如何實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型?復(fù)合型能源技術(shù)是關(guān)鍵。它集電、熱、交通能于一身，并高效利用可再生能源。全球經(jīng)濟(jì)“無(wú)碳化”路在何方?路，就在復(fù)合型能源這條“獨(dú)木橋”上。實(shí)現(xiàn)Energy Supply 4.0，數(shù)字化扮演拋磚引玉的角色，而復(fù)合型能源則是“鋪路人”。
緣由一：復(fù)合型能源讓能源體系更加高效
縱觀當(dāng)今能源格局，可再生能源比例正不斷擴(kuò)大。根據(jù)REN21發(fā)布的《2018全球可再生能源利用報(bào)告》，2016年，全球最終能源消費(fèi)中，可再生能源占比近20%。此外，根據(jù)德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年上半年，德國(guó)凈發(fā)電量(即家庭、企業(yè)用電量)中，可再生能源貢獻(xiàn)占比高達(dá)41%。論在全球能源供應(yīng)中的地位，風(fēng)能、光伏發(fā)電的地位不容小覷。唯一美中不足的是，太陽(yáng)能、風(fēng)能無(wú)法召之即來(lái)，因此，無(wú)法穩(wěn)定供電。而一旦這兩種能源供應(yīng)飽和，則會(huì)造成產(chǎn)能過(guò)剩，而需求側(cè)無(wú)法消化的情況。在這種情況下，只能減少電廠所發(fā)的可再生能源電力，多發(fā)出來(lái)的電，就會(huì)白白流失。
勝任“指揮官”一職者，非復(fù)合型能源莫屬。它可讓能源在不同行業(yè)間自由流動(dòng)。畢竟，能源種類繁多，電能只是其中之一。就拿供熱和交通兩大領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，當(dāng)前，依然要靠化石燃料來(lái)供能。根據(jù)REN21發(fā)布的《2018全球可再生能源利用報(bào)告》，在供熱行業(yè)，可再生能源占10%，而在交通行業(yè)，僅占3%。這個(gè)比例與傳統(tǒng)能源相比，乃是天壤之別，因此，趕超形勢(shì)依然嚴(yán)峻，但也愈加迫切，因?yàn)檫@兩大行業(yè)加在一起，占總能源需求的80%左右(供熱和制冷占48%，交通占32%)。而能源生產(chǎn)活動(dòng)中很大一部分二氧化碳排放量，都是源自這兩大行業(yè)。
有效協(xié)同，提升效益
復(fù)合型能源將能源相關(guān)行業(yè)，如電、熱、制冷、交通等有效整合，以在最大程度上有效利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源。拿運(yùn)輸行業(yè)來(lái)說(shuō)，大力推廣使用電動(dòng)、天然氣汽車，其能源可直接取自自然資源。這毫無(wú)疑問(wèn)將提升能源利用效率。再來(lái)看供熱行業(yè)，目前，改造重點(diǎn)是供熱泵和熱元件。目標(biāo)是利用可再生能源電力為家庭供暖。這便是“電+熱”協(xié)同效應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)了，哪兒需要能源，便讓其流向哪兒的精準(zhǔn)能源調(diào)配。
緣由二：只有復(fù)合型能源才能真正實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)供應(yīng)
利用可再生能源發(fā)電，如發(fā)生電能過(guò)剩情況，則可通過(guò)“電轉(zhuǎn)X”技術(shù)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為其他形式的能源，從而增加供熱、交通兩大行業(yè)可再生能源的占比。上述“X”代表能源載體。電轉(zhuǎn)氣、電轉(zhuǎn)熱以及電池儲(chǔ)能技術(shù)是該領(lǐng)域最常見(jiàn)的三種技術(shù)。
電轉(zhuǎn)氣(簡(jiǎn)稱P2G)
現(xiàn)階段，供氣網(wǎng)絡(luò)已能夠滿足大批量輸送、儲(chǔ)存能源的要求。而利用“電轉(zhuǎn)氣”技術(shù)，可再生能源亦可加入儲(chǔ)能行列。
例如，生物氣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳可用于生產(chǎn)甲烷，甲烷進(jìn)入天然氣供氣網(wǎng)后，又可用作化工行業(yè)的原料、車輛和飛機(jī)的推進(jìn)劑、或用于燃?xì)怆姀S的回收轉(zhuǎn)換工藝。
電轉(zhuǎn)熱(簡(jiǎn)稱P2H)
