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中欧EMBA | 无限供电的时代结束了,怎么办?

中欧国际工商学院

2022-03-21 13:43:02

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在中欧EMBA全球供应链创新论坛上,极熵科技创始人兼CEO孙东来告诉我们:无限的电力供给时代结束了。

中国总体缺电吗?未来电价会涨吗?

多数人从未想过电从哪里来,2000年后,中国也很少出现停电的情况。

但在中欧EMBA全球供应链创新论坛上,极熵科技创始人兼CEO孙东来告诉我们:无限的电力供给时代结束了。未来100万亿新型电力系统的投资需要由市场来解决,由用户自己承担。

孙东来

极熵科技创始人兼CEO

1

能源变局的不可避免和久等不到

全球能源体系的变化有两个自相矛盾的背景。

一是能源变局不可避免。

今天,人类基于化石能源大规模利用的工业模式始于第二次工业革命,但由于化石燃料的不可再生以及使用所造成的环境威胁,使得能源变革不可避免。

二是能源变局久等不到。

传统的能源供给结构有三高,高碳排、高集中度、高收益。碳排放的高集中度来源于大规模的集中式投资和垄断性投资,这种投资也会带来高收益。

因此,要颠覆这个行业是非常不易的,因为有太多的利益群体在其中。

虽然COP(《联合国气候变化框架公约》缔约方会议)已经开到第26届,但各国在这件事上达成的执行侧共识寥寥可数。

中国一直以来都面临能源短缺的威胁。如果不是提出「碳达峰、碳中和」的目标,多数人对此是没有意识的。

2

「双碳」一夜爆红,发生了什么?

双碳的话题火爆有三个背景。

背景一:因极端气候频发,气候问题成为关键议题。

2021年罕见灾害频发,极端灾害气候给各国带来了沉重的经济打击和社会成本。

各国沿海经济重镇受到威胁,部分国家面临存亡问题,43个岛国因为海平面上升导致国土面积显著减少,更影响粮食、水资源和经济增长。

减碳、减缓气候变暖的议题占据了国际道义的绝对制高点。

背景二:气候问题全球竞争,但领导缺失。

尽管双碳议题挑战重重,全球各国还是在努力推进。法国早在1979年便已经实现了碳达峰,相较于中国提出「2030年碳达峰、2060年碳中和」的目标,欧洲国家走得很超前。

目前全球有135个国家和组织提出「碳中和」目标,但领导者位置的真空也是事实,美国退出《巴黎气候协定》后,中国是否有望填补真空?

背景三:建立产业优势,主动出击。

中国在竞争全球领导位置时,要看在这个产业有没有定价权,对产业链有没有全域影响力。

你说中国今天要去争芯片行业的全球领导者位置争得到吗?没有定价权,没有产能优势,没有供应链上的领导能力,你争不到。

而反过来说,我们在新能源产业上具备优势。

供能侧,中国供应了全球58%的多晶硅、93%的硅片、75%的电池片、73%的光伏组件、50%的风机等加工和制成品,以及大部分的稀土等原材料。

需求侧,中国的新能源车销量占全球总体的近50%。

这些优势,给了中国在这件事上去竞争全球领导力的声威,把「双碳」从无人问津的方向,提到了国家级战略的高度,也必然在未来的5-10年会持续提供这种国家级高度的政策性支持。

