能源革命

這既是一場關(guān)于能源自身的革命，也是一場由能源而引發(fā)的最后一次工業(yè)革命。

真實的分布式能源應(yīng)用其實并不遙遠(yuǎn)，就是現(xiàn)在！只不過，所應(yīng)用的地方有點讓人意料不到——美國監(jiān)獄。

Santa Rita 監(jiān)獄位于美國加利福尼亞州阿拉米達(dá)縣，關(guān)押著4000名囚犯。在最近，這所監(jiān)獄完成了一項分布式能源應(yīng)用。監(jiān)獄內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)、太陽能電池板、燃料電池所產(chǎn)生的電力被集合在一起，形成一個脫離集中供電的大型電網(wǎng)而獨立運作的微型電網(wǎng)。在遇到大電網(wǎng)斷電的意外情況時，微型電網(wǎng)可以為監(jiān)獄繼續(xù)供應(yīng)電力，每年能為監(jiān)獄節(jié)約10萬美元。而當(dāng)大電網(wǎng)遇到用電高峰時，微型電網(wǎng)還可以把自己多余的電力出售給電力公司。

這是個典型的分布式能源應(yīng)用，其最大不同之處在于把電壓很不穩(wěn)定的、時斷時續(xù)的風(fēng)能與太陽能電力，同常規(guī)的柴油發(fā)電機(jī)和燃料電池電力融合在了一起，形成一個獨立的微電網(wǎng)。

這個微電網(wǎng)既不同于常規(guī)的緊急備用電源系統(tǒng)，也不是獨立的一大塊蓄電池，更不是風(fēng)能、太陽能電網(wǎng)，而是在這幾者的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一步。在無風(fēng)或太陽落山時，可以供電；在柴油發(fā)電機(jī)使用受限制時，也可以供電——這些都在于微型電網(wǎng)把不同能源電力整合在了一起使用。這除了得益于數(shù)千塊電池組成的超級陣列外，更為重要的是靠專門的電力電子設(shè)備及控制軟件把多個能源系統(tǒng)與儲能設(shè)備整合在一起，進(jìn)行不間斷供電。這個微電網(wǎng)中每個能源點處與大電網(wǎng)的連接處都安裝了如同大型計算機(jī)大小的網(wǎng)絡(luò)控制器。能調(diào)整不同能源電力頻率和電壓的設(shè)備，則可以用來協(xié)調(diào)來自風(fēng)能、太陽能電池、柴油發(fā)電機(jī)和其他能源的電力。專門的軟件系統(tǒng)，用于幫助微電網(wǎng)從每個電源都盡量獲取最多的電力，并對用電需求做出反應(yīng)，比如在大電網(wǎng)用電高峰時為其補(bǔ)輸電力。

顯然，這個美國目前為止最大的微型電網(wǎng)，也是一個最先進(jìn)的智能電網(wǎng)。這種分布式能源微電網(wǎng)，雖然在現(xiàn)在還只是作為傳統(tǒng)能源大電網(wǎng)的備份補(bǔ)充，但幾年之后在某些地區(qū)完全可成為傳統(tǒng)電網(wǎng)的替代品。因為要想解決當(dāng)下能源價格高企，以及增加能源開發(fā)和利用過程中的安全性和高效性，唯有改變整個的能源系統(tǒng)，掀起一場能源革命。一場既是關(guān)于能源自身的革命，也是一場由能源而引發(fā)的最后一次工業(yè)革命。

能源創(chuàng)新之困

安迪·凱斯勒在自己的著作《我們?nèi)绾蝸淼浆F(xiàn)在：商業(yè)、技術(shù)與金融趣史》的第一句話是：“一切都始于工業(yè)革命?！边@句話或許需要再延伸一下：一切都始于能源所驅(qū)動的工業(yè)革命。無論是最初人類用蒸汽機(jī)動力煉鐵、紡織、運輸（蒸汽機(jī)車），還是后來在電力大規(guī)模廣泛應(yīng)用后掀起的第二次工業(yè)革命的高漲及持續(xù)，以及被稱為最后一次工業(yè)革命的第三次工業(yè)革命都與能源相關(guān)——無論是能源的開采（生產(chǎn)）、交易，還是應(yīng)用、創(chuàng)新。

