如今，多種不同的發(fā)展趨勢可能會(huì)重塑全球的電力系統(tǒng)。隨著電力市場轉(zhuǎn)型、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)融合、消費(fèi)方式轉(zhuǎn)變、環(huán)境問題日益增加，“消費(fèi)者”出現(xiàn)，電力公司必須創(chuàng)新和發(fā)展以應(yīng)對這種有些混亂的局面。

美國西北大學(xué)宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和經(jīng)濟(jì)史學(xué)家羅伯特.J.戈登（RobertJ.Gordon）最近在休斯頓萊斯大學(xué)的一次演講中提出了一個(gè)有趣的場景：如果一個(gè)人在1870年睡著，在1939年醒來，那么這個(gè)人將會(huì)被這個(gè)世界出現(xiàn)的五個(gè)偉大的發(fā)明所震驚：電力、城市衛(wèi)生、化學(xué)和制藥、內(nèi)燃機(jī)、現(xiàn)代通訊。戈登在一本名為“美國增長的崛起與衰落”一書中提出了自己的觀點(diǎn)，他認(rèn)為這個(gè)關(guān)鍵時(shí)期之后是又一個(gè)沉寂漫長的幾十年，而在此期間，這些發(fā)明被提煉和開發(fā)利用。

但自20世紀(jì)70年代以來，文化已經(jīng)趨于飽和，只有一絲微弱的變化。在當(dāng)時(shí)，技術(shù)停滯，不平等加劇，教育水平徘徊，很難看到一個(gè)巨大的轉(zhuǎn)變。他認(rèn)為，即使是計(jì)算機(jī)和數(shù)字化，到目前為止也只影響了一小部分經(jīng)濟(jì)，其絕大部分發(fā)生在娛樂、信息和通信領(lǐng)域。

一些業(yè)內(nèi)權(quán)威人士認(rèn)為，戈登的經(jīng)濟(jì)加權(quán)理論雖然功能強(qiáng)大，但它依賴于全要素生產(chǎn)率（一種基于創(chuàng)新效率的國內(nèi)生產(chǎn)總值的經(jīng)濟(jì)手段）是短視的。其中有微軟公司創(chuàng)始人比爾？蓋茨（BillGates）在博客中表示，“數(shù)字革命影響了市場的機(jī)制”。許多人也指出，這是一個(gè)顛覆了全球許多行業(yè)的變革時(shí)代，電力部門身在其中。

雖然電動(dòng)汽車（EV）的需求不一致對電網(wǎng)的沖擊速度造成不確定性，但電動(dòng)汽車制造商正在推動(dòng)快速充電技術(shù)，其目標(biāo)是在五分鐘內(nèi)為100千伏安的電池充電，從而產(chǎn)生1.2兆瓦的需求。同時(shí)為系統(tǒng)中的6萬輛電動(dòng)汽車充電，例如美國德克薩斯州汽車部門每年登記的2400萬輛汽車中只有0.25％的電量能夠?qū)㈦娏π枨筇岣叩?0GW以上，這大于德克薩斯州電力可靠性委員會(huì)（Electric Reliability Councilof Texas）目前的高峰需求。調(diào)研機(jī)構(gòu)Wood Mackenzie能源咨詢公司在2017年12月的一份報(bào)告中表示（圖1）。相反，由電動(dòng)汽車提供的效率提升可能導(dǎo)致石油需求下降。

圖1.電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)。WoodMackenzie公司預(yù)計(jì)，到2035年，將有1.25億輛電動(dòng)車（EV）被采用，每天可以取代180萬桶的石油需求量，并增加350TWh電力需求。在反映與巴黎協(xié)議一致的軌跡的碳約束場景下，采用的電動(dòng)汽車可能飆升至3.5億輛。

1.電力市場的轉(zhuǎn)型

電力行業(yè)在過去十年的轉(zhuǎn)變是深刻而明確的，即使電力的多元化格局參差不齊。但數(shù)字化不是擾亂電力行業(yè)發(fā)展的唯一因素。

根據(jù)Wood Mackenzie公司電力和可再生能源部門的全球內(nèi)容和商業(yè)戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人Prajit Ghosh的說法，電力市場促進(jìn)了這種轉(zhuǎn)變。他認(rèn)為，電力市場已經(jīng)成為智能手機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的巨大“催化劑”。

