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互联网思维下的能源革命与交通革命

来源: | 发布时间:2018-07-12

我们现在思考能源革命和交通革命,仍存在能源人想能源的事,交通人想交通的事,大家都在线性思考问题,很多事情想着想着就陷入困境,越想越无法脱身,越想越无解。互联网革命的成功在于跨越维度,跨越行业,跨越产品,跨越需求进行整合创新和协同优化,解决能源革命和交通革命的关键,需要跨出行业局限,在更大范围整合资源、优化配置,需要有互联网思维。

革命源自业外

纵观历史上的交通革命,每一次都来自于能源技术进步,而不是行业内部的创新。

瓦特改进蒸汽机,原来的目的是要提高煤矿抽水机的效率,因为大航海让英国的羊毛制品成为广受欢迎的产品,也是英国为数不多能够拿来进行贸易的商品。但兴建牧场大量砍伐了森林,加工羊毛又消耗了大量林木。薪柴的短缺和价格的上扬,使有好事者将目光转向煤炭。开采煤炭需要先降低地下水位,用人力无法满足大规模开采的要求,蒸汽机技术的完善将热能转化动能,成就了这场伟大的能源革命,也颠覆了传统的能源格局。

蒸汽机和煤炭的发展,从能源革命进一步推进到交通的革命。燃煤蒸汽动力的轮船、火车等交通工具相继被发明,以及蒸汽动力的工业机器制造成就了第一次工业革命。煤炭和蒸汽机都不是当时传统能源动力行业的创新,发明者也不是传统的既得利益者,薪柴、畜力和马车的提供者没有参与和推动这场革命,而是成为被革命的对象,甚至日后成为"砸机器运动"的始作俑者。

最早开采石油的目的是将石油用于药品。1859年,美国康涅狄格州纽黑文的列车员兼"民科"埃德温·德雷克,用顿钻的方法向地下钻了一个洞,在25米深处意外获得了原油。这一技术使原油产量大增,人们开始从原油中提炼出煤油,替代昂贵的用于照明的北欧鲸鱼油。此后,两个关键技术的突破推进了第二次工业革命。一个是1883年德国工程师戴姆勒制造出使用汽油为燃料的内燃机,将汽油变为动力能源;另一个是1897年德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸启发,创造了压爆式内燃机,将柴油变为动力能源。

石油和内燃机成就能源革命,也成就了交通革命,而这些新技术革命者与传统的煤炭和蒸汽机几乎毫无关系,他们制造的内燃机车辆既不被允许,也没有必要在蒸汽机车已经建立的轨道系统上行走,并因此脱离的轨道,解放了交通的制约。

第二次工业革命的另一个进程是电力。美国发明家爱迪生发明了电灯泡、发电机、输电线路、变压器等一大堆改变人们生活的新技术,既得利益的煤气公司对此非但毫无兴趣,而且竭力打压诋毁。爱迪生不得不贿赂纽约的官员和议员们与之抗争,1882年他在纽约珍珠街自建发电厂向消费者推广电力及应用,自营企业、自创需求、自建产业,自己创造了全新的经营模式。传统技术的既得利益者想走出已经固化的利益格局和转变思维模式,几乎难于上青天。

这一轮能源革命和交通革命的突破仍由业外推进,而且最关键的突破都来自IT革命。能源革命最具颠覆性的技术是光伏发电。早在1839年法国科学家贝克雷尔就发现光照能使半导体材料产生电位差,可以依靠太阳直接发电。20世纪60年代美苏航天竞争中开始使用太阳能光伏发电技术为卫星供电,到70年代后期,由于石油危机和半导体技术进步,人们开始在地面尝试光伏发电,而使用的多晶硅和单晶硅都是IT产业链上的产品和技术。

