在大型发电站的世界中,我们即将迎来 “个人计算机遇上互联网” 的时刻

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2016-09-26 10:25

作者:Alex Danco 翻译:ONES Piece 何聪聪

译者按:欢迎来到这个系列的最后一个部分(之前的文章可参考的文章 《范式转移机器(一):谁发现了新的稀缺资源,谁就拥有未来》《汽车行业的稀缺资源在哪里?Uber 和无人车的未来会怎样?》),这个部分将会覆盖很多话题:能源、物联网、汽车,等等。此文会是整个系列中篇幅最长、范围最广的一篇,所以请耐心地往下读。我保证最后你会觉得很有收获。

跟上一篇一样,我想以一个宽泛的问题来开始我们的讨论。试想,你可以穿越回到上世纪 80 年代中期,当 Prodigy 和 Q-Link 之类的早期网络服务还处于萌芽阶段,而个人电脑处于王安和 DEC 计算机阴影下的时代即将结束。

试想,你可以跟任何一个愿闻其详的人分享一条讯息,告诉他即将发生的事情:唯一的规则就是你只能说一句话,而且不能提到任何公司的名字。你会说什么?这是我的回答:当个人电脑连上网络的时候,旧的世界将一去不复返。

现在,能源领域可能就临近这样的时刻。

在上一篇文章中,我们讨论了交通 “按需经济” 和 “自动驾驶” 两个方面的特征。想来有意思的是,它们包含了范式转换两个紧密相连的步骤。电气化的实现也并非易事,但难在不同的地方:因为电气化 “两步走” 是平行发生的。幸运的是,如果花点时间将问题层层剖析,我们依然可以清晰地看到一种未来的可能性。

要预测未来,我们必须先从过去、从我们掌握电能之前着手。在工业革命时期,能源是一种非常稀缺的资源。我们已经知道如何掌握动能(通过水力)和化石能源(通过燃烧化石燃料),但这两者都有着很强的局限性:你不得不在特定的时刻、特定的地方使用。“实时” 的能源非常稀少——如果你手头有现成的,而且恰好在这一刻,那你可以使用它。除此之外,你就没这么走运了。

在二十世纪初,我们开发出一种新技术:将能源转化成电流,通过输电线进行传输。然后我们又更进一步:将这些输电线组织形成了一个电网,使得许多不同的发电站能为分布在各地的客户供电。

消费者因此有了第二重自由——能随心所欲地用电,因为任何人都不用再倚赖特定的发电站在某一时刻联网。这两种新的力量——用电场所和用电时间的自由,只要你连上电网——显著增加了我们借助电力得以做到的事情。

有趣的是,我们并没有一个简洁的单词来描述这种联合效应:能够在任何时间、任何场所用电的能力。所以在下文中,我将把这种概念缩写成 “dxdt”(即ΔX/ΔT,距离除以时间的速度公式,在这里表示 “场所-改变-时间-改变” 的概念,可以理解为 “能随时随地获取能源的程度”),你可以把这看成是代表 “场所-改变-时间-改变” 的单一变量。

以下这一点的理解很重要:从任何一个用户角度来看,你都不能真正地把 dxdt 中的 “场所” 与 “时间” 分割开来。只要连着电网,那么你按下电灯开关的时间和地点都无关紧要:按下去它就会亮。

这就是为什么有时候你会听到能源领域的行家说 “电网就是一枚电池”。电网并非真的是电池——但对于任何观察者而言,两者工作的方式确实很像。任何加入电网的发电方,都不必担心谁在什么时候、什么地方用电;任何用电方,也不必担心是谁在什么时候、什么地方发电。只要灯一直亮着,那就行了。

这是如何实现的呢?

电网的工作人员付出了很多艰苦的工作来确保系统一直保持在平衡状态。电网就像是一个浴缸,其中的电能正好在满载负荷的边缘,不多不少。

这种平衡的实现来之不易:这需要时刻监控着电网的负荷,维护输电线,控制新发电站的联网与断网,以及储存额外的电能。这一切都非常昂贵——我们每一美元的电费中就大约有 50 美分是用来为这些 dxdt 功能买单。

但这钱花得很值:如果没有 dxdt,我们几乎是倒退回上个世纪:家家户户都不得不直接连上当地的发电站,而我们能否开灯就取决于那家发电站此时此刻是否联网。所以,dxdt 的价值不言而喻。

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这就引出了我们的下一个要点:20 世纪的能源 “大交换”(即 “grand bargain”,指多方谈判下的利益交换协议。中文没有直接相对应的词汇。此处使用了联合国官方网站上的对应中文译法)。正如我们之前所说,大交换代表了在稀缺能源之间进行的妥协,一个行业也因此得以达到均衡状态。在能源领域,过去一百年是怎么过来的呢?