自從20世紀(jì)90年代初，世界各地的選定地區(qū)開始通過引入大型發(fā)電機(jī)之間的競爭來重建其傳統(tǒng)的垂直一體化公用事業(yè)，電力市場已經(jīng)吸收了（盡管速度和范圍各不相同）新的變化驅(qū)動(dòng)因素。其中包括技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素，如公用事業(yè)規(guī)模的風(fēng)能和太陽能、分布式發(fā)電、智能電網(wǎng)、能源存儲、能源效率。其激勵(lì)機(jī)制、商業(yè)模式和機(jī)構(gòu)方法進(jìn)一步大幅度地改變了這些變化，給公用事業(yè)和其他電力公司的傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)營實(shí)踐以及商業(yè)模式帶來了挑戰(zhàn)。

“可以說，電力市場將與智能手機(jī)具有相同的目的。”Ghosh在10月份表示。“其原因是電力市場不是主要的商品，這不是像煤炭或天然氣這樣的燃料。無論是煤炭、天然氣還是可再生能源和生物質(zhì)能源，電力市場也在不相關(guān)的能源市場之間建立聯(lián)系。例如，雖然大多數(shù)國家不再使用大量的石油進(jìn)行發(fā)電，而在電氣化方面和電動(dòng)汽車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一聯(lián)系。”Ghosh說。

2.快速的技術(shù)進(jìn)步

根據(jù)Ghosh的觀點(diǎn)，另一個(gè)中斷的關(guān)鍵標(biāo)志是能源技術(shù)的進(jìn)步。他說，自2007年以來，隨著容量因素的飆升，風(fēng)能和太陽能的成本大幅下降，促進(jìn)了其在所有市場上的迅速普及，包括近海和分布式能源。

根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）的數(shù)據(jù)，可變可再生能源的普及率在許多市場中將達(dá)到20％到30％的份額，更加廣泛的行業(yè)已經(jīng)看到了影響。例如，在德國，傳統(tǒng)的熱電廠（特別是煤電廠）采用了更靈活的設(shè)備、軟件和操作修改，以實(shí)現(xiàn)更高的速率、更多的啟動(dòng)和停止，以及更低的最小生成（圖2）。

圖2.德國的燃煤發(fā)電。德國可變發(fā)電量的增加為發(fā)電機(jī)提出了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題，但似乎已經(jīng)適應(yīng)。該圖顯示了2016年該國七天內(nèi)燃煤發(fā)電廠的發(fā)電模式，顯示了其循環(huán)能力。ENTSO-E（2017a），每種生產(chǎn)類型的實(shí)際產(chǎn)量

能源儲存也取得了重大進(jìn)展。多年來，作為能夠?qū)㈤g歇式能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)實(shí)的基本負(fù)荷能力的目標(biāo)，電力行業(yè)在2011年至2014年之間的能源儲備發(fā)展得到了更多的關(guān)注，在這段時(shí)間內(nèi)，一些示范項(xiàng)目呈現(xiàn)出不同的技術(shù)可以優(yōu)化能量傳輸。據(jù)市場研究公司IHSMarkit的數(shù)據(jù)，全球能源存儲市場2017年安裝了6GW，與2012年和2013年安裝的0.34GW相比呈指數(shù)增長。專家普遍預(yù)計(jì)，由于電池儲能成本翻番，這一增長將繼續(xù)下去（圖3）。HIS公司的預(yù)測顯示，到2022年，年度設(shè)備儲能量可能會(huì)激增至40GW.

