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【深度探析】大型发电站的世界面临巨变

导读: “电动汽车、太阳能屋顶和动态定价都将运行在智能电网上面”听上去像极了那句过时的广告口号“互联网是在太阳计算机系统上运行的。”事实是,这并没有错。

  试想,你可以穿越回到上世纪 80 年代中期,当 Prodigy 和 Q-Link 之类的早期网络服务还处于萌芽阶段,而个人电脑处于王安和 DEC 计算机阴影下的时代即将结束。

  试想,你可以跟任何一个愿闻其详的人分享一条讯息,告诉他即将发生的事情:唯一的规则就是你只能说一句话,而且不能提到任何公司的名字。你会说什么?这是我的回答:当个人电脑连上网络的时候,旧的世界将一去不复返。

  现在,能源领域可能就临近这样的时刻。

  在上一篇文章中,我们讨论了交通“按需经济”和“自动驾驶”两个方面的特征。想来有意思的是,它们包含了范式转换两个紧密相连的步骤。电气化的实现也并非易事,但难在不同的地方:因为电气化 “两步走” 是平行发生的。幸运的是,如果花点时间将问题层层剖析,我们依然可以清晰地看到一种未来的可能性。

  要预测未来,我们必须先从过去、从我们掌握电能之前着手。在工业革命时期,能源是一种非常稀缺的资源。我们已经知道如何掌握动能(通过水力)和化石能源(通过燃烧化石燃料),但这两者都有着很强的局限性:你不得不在特定的时刻、特定的地方使用。“实时”的能源非常稀少——如果你手头有现成的,而且恰好在这一刻,那你可以使用它。除此之外,你就没这么走运了。

  在二十世纪初,我们开发出一种新技术:将能源转化成电流,通过输电线进行传输。然后我们又更进一步:将这些输电线组织形成了一个电网,使得许多不同的发电站能为分布在各地的客户供电。

  消费者因此有了第二重自由——能随心所欲地用电,因为任何人都不用再倚赖特定的发电站在某一时刻联网。这两种新的力量——用电场所和用电时间的自由,只要你连上电网——显著增加了我们借助电力得以做到的事情。

  有趣的是,我们并没有一个简洁的单词来描述这种联合效应:能够在任何时间、任何场所用电的能力。所以在下文中,我将把这种概念缩写成“dxdt”(即ΔX/ΔT,距离除以时间的速度公式,在这里表示 “场所-改变-时间-改变” 的概念,可以理解为“能随时随地获取能源的程度”),你可以把这看成是代表“场所-改变-时间-改变”的单一变量。

  以下这一点的理解很重要:从任何一个用户角度来看,你都不能真正地把 dxdt 中的“场所”与“时间”分割开来。只要连着电网,那么你按下电灯开关的时间和地点都无关紧要:按下去它就会亮。

  这就是为什么有时候你会听到能源领域的行家说“电网就是一枚电池”。电网并非真的是电池——但对于任何观察者而言,两者工作的方式确实很像。任何加入电网的发电方,都不必担心谁在什么时候、什么地方用电;任何用电方,也不必担心是谁在什么时候、什么地方发电。只要灯一直亮着,那就行了。

  这是如何实现的呢?

  电网的工作人员付出了很多艰苦的工作来确保系统一直保持在平衡状态。电网就像是一个浴缸,其中的电能正好在满载负荷的边缘,不多不少。

  这种平衡的实现来之不易:这需要时刻监控着电网的负荷,维护输电线,控制新发电站的联网与断网,以及储存额外的电能。这一切都非常昂贵——我们每一美元的电费中就大约有 50 美分是用来为这些 dxdt 功能买单。

  但这钱花得很值:如果没有 dxdt,我们几乎是倒退回上个世纪:家家户户都不得不直接连上当地的发电站,而我们能否开灯就取决于那家发电站此时此刻是否联网。所以,dxdt 的价值不言而喻。

  

  这就引出了我们的下一个要点:20 世纪的能源 “大交换”( 即 “grand bargain”,指多方谈判下的利益交换协议。中文没有直接相对应的词汇。此处使用了联合国官方网站上的对应中文译法)。正如我们之前所说,大交换代表了在稀缺能源之间进行的妥协,一个行业也因此得以达到均衡状态。在能源领域,过去一百年是怎么过来的呢?

  大交换是这么来的:为了换取廉价的 dxdt,我们接受了对于如何获取能源的选择限制。如果你住在旧金山,PG&E(即太平洋天然气和电力公司(Pacific Gas & Electric)) 是电力供应商的唯一选择。公用事业委员会授予了他们获批的垄断权;作为交换,他们为提供 dxdt 而向你收取的电费会受到最高额限制。PG&E 会向公用事业委员会提交居民用电价格设定申请,而委员会则根据当前能源的批发价格以及其他因素来进行审批。

  在某些没有管制的地区,消费者可以在多家电力供应商之间选择,至少有些选择的余地,但做出选择的时候仍然是通过电表为电能这种商品买单。从根本上来说,我们所付电费中受到管制的部分实际上并不是付给电力本身(电力的批发价格是市场价,竞争非常激烈),而是付给 dxdt 部分。

  事实证明,这种交换效率很高。它为城市乡镇的供电,高负荷、稳定的大型发电站建设提供了合适的动机,确保我们总是能以便宜的价格用上电。

  但现在呢?随着 21 世纪的来到,我们面临着一个充满崭新可能性的世界,但同时也需要迫切解决能源和气候的相关问题。技术毫无疑问能帮助我们找出问题所在。

  怎样才能了解正在发生的一切?我们先来看看技术是如何增加稀缺资源的获取。既然 20 世纪能源大交换中稀缺资源是 dxdt 以及消费者的选择余地,那么我们可以根据某项技术增加这两者中哪一样的获取,对能源科技方面的突破进行分类。

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