但現(xiàn)在來看，人類與能源的關(guān)系似乎陷入了一個怪圈：在最開始，人類拼命地開采、使用能源，賺了很多錢；也就在三、四百年后的現(xiàn)在，人類用之前賺到的錢應(yīng)對自己當(dāng)初對能源的過度開采和使用帶來的種種危機(jī)，彌補(bǔ)錯失。與當(dāng)初人類在發(fā)現(xiàn)煤、石油、核動力時的欣喜若狂形成鮮明對比的是，現(xiàn)在的人類苦惱于能源創(chuàng)新，苦惱于如何探索種種新能源。確切地說，真正苦惱于如何探索出一種性價比更合適的、更清潔的電力產(chǎn)生和利用方式。至于究竟是哪種能源產(chǎn)生的，在一些人看來其實并不重要。所以說，人們關(guān)心的并不是有哪些類似太陽能、風(fēng)能新能源出來，而是苦心尋找現(xiàn)有能源電力的生產(chǎn)、利用方式。但這并不容易！

能源及電力網(wǎng)的創(chuàng)新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于IT、互聯(lián)網(wǎng)，美國的一些能源創(chuàng)新中心往往都是用10年的時間集中解決一個問題，而創(chuàng)新成果至少需要在50～60年后才能產(chǎn)生影響。另一方面，其所需要投入的研發(fā)費用與失效率也高得離譜，“美國國會在授權(quán)新能源項目貸款時，就已經(jīng)知道會有失敗，并另會專門劃撥出100億美元來彌補(bǔ)損失?！泵绹茉床块L朱棣文如是說。更有人預(yù)計，能源創(chuàng)新資金的失效率普遍會超過90%，“在你投入研發(fā)上的金額和你收回的金額之間，沒有明確的映射關(guān)系，而資金不足還會拖延進(jìn)展速度。”

實際上，正如我們看到的Santa Rita 監(jiān)獄的分布式能源應(yīng)用，能源創(chuàng)新是一項復(fù)雜的技術(shù)，能源創(chuàng)新之困是技術(shù)之困。風(fēng)能、太陽能電力之所以一直坐在替補(bǔ)席上，根本的原因就是沒有解決掉技術(shù)難題，比如傳輸并網(wǎng)、儲能等。能源創(chuàng)新需要全球成千上萬家的芯片、軟件、電力設(shè)備、能源開采、儲能等眾多行業(yè)的技術(shù)公司參與其中，嘗試新技術(shù)應(yīng)用，增加成效率。想想看愛迪生在找到鎢絲之前，嘗試過多少種材料吧。

能源自身的革命

能源自身的革命是由技術(shù)驅(qū)動的一場革命。

人類應(yīng)用電力以來，就習(xí)慣了“大集中”。電力靠大發(fā)電廠集中生產(chǎn)，然后又靠大電網(wǎng)集中傳輸，但在最終使用時卻是分散的。在分散應(yīng)用時，根據(jù)需求的不同才需要調(diào)電壓，才需要變電站。這種由生產(chǎn)方來控制需求方的方式，有悖于正常的供應(yīng)關(guān)系，但它之所以一直存在，根結(jié)在于人們在煤、石油、水利、核能的開采及電力生產(chǎn)方式一直都是技術(shù)密集型的，單獨個人或一家一戶是做不來的。而風(fēng)能和太陽能之所以被人們看做新能源來應(yīng)用，在于其開采、生產(chǎn)方式的技術(shù)允許個人、一個家庭來做。

諾伯特·羅爾斯（Norbert Leurs）是德國的一名農(nóng)夫，他以種馬鈴薯和養(yǎng)豬維持全家生計。幾年前，一家小型風(fēng)能公司在他的土豆田里豎起了一座70米高的風(fēng)機(jī)。這讓羅爾斯在收獲土豆的同時，每年還可以得到風(fēng)能公司6%的電力銷售收入，約9500美元。羅爾斯正考慮在田里再多增加2到3臺風(fēng)機(jī)，每個都有140米高。不僅如此，羅爾斯還貸款在自家的豬圈、谷倉和房屋頂上都安裝了太陽能電池板，生產(chǎn)的電力除了自己用之外，還可以出售給當(dāng)?shù)氐碾娏Σ块T，這讓羅爾斯每年可以賺到28萬美元，預(yù)計在還清貸款后可以獲得200萬美元的收入。

