现象：每两三年价格会减少一半。基本上LED、光伏、风能等产业都是这样发展的。储能技术的发展可能会按照同样趋势发展，未来可能会给我们提供更多的技术空间。

　　可再生能源间歇性问题的解决，需要全方位的技术、体制和商业模式的创新。这就对系统灵活性提出了要求，未来能源系统里除了清洁低碳、安全高效，还要增加灵活性和经济性等维度的要求。技术上需要在(资)源-(负)荷-储(存)-用(户)每个环节及其整体集成优化创新。诸如智能微网、分布式能源、虚体电厂、虚拟储能、用户端响应等等。能源体制上需去中心化的非垄断化变革和能源市场的进一步自由化。把“灵活性”纳入未来能源系统的商业模式创新亦非常重要。

　　系统优化不唯数字论

　　《能源评论》：随着技术进步，可再生能源在装机量增加的同时，应用成本和价格是否也在快速下降?

　　严晋跃：是的。这与另外一个趋势密切关联——能源供给从原来的中心供能方式逐渐向分布式方式转变。

　　最近我们把全国344个城市按照太阳能光照资源和光伏发电经济性进行研究分析后发现：如果是自发自用，按照终端用户自发自用情形，仅以现有光伏发电的成本来计算，就可以做到光伏发电无补贴应用，当然，需要在系统和市场上能够保障不弃光。我们会后续发表这一研究成果，与同仁分享。

　　《能源评论》：那是否意味着，当下可再生能源平价上网完全可以靠技术进步就能实现？

　　严晋跃：不能这样看。能源问题是一个复杂的系统问题。技术只能解决很小一部分问题。我们发现，虽然可再生能源系统的硬成本在快速下降，但软成本的下降并不明显，导致目前软成本占到整个项目成本的比例反而在增加。以美国为例，其每季度公布的光伏发电项目成本情况显示，硬成本大幅下降，每2?3年减少一半，但软成本在8年之内，占到项目总成本的比例逐渐从30%?40%升至60%?70%。这可能是未来能源系统发展比较大的障碍。

　　在商业模式上，与硬成本相关的科学家、工程师，和与软成本相关的律师、投资人、许可审批人等完全不同：工程师的思维方式是希望把产品做得更便宜，从商业角度是希望把产品卖得更贵。这或许是软成本不降的原因之一。未来即使工程师、科学家努力把项目硬成本再减少一半，也只是30%？40%的一半。如果另外60%？70%的软成本不对应降低，不去从整体商业模式进行系统创新，技术进步的作用会十分有限。如何减少软成本并没有被人们重视起来，是极为迫切需要解决的问题。

　　项目实施设计时要因地制宜。充分考虑当地能源资源及使用特点，要量体裁衣。以马尔代夫的孤岛能源系统为例，当地政府希望百分之百使用可再生资源，但我们研究发现：可再生能源比例在50%左右，企业可以很好盈利；进一步增加到百分之七八十甚至百分之八九十的时候，也是可以接受的，当然要增加额外的成本；但如果要求百分之百使用可再生能源，成本会大幅增加。因此，我们的结论就是：在现有的条件下，尤其储能成本非常高的情况下，可再生能源比例实现90%要远比100%好。能源系统的优化不是简单的数字指标的实现。

　　不是简单的“互联网+”

　　《能源评论》：基于可再生能源的未来能源系统，要如何面对电源与负荷的双重不确定性，“互联网+”理念和技术会有何帮助？

　　严晋跃：变化的能源与变化的负荷将是未来能源系统要面对的新常态。这需要技术、政策和商业模式创新，也会带来很多新的机会。

　　有一种观点，将ICT(信息通信技术)和能源结合起来，就是所谓的“互联网+”，用互联网的架构和方法可以解决能源问题。但在我看来，简单地用“互联网+”解决不了能源系统的问题。原因在于，能源和信息的物理特性不同，信息的融合、交换会增加新的信息，是一个增加价值的“负熵”过程。而能源则不同，能源的转换，传输及储存都会伴随不可逆的损失，是一个价值贬低“增熵”的过程，这是由能源转换的热力学第二定律决定的。

　　我经常举一个例子，人们用手机担心的是能源问题，而不是信息问题，你每天回家要充电，或者随身携带充电器、充电宝，但是你不会每天晚上把信息、照片备份出去。原因就在于，能源储存和信息储存的成本不同，信息储存非常便宜。一旦能源储存也能够像信息储存一样低廉，整个产业形态就会发生很大的变化。能源系统和互联网的结合非常重要，互联网可以为能源系统提供新的信息手段，但不是简单地按照互联网的架构去设置能源系统，能源系统需要按照自身的特点进行系统构建和创新。

　　《能源评论》：也有人认为，随着物联网技术的发展，互联网将成为基础设施。那么，从资源型的能源模式转到系统集成型的模式，会对产业生态带来哪些冲击，系统将如何演进？

　　严晋跃：从资源角度来说，未来能源系统会从资源型向集成化、智能化转变。从消费层面来看，未来能源系统把生产者(producer)和消费者(consumer)结合在一起，形成一个新词——产销一体(prosumer)，也诞生了一个新的商业环节——产销者。比如原来的能源消费者，如果在屋顶加上光伏，不仅可以满足自我使用，同时也可以发电上网，就变成一个销售者。这样的变化会引发商业模式的改变。消费者在能源系统不是一个被动的接受者，也是一个参与者，这样在能源系统就会产生双向互动的现象。

　　同样需要关注的是，综合能源系统如何与储能发生关联，当能量无法储存或者储存成本很高的时候，能不能转换成其他物质方式?氢能可以作为一种储能的介质与未来能源系统结合在一起，此外，电动汽车作为潜在的移动储能单元和新的系统，也提供了的新的创新机会。

　　最后我需要再强调一点，如前所述，未来能源系统的构建要因地制宜，是一个在一定时空环境下寻求最适宜当地人的寻求”最佳解决方案”的过程。我称之为能源系统“时间-空间-人”的3D协同。分布式和本地化尤为重要，“量体裁衣”(tailor-madeinnovation)”才是正确的选择。