能源革命

這既是一場關于能源自身的革命，也是一場由能源而引發的最后一次工業革命。

真實的分布式能源應用其實并不遙遠，就是現在！只不過，所應用的地方有點讓人意料不到——美國監獄。

Santa Rita 監獄位于美國加利福尼亞州阿拉米達縣，關押著4000名囚犯。在最近，這所監獄完成了一項分布式能源應用。監獄內的柴油發電機、風力渦輪機、太陽能電池板、燃料電池所產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而獨立運作的微型電網。在遇到大電網斷電的意外情況時，微型電網可以為監獄繼續供應電力，每年能為監獄節約10萬美元。而當大電網遇到用電高峰時，微型電網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用，其最大不同之處在于把電壓很不穩定的、時斷時續的風能與太陽能電力，同常規的柴油發電機和燃料電池電力融合在了一起，形成一個獨立的微電網。

這個微電網既不同于常規的緊急備用電源系統，也不是獨立的一大塊蓄電池，更不是風能、太陽能電網，而是在這幾者的基礎上前進了一步。在無風或太陽落山時，可以供電；在柴油發電機使用受限制時，也可以供電——這些都在于微型電網把不同能源電力整合在了一起使用。這除了得益于數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備及控制軟件把多個能源系統與儲能設備整合在一起，進行不間斷供電。這個微電網中每個能源點處與大電網的連接處都安裝了如同大型計算機大小的網絡控制器。能調整不同能源電力頻率和電壓的設備，則可以用來協調來自風能、太陽能電池、柴油發電機和其他能源的電力。專門的軟件系統，用于幫助微電網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，比如在大電網用電高峰時為其補輸電力。

顯然，這個美國目前為止最大的微型電網，也是一個最先進的智能電網。這種分布式能源微電網，雖然在現在還只是作為傳統能源大電網的備份補充，但幾年之后在某些地區完全可成為傳統電網的替代品。因為要想解決當下能源價格高企，以及增加能源開發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，掀起一場能源革命。一場既是關于能源自身的革命，也是一場由能源而引發的最后一次工業革命。

能源創新之困

安迪·凱斯勒在自己的著作《我們如何來到現在：商業、技術與金融趣史》的第一句話是：“一切都始于工業革命。”這句話或許需要再延伸一下：一切都始于能源所驅動的工業革命。無論是最初人類用蒸汽機動力煉鐵、紡織、運輸（蒸汽機車），還是后來在電力大規模廣泛應用后掀起的第二次工業革命的高漲及持續，以及被稱為最后一次工業革命的第三次工業革命都與能源相關——無論是能源的開采（生產）、交易，還是應用、創新。

但現在來看，人類與能源的關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、四百年后的現在，人類用之前賺到的錢應對自己當初對能源的過度開采和使用帶來的種種危機，彌補錯失。與當初人類在發現煤、石油、核動力時的欣喜若狂形成鮮明對比的是，現在的人類苦惱于能源創新，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、更清潔的電力產生和利用方式。至于究竟是哪種能源產生的，在一些人看來其實并不重要。所以說，人們關心的并不是有哪些類似太陽能、風能新能源出來，而是苦心尋找現有能源電力的生產、利用方式。但這并不容易！

能源及電力網的創新速度遠遠低于IT、互聯網，美國的一些能源創新中心往往都是用10年的時間集中解決一個問題，而創新成果至少需要在50～60年后才能產生影響。另一方面，其所需要投入的研發費用與失效率也高得離譜，“美國國會在授權新能源項目貸款時，就已經知道會有失敗，并另會專門劃撥出100億美元來彌補損失。”美國能源部長朱棣文如是說。更有人預計，能源創新資金的失效率普遍會超過90%，“在你投入研發上的金額和你收回的金額之間，沒有明確的映射關系，而資金不足還會拖延進展速度。”

實際上，正如我們看到的Santa Rita 監獄的分布式能源應用，能源創新是一項復雜的技術，能源創新之困是技術之困。風能、太陽能電力之所以一直坐在替補席上，根本的原因就是沒有解決掉技術難題，比如傳輸并網、儲能等。能源創新需要全球成千上萬家的芯片、軟件、電力設備、能源開采、儲能等眾多行業的技術公司參與其中，嘗試新技術應用，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驅動的一場革命。

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

諾伯特·羅爾斯（Norbert Leurs）是德國的一名農夫，他以種馬鈴薯和養豬維持全家生計。幾年前，一家小型風能公司在他的土豆田里豎起了一座70米高的風機。這讓羅爾斯在收獲土豆的同時，每年還可以得到風能公司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臺風機，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，生產的電力除了自己用之外，還可以出售給當地的電力部門，這讓羅爾斯每年可以賺到28萬美元，預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，生產出更多的電力只需要一定量的材料和設備，同時還能降低安裝成本，因為只需要較少的太陽能電池板。