能源的变局,来得比人们预期的晚,但又注定比人们预期的快。

3

所有的问题最后都是成本问题

碳中和的本质是外部性成本内部化的过程,综合电价整体会提升,凸显围绕新能源的电力系统和电网的价值。

如果真的上马众多的光伏、新能源和储能项目,将会面临怎样的问题?成本来源于新旧能源系统的适配,即集中式能源系统对接新能源所产生的问题。

首先,风电和光伏的出力负荷是非常复杂的。在「风、光」这种非稳定能源或者说非可控能源动态变化的情况下,一定有把这种变化去匹配到稳定负荷的诉求。

目前可以用储能技术、可调负荷技术,以及对「风、光」系统进行动态时空调节的技术来实现匹配成本的优化、平衡成本的优化和电网成本的优化。

目前,中国已经建设28条特高压线路,投资规模在几百亿人民币。

不投资特高压线路,跨省跨区域的电力输送成本就解决不了,这些问题最后都变成了额外的系统性成本,由使用这些电力的终端用户去消纳,所以所有的问题最后都是成本问题。

成本问题怎么解决?只能通过整体系统的改革和以新能源为主体的新型电力系统的建立来解决。

目前中国的实际发电容量中,57%是火电。余下的是风电、光伏、水电,虽然装机容量高,但是发电量低。

到2060年,发电来源会出现巨大的变化,火电比例要降到4%,才能达到中国「碳达峰、碳中和」的要求。

这意味着要对原有的电力系统进行整体改进,把成本转嫁到终端用户上。

2021年已经在规划成本转嫁方法,其中包含安全性的成本转嫁和系统性的成本转嫁。

为什么发改委要逐步取消工商业目录电价,电价要涨?这是因为垄断性的系统已经投入不起了,要让终端用户来解决这个问题。

而拉闸限电是把所谓的安全性成本转嫁到用户身上。

既然不可能由国家大规模的投资来解决这个系统问题,只有靠用户自己来解决了。

所以说,依靠外部无限制集中供给电力的时代已经过去了。

中国人过去从来没有想过电从哪里来,2000年后很少出现停电的情况,但这种无限的外部供给时代结束了,未来100万亿的新型电力系统的投资需要由市场来解决,由用户自己承担。

4

当外部拉闸限电时

用户侧自己承担的能源系统到底是一套怎样的电力系统?原有的电网电力输入会从原本占绝对主导地位变成仅仅贡献30-50%的能源输入。而在用户侧的企业内部,会出现一套自己的分布式能源系统。

这个系统需要给出许多问题的答案,它需要决定在什么时间点用自己发的绿电,什么时间点使用外部供给的能源,外部供给能源的比例是多少?

它需要判断到底是基于经济性的原则去使用外部供电,还是基于碳配额的角度去降低外部供电的使用?

它需要平衡是否要从园区或是周围其他的绿色能源供给方,包括光伏储能系统去获得相应的绿色低碳的能源?

所以我们会看到,很多园区开始构建自己的能源供给体系,包括光伏储能,甚至是天然气三联供等。

当园区发现外部随时可能拉闸限电时,有可能在园区内部形成一种电价电力的供应机制。

比如外部拉闸限电时,它可以供给200-300个千瓦的电,但电价或许比正常电价高两三倍。

当企业生产不能停时,即便购买贵三倍的电,但可以保证2-3天不停工时,企业方一定会向园区购买自建的电力,从开四停三变成开六停一。

跟行业竞争对手相比,硬生生比别人增加了50%的产能。虽然电费贵了一点,但这只是众多要素中的一环。

再举一个例子,在这样一个大型体系里,有企业会在冷链系统上要求做可调负荷。

冷链其实是一个大冷库,晚两个小时开冷库制冷和早两个小时开,对冷库温度的影响只有0.3-0.5度。但是这两个小时对电力成本和碳排放来说,都会造成巨大的要素上的差异。

所以每个用户基于光伏和储能系统,需要构建自有的分布式能源供给系统,去提供更深度的微网调节能力和优化能力,这是新型能源系统未来所呈现的形态。

唯有如此,才能真正实现从用户的需求计划覆盖到实时的微观调度响应,使企业能够兼顾经济性和政策法规要求,获得供给2.0时代的运营能力。

5

能源管理的思考

在能源管理中,从电力来源的角度看,光伏在整个产业中的占比相对较低。哪怕是在西北五省,青海、甘肃等光照资源比较丰富的地区,光伏渗透率也没有超过15%。

这意味着什么?假设下午下了两小时的雨,光伏发电量在这个时段降到10%,甚至以下,电网总发电量也只会随之下降10%-15%。

当这种问题发生时,可以实时要求火力发电机组做调整,通常它的发电量占百分之六七十,在此基础上提升10-15%是可以做到的,当电网的供给和消纳实时平衡保住了,整个体系的用电就正常了。

