绿色能源发展离不开“科技” [科技Talk]
风电光伏顽疾是“波动性”
VPP与ESS等绿色技术刻不容缓
市场仍在初期阶段 基础设施尚未完善
成本与机遇都不容忽视
曾经在环保电力上“孤注一掷（all in）”的欧洲大陆，如今正因乌克兰-俄罗斯战争引发的天然气价格暴涨而饱受煎熬。全球最大的海上风力发电设备制造企业“Ørsted”的股价近期暴跌了25%。也开始有人提出质疑，认为再生能源转型为时过早。
在各国政府补贴和税收优惠的推动下，风电、光伏设备在过去十几年里迅速发展，实际发电成本也大幅下降。即便如此，人们对能源危机的担忧却始终没有消失，这是为什么呢？
替代性再生能源为何依然昂贵？
要理解再生能源的两难处境，首先要弄清它是如何发电的。比如，假设有一个国家，风力发电占全国总发电量的50%。
乍一看，会以为这个国家的风力涡轮机一年四季稳定提供50%的电力。但事实并非如此。风能、太阳能最大的难题在于，人类无法控制其发电量。每年的风力强弱、日照时长的变化都会直接影响发电量。
也就是说，这个国家的风电并不是每天都供应50%的电力，而是在风多的日子里发电量达到100%，无风的日子里则为0%，通过这种剧烈波动，才在统计上“平均”达到50%。
一旦完全无风，全国发电量中的那50%就会瞬间消失。其他发电设施的需求会骤然上升，从而推高电价。与此同时，在风力强劲的日子里同样会出现问题：风电设施突然向电网输送过多电力，导致输电网络过载。
这时输电网运营商就不得不强制切断风电设施与电网的连接，并向被切断的风电设施所有者支付补偿金。结果是电价再次飙升。
要降低“波动性”……环保科技登场
从上述案例可以看出，“波动性”（Volatility）是导致环保能源实际发电成本迟迟降不下来的最大原因。即使在环保能源占比相对发达国家还算较低的韩国，也不时传出“环保电力过剩”的消息，因此可以预见，随着环保电力在能源结构中占据主流，这一问题将变得多么严峻。
因此，要做到100%利用环保电力，就必须拥有灵活而有弹性的电网管理技术，以及能够长期储存剩余电力的设备。代表这两类技术的，分别是虚拟电厂（Virtual Power Plant，VPP）和能源存储系统（Energy Storage System，ESS）。
就ESS而言，目前世界多地正在建设这样的设施：将数十个二次电池模组组合在一起，一次性储存数百兆瓦（MW）的电力。但单靠ESS，其局限性非常明显。以现阶段技术水平而言，再高性能的电池模组也很难长时间储存电力。为弥补这一缺点，利用过剩电力制氢的技术正在开发之中，但距离真正实现大规模量产仍有很长的路要走。
正因如此，目前VPP的重要性更为突出。VPP是一种通过云计算，将分散在各地的多座发电设施和储能设施连接起来，像管理一座巨型发电厂那样进行统一管理的技术。它可以把过剩的电力分散输入空闲电池，或者在面临大停电风险的电力短缺地区布局能源生产设施节点。
Octopus Energy 的用电模式控制技术示例。白天太阳能电池板产生过剩电力时，系统实时下调电价以引导用户多用电，夜间几乎无发电时则削减用电需求。图片由 Octopus Energy 提供
View original image在VPP技术方面走在前列的是电力零售市场已经实现私有化的美国和英国。在美国，电动汽车企业特斯拉正在引入VPP技术；而英国第二大能源零售企业Octopus则通过其自建的云端智能电力管理系统“Kraken”，已经在管理数百万以上的客户。
如果VPP技术进一步发展，人类的用电行为模式也将被纳入调控范围。以Octopus为例，当环保发电设施的开工率超过一定水平时，公司会实时下调客户的电费。通过这种方式，在电力充裕时提高需求，在电力减少时抑制需求，运用的是所谓“助推（nudge·通过激励引导特定选择）”策略。
此外，VPP还可以从单纯的发电设施和电池，扩展到电动汽车领域。这就是所谓的G2V/V2G（Grid to Vehicle / Vehicle to Grid）技术，即将全国范围内接入充电桩的电动汽车电池整体视为一个VPP节点，用以调节环保电力的供需。
机会也好，成本也罢，都无法被粉饰
Octopus的电动汽车电池—输电网连接系统“Powerloop”。如果将民用电动汽车电池作为虚拟发电站加以利用，将有助于解决未来的电力负荷过载问题。Octopus Energy供图
View original image由环保设施生产的电力，必须依靠能够控制波动性的技术来加以利用。然而，目前无论是VPP还是ESS，都还处在市场的初期导入阶段，而在这种情况下却已经大规模建设了再生能源发电设施，这正是最大的问题所在。
再生能源无疑是未来。减碳是全人类的共同任务，如果能够解决前文所述的波动性问题，我们就有望摆脱对少数资源型国家的依赖，迎来一个可以尽情享用廉价电力的时代。但必须牢记，每一次“转型”都必然伴随着相应的成本和风险。
例如，要充分发挥VPP的作用，就必须对输电网络进行大规模改造。需要建设由高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）构成的所谓“电流高速公路”，以便将电力输送到远离发电设施的用电地或能源存储系统。毫无疑问，要完善这样的公共基础设施，需要投入巨额税收。
关于VPP本身，也有不少需要深思之处。将迄今几乎与数字技术无缘的发电设施数据迁移到云端，需要庞大的资本和技术人力。无论由国有企业承担，还是引入民间资本，要实现向环保能源的转型，至少在初期阶段必须承受相当规模的固定资本投入。
电力堪称现代文明的血液，而电价在任何国家都是极为敏感的问题。正如对再生能源的盲目怀疑可能阻碍其潜力的发挥一样，不加分辨地鼓吹乐观主义，同样是在粉饰当前摆在我们面前的现实问题。
真正的环保能源转型，只有在社会对“我们愿意承担多大的成本”和“希望实现怎样的能源组合”达成共识之后，才能真正迈出实质性步伐。
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