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报告|拥抱能源新格局:智慧电网是传统电网向能源互联网变革的代表

北极星输配电网  来源:陈果A股策略    2018/5/30 13:16:56  我要投稿  
所属频道: 微电网  关键词:智慧电网 电力改革 微电网

北极星输配电网讯:在对新经济的研究中,我们越来越明显的体会到革命性的技术突破给经济和社会带来的巨大改变。本篇是新经济研究系列中的产业篇,我们将聚焦新一代能源技术革命在新经济时代蓬勃发展带来的产业机会。

1. 危机与希望:人类能源利用新探索

“现代文明是能源浪潮的产物,但是人类对能源的胃口总是欲壑难填,这使得解决能源短缺的办法总是暂时的,人类面临的挑战却是永久的。”

——阿尔弗雷德•克劳士比:《人类能源史》(Children of the Sun)

1.1. 三次能源浪潮,支撑起现代文明

人类何以超越众生,成为陆地的王者?何以创造文明,积累财富?纵观人类文明史,文明的诞生和现代文明的到来,都与能源革命息息相关。人类利用能源手段和效率的每一次升级,都将对经济和社会带来不可估量的改变。

火:堪比语言的伟大发明火是人类文明在能源利用上的第一次突破,开启了人类主动利用能源的时代。查尔斯•达尔文曾说:火是人类发明的一种便捷、可靠的新方法来获取在有机物中累积的太阳能,是一个巨大进步,在人类发展史中,它的重要性仅次于语言的形成。

火的使用,使得烹饪食物和加工金属成为可能,薪柴、秸秆中的生物质能和人力、畜力一起成为了古代最为主要的能量来源。随着科技的发展,水力和风车/风帆的应用也越来越普遍,在第一次工业革命之前发挥了重要作用。

煤:开启工业文明黄金时代几千年来,人类社会经济水平一直未能获得真正的增长,能源的利用未获突破是其中重要的原因之一(人力劳动的功率很难持续的超过100W)。煤炭的利用和蒸汽机的发明从空间和时间上极大的延伸了人类获取和利用能源的手段。从空间上,人类第一次将能源的利用从地表延伸至地下;从时间上,远古时期的生物质能孕育成为化石能源,亿万年前的太阳能通过这种方式馈赠给人类。工业革命之后,人类迎来了第一个发展黄金时代。

电:电气化时代创造无限可能

人类对能源的利用从热力转化为机械动力,开启了工业化规模生产的新篇章。石油的应用和内燃机的发明意味着蒸汽这一转化摆脱了蒸汽这一媒介,能源利用的效率大大提升。电力技术的出现使得机械动能得以通过电磁感应转化为电能。电气化时代开启,方便灵活、即停即起的电力能源创造出无限可能。

1.2. 高能文明的未来:基本规律与发展趋势

正如地理学家斯密尔所说:“现代社会最根本的特征是:我们拥有依赖大规模燃烧化石燃料的高能文明。”目前人类的初级能源使用量,约是1850年的20倍、1950年的5倍。如此庞大的能源消耗引发了人们对其可持续性的深深担忧。高能文明的未来走向何方?人类能源利用发展的三条基本规律或许能够帮助我们看清未来的发展趋势。

能源类型由高碳向低碳发展:无论是传统的薪柴还是现代的煤炭、石油等化石能源,污染和碳排放过高的问题一直困扰着整个社会。从长期看,能源类型由高碳向低碳发展,有化石能源转向清洁能源是大势所趋。煤炭单位热值的碳含量为26.37t/TJ,原油为20.1 t/TJ,天然气为15.3 t/TJ,而水电,风电,太阳能、核能等几乎没有碳排放。

资源生产由简单生产向技术生产发展:蒸汽机的发明让从矿井中抽水非常高效,其普及推广使得英国煤炭矿井的平均深度提升了一倍,煤炭的开采得以从地表深入地下。从那时起,资源生产的技术含量越来越高。电力、核能、风电、光伏的诞生无不是时代最高端的科技运用。近年来水平井分段压裂技术的应用更是掀起了一场能源领域的“页岩油气革命”,美国在这次变革中独占鳌头。

能源利用形式由直接一次转换向多次转化发展:工业革命前能源的利用多局限于热能,随着工业革命中蒸汽机和内燃机的发明,能源的利用更多是转换为机械动能。而进入电气化时代后,能源又经历了动能向电能的转换。能源的运输和使用更为便捷,效率更高。

