如今，多種不同的發(fā)展趨勢可能會重塑全球的電力系統(tǒng)。隨著電力市場轉(zhuǎn)型、技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)融合、消費方式轉(zhuǎn)變、環(huán)境問題日益增加，“消費者”出現(xiàn)，電力公司必須創(chuàng)新和發(fā)展以應對這種有些混亂的局面。
美國西北大學宏觀經(jīng)濟學和經(jīng)濟史學家羅伯特.J.戈登（RobertJ.Gordon）最近在休斯頓萊斯大學的一次演講中提出了一個有趣的場景：如果一個人在1870年睡著，在1939年醒來，那么這個人將會被這個世界出現(xiàn)的五個偉大的發(fā)明所震驚：電力、城市衛(wèi)生、化學和制藥、內(nèi)燃機、現(xiàn)代通訊。戈登在一本名為“美國增長的崛起與衰落”一書中提出了自己的觀點，他認為這個關(guān)鍵時期之后是又一個沉寂漫長的幾十年，而在此期間，這些發(fā)明被提煉和開發(fā)利用。
但自20世紀70年代以來，文化已經(jīng)趨于飽和，只有一絲微弱的變化。在當時，技術(shù)停滯，不平等加劇，教育水平徘徊，很難看到一個巨大的轉(zhuǎn)變。他認為，即使是計算機和數(shù)字化，到目前為止也只影響了一小部分經(jīng)濟，其絕大部分發(fā)生在娛樂、信息和通信領(lǐng)域。
一些業(yè)內(nèi)權(quán)威人士認為，戈登的經(jīng)濟加權(quán)理論雖然功能強大，但它依賴于全要素生產(chǎn)率（一種基于創(chuàng)新效率的國內(nèi)生產(chǎn)總值的經(jīng)濟手段）是短視的。其中有微軟公司創(chuàng)始人比爾？蓋茨（BillGates）在博客中表示，“數(shù)字革命影響了市場的機制”。許多人也指出，這是一個顛覆了全球許多行業(yè)的變革時代，電力部門身在其中。
雖然電動汽車（EV）的需求不一致對電網(wǎng)的沖擊速度造成不確定性，但電動汽車制造商正在推動快速充電技術(shù)，其目標是在五分鐘內(nèi)為100千伏安的電池充電，從而產(chǎn)生1.2兆瓦的需求。同時為系統(tǒng)中的6萬輛電動汽車充電，例如美國德克薩斯州汽車部門每年登記的2400萬輛汽車中只有0.25％的電量能夠?qū)㈦娏π枨筇岣叩?0GW以上，這大于德克薩斯州電力可靠性委員會（Electric Reliability Councilof Texas）目前的高峰需求。調(diào)研機構(gòu)Wood Mackenzie能源咨詢公司在2017年12月的一份報告中表示（圖1）。相反，由電動汽車提供的效率提升可能導致石油需求下降。
圖1.電動車驅(qū)動。WoodMackenzie公司預計，到2035年，將有1.25億輛電動車（EV）被采用，每天可以取代180萬桶的石油需求量，并增加350TWh電力需求。在反映與巴黎協(xié)議一致的軌跡的碳約束場景下，采用的電動汽車可能飆升至3.5億輛。
1.電力市場的轉(zhuǎn)型
電力行業(yè)在過去十年的轉(zhuǎn)變是深刻而明確的，即使電力的多元化格局參差不齊。但數(shù)字化不是擾亂電力行業(yè)發(fā)展的唯一因素。
根據(jù)Wood Mackenzie公司電力和可再生能源部門的全球內(nèi)容和商業(yè)戰(zhàn)略負責人Prajit Ghosh的說法，電力市場促進了這種轉(zhuǎn)變。他認為，電力市場已經(jīng)成為智能手機已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的巨大“催化劑”。
自從20世紀90年代初，世界各地的選定地區(qū)開始通過引入大型發(fā)電機之間的競爭來重建其傳統(tǒng)的垂直一體化公用事業(yè)，電力市場已經(jīng)吸收了（盡管速度和范圍各不相同）新的變化驅(qū)動因素。其中包括技術(shù)驅(qū)動因素，如公用事業(yè)規(guī)模的風能和太陽能、分布式發(fā)電、智能電網(wǎng)、能源存儲、能源效率。其激勵機制、商業(yè)模式和機構(gòu)方法進一步大幅度地改變了這些變化，給公用事業(yè)和其他電力公司的傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃和運營實踐以及商業(yè)模式帶來了挑戰(zhàn)。
“可以說，電力市場將與智能手機具有相同的目的。”Ghosh在10月份表示。“其原因是電力市場不是主要的商品，這不是像煤炭或天然氣這樣的燃料。無論是煤炭、天然氣還是可再生能源和生物質(zhì)能源，電力市場也在不相關(guān)的能源市場之間建立聯(lián)系。例如，雖然大多數(shù)國家不再使用大量的石油進行發(fā)電，而在電氣化方面和電動汽車已經(jīng)實現(xiàn)了這一聯(lián)系。”Ghosh說。