利用可再生能源發(fā)電，過(guò)剩電力還可用于供熱。電能隨即轉(zhuǎn)化為熱能，即可儲(chǔ)存，亦可加熱水。與P2G技術(shù)不同，電轉(zhuǎn)熱的轉(zhuǎn)換效率將近100%。因此，可以1:1的比率替換化石燃料。
電轉(zhuǎn)熱裝置屬于混合型設(shè)備，須配備一臺(tái)熱發(fā)生器，由傳統(tǒng)燃料如木材、天然氣等驅(qū)動(dòng)。一旦出現(xiàn)電能過(guò)剩的情況，電能將轉(zhuǎn)換為熱能。否則，將繼續(xù)使用傳統(tǒng)燃料供熱。
熱能既可輸送到當(dāng)?shù)亍⒌貐^(qū)供熱網(wǎng)，亦可用于向本地居民樓或企業(yè)供暖。熱能還可臨時(shí)儲(chǔ)存在一個(gè)緩沖罐中，需要時(shí)調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)供能平衡(即“負(fù)平衡能量“，示例請(qǐng)見(jiàn)緣由四)。
電池儲(chǔ)電
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全可靠，能夠儲(chǔ)存可再生能源產(chǎn)生的過(guò)剩電力。系統(tǒng)由可充電式化學(xué)電池(電池蓄能裝置)組成，可吸收多余的能量，并在需要時(shí)釋放。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)搭配使用，可用于居家儲(chǔ)能，提高能源利用效率，并能在停電時(shí)，確保家庭正常供電。而應(yīng)用于兆瓦級(jí)電廠，則可為保障正常運(yùn)行提供后備電力。此外，電池逆變器可協(xié)助快速穩(wěn)頻和臨時(shí)調(diào)電(含因系統(tǒng)慣性而造成的輸電波動(dòng)情況)。這主要用于應(yīng)對(duì)緊急用電的情況，因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)調(diào)配大量電力，來(lái)滿足某地的高用電負(fù)荷這種情況是司空見(jiàn)慣的。例如，一座足球場(chǎng)的防汛燈系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的動(dòng)能可調(diào)用后備電力，從而短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的供需平衡。相對(duì)于發(fā)電機(jī)這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的龐然大物，電池逆變器具有其特殊優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)電廠的電量中，只有一小部分可以作為后備電力輸出，而電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的全部額定電量均可作為后備調(diào)用。比如，一個(gè)功率為30兆瓦的電池儲(chǔ)能裝置，其后備電力輸出能力相當(dāng)于一座1000兆瓦(1吉瓦)的電廠。
即使出現(xiàn)大面積停電，電池逆變器依然能做到迅速恢復(fù)供電, 這種技術(shù)被稱為“黑啟動(dòng)”，意即，逆變器可不受電網(wǎng)影響，獨(dú)自啟動(dòng)，從而確保供電不中斷。
緣由三：復(fù)合型能源助消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立
乘復(fù)合型能源發(fā)展的“東風(fēng)”，消費(fèi)者可積極參與能源轉(zhuǎn)型，而不只做一名旁觀者。不少光伏和小型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)都已被廣泛應(yīng)用于私人經(jīng)營(yíng)，甚至在公園也可見(jiàn)到。這本身也反映出，人們對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源自給自足的意識(shí)正在增強(qiáng)。發(fā)展可再生能源，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展及財(cái)政的支持，越來(lái)越多的家庭和企業(yè)用戶正逐漸告別供電公司以及化石燃料，實(shí)現(xiàn)電力的自給自足。通過(guò)智能型能源管理系統(tǒng)這個(gè)“大腦”協(xié)調(diào)指揮，光伏經(jīng)營(yíng)者可有效協(xié)調(diào)電力的消費(fèi)和生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)“自己發(fā)電，自己消費(fèi)”，最大限度上滿足自身對(duì)可再生能源電力的需求。