对于交通革命最有颠覆性的技术是储电蓄能。1880年,爱迪生制造了人类第一辆电动汽车,时速36公里。尽管比内燃机技术更加简单,但受制于蓄电储能技术的局限,一直未能成为主流产品。上世纪90年代初,人们开始制造可便携的笔记本电脑,以及此后手机的蓬勃发展,都带动了电池技术的进步。大规模制造电池以满足移动IT产品市场,到本世纪这些IT人士的野心转向交通领域,尝试将先进电池再次驱动电动汽车革命。最早进入这一行业的企业,如比亚迪、特斯拉和众多追随者,似乎都与IT有关,而他们此前从未与交通和能源交织。特斯拉甚至至今都不愿意参加传统汽车展会,认为自己是具有汽车功能的IT产品,而不是应用IT技术的汽车。

这些历史非常值得我们注意,如果我们继续受困于自己传统的行业、传统的认识和传统的利益格局,我们将无法认清这场新的革命的性质,也不可能成为革命的参与者或同盟军。习近平总书记将这场新的技术颠覆称之为"革命",而不是什么"变革",从十八大一直说到十九大,就此我们应该能够领会其中的意义。

革命摆脱线性

面对新技术革命,我们仍会沿用传统的线性思维逻辑去认识和预测,不仅制约了创新,也束缚了我们自己思想。我们常常将新技术局限在传统的格局中评判,与传统技术对比经济性。在人类经历的能源替代、交通替代等技术替代上,没有一次是经济因素主导的,也没有一次是便宜的能源、交通工具或技术替代了贵的。我们决不能用线性逻辑和已经形成的习惯思维模式来认识和理解新技术革命。

煤炭替代薪柴,蒸汽机替代马匹和风帆,是因为煤和蒸汽机更加便宜吗?石油替代煤炭,内燃机替代蒸汽机,也是因为油和内燃机更便宜吗?爱迪生在纽约推广电力替代煤气灯时,电价超过1美元/千瓦时,这在那时几乎是一个天文数字,与已经普及的廉价煤气灯比毫无经济性可言。爱迪生当时采取的市场路线与今天的马斯克同出一辙,首先瞄准纽约的富人。为富人家庭的私人舞会提供照明服务,用电灯替代昏暗的煤气灯,形成一种文化的新的时尚氛围,让他们使用电灯成为一种新文明的象征,促成电力很快被推广。在市场的扩大中,成本得以下降,电灯对昏暗、不安全、肮脏和不健康的煤气灯实现了彻底的替代性普及,并通过输配电系统的建立,将收音机、电视机、电风扇、电空调、洗衣机等一系列新产品带入到人们的生活,为消费者带来无以言表的各种全新的技术体验、生活体验和文化体验,而且至今仍在不断花样翻新。

同样,这一次的能源革命和交通革命为人们带来的不仅仅是一次简单的技术替代,这个替代将带来如同电力线进入千家万户之后不断出现的激动人心的创新和体验。现在买一部具有良好通话功能、电话号码簿、甚至照相功能的2G手机,即便是飞利浦这样的品牌也只有168元人民币,而华为P20大约5499元一部,你多花的5331元,只有33分之1是与通话有关。但是,这么贵的手机仍会畅销卖断了货。这不是我们用传统经济学能够解释的,所以,互联网称之为"体验经济",要给消费者更多,更有趣,更便捷、更跨越、更有价值和更有质量的体验。能源革命和交通革命也必须从传统的工业时代的经济理念,跨越到互联网时代的新经济理念。

很多来自传统行业的朋友会用传统的逻辑去判断新技术革命的成败。在推进电动汽车革命时,一些来自传统能源企业和部门的专家判断认为,中国的钴资源只够制造700万辆电动汽车,全球的锂资源不可能支撑电动汽车普及替代燃油车。

1990年我在美国第一次见到当时最新的英特尔80386DX-33MHz 32位CPU,内部含有27.5万个晶体管,芯片密密麻麻伸出的插脚上都镀有黄金,金光闪闪非常昂贵,售价好几百美元。见到这样的芯片,都会认为这种技术根本就不可能普及,全世界有多少黄金用来制造这样的芯片?今天普遍使用的酷睿i7 CPU主频达到4.2GHz,内部拥有11.7亿个晶体管,含税价格不过两千多元人民币。

时至今日,人类还没有把哪一种资源消耗殆尽,也没有因为哪一个技术受资源限制而无法继续发展进步。一方面人类可以找到更多的资源,另一方面人类或能找到替代资源或技术。技术总是可以不断演进,需要相信人的创造力。日本企业已经宣布,他们已可以大批量生产完全不需要钴的新型动力电池。