2.快速的技術(shù)進步
根據(jù)Ghosh的觀點，另一個中斷的關(guān)鍵標志是能源技術(shù)的進步。他說，自2007年以來，隨著容量因素的飆升，風能和太陽能的成本大幅下降，促進了其在所有市場上的迅速普及，包括近海和分布式能源。
根據(jù)國際能源機構(gòu)（IEA）的數(shù)據(jù)，可變可再生能源的普及率在許多市場中將達到20％到30％的份額，更加廣泛的行業(yè)已經(jīng)看到了影響。例如，在德國，傳統(tǒng)的熱電廠（特別是煤電廠）采用了更靈活的設(shè)備、軟件和操作修改，以實現(xiàn)更高的速率、更多的啟動和停止，以及更低的最小生成（圖2）。
圖2.德國的燃煤發(fā)電。德國可變發(fā)電量的增加為發(fā)電機提出了技術(shù)和經(jīng)濟問題，但似乎已經(jīng)適應。該圖顯示了2016年該國七天內(nèi)燃煤發(fā)電廠的發(fā)電模式，顯示了其循環(huán)能力。ENTSO-E（2017a），每種生產(chǎn)類型的實際產(chǎn)量
能源儲存也取得了重大進展。多年來，作為能夠?qū)㈤g歇式能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閳詫嵉幕矩摵赡芰Φ哪繕耍娏π袠I(yè)在2011年至2014年之間的能源儲備發(fā)展得到了更多的關(guān)注，在這段時間內(nèi)，一些示范項目呈現(xiàn)出不同的技術(shù)可以優(yōu)化能量傳輸。據(jù)市場研究公司IHSMarkit的數(shù)據(jù)，全球能源存儲市場2017年安裝了6GW，與2012年和2013年安裝的0.34GW相比呈指數(shù)增長。專家普遍預計，由于電池儲能成本翻番，這一增長將繼續(xù)下去（圖3）。HIS公司的預測顯示，到2022年，年度設(shè)備儲能量可能會激增至40GW.
圖3.降低電池組成本預測。根據(jù)Wood Mackenzie公司的說法，預計2030年的成本已經(jīng)實現(xiàn)。它表示，成本下降將對可再生能源和運輸電氣化產(chǎn)生長期影響。
AES能源存儲公司總裁約翰.扎胡蘭奇克（John Zahurancik）說，2015年至2017年期間，能源存儲正在被廣泛地納入公用事業(yè)規(guī)劃和電力系統(tǒng)規(guī)劃。AES公司和西門子公司合作的Fluence Energy公司為電力行業(yè)提供技術(shù)和服務。Zahurancik表示：“如果你看看大型公用事業(yè)公司出臺的資源規(guī)劃指南，并看看獨立系統(tǒng)運營商的領(lǐng)域，以及他們制定的規(guī)則變化的方式，他們已經(jīng)實施了能源存儲。”
2017年2月，加利福尼亞州埃斯孔迪多市發(fā)布的SGD＆E30兆瓦，120兆瓦時系統(tǒng)由AESEnergyStorage提供。該設(shè)施是加利福尼亞州和加利福尼亞公共事業(yè)委員會在2016年洛杉磯北部阿利索峽谷天然氣儲能設(shè)施的加急響應的一部分。
3.技術(shù)和產(chǎn)業(yè)前沿的融合
美國儲能協(xié)會（EnergyStorageAssociation）首席執(zhí)行官KellySpeakes-Backman表示，雖然目前大部分儲能都是獨立支持電網(wǎng)，但其將變量發(fā)電轉(zhuǎn)換成可調(diào)度資源的能力的價值卻不足以說明問題。她指出：“在亞利桑那州和夏威夷州，與太陽能電站配對的四小時和五小時電池使太陽能滿足夜間需求。她說，像傳統(tǒng)核電和煤炭這樣的傳統(tǒng)發(fā)電所生產(chǎn)的儲能也正在顯示出收益，因為它將它們轉(zhuǎn)化為更靈活的資源。美國的大部分抽水蓄能電站正是為此而開發(fā)的。與聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機一樣，存儲與中等功率發(fā)電配套使用，可減少循環(huán)，實現(xiàn)更高效率的發(fā)電。這就是為什么人們看到像GE和瓦錫蘭這樣的公司將電池與燃氣發(fā)電配套使用的原因。”
Ghosh指出，這些發(fā)展是兩個完全不同的顛覆標志的說明。首先是技術(shù)的融合。他指出，電池價格的下降使電動汽車成為一個更可行的選擇，但他們也使太陽能和其他可再生能源更具成本效益和可靠性。第二個標志是工業(yè)的融合。“太陽能產(chǎn)業(yè)被電池行業(yè)所限制，石油行業(yè)和汽車制造業(yè)現(xiàn)在也局限于電池行業(yè)。他們都在爭奪同樣的供應鏈。”他說。這種相互作用促成了諸如可再生設(shè)施中的石油公司的交****投資。所有這些最終意味著降低這些技術(shù)的成本，這意味著這些技術(shù)越來越普及。
