蒸汽机的出现带来了工业革命，电气化的普及带来了信息革命，可以说人类历史上每一次科技的重大发展，几乎都与能源有关。而现在，能源的生产和使用方式也正发生着许多变化，那么我们不妨畅享一下，“未来的能源”回是什么样子的？“未来的能源”又会对我们的生活产生什么样的影响？
对于未来能源的变化，我们可以从一下几个角度进行探讨：
一、能源系统正从集中式逐步向分布式转变
分布式光伏的推广使得以社区或是单一房屋为单位的“小角色”也能参与到能源系统来。但是光伏发电只是分布式家族的冰山一角。在学术界会引用一个定义叫做Distributed Energy Resources (DERs)，说的就是分布式能源的总称，这一概念包括发电类资产（光伏，微型热电联产单元，小型发电机），储能和需求侧设备（电热泵等）。
发电和储能单元都比较好理解，但是为什么需求侧也算呢？因为从某种意义上来说，（同时）多发一度电和少用一度电对于系统平衡来说是一样的效果。而考虑到未来的电力系统里需要接入越来越多的可再生能源发电设备，而可再生能源（风电，光伏）的一大特点（也可以说是缺点）就是被动式发电，所以传统的“发电匹配用电”的运行思维需要慢慢转变成“用电跟着发电状态来调整”。
当然， 现阶段还是以光伏发电在社区内交易为主，但是下一步就是将其他家用设备引入，实现与电网运行状态一体化的协调控制。
总结一句：推进分布式并不是指分布式发电占主导，而应该是分布式的各类资源会更多的参与到能源系统的运行中来。
二、可再生能源在能源系统中的比例越来越大
确实，可再生能源比重会越来越大，但是出于系统安全的考虑，这一比例是有上限的。比如在爱尔兰这一高风电比例的国家，其系统调度EIRGRID将可再生能源实时接入比例的上限设置在了50%。有人会说，都是发电，为什么要设置上限？从安全运行角度来看，有以下两个主要原因：
因为风电和光伏是通过电力电子设备接入系统的，所以无法贡献系统惯性。那么在失去机组是系统频率崩的会非常快。电力系统是依靠常规机组提供频率反馈的（frequency response），也就是用来在发生事故之后把系统频率带回到正常值的辅助服务。但是当前的风电和光伏技术还无法提供频率响应。（注：有相关研究，但还没到大规模商用阶段，因为暂时还不太需要）
那么这一问题有什么解决方法么？当前来看最常见的方法有两种：
使用电网中的其他组件来提供频率响应，最典型的就是家用电池。曾经国内某能源企业收购的德国储能企业Sonnen就是利用家用电池为电网提供频率响应，然后从电网获得利润。还有英国国网最近新加入的加深型频率响应服务（Enhanced frequency response），也是通过储能技术在一秒钟内提供输出，相比于常规机组6-10秒的反应速度有了极大的提升。虚拟同步电机（synchronous compensator），就是不发电但能提供系统惯性，这样一来就不会挤占可再生能源的发电空间。这一技术已经在世界各地开始进入应用阶段，比如苏格兰电网就使用了这一技术来弥补高风电低惯性的问题。
一句话总结：可再生能源的接入比例在未来几十年会遇到天花板，而想要打破这一天花板，就很有可能需要技术层面的努力和额外的运营开销啦。
三、我们将继续依赖化石能源，但将以更加高效和清洁的方式去使用
毫无疑问化石能源发电是很难被替代的，原因如下：
风电和光伏无法主动发电
核电不适合调峰（不是不行，只是不经济，当然像法国这种核电大国没办法，会用核电来调调峰）。水电确实可以向化石能源机组一样运行，但是它的季节性特征还有地理资源分布限制了它的广泛应用。
当然各国也在开始对化石能源发电进行改造。英国打算2025年退役所有煤电机组，欧盟打算2030年退役所有煤电机组（但是波兰和希腊貌似不同意，要搞事情）。美国这个奇葩的国家我们就不讨论了....未来的化石能源发电应该是被燃气机组统治的。
还有一种更加清洁的化石燃料发电的利用方法，就是碳捕集（CCS）技术。但是貌似这技术成本非常之高，不少本来打算上的项目都下马了。感觉没有什么重大成本下降的话，这一技术没有太好的前景。
四、输电网络面临更大的挑战，但它也将变得更加智能和坚固
英文里面有一个词组，我们写论文经常用到，就是“bigger and stronger”。传统电力体统的扩张规则就是“做大做强”，因为这有助于提升系统整体的稳定性，以及实现发电资源共享，最小化发电侧的投资。所以当特斯拉的Elon Musk提出：“低压网络运营商将被大量淘汰，居民侧只需要光伏配电池就能自给自足了。”我对这一观点是嗤之以鼻的，当然他自己后来也改口了。微电网最近确实很火，但是无论从经济效益还是系统稳定性上来说，建设超级电网都是绝大多数场景下更佳的选择。当然电网智能化是并不可少的，对任何故障快速反应并自动隔离故障区域，将经济损失降到最低。
总结来说，可再生能源的比例会逐渐增高，核电基核位置不可动摇。火电则主要用来调峰。更重要的是分布式能源会更多的参与到电网运行中来，居民也可以为电网运行贡献自己的一份力量，并从中得利。大家家中可能会装一个中控（原型参考谷歌的nest）,可以根据居民自己设定的负荷调整程度，参考系统实时电价来调整用电。
脑洞大开的说，可控核聚变如果能低成本的用来发电，那今后能源问题将不再是一个问题
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