革命参照IT

互联网思维追求极致,但这种极致思维并非对传统技术的极致。1783年,瓦特的学生默多克制造了世界上第一辆由蒸汽机驱动的"车子",但性能完全无法与马车相比,根本没有市场。1807年,英国人特里维希克和维维安又制造了一辆蒸汽动力车子,仍因车体太过笨重无法上路行驶,只能弃之不用。直到1814年,放牛娃出身的英国工程师斯蒂芬森,造了一台蒸汽机车,让它在铁轨上行走,结果发明了火车。尽管这列火车远不如马车快,但它巨大的运输潜力让人们耳目一新。

最早的"大哥大"手机很多人还会记忆犹新,一块砖头大小,重量超过1公斤,通话质量不仅很差几乎与有线电话没有可比性,有效通话时间只有30多分钟,价格超过两万元,而装一部有线电话加一个BB机不过2000多元。多数情况下,"大哥大"并没有给使用者带来更多的方便,更像是身份的象征。

手机作为一个可以移动的信息终端,为人们带来巨大的创新空间。从模拟数字到数字,从2G、3G到4G、5G,从通话、电话号码簿、记事本、日历、录音机到照相机、摄像机、导航仪、翻译机、移动互联网平台,成为无所不能的创新体验平台,直接颠覆了我们的生活。

电动汽车从特斯拉开始,很多后来者都在追求极致,一切要与传统汽车拼性能,加速性、最高行驶速度、续航里程样样要与传统汽车一争高下。各种高端技术的使用导致电动汽车价格居高不下,投资缺乏收益,很多性能几乎毫无用途。乘坐7个人的蔚来汽车ES8型SUV,续航要达到500公里,车重达2460公斤,需要650马力以 4.4秒从0到100公里,最高时速达200公里。我不知道谁会载着自己一家老小或亲朋好友,把一个2.5吨的车如此疯狂的驾驶?

《中华人民共和国道路交通安全法》第八十六条规定: 在限速为100公里以上的道路,时速超过限定时速50%以上不到70%的,处1500元罚款,记6分,可以并处吊销驾驶证;超过规定时速70%的,处以2000元罚款,记6分,可以并处吊销驾驶证。如果连驾驶执照都被吊销了,这些性能还有什么意义?

很多技术不需要极致,因为不是每一个人都需要这些性能,也不是每一次出行都需达到这些技术指标。对于绝大多数人而言,技术够用就行,人们可能更加关心的并非线性的极致,而是延展的体验和方便性。

其实,也不能怪蔚来汽车,特斯拉也是如此,Model X也是7座重大2.5吨,加速3.1秒,需要背着100千瓦时的电池,用220伏充电需要14-15个小时才能充满。因为这样的电动汽车普通充电设施无法满足需求,特斯拉还得费劲地到处去建充电桩。追求极致给电动汽车制造商自己造成极大的困难,追求续航里程就要安装更多的电池,电池价格昂贵,导致车价太高,不仅影响销售,利润太少还导致亏损;电池容量大了,充电时间太长,让人感到非常麻烦;不想等待就要快速充电,但快速充电桩太少,快速充电伤害电池伤害减少了使用寿命等等。

既然我们知道这一次革命是源自信息技术,我们就要借鉴信息技术成功的经验。计算机的普及是信息时代的基础,而普及计算机与当时个人电脑的合理设计有关。大家可能还记得电脑主板(mother board)的结构,在主板上有总线系统,有CPU和缓存、内存记忆芯片、BIOS芯片同时与键盘和电源衔接,同时还有一组6-15个标准化的扩展卡插槽,为视频、音频、通讯、硬盘和软盘的驱动等各种功能卡插连,满足人们的不同需求。联想起家的能够在电脑上运行中文的"汉卡",就是插在这样的卡槽中。

因为这一结构,可以实现个人电脑的因人而异的个性化组合,满足不同人、在不同阶段的不同需求,方便了升级和检修,为个人电脑创造了极大的创新空间,就是这一模式引导了分布式能源理念的诞生,让能源适应个性化的需求。