4.改變能源消費模式
雖然這些變化在供應方面有所表現(xiàn)，但自2007年以來，需求方面的能源消耗顯著上升，這主要得益于“能源獨立與安全法案”，該法令規(guī)定了2012年、2014年和2020年的照明標準。決策者在整個電力格局中考慮的一個關(guān)鍵特征是需求松弛。例如，停滯的需求增長促使發(fā)電項目取消或燃料來源決策，并在資源規(guī)劃中發(fā)揮重要作用。“人們現(xiàn)在看到的是能效的影響，而不是之前的原因，很大程度上是因為技術(shù)進步使燈泡會每隔一年、兩年，三年更換一次，所以周轉(zhuǎn)的速度要快得多。”他說。
消費模式也正在通過不斷發(fā)展的數(shù)字技術(shù)（包括技術(shù)控制和數(shù)據(jù)分析）來改變，消費者可以修改使用方式。越來越多的制造商和工業(yè)公司正在監(jiān)控加熱和冷卻，或者安裝能量傳感器來測量消耗變化并預測需求。與此同時，谷歌、Adobe、寶潔、沃爾瑪、麥當勞等大型制造商已經(jīng)宣布了2020年的能源效率目標，以獲得競爭優(yōu)勢，提升利潤率，最近也提高了環(huán)境的可持續(xù)性。
5.環(huán)境的可持續(xù)性問題
另一方面，環(huán)境的可持續(xù)性這個減少污染或減碳的驅(qū)動力也可能刺激需求。“在非常高的層面上，我們將進入一個人均能源消耗少或人均國內(nèi)生產(chǎn)總值的世界，而更多的能源消耗將以電力的形式出現(xiàn)。”施耐德電氣的電力部門和智能電網(wǎng)副總裁MarkFeasel表示。在北美地區(qū)，尤其是加利福尼亞州，已經(jīng)有大量投資用于支持電動汽車和港口電氣化的基礎(chǔ)設(shè)施。他指出，在北美地區(qū)以外，農(nóng)村電氣化的努力也增加了新的消費者。
同時，F(xiàn)easel指出：“財富500強中93％的首席執(zhí)行官在薪酬組合中都有一定的可持續(xù)性指標。但不是由法規(guī)驅(qū)動的，可持續(xù)發(fā)展正在源于數(shù)字化決策。”Feasel指出這是另一個不可否認的顛覆性因素。
6.消費者的出現(xiàn)
分布式能源（DERs）模塊化或小規(guī)模技術(shù)的普及，使最終用戶能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的需要在本地生產(chǎn)能源和時間消耗，意味著“脫離歷史自上而下的供應結(jié)構(gòu)這已經(jīng)標志著一個多世紀的電力系統(tǒng)。”國際能源機構(gòu)（IEA）說。它說，最重要的分布式能源（DERs）變化是屋頂太陽能光伏（PV）的增長，其全球設(shè)備從2010年的10.7GW增加到2016年的45.7GW，到2021年將增長到73GW.以澳大利亞為例，IEA指出，超過20％的家庭已經(jīng)配備了屋頂太陽能光伏。
總體而言，能源效率和需求管理也將包括儲能、能源效率和需求管理，這些都將看到更加重要的增長。該機構(gòu)表示，監(jiān)管激勵措施正在推動配電公司將傳統(tǒng)升級與電網(wǎng)容量相對照，以應對新興替代方案。反過來，這又促使最終用戶投資于分散式發(fā)電技術(shù)，將其轉(zhuǎn)化為積極管理其自身生產(chǎn)和能源消耗的“消費者”（見圖4）。
圖4.消費者的出現(xiàn)。綠線表明德克薩斯州的典型消費者如何消耗能源。紅線顯示消費模式，如果消費者部署了住宅太陽能電池板，也稱為低持續(xù)時間曲線（LDC）。
對于Ghosh而言，消費者的出現(xiàn)標志著“電力行業(yè)整體動態(tài)”的改變，盡管他指出這只是電力行業(yè)今天面臨的多重*之一。
“當考慮所有因素，電動汽車，屋頂光伏，存儲技術(shù)和數(shù)字化，這個行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是”讓所有這些技術(shù)實時互相交流，同時保持可靠性。“他說。
這些將會在多大范圍內(nèi)發(fā)揮作用還有待觀察。現(xiàn)在，變化即將到來。正如Ghosh所總結(jié)的那樣：“理解這些挑戰(zhàn)真的很重要，因為這不僅僅是脫碳，而是重寫整個經(jīng)濟，顯然，這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的任務。”再過10年，也許人們會對戈登所描述的“睡夢”情景產(chǎn)生共鳴。
