蒸汽機的出現帶來了工業革命，電氣化的普及帶來了信息革命，可以說人類歷史上每一次科技的重大發展，幾乎都與能源有關。而現在，能源的生產和使用方式也正發生著許多變化，那麼我們不妨暢享一下，“未來的能源”回是什麼樣子的？“未來的能源”又會對我們的生活產生什麼樣的影響？
對於未來能源的變化，我們可以從一下幾個角度進行探討：
一、能源系統正從集中式逐步向分佈式轉變
分佈式光伏的推廣使得以社區或是單一房屋為單位的“小角色”也能參與到能源系統來。但是光伏發電只是分佈式家族的冰山一角。在學術界會引用一個定義叫做Distributed Energy Resources (DERs)，說的就是分佈式能源的總稱，這一概念包括髮電類資產（光伏，微型熱電聯產單元，小型發電機），儲能和需求側設備（電熱泵等）。
發電和儲能單元都比較好理解，但是為什麼需求側也算呢？因為從某種意義上來說，（同時）多發一度電和少用一度電對於系統平衡來說是一樣的效果。而考慮到未來的電力系統裡需要接入越來越多的可再生能源發電設備，而可再生能源（風電，光伏）的一大特點（也可以說是缺點）就是被動式發電，所以傳統的“發電匹配用電”的運行思維需要慢慢轉變成“用電跟著發電狀態來調整”。
當然， 現階段還是以光伏發電在社區內交易為主，但是下一步就是將其他家用設備引入，實現與電網運行狀態一體化的協調控制。
總結一句：推進分佈式並不是指分佈式發電佔主導，而應該是分佈式的各類資源會更多的參與到能源系統的運行中來。
二、可再生能源在能源系統中的比例越來越大
確實，可再生能源比重會越來越大，但是出於系統安全的考慮，這一比例是有上限的。比如在愛爾蘭這一高風電比例的國家，其系統調度EIRGRID將可再生能源實時接入比例的上限設置在了50%。有人會說，都是發電，為什麼要設置上限？從安全運行角度來看，有以下兩個主要原因：
因為風電和光伏是通過電力電子設備接入系統的，所以無法貢獻系統慣性。那麼在失去機組是系統頻率崩的會非常快。電力系統是依靠常規機組提供頻率反饋的（frequency response），也就是用來在發生事故之後把系統頻率帶回到正常值的輔助服務。但是當前的風電和光伏技術還無法提供頻率響應。（注：有相關研究，但還沒到大規模商用階段，因為暫時還不太需要）
那麼這一問題有什麼解決方法麼？當前來看最常見的方法有兩種：
使用電網中的其他組件來提供頻率響應，最典型的就是家用電池。曾經國內某能源企業收購的德國儲能企業Sonnen就是利用家用電池為電網提供頻率響應，然後從電網獲得利潤。還有英國國網最近新加入的加深型頻率響應服務（Enhanced frequency response），也是通過儲能技術在一秒鐘內提供輸出，相比於常規機組6-10秒的反應速度有了極大的提升。虛擬同步電機（synchronous compensator），就是不發電但能提供系統慣性，這樣一來就不會擠佔可再生能源的發電空間。這一技術已經在世界各地開始進入應用階段，比如蘇格蘭電網就使用了這一技術來彌補高風電低慣性的問題。
一句話總結：可再生能源的接入比例在未來幾十年會遇到天花板，而想要打破這一天花板，就很有可能需要技術層面的努力和額外的運營開銷啦。
三、我們將繼續依賴化石能源，但將以更加高效和清潔的方式去使用
毫無疑問化石能源發電是很難被替代的，原因如下：
風電和光伏無法主動發電
核電不適合調峰（不是不行，只是不經濟，當然像法國這種核電大國沒辦法，會用核電來調調峰）。水電確實可以向化石能源機組一樣運行，但是它的季節性特徵還有地理資源分佈限制了它的廣泛應用。
當然各國也在開始對化石能源發電進行改造。英國打算2025年退役所有煤電機組，歐盟打算2030年退役所有煤電機組（但是波蘭和希臘貌似不同意，要搞事情）。美國這個奇葩的國家我們就不討論了....未來的化石能源發電應該是被燃氣機組統治的。
還有一種更加清潔的化石燃料發電的利用方法，就是碳捕集（CCS）技術。但是貌似這技術成本非常之高，不少本來打算上的項目都下馬了。感覺沒有什麼重大成本下降的話，這一技術沒有太好的前景。
四、輸電網絡面臨更大的挑戰，但它也將變得更加智能和堅固
英文裡面有一個詞組，我們寫論文經常用到，就是“bigger and stronger”。傳統電力體統的擴張規則就是“做大做強”，因為這有助於提升系統整體的穩定性，以及實現發電資源共享，最小化發電側的投資。所以當特斯拉的Elon Musk提出：“低壓網絡運營商將被大量淘汰，居民側只需要光伏配電池就能自給自足了。”我對這一觀點是嗤之以鼻的，當然他自己後來也改口了。微電網最近確實很火，但是無論從經濟效益還是系統穩定性上來說，建設超級電網都是絕大多數場景下更佳的選擇。當然電網智能化是並不可少的，對任何故障快速反應並自動隔離故障區域，將經濟損失降到最低。
總結來說，可再生能源的比例會逐漸增高，核電基核位置不可動搖。火電則主要用來調峰。更重要的是分佈式能源會更多的參與到電網運行中來，居民也可以為電網運行貢獻自己的一份力量，並從中得利。大家家中可能會裝一箇中控（原型參考谷歌的nest）,可以根據居民自己設定的負荷調整程度，參考系統實時電價來調整用電。
腦洞大開的說，可控核聚變如果能低成本的用來發電，那今後能源問題將不再是一個問題
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