如果我们为电动汽车电池设计一个标准化的卡槽结构,与现行1~5号标准化电池的方式一样,把电池做成可插拔的标准化模块,所有的厂家都按照统一的标准生产电池。未来,大家到充电站不是等待很长时间去给电动汽车充电,而是根据自己下一步对车辆使用的需求,选择性地更换部分或全部插拔电池。这就会给所有的人带来便利,甚至比加油站还便利。如果你去的地方不远,很快又能充电,不需要飙车,你就可以少换几块;如果你去的地方远,或充电不方便,你不仅可以多换,甚至可以再多带几块备用电池。如果有人需要高性能的驾驶要求,可以租用储电密度更高或更新的插拔电池;如果有人仅仅是普通的交通需求,行驶距离不大,就可以使用相对便宜且充电量较低的老旧一些的插拔电池,完全因人而异、因需而定。

插拔电池的尺寸重量规格不仅要考虑电动汽车的要求,还要兼顾人们更换的便捷,同时要兼顾其他行业使用场景的需求。电动汽车厂家依然可以在汽车内保留一部分固化电池或超级电容,与插拔电池实现互动,形成与计算机的缓存、内存和硬盘之间的互动关系。

这就实现了插拔电池和汽车的有机结合与硬件分离。电池的标准化实际上是将每一块电池变为一个独立的分布式能源模块,不仅解决了用户的个性化需求,也解决的电池的阶梯利用问题。我们可以在充电站更换电池,也可以在停车场、高速公路休息站、便利店、购物中心等各种各样的地方来设置充电服务插槽和自助电池充电设施,让人们方便更换部分或全部电池。大家可以在各种停车场对电池进行充电,也可以将电池带回家充电。在应急的情况下,电池可以相互借用,以解燃眉之急。

一旦实现这一标准化系统,电动汽车的插拔电池就不仅仅服务于电动汽车,各种应用场景都会被创造出来,而且会有一大批技术与其融合。新的能量密度高的电池可用于电动汽车,性能低一点可以用电动公交车和城市公共服务车辆,再低的可以用于快递送货车辆,更低的可以用于对重量不太敏感的电动拖拉机等电动农业机械。

如果电池性能下降不能用于交通了,还可以用在各种分布式能源上,与分布式光伏电站的逆变器组合,为光伏储能和优化电能质量;也可以用于建筑的分布式储能电站,将低谷电储存,用于高峰供电,削峰填谷节省电费;还可以用于各种通讯基站,为通讯设施通过应急供电;同时也可以为一些特定需求,例如医院手术室提供应急供电;甚至可以作为家庭的充电宝或移动电源,满足人们旅行、野营、赈灾时,甚至广场舞音乐播放的移动电力供应。插拔电池的适应范围将会无限扩展,只要有一个带有逆变器、智能电表并与电网和互联网相连的分布式卡槽系统,就可以充电或逆向使用这些电能。不仅可以跨越行业满足不同的用途,而且可能和分布式能源与电动汽车一起改变我们的生活。

插槽可以兼顾不同电压,也可以承载除电池以外的其他功能,例如娱乐增强、无人驾驶增强、5G通讯分布式基站,分布式电源管理模块让电动汽车与电网实现电能互动和智能化电力交易。还可以插入电池加温模块在低温环境下给电池加温,或降温模块利用半导体制冷技术为电池降温,以及电池余热回收储能模块等辅助设施。

对于电池的管理完全可以借助互联网,为每一个插拔电池内置一个芯片,让其具有测量、记忆、定位、通讯和数据处理等功能,给每一组插拔电池一个IP地址,我们随时通过网络了解它运行状况,充了多少电,放了多少电,在什么地方,在什么时间,用在什么设备上,出现过什么问题,使用过多少循环,甚至卖电买电赚了多少钱,把数据传上云端。同时,可以用区块链技术对所有的数据进行管理,实现全寿命周期管控,保障它们数据的真实性。让每一个制造厂家、每一个使用者、每一个经营者的所有记录都被保留,并无法篡改。构筑一个诚信的能源区块链互动体系,让每一个人成为能源、交通的"生产、投资型消费者"。既通过这些插拔电池生产电能和输送电能,也参与插拔电池充电卡槽系统的投资,最终使用和分享这些系统带来的服务、价值和参与体验,为实现能源共享和交通共享创造技术基础和人文基础。