從電力消費(fèi)者到生產(chǎn)者的轉(zhuǎn)變
隨著發(fā)電不再由電廠“一家獨(dú)大”，以及數(shù)字化技術(shù)對(duì)能源轉(zhuǎn)型的影響不斷加深，光伏經(jīng)營(yíng)者自身也在完成從消費(fèi)者到“產(chǎn)銷合一者”的轉(zhuǎn)型，并通過(guò)直銷手段，積極活躍于能源供給行業(yè)。放在以前，這只是大型供電公司和公用工程公司的專利。而得益于數(shù)字化技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)在，隨便一個(gè)經(jīng)營(yíng)者都能利用可再生能源發(fā)電，并將其出售給有需要的鄰居。此類經(jīng)營(yíng)模式有當(dāng)今的直銷，以及未來(lái)的 P2P 或彈性市場(chǎng)(見(jiàn)緣由四)。就技術(shù)來(lái)看，目前的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)甚至可讓家庭、企業(yè)或工廠獨(dú)立于電網(wǎng)之外，建起自己的供電系統(tǒng)。
緣由四：復(fù)合型能源保障電網(wǎng)穩(wěn)定供電
當(dāng)然，正如可再生能源的發(fā)電量會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)那樣，能源需求也并不是一成不變的。這就是為什么，公用電網(wǎng)中發(fā)電和消費(fèi)之間的偏差要由能源平衡市場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)。為全天候保障電網(wǎng)穩(wěn)定供電，電廠須在極短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)備好平衡用電。
當(dāng)用電需求超過(guò)發(fā)電量，須迅速向電網(wǎng)供電(即“正平衡能量”)。但是，當(dāng)用電需求小于供電量，須從電網(wǎng)中抽出電量(即“負(fù)平衡能量“)。參與能源平衡市場(chǎng)的電廠經(jīng)營(yíng)者將付費(fèi)購(gòu)買平衡所需能源。
有效儲(chǔ)能，以備不時(shí)之需
說(shuō)到大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、電轉(zhuǎn)熱系統(tǒng)，不得不提一下兩者的優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用這兩種技術(shù)，可在極短時(shí)間內(nèi)調(diào)配電能、儲(chǔ)存過(guò)剩電能——這讓化石燃料電廠望塵莫及。
接入電網(wǎng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在需要時(shí)，隨時(shí)調(diào)用儲(chǔ)備電力。另一方面，通過(guò)結(jié)合使用 P2H 系統(tǒng)，生物質(zhì)電廠的電力無(wú)須立即輸出，而是能以熱能的形式暫時(shí)儲(chǔ)存起來(lái)。遇到陰天、無(wú)風(fēng)的日子，儲(chǔ)存的熱能可作為后備電能使用，因此，無(wú)需像化石燃料電廠那樣一直保持運(yùn)轉(zhuǎn)，從而間接減少了二氧化碳排放。
緣由五：復(fù)合型能源支持全球氣候保護(hù)
將能源生產(chǎn)和消費(fèi)進(jìn)行“復(fù)合型”改革，其根本目標(biāo)是全面實(shí)現(xiàn)世界經(jīng)濟(jì)的“無(wú)碳化”。
在 2015年12月舉行的巴黎氣候變化大會(huì)(COP 21)上，國(guó)際社會(huì)一致同意，將全球平均氣溫升幅與工業(yè)革命前相比，控制在2℃以內(nèi)。《巴黎協(xié)定》于 2016年11月正式生效，在國(guó)際法框架下，對(duì)各方均有約束力。還有一個(gè)小插曲。盡管美國(guó)于 2017年夏天宣布退出《巴黎協(xié)定》，并且按照美國(guó)總統(tǒng)特朗普的說(shuō)法，至少是“暫時(shí)性”退出，但國(guó)際社會(huì)其他成員從自身安全出發(fā)，還是堅(jiān)定不移地恪守該《協(xié)定》。這個(gè)局面還是令人欣慰的，畢竟，那些意識(shí)到氣候變化是真實(shí)存在，而并非假新聞的有識(shí)之士現(xiàn)在也看清了：如想在長(zhǎng)期內(nèi)落實(shí)氣候保護(hù)，只能走可再生能源這一條路。并且，越早越好。
是綠色電力，還是紙上談兵?