最近羅爾斯又得知，美國一家公司正在研究制造一種新型的太陽能電池板薄膜，能使電池板的成本降低一半以上，這就讓太陽能發(fā)電足可與化石燃料電力競爭。這種新材料能使太陽能電池更有效，生產(chǎn)出更多的電力只需要一定量的材料和設(shè)備，同時還能降低安裝成本，因為只需要較少的太陽能電池板。

對于自己一直所擔(dān)心的電池板朝向及采光問題，羅爾斯發(fā)現(xiàn)一種解決辦法，在每個電池面板上安裝一個2美元的微處理器，以此對那些成片的鏡子或光電板進(jìn)行優(yōu)化，讓它們更輕、更可靠，能源效率更高。這些微處理器可以控制面板的朝向，能讓每塊板都獨立地跟蹤太陽，以取代過去使用更多鋼材、更大的齒輪和齒輪箱的系統(tǒng)。羅爾斯正在考慮換裝這種新型電池板。

新技術(shù)讓羅爾斯這樣的家庭實現(xiàn)電力自給自足的同時，還能把多余電力出售出去，讓羅爾斯家由以前單純的電力用戶變?yōu)橛脩?、電力生產(chǎn)者、利益獲得者。所以，現(xiàn)在的關(guān)鍵是要把分散的用戶變成生產(chǎn)者，把更多的小型風(fēng)機(jī)、新型太陽能電池板安裝在地間地頭、房屋屋頂，讓每一間房屋、每一棟樓房都成為一個小發(fā)電廠——但這還不夠！要想將每一大洲的每一棟建筑都轉(zhuǎn)化為微型發(fā)電廠，還需要解決智能控制問題。

虛擬“發(fā)電站”

Santa Rita 監(jiān)獄微電網(wǎng)的工作原理與IT中的云計算非常類似，把不同的能源電力匯集使用，多余的能源部分被外部電網(wǎng)回收，共享給更多的人來使用，其分布式能源應(yīng)用的先進(jìn)之處在于其對微電網(wǎng)電力的生產(chǎn)、利用的控制能力。這個微電網(wǎng)雖然只是一個樣本，但卻已經(jīng)掀開能源革命的一角，即用虛擬發(fā)電站。

萊茵-魯爾地區(qū)在歷史上除了是兵家必爭之地，還是德國的重工業(yè)區(qū)，并且是德國人口密度最高的區(qū)域，這里的狂野空地上矗立著風(fēng)電渦輪機(jī)、建筑屋頂上鋪蓋著太陽能電池板，還有其他一些可再生性的新能源設(shè)備。德國四大發(fā)電公司之一RWE集團(tuán)正在通過一套智能軟件系統(tǒng)統(tǒng)籌安排該地區(qū)各種能源設(shè)備的電力輸出，實現(xiàn)穩(wěn)定供電，并獲得政府補(bǔ)貼。

依靠這套軟件系統(tǒng)，RWE可以控制數(shù)量眾多的能源設(shè)備或分布式儲能站，協(xié)調(diào)它們的電力輸出。軟件系統(tǒng)會對該區(qū)域內(nèi)的可再生能源發(fā)電機(jī)組進(jìn)行數(shù)字監(jiān)控，將它們產(chǎn)生的電力集結(jié)在一些，當(dāng)形成較大的供應(yīng)量時，再通過計算機(jī)進(jìn)行交易，在能源市場上出售。

這套軟件的根本目標(biāo)就是把區(qū)域內(nèi)數(shù)千個單獨供電時都不可靠的可再生能源，轉(zhuǎn)換成電力部門可以信賴的巨大網(wǎng)絡(luò)，一張能源互聯(lián)網(wǎng)。對于風(fēng)能、太陽能等可再生能源電力而言，這套系統(tǒng)讓它們的電力有能力與天然氣、煤炭和核能發(fā)電站展開合同競爭。

可以肯定的是，隨著人們對大數(shù)據(jù)處理能力的提高，人們已經(jīng)可以借助智能化軟件系統(tǒng)來計算可用電力供給的詳細(xì)數(shù)據(jù)以及對這些信息進(jìn)行提前預(yù)測。這就不需要再為解決太陽能發(fā)電站和風(fēng)力發(fā)電場不能提供穩(wěn)定均勻電力問題，而苦心鉆研大規(guī)模能源存儲技術(shù)。