边际颠覆中心

中国革命的成功和中国改革开放的成就,都是从边缘开始的。毛泽东一代领导人通过动员农民、组织农民,让千百万农民拥有土地,让他们为保卫土地而战,让世界上一个拥有人口最多的国家实行了翻天覆地的变化。邓小平一代领导人通过赋予广大农民自主经营的权利,最终从农村改革推进到城市改革,仅仅40年就使中国成为全球第二大经济体。

这些成功的经验都有一个特点,就是从边际颠覆中心。1927年秋收起义后,毛泽东就确立了"农村包围城市"的战略指导思想,避开帝国主义、封建主义和官僚资本主义统治最强大的城市,在农村宣传教育群众,动员组织群众,形成了有效的"自组织"系统,最终在农村建立广泛的革命根据地,包围城市,解放城市。为建立新中国,保卫新中国和建设新中国源源不断地,提供了有组织有纪律,优质的劳动大军。历史证明,这一战略是成功的,是符合中国的具体国情。

1978年改革开放,邓小平没有从吃国营大锅饭最香的城市和国企着手,而是从"挣工分"农村人民公社社员入手,联产承包多劳多得打破铁饭碗,让农民获得自主经营的权利,给农业和农村注入的活力,重启了"自组织"系统,最终让这种联产承包责任制推进了整个国家的改革,为国家的工业现代化、对外开放和国土基础设施建设提供了源源不断的劳动力和创业、创新人才。

今天推进能源和交通革命,将重点只盯着城市必然事倍功半。城市公共基础设施完善,能源交通系统的供需格局已经非常完善,新技术很难渗入,革命阻力大代价高;传统技术的既得利益格局稳固,实力强大,他们有足够的能量来歪曲、误导和改变革命方向,难以营造新的协同创新环境。改革开放四十年,我们将近千万亿的资金投入到城市化,并将城市化作为衡量中国现代化的主要标准。为了加速农民入城,还进一步提出了城镇化和新型城镇化,将农村人口相对集中居住,将他们的宅基地化零为整用于工业区和房地产开发。但这些举措遭到广大农民群众的批评和抵制,中央根据广大人民群众的意愿及时调整的发展方向。

习近平同志在十九大报告上提出:实施乡村振兴战略。农业农村农民问题是关系国计民生的根本性问题,将解决这一问题作为全党工作重中之重。要求坚持农业农村优先发展,按照产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总要求,建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系,加快推进农业农村现代化。

目前,将分布式光伏与乡村振兴的结合,已经获得了较好的成果,受到广大农民的欢迎,为农村现代化注入的新的活力,为农业现代化增加的清洁的动力。目前,诸多企业都在各地积极推进农村分布式光伏,在农民的屋顶和乡村周边地区为每一个农户建设分布式光伏,帮助农民担保贷款,让农民拥有一个长期稳定收益的清洁电力资产,完善自己信用体系的建设。

到2017 年,中国的城市化率水平为58.52%,预计 2020 年达到 60%。但是,过去中国的城市化率指标更加关注人口居住在城市还是在乡村,而一个先进的国家并不是看它的城市,而是看它的乡村。在北美和欧洲,更多的人是居住在乡间而不是城市,但是他们依然有很高的城市化水平。完善乡村的基础设施和公共服务,让乡村更加宜居,城乡居民可以获得与城市同等的教育、就业、医疗和养老服务。

能源革命和交通革命,加之正在发生的信息革命,以及延伸推进的建筑革命和金融革命,共同推进着中国社会的进步,而乡村为这些革命提供了更大的空间和胜利的机遇。中国的光伏经过不断的进取,成本迅速下降。从2016年8月的山西芮城最低电价0.65元/kWh,到2018年4月青海格尔木的0.31元/kWh,价格下降之快,超乎所有人的预料。2012年光伏组件平均光电转换效率14%-15%,2017年已达19%-20%,平均每年提高1个百分点。2012年,光伏发电度电成本最高可达1元/kWh,到2017年已降至0.6元/kWh,年均下降0.08元/kWh。特变电工在内蒙古达拉特旗光伏领跑基地项目报价0.32元/kWh,仅比蒙西煤电标杆上网电价0.2829元/kWh高出不到4分钱。