如果到了2030年或2060年,光伏发电占比提高至50%,火电只占10%的情况下,当夏天出现对流雨,导致地方电力的光伏出力瞬间减半时,已经被挤压的火电是无法替补这一缺口的,这时候就会出现受迫性停电。

欧美的家用储能推广得好,原因有二:一是有好的电力峰谷价差,二是解决停电时家庭用电的需求。

「双碳」让传统能源系统的快速崩溃近在眼前,但新型能源系统一定要解决上述问题。

方法是必须从源头解决新型的零碳绿色电力系统,针对时空不均衡的状态提出解决方案。

其中涉及的技术门类很多,包括光伏智能化的运维能力、储能优化的能力,以及对负荷的控制能力,比如在暴雨期间,建筑物内不开空调但依然要保持恒温。

因而新型电力系统在发电侧、储能侧、负荷侧、电网调动侧要做大的改变。

既有的电力和能源系统,不能实时感知供配输用侧的状态变化,不能基于企业的实时能源需求、经济效益目标、碳额度等做出科学规划并及时响应,势必将被时代抛弃。

6

数字化能源系统大有可为

在上述趋势中,数字化能源系统的作用是什么呢?

传统的能源系统是集中供给、集中分配,绝大部分工厂对于电力维持的诉求很低,甚至连电工都没有。

当系统不再集中供电时,内部就会有复杂的能源供给、储存和使用的形态。企业必须有更完备的数字化系统,实现从规划、建设、运维到策略调整以及动态目标的平衡。

未来的中国企业可能会在上半年关注成本,因为有大量的碳排放指标可用,所以大规模地使用能源来推动生产。

但是到年底碳排放不够了,为了保障生产,企业的优化目标从降本变成了降碳,需要调度新能源,包括对绿色能源的投资规划设计。

这些都需要在一个新型电力系统的模型里,用数字化方式持续解决。

这个模型的数字化始于能源数字化体系的基础建设,将用户的实际能源消耗、负荷以及能源网络的关键节点拓扑孪生到数字化网络中,使得用户未来的新型全域能源网络能实时感知自身的状况以便实时应对,以达成企业经济效益、能源消耗、碳排放的帕累托平衡,降碳而不降效。

新型电力系统在欧洲并不少见。荷兰的一个农场,当外部电价高时,会开足马力用自己的天然气系统发电,或者把储能系统存下来的电一股脑儿都送到电网。

当外部电网电价低时,农场用外部电来驱动热泵,给工业化生产的作物大棚供暖。

能源系统收入是整体农场收入的一部分,这是一种典型的新型电力系统。欧美体系已经有相对完备的市场化支撑机制。

在未来企业的能源管理系统中,也必然整合市场化的能源运营手段,将调节保供能力与增效增收能力融入到企业整体的能源调度体系中,实现降碳保供、降碳增收。

过去,中国的能源处于高垄断状态,所以没有能源市场机制。

在客户侧,客户分成短期和中长期两类。

短期客户不少处于国际供应链的一环,或者在行业中处于标杆地位,有需求在短期内达成绿电的使用。比如苹果对供应链上的200多家企业提出时间要求,最后达成100%地使用绿电。

中长期则是整个社会的动员。中国的双碳政策会呈现一种渗透压,从高层往下,最后每家企业都会面临这个问题。

短期压力在标杆企业,中长期则是面向整个社会。

在核心产品侧,短期内因为中国没有把能源和碳相结合做动态的能源优化,以此实现能源成本降低和碳中和目标的范式。

所以在短期内,一定是把在欧洲跨国大企业已经积累下来的能力,变成从设计规划到运营的完整解决方案。

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