能源转型的下一个重大挑战是系统集成

A visitor looks at the solar cells which are incorporated into window glasses in the Shanxi Nyke Solar Energy Technology company in Taiyuan, Shanxi province December 3, 2010. China is considering investments of up to $1.5 trillion over five years in seven strategic industries, sources said, a plan aimed at accelerating the country's transition from the world's supplier of cheap goods to a leading purveyor of high-value technologies. The targeted sectors include alternative energy, biotechnology, new-generation information technology, high-end equipment manufacturing, advanced materials, alternative-fuel cars and energy-saving and environmentally friendly technologies: The energy transition's next phase is more about systems than technology
The energy transition's next phase is more about systems than technologyImage: REUTERS/Stringer
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  • 清洁技术已实现规模化应用,且具备成本竞争力;当前的核心挑战是将其整合到电力、工业、交通和数字基础设施之中,以确保能源供应可靠、价格可承受且安全。

  • 能源转型的新阶段分三波推进,每一波都建立在上一波的基础之上:规模化与降本、技术与基础设施扩张,以及系统集成。

  • 本文首次发表于《南华早报》,阅读原文请点击此处。

在过去十年的大部分时间里,能源转型的讨论主要围绕一个核心问题展开:清洁技术能否实现规模化应用?

这一问题的答案正日益清晰。太阳能电池板、风力涡轮机、电池和电动汽车已从边缘走向主流,主要技术变得更具成本效益、效率更高、部署速度更快。在许多市场中,这些能源已不再是能源的未来,而是当下的现实。

如今的挑战不再仅仅是证明更多单项技术可以运行,而是将这些技术跨行业整合到电力和工业系统中,使其在满足快速增长的全球需求的同时,保持可靠、可负担且安全。

这一转变标志着能源转型进入了成熟的新阶段,在这一阶段,系统设计与技术创新同样重要。这一演进将以三个相互交叠的浪潮持续展开。

第一波浪潮的核心是通过规模化实现可行性。过去十年间,制造和部署推动了少数核心技术成本的大幅下降。这一点在中国体现得最为明显。

中国的太阳能的大规模扩张、风能、电池和电动汽车,使曾经的高端选择变成了可被普通人接受、价格可承受的大规模量产产品。随着规模扩大,价格下降,供应链日趋成熟,学习曲线加速陡峭化。其结果不仅是排放降低,更重新定义了可负担能源的内涵。

这一影响远远超出了中国。更便宜的太阳能电池板重塑了全球电力市场。电池成本的下降,使各收入水平的人群都能享受电动出行。曾经的环保选择,变成了经济选择。第一波浪潮表明,脱碳可以与经济增长相互协调。

但成功也带来了新的压力。电力需求上升,不仅来自家庭,也来自工业、交通、制冷、数据中心和数字基础设施。与此同时,部分最难减排的行业——如钢铁、水泥、化工、航运和航空——仍缺乏经济可行、可规模化的路径来快速减少排放。第二波浪潮正是在此背景下出现。

第二波浪潮旨在拓展可行技术的范围,并建设支撑这些技术的基础设施。长时储能、氢能、碳捕集、先进核能、超导体、清洁燃料以及下一代电网正从有限应用走向大规模部署。

与第一波浪潮一样,并不存在单一路径。不同地区从各自的起点出发,其路径受资源禀赋、产业结构和政策选择的影响。

在这一波浪潮中,政策起决定性作用:从许可审批、电网接入,到标准、市场设计和投资框架,政策确立了规则、激励措施和实施机制,使新技术能够在一体化系统中得以部署、实现互操作并吸引投资。

以海湾地区为例,电网和互联互通建设正在加速推进,以支持新技术的应用,包括对高压直流互联资产的升级以及新建高压线路,以增强该地区的电力安全和系统稳定性,并支持可再生能源占比的提高。

达沃斯论坛领导人谈能源转型的三点看法
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在英国,监管机构和公用事业公司正在支持这一扩张,投入数十亿英镑的资金用于输电网络建设,以整合可再生能源和储能。在南非,竞争性采购计划已调动了私人资本,同时近期的改革重点关注电网接入和系统就绪程度。

尽管这些技术日趋成熟并加速发展,一个更深层次的转变正在发生。第三波浪潮不仅在于增加更多资产,更在于使这些资产协同运行。

这是能源与数字融合的阶段。电力、分子能源和数据不再各自独立管理,而是通过市场、软件和基础设施持续互动,使供需在不同地区和行业之间实现匹配。

一家工厂、数据中心、港口或一户家庭,不仅是能源的消费者,更是协调系统中的参与者。

我们已经可以看到早期迹象。电力系统日益通过实时市场和数字平台运行,这些平台协调可再生能源、储能和灵活需求。

大型工业用户正被纳入系统运行,而不再被视为固定负荷。电网运营商正利用数据驱动工具来规划电网、管理拥堵并加快并网速度。

数字化是贯穿其中的连接纽带。先进的电力电子设备、传感器和软件使电网能够应对更大的复杂性。

人工智能如何优化预测、维护、系统平衡及整体系统集成,我们才刚刚开始探索,它有助于更好地预判需求高峰与供应低谷,在设备问题导致停电之前及时发现,并更顺畅地管理储能和灵活用电。

至关重要的是,随着重工业脱碳推进,共享基础设施——无论是用于氢能供应、二氧化碳运输与封存,还是工业电气化——都将发挥关键作用。这是世界经济论坛在“转型工业集群”方面工作所体现的一项重点。转型工业集群。

通过以协调一致的系统取代零散项目,共享基础设施既能降低成本、减少风险,又能加快部署进度。

综合来看,这三波浪潮标志着能源转型重心的转移。

第一波浪潮证明了清洁技术能够实现规模化。第二波浪潮旨在拓宽技术基础并强化基础设施。第三波浪潮则致力于集成,将发电、储能、需求和工业用途统一到单一的运行逻辑之中。

能源转型已不再是技术证明自身价值的故事,而是系统寻找自身形态的故事。下一个十年将不仅取决于我们能建造什么,更取决于我们如何更好地连接、协调和优化已有的一切。这正是当前转型下一个变革性阶段所在。

把握好这一点,将是一项具有决定性意义的商业与经济机遇,有助于降低系统成本、增强韧性,并释放新的竞争力、投资和就业来源。

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