對于自己一直所擔心的電池板朝向及采光問題，羅爾斯發現一種解決辦法，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行優化，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。羅爾斯正在考慮換裝這種新型電池板。

新技術讓羅爾斯這樣的家庭實現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為用戶、電力生產者、利益獲得者。所以，現在的關鍵是要把分散的用戶變成生產者，把更多的小型風機、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電廠——但這還不夠！要想將每一大洲的每一棟建筑都轉化為微型發電廠，還需要解決智能控制問題。

虛擬“發電站”

Santa Rita 監獄微電網的工作原理與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回收，共享給更多的人來使用，其分布式能源應用的先進之處在于其對微電網電力的生產、利用的控制能力。這個微電網雖然只是一個樣本，但卻已經掀開能源革命的一角，即用虛擬發電站。

萊茵-魯爾地區在歷史上除了是兵家必爭之地，還是德國的重工業區，并且是德國人口密度最高的區域，這里的狂野空地上矗立著風電渦輪機、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備。德國四大發電公司之一RWE集團正在通過一套智能軟件系統統籌安排該地區各種能源設備的電力輸出，實現穩定供電，并獲得政府補貼。

依靠這套軟件系統，RWE可以控制數量眾多的能源設備或分布式儲能站，協調它們的電力輸出。軟件系統會對該區域內的可再生能源發電機組進行數字監控，將它們產生的電力集結在一些，當形成較大的供應量時，再通過計算機進行交易，在能源市場上出售。

這套軟件的根本目標就是把區域內數千個單獨供電時都不可靠的可再生能源，轉換成電力部門可以信賴的巨大網絡，一張能源互聯網。對于風能、太陽能等可再生能源電力而言，這套系統讓它們的電力有能力與天然氣、煤炭和核能發電站展開合同競爭。

可以肯定的是，隨著人們對大數據處理能力的提高，人們已經可以借助智能化軟件系統來計算可用電力供給的詳細數據以及對這些信息進行提前預測。這就不需要再為解決太陽能發電站和風力發電場不能提供穩定均勻電力問題，而苦心鉆研大規模能源存儲技術。

有了這種虛擬電廠，在必要時電力公司可以集結全區域、全國內的所有的儲能電池、停靠的電動汽車、家庭用發電機組，以及為大型建筑供電力的大型機組，來制造電力供電。在德國，5%的用電量可通過這種方式解決。

最后一次工業革命

分布式能源得以根本應用，完全在于智能化控制技術的應用。智能化控制技術把微電網、大電網變成了另一種可以傳輸電力信息的的能源互聯網。而在經濟學家杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）看來：當通信革命和能源革命相結合時，就會出現一次新的工業革命。

第一次工業革命時期（18世紀60年代～19世紀40年代），通信技術發生了革命性變化，從手工印刷到蒸汽機動力印刷，后者可以實現低成本大量印制和傳播信息，類似今天互聯網所實現的變化。于是出現公立學校，大量識字勞動力。這時出現了新的通信系統去管理以煤炭為基礎的新能源系統。第二次工業革命時期（19世紀70年代-20世紀初），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，可以管理更復雜的石油管道網、汽車路網，進而為城市文化的興起提供了可能性。里夫金認為，“現在第二次工業革命正在死去，以能源為主要支柱的第三次工業革命正在到來。”里夫金的著作《第三次工業革命》中提到，第三次工業革命有五個支柱分別是：1.向可再生能源轉型；2.以建筑為單位的小型電站；3.擴展到所有基礎設施上的能源生產和儲存；4.充電式交通系統從互動式電網中獲取電能；5.能源互聯網。

在這最后一次工業革命中，一些大企業必然要消亡，另外一些要想不“死去”，必須轉型。轉型的企業要從初級生產（Primary Production）轉為聚合者（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慣的制造、分配、售賣電力的舊模式。隨著數以百萬計的個體來自己創造綠色電力，把綠色電力回輸到電網，這就迫使電力公司接受一個新現實：我們都在制造新電力，你的角色要怎么調整？你要來怎么經營這個能源互聯網？

現在的電力公司應該把角色轉變到為中小企業管理綠色電力流（Energy Flows）上來，要降低他們的能源成本，提高熱能動力效率。電力公司的客戶現在要與其一同分享生產力提升帶來的收益。在歐洲，一些電力公司已經在向這個新模式轉型，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年時間內逐漸應用起來。

在這最后一次工業革命中，個人、企業、社區都通過能源互聯網聯系起來，能源互聯網可以超越地域局限，實現整個大洲范圍內的連接，白天太陽照射的地區把剩余能源分享給已經是黑夜的其他地區，風能、生物能、潮汐的能源也實現分享。最終，提高能源互聯網水平方向上的規模效應，進而實現支持整個大洲經濟的作用。