圖3.降低電池組成本預(yù)測。根據(jù)Wood Mackenzie公司的說法，預(yù)計(jì)2030年的成本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。它表示，成本下降將對可再生能源和運(yùn)輸電氣化產(chǎn)生長期影響。

AES能源存儲公司總裁約翰.扎胡蘭奇克（John Zahurancik）說，2015年至2017年期間，能源存儲正在被廣泛地納入公用事業(yè)規(guī)劃和電力系統(tǒng)規(guī)劃。AES公司和西門子公司合作的Fluence Energy公司為電力行業(yè)提供技術(shù)和服務(wù)。Zahurancik表示：“如果你看看大型公用事業(yè)公司出臺的資源規(guī)劃指南，并看看獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商的領(lǐng)域，以及他們制定的規(guī)則變化的方式，他們已經(jīng)實(shí)施了能源存儲。”

2017年2月，加利福尼亞州埃斯孔迪多市發(fā)布的SGD＆E30兆瓦，120兆瓦時(shí)系統(tǒng)由AESEnergyStorage提供。該設(shè)施是加利福尼亞州和加利福尼亞公共事業(yè)委員會(huì)在2016年洛杉磯北部阿利索峽谷天然氣儲能設(shè)施的加急響應(yīng)的一部分。

3.技術(shù)和產(chǎn)業(yè)前沿的融合

美國儲能協(xié)會(huì)（EnergyStorageAssociation）首席執(zhí)行官KellySpeakes-Backman表示，雖然目前大部分儲能都是獨(dú)立支持電網(wǎng)，但其將變量發(fā)電轉(zhuǎn)換成可調(diào)度資源的能力的價(jià)值卻不足以說明問題。她指出：“在亞利桑那州和夏威夷州，與太陽能電站配對的四小時(shí)和五小時(shí)電池使太陽能滿足夜間需求。她說，像傳統(tǒng)核電和煤炭這樣的傳統(tǒng)發(fā)電所生產(chǎn)的儲能也正在顯示出收益，因?yàn)樗鼘⑺鼈冝D(zhuǎn)化為更靈活的資源。美國的大部分抽水蓄能電站正是為此而開發(fā)的。與聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)一樣，存儲與中等功率發(fā)電配套使用，可減少循環(huán)，實(shí)現(xiàn)更高效率的發(fā)電。這就是為什么人們看到像GE和瓦錫蘭這樣的公司將電池與燃?xì)獍l(fā)電配套使用的原因。”

Ghosh指出，這些發(fā)展是兩個(gè)完全不同的顛覆標(biāo)志的說明。首先是技術(shù)的融合。他指出，電池價(jià)格的下降使電動(dòng)汽車成為一個(gè)更可行的選擇，但他們也使太陽能和其他可再生能源更具成本效益和可靠性。第二個(gè)標(biāo)志是工業(yè)的融合。“太陽能產(chǎn)業(yè)被電池行業(yè)所限制，石油行業(yè)和汽車制造業(yè)現(xiàn)在也局限于電池行業(yè)。他們都在爭奪同樣的供應(yīng)鏈。”他說。這種相互作用促成了諸如可再生設(shè)施中的石油公司的交****投資。所有這些最終意味著降低這些技術(shù)的成本，這意味著這些技術(shù)越來越普及。

4.改變能源消費(fèi)模式

雖然這些變化在供應(yīng)方面有所表現(xiàn)，但自2007年以來，需求方面的能源消耗顯著上升，這主要得益于“能源獨(dú)立與安全法案”，該法令規(guī)定了2012年、2014年和2020年的照明標(biāo)準(zhǔn)。決策者在整個(gè)電力格局中考慮的一個(gè)關(guān)鍵特征是需求松弛。例如，停滯的需求增長促使發(fā)電項(xiàng)目取消或燃料來源決策，并在資源規(guī)劃中發(fā)揮重要作用。“人們現(xiàn)在看到的是能效的影響，而不是之前的原因，很大程度上是因?yàn)榧夹g(shù)進(jìn)步使燈泡會(huì)每隔一年、兩年，三年更換一次，所以周轉(zhuǎn)的速度要快得多。”他說。

消費(fèi)模式也正在通過不斷發(fā)展的數(shù)字技術(shù)（包括技術(shù)控制和數(shù)據(jù)分析）來改變，消費(fèi)者可以修改使用方式。越來越多的制造商和工業(yè)公司正在監(jiān)控加熱和冷卻，或者安裝能量傳感器來測量消耗變化并預(yù)測需求。與此同時(shí)，谷歌、Adobe、寶潔、沃爾瑪、麥當(dāng)勞等大型制造商已經(jīng)宣布了2020年的能源效率目標(biāo)，以獲得競爭優(yōu)勢，提升利潤率，最近也提高了環(huán)境的可持續(xù)性。