领跑者招标评优电价

中国光伏电价最迟2021年全面实现与燃煤火电平价上网,全面下降到0.3元/kWh区间,比任何技术发电的成本都更低,更大大低于所有的用户电价,太阳能光伏发电将实现无处不在。要满足中国全部用电,包括生产、生活和全部电气化交通,需要让14亿中国人均实现1万度电,仅需要在国土千分之二的面积上布设光伏发电。

将这些光伏发电布设在哪里?除了在西北的荒漠地区,在所有的城市建筑上,一个最大的市场就是中国巨大的乡村屋顶资源。中国目前仍有5.766亿人口居住在农村,至少拥有2亿个屋顶,如果考虑还有很多已经进入城镇仍在乡村拥有老宅,在中国农村大约拥有3亿个屋顶,未来每一个屋顶安装10个kW的光伏,就有30亿kW的装机。2017年底全国装机17.77亿kW,是目前全部装机的1.7倍,年平均发电接近4万亿kWh,相当于2017年社会用电量的63.4%。

这些电力可以完全解决中国全部农村、农业和农民的现代化进程的能源需要,不仅全部生活用能(包括采暖制冷),全部农业耕作用能(完全替代燃油),全部农村基础设施和公共服务用能。创造一个能源自力更生、自给自足的系统,让每一个农户成为"生产、投资成消费者",让每一个农民充分分享能源投资的收益,完全使用清洁电力的最现代化的能源体系。

但是,太阳能只有白天可以发电,而且不是每一个白天都可以发电,必须有足够的储能设施。可以采用各种储能设施,比如冬季可以储存热水用于采暖,夏天可以储存冷水用于制冷。但储电是最关键的,电动汽车、电动拖拉机都可以兼顾储电。电动汽车将是最主要的移动储能设施,它不仅可满足交通需求,而且参与解决平衡供电和"电力随需求自由流动"。与光伏逆变器匹配的插拔电池将成为光伏分布式发电最重要的支撑系统,实现可再生能源的充分利用和全需求渗透。

这些年来工信部和公安部非常排斥的低速电动车,在没有政府任何支持和补贴的情况下方兴未艾。据媒体统计,2016年全国销售了100万辆,2017年仅山东就销售了100万辆。这些车充一次电跑80公里,最高时速不超过80公里,被称为"双80",完全满足了广大农村消费者的实际需求。比两轮电动车更稳定的四轮车,极大改善了农民群众的出行安全;一定的载货能力方便了农民运输的要求;行驶距离与他们生活半径基本匹配。未来可以进一步提升这些车辆的安全性和可靠性,农民的交通是中国社会进步的写照,他们始终在与时俱进。在农村,道路交通流量低,车辆行驶速度较低,较适合发展无人驾驶;农业田间耕作更适合发展无人驾驶,为中国推进和完善智慧交通和智慧农业创造一个适合的市场。

将中国广大农村的能源、交通、信息、建筑、金融和生态环境治理统筹优化,协同共进。为每一个农户安装分布式光伏,让他们成为清洁能源生产的参与者,实现中央提出的"人人参与、人人尽力、人人享有";用这些电力不仅解决生活和生产用电,同时解决电动车绿色出行,并兼顾储能调峰;让这些分布式光伏、储能和电动汽车组成一个智慧移动能源互联网,实现能源的智能互动和优化配置;而光伏将建在建筑上,让每一座建筑成为智能化的能源站,并不断提升建筑的节能和智能水平,使其更加宜居;在能源互联网的基础上发展区块链金融体系,让每一个农户成为绿色能源网络的投资者和参与者;最终,通过这些现代化的进程,推进亿万农民居住的乡村实现生态环境的修复和改善,将"留得住乡情,系得住乡愁"的现代化农村成为中国未来经济社会发展的新动力源。


(来源:中能网)