盡管已達(dá)成共識(shí)，但仍須盡快將理論落實(shí)到行動(dòng)上。一方面，是各種可再生能源在全球“遍地開(kāi)花”，另一方面，迄今為止，卻幾乎沒(méi)見(jiàn)到哪一座化石燃料電廠關(guān)停。這樣來(lái)看，如果化石燃料電廠和核電站仍源源不斷地排放有害氣體、生產(chǎn)核廢料，給人類健康和自然環(huán)境帶來(lái)?yè)p害，那么，綠色電力豈不是一紙空文?
而復(fù)合型能源證明了，化石燃料電廠無(wú)須以基本負(fù)載發(fā)電，來(lái)在需要時(shí)提供平衡電力。通過(guò)將各個(gè)能源領(lǐng)域靈活互聯(lián)，可在快速響應(yīng)、成本優(yōu)化以及氣候保護(hù)方面，更好地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
復(fù)合型能源是減少二氧化碳排放，拯救全球氣候的唯一途徑。只有走綜合性、可再生能源道路，才能成功實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。在這方面，我們要深挖機(jī)遇，積極探索打造靈活的系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)前景廣闊的分布式能源技術(shù)，并用好數(shù)字化這個(gè)引擎。無(wú)論是對(duì)于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的能源供應(yīng)，還是打造更有利于生存的氣候條件而言，復(fù)合型能源無(wú)疑是一條雙贏之路。
復(fù)合型能源給我們帶來(lái)什么?優(yōu)點(diǎn)一覽：
通過(guò)能源的可持續(xù)利用，以及減少破壞氣候的二氧化碳排放，來(lái)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型
減少向大氣中的有害物排放，從而降低相關(guān)的發(fā)病率/死亡率。燃燒化石燃料不僅會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，還有硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、顆粒物、一氧化二氮、汞、鉛、鎳、銅以及砷等物質(zhì)
可替代核電，因此，降低了核風(fēng)險(xiǎn)(運(yùn)行和廢料)
減少水消耗(在德國(guó)，化石燃料電廠的冷卻用水消耗占全球總用水量的44%)
增強(qiáng)了能源供應(yīng)的穩(wěn)定性：能源生產(chǎn)中的原料取之不盡，可替代自然界中有限的資源;由于原料可就地取材，無(wú)須從政治不穩(wěn)定的地區(qū)進(jìn)口，因此，實(shí)現(xiàn)了原材料的自給自足
消費(fèi)者可享受更低廉的電價(jià)：光伏和風(fēng)電越來(lái)越便宜。反之，化石燃料和核電的成本則日趨高昂。
供能方式更靈活，話語(yǔ)權(quán)更加分散：若干家大企業(yè)獨(dú)攬“紅利”的時(shí)代終結(jié)，分散式經(jīng)營(yíng)者和用戶將更多受益。
為無(wú)電地區(qū)送“福音”：可再生能源技術(shù)打造穩(wěn)定的能源供應(yīng)，從而促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。