人类社会未来能源的发展趋势,我们认为从能源类型上将回归太阳能本源,并追求核能的终极目标。从能源利用上将节能和效率提升并举。

能源类型:回归太阳能本源。无论是生物质能还是储存在地底的化石能源,亦或是水力,风力蕴含的能量,本源都是来自太阳内部无时无刻不在进行的核聚变产生的能量。而地热能和核能实际的能量来源也是来自原子核。对于人类来说,太阳能才是取之不尽的能量宝库,生物、化石能源等只是通过化学能储存与释放能量的一种方式。人类能源利用未来的发展趋势,必将回归太阳能本源,中长期将迎来以风电、光伏为代表的清洁能源革命,而突破核聚变获得“人造太阳”则是人类探寻新能源的终极目标。

能源利用:节能和效率提升并举。在人类获得取之不尽的核聚变能源之前,经济发展对能源的消耗却急剧增加,能源的可持续与高效利用的重要性日益突显。新一轮的能源变革除了是清洁能源革命,也是节能技术和电网技术的革命。智能电网,能源互联网的技术突破与应用普及将成为这场变革中的一大亮点。

1.3. 青萍之末,微澜之间:世界能源格局新变化

美国页岩油气革命,搅动世界能源格局

近十年间蓬勃兴起的页岩油气革命是油气工业的第三次革命(浅部集中易勘探易开发的构造油气藏→地层岩性油气藏(隐蔽油气藏)→非常规油气藏(连续型油气聚集)→页岩油、页岩气)。水平井多段水力压裂的出现与成功应用,催生了美国的页岩油气革命,重复压裂技术、新型压裂液技术、新型支撑剂等技术的成熟进一步促进了美国页岩油气产量的快速增长。一个最明显的改变是,美国原油产量已经从2011年初的约540万桶/天上升到如今超过1000万桶/天。有望在今年突破1100万桶/天并超越俄罗斯成为世界第一大产油国。原油净进口量已经从2011年时的900万桶/天降至600万桶/天。页岩气的泛滥影响同样不可小觑,天然气如今已经成为美国能源的中流砥柱,LNG也已成功出口中国,并可能在2020年使美国成为世界第三大LNG出口国(美国能源署预计)。

美国页岩油气产量的增长和出口的放开抵消了OPEC减产的努力,损害了沙特、俄罗斯、伊朗等国的利益。长期看可能导致美国和中东原油逐步脱钩,削弱沙特等中东产油国对美国的战略地位,动摇石油-美元的基础。

美国退出巴黎协定,中国扛起清洁能源革命旗帜

美国大力开发页岩油气,并退出巴黎协定之时,中国扛起了清洁能源革命的旗帜(一个重要的原因是:煤炭污染太严重,石油天然气对外依赖程度过高,而我国也没有美国丰富的页岩油气资源)。我们曾在去年11月的主题周报《迈向新时代,中国的清洁能源革命》中分析了当月15日国家能源局新能源和可再生能源司党支部书记、司长朱明在《中国电力报》上发表署名文章:坚持绿色发展推进新能源再上新台阶。文章中指出,力争到2035年,我国能源需求的增量全部可由清洁能源提供,可再生能源发展进入增量替代阶段。2035~本世纪中叶,全面构建以可再生能源为主体的现代能源体系,可再生能源对化石能源进入全面存量替代的阶段。

为了保证2030年前温室气体排放达到峰值的目标实现,我国需要发展高比例的可再生能源和高效率的能源系统。根据发改委能源研究所《中国2050高比例可再生能源发展情景暨途径研究》的预测,到2050年我国能源效率将比2010年提升90%,届时可再生能源占一次能源比例达到62%,年发电量达15.2万亿千瓦时,可再生能源发电量比例达到82%,非化石能源发电占比达到91%,煤电发电量占比下降到7%以下。

风电和光伏将发展为我国绿色电力系统的中流砥柱,预计在2020年至2040年得到迅猛发展:平均每年新增装机容量接近1亿千瓦,到2050年实现24亿千瓦风电和27亿太阳能发电,年发电9.66万亿千瓦时,占全部发电量的64%。技术突破、成本降低和新电改的成功将成为风电光伏跨越式发展的关键因素。

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