有了這種虛擬電廠，在必要時電力公司可以集結(jié)全區(qū)域、全國內(nèi)的所有的儲能電池、?？康碾妱悠嚒⒓彝ビ冒l(fā)電機(jī)組，以及為大型建筑供電力的大型機(jī)組，來制造電力供電。在德國，5%的用電量可通過這種方式解決。

最后一次工業(yè)革命

分布式能源得以根本應(yīng)用，完全在于智能化控制技術(shù)的應(yīng)用。智能化控制技術(shù)把微電網(wǎng)、大電網(wǎng)變成了另一種可以傳輸電力信息的的能源互聯(lián)網(wǎng)。而在經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）看來：當(dāng)通信革命和能源革命相結(jié)合時，就會出現(xiàn)一次新的工業(yè)革命。

第一次工業(yè)革命時期（18世紀(jì)60年代～19世紀(jì)40年代），通信技術(shù)發(fā)生了革命性變化，從手工印刷到蒸汽機(jī)動力印刷，后者可以實現(xiàn)低成本大量印制和傳播信息，類似今天互聯(lián)網(wǎng)所實現(xiàn)的變化。于是出現(xiàn)公立學(xué)校，大量識字勞動力。這時出現(xiàn)了新的通信系統(tǒng)去管理以煤炭為基礎(chǔ)的新能源系統(tǒng)。第二次工業(yè)革命時期（19世紀(jì)70年代-20世紀(jì)初），通信與能源再度攜手，集中的電力、電話以及后來的無線電和電視機(jī)，可以管理更復(fù)雜的石油管道網(wǎng)、汽車路網(wǎng)，進(jìn)而為城市文化的興起提供了可能性。里夫金認(rèn)為，“現(xiàn)在第二次工業(yè)革命正在死去，以能源為主要支柱的第三次工業(yè)革命正在到來?！崩锓蚪鸬闹鳌兜谌喂I(yè)革命》中提到，第三次工業(yè)革命有五個支柱分別是：1.向可再生能源轉(zhuǎn)型；2.以建筑為單位的小型電站；3.擴(kuò)展到所有基礎(chǔ)設(shè)施上的能源生產(chǎn)和儲存；4.充電式交通系統(tǒng)從互動式電網(wǎng)中獲取電能；5.能源互聯(lián)網(wǎng)。

在這最后一次工業(yè)革命中，一些大企業(yè)必然要消亡，另外一些要想不“死去”，必須轉(zhuǎn)型。轉(zhuǎn)型的企業(yè)要從初級生產(chǎn)（Primary Production）轉(zhuǎn)為聚合者（Aggregator）的角色。

以電力公司為例，他們必然要拋棄掉過去一直所習(xí)慣的制造、分配、售賣電力的舊模式。隨著數(shù)以百萬計的個體來自己創(chuàng)造綠色電力，把綠色電力回輸?shù)诫娋W(wǎng)，這就迫使電力公司接受一個新現(xiàn)實：我們都在制造新電力，你的角色要怎么調(diào)整？你要來怎么經(jīng)營這個能源互聯(lián)網(wǎng)？

現(xiàn)在的電力公司應(yīng)該把角色轉(zhuǎn)變到為中小企業(yè)管理綠色電力流（Energy Flows）上來，要降低他們的能源成本，提高熱能動力效率。電力公司的客戶現(xiàn)在要與其一同分享生產(chǎn)力提升帶來的收益。在歐洲，一些電力公司已經(jīng)在向這個新模式轉(zhuǎn)型，但它們并未放棄舊模式，而是采用兩個組合，逐漸拋棄舊的集中模式，讓新模式用20～30年時間內(nèi)逐漸應(yīng)用起來。

在這最后一次工業(yè)革命中，個人、企業(yè)、社區(qū)都通過能源互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來，能源互聯(lián)網(wǎng)可以超越地域局限，實現(xiàn)整個大洲范圍內(nèi)的連接，白天太陽照射的地區(qū)把剩余能源分享給已經(jīng)是黑夜的其他地區(qū)，風(fēng)能、生物能、潮汐的能源也實現(xiàn)分享。最終，提高能源互聯(lián)網(wǎng)水平方向上的規(guī)模效應(yīng)，進(jìn)而實現(xiàn)支持整個大洲經(jīng)濟(jì)的作用。