5.環(huán)境的可持續(xù)性問題

另一方面，環(huán)境的可持續(xù)性這個(gè)減少污染或減碳的驅(qū)動(dòng)力也可能刺激需求。“在非常高的層面上，我們將進(jìn)入一個(gè)人均能源消耗少或人均國內(nèi)生產(chǎn)總值的世界，而更多的能源消耗將以電力的形式出現(xiàn)。”施耐德電氣的電力部門和智能電網(wǎng)副總裁MarkFeasel表示。在北美地區(qū)，尤其是加利福尼亞州，已經(jīng)有大量投資用于支持電動(dòng)汽車和港口電氣化的基礎(chǔ)設(shè)施。他指出，在北美地區(qū)以外，農(nóng)村電氣化的努力也增加了新的消費(fèi)者。

同時(shí)，F(xiàn)easel指出：“財(cái)富500強(qiáng)中93％的首席執(zhí)行官在薪酬組合中都有一定的可持續(xù)性指標(biāo)。但不是由法規(guī)驅(qū)動(dòng)的，可持續(xù)發(fā)展正在源于數(shù)字化決策。”Feasel指出這是另一個(gè)不可否認(rèn)的顛覆性因素。

6.消費(fèi)者的出現(xiàn)

分布式能源（DERs）模塊化或小規(guī)模技術(shù)的普及，使最終用戶能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的需要在本地生產(chǎn)能源和時(shí)間消耗，意味著“脫離歷史自上而下的供應(yīng)結(jié)構(gòu)這已經(jīng)標(biāo)志著一個(gè)多世紀(jì)的電力系統(tǒng)。”國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）說。它說，最重要的分布式能源（DERs）變化是屋頂太陽能光伏（PV）的增長，其全球設(shè)備從2010年的10.7GW增加到2016年的45.7GW，到2021年將增長到73GW.以澳大利亞為例，IEA指出，超過20％的家庭已經(jīng)配備了屋頂太陽能光伏。

總體而言，能源效率和需求管理也將包括儲能、能源效率和需求管理，這些都將看到更加重要的增長。該機(jī)構(gòu)表示，監(jiān)管激勵(lì)措施正在推動(dòng)配電公司將傳統(tǒng)升級與電網(wǎng)容量相對照，以應(yīng)對新興替代方案。反過來，這又促使最終用戶投資于分散式發(fā)電技術(shù)，將其轉(zhuǎn)化為積極管理其自身生產(chǎn)和能源消耗的“消費(fèi)者”（見圖4）。

圖4.消費(fèi)者的出現(xiàn)。綠線表明德克薩斯州的典型消費(fèi)者如何消耗能源。紅線顯示消費(fèi)模式，如果消費(fèi)者部署了住宅太陽能電池板，也稱為低持續(xù)時(shí)間曲線（LDC）。

對于Ghosh而言，消費(fèi)者的出現(xiàn)標(biāo)志著“電力行業(yè)整體動(dòng)態(tài)”的改變，盡管他指出這只是電力行業(yè)今天面臨的多重*之一。

“當(dāng)考慮所有因素，電動(dòng)汽車，屋頂光伏，存儲技術(shù)和數(shù)字化，這個(gè)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是”讓所有這些技術(shù)實(shí)時(shí)互相交流，同時(shí)保持可靠性。“他說。

這些將會(huì)在多大范圍內(nèi)發(fā)揮作用還有待觀察。現(xiàn)在，變化即將到來。正如Ghosh所總結(jié)的那樣：“理解這些挑戰(zhàn)真的很重要，因?yàn)檫@不僅僅是脫碳，而是重寫整個(gè)經(jīng)濟(jì)，顯然，這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。”再過10年，也許人們會(huì)對戈登所描述的“睡夢”情景產(chǎn)生共鳴。