大交换是这么来的:为了换取廉价的 dxdt,我们接受了对于如何获取能源的选择限制。如果你住在旧金山,PG&E(即太平洋天然气和电力公司(Pacific Gas & Electric))是电力供应商的唯一选择。公用事业委员会授予了他们获批的垄断权;作为交换,他们为提供 dxdt 而向你收取的电费会受到最高额限制。PG&E 会向公用事业委员会提交居民用电价格设定申请,而委员会则根据当前能源的批发价格以及其他因素来进行审批。

在某些没有管制的地区,消费者可以在多家电力供应商之间选择,至少有些选择的余地,但做出选择的时候仍然是通过电表为电能这种商品买单。从根本上来说,我们所付电费中受到管制的部分实际上并不是付给电力本身(电力的批发价格是市场价,竞争非常激烈),而是付给 dxdt 部分。

事实证明,这种交换效率很高。它为城市乡镇的供电,高负荷、稳定的大型发电站建设提供了合适的动机,确保我们总是能以便宜的价格用上电。

但现在呢?随着 21 世纪的来到,我们面临着一个充满崭新可能性的世界,但同时也需要迫切解决能源和气候的相关问题。技术毫无疑问能帮助我们找出问题所在。

怎样才能了解正在发生的一切?我们先来看看技术是如何增加稀缺资源的获取。既然 20 世纪能源大交换中稀缺资源是 dxdt 以及消费者的选择余地,那么我们可以根据某项技术增加这两者中哪一样的获取,对能源科技方面的突破进行分类。

一方面,新技术增加了我们对于所消费能源的选择。例如太阳能之类的可再生能源给你这样一种选择:如果有太阳,家中装有太阳能电池板的用户在那时候就有了零排放、零边际成本的能源。风能也是如此。

消费者的自主发电则是另一回事:如果你有一台发电机,即使是简陋的本田 3 马力瓦斯发电机,你也可以自行决定如何使用。其他例子包括屋顶太阳能光伏系统和热水器。

智能家居系统也已经面市,能够自动开启和关闭以选择在电费最便宜、最合适的时段运行。而在更粗略的层面,物联网系统的临近将使得原先的被动部分转变成能够自行做决定的主动部分——这一点我们稍后再谈。

所有这些科技的影响都指向了同一方向——脱离那个陈旧的消费者只有单一选择(稳定的电网)的能源大交换时代,奔向一个消费者有多种选择来决定如何获取和使用能源的世界。

我们的集体回应呢?面对更多的选择,我们自然非常兴奋。

关于为何我们需要建造一个 “智能电网” 来充分利用这些新选择,我们也听过很多。问题只有一个:事实证明,要在 “如何进行操作” 和 “谁应该为此买单” 这两个问题上争取大家的同意,是个巨大的挑战。

与此同时,如果我们没有提升 dxdt 的能力,更多的选择只会导致各方利益之间的斗争。要是阳光普照时没人要用电,这时应该怎么办?相反的情况呢?净计量电价是否公平?如果传统的电网是唯一连接分散各地的消费者的网络,那由谁来控制电网?

如果 dxdt 没能相应提升,能源选择的增多将带来冲突,清晰商业模式也不会从中浮现。

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与此同时在另一个角落,其他类型的技术正在增加 dxdt:能源的储存和电动车辆

显然,能源储存是 dxdt 的一种形式。它允许你在某一时刻储存能源,然后在另一时刻使用(而且可能在另一个地方)。如果在时间点 A 电能供给充裕或者需求旺盛,而在时间点 B 供给不足或者需求低迷,你就能通过储存电能来弥补差异,解决矛盾。

电动汽车更进一步:它们可以说就是车轮上的电池,能在不同地方充电,然后在行驶的时候逐渐消耗;如果情况需要,甚至可以放电。(今天为路上大多数车辆供能的汽油,也是一种高效的 dxdt 形式。它的能量密度大,便携性高,并且容易标准化。)

这一点值得再重复一遍,因为后面的论述将凸显它的重要性:电动车辆是一种 dxdt 形式,正如电网一样。一辆车也许并不能储存、移动或者消耗很多能源——但是大批车辆将会发展起一定产能,其自身也会成为一个议题。

与此同时,很多人已经对能量储存兴奋不已——尤其是利用电网进行电能套利的前景,通过在谷电时段买入,在峰电时段卖出来赚取差价。这听起来是个不错的主意,但事实上并非如此:这在经济学层面上站不住脚。

为什么呢?因为没有足够的选择——如果能源的获取没有多样途径选择的话——很难通过套利来获利。我们可以选择在凌晨 3 点而不是下午 3 点的时候买电,但我们能做的就这么多。如果获取电能的途径没有相应增多的话,大多数增加的 dxdt 都闹不出什么动静,也没有清晰的可盈利商业模式。

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但如果我们退后一步,假设上述两种变化正在同时发生呢?

没人真正知道未来将会发生什么。但我相信我们可以这么说:

20 世纪能源大交换的前提是:市场是围绕着作为稀缺资源的 dxdt 和选择余地组织起来的。从何处、在何时以及如何获取所需能源的选择的增多,提高了 dxdt 的必要性和价值。相反,dxdt 的增加让在不同时间、不同地点有不同能源可以选择这件事变得更有价值。消费者自主发电、可再生能源、智能家居、电池、电动车辆以及其他科技正在同时增加消费者的选择和 dxdt。

我们将要面临的时刻,有点像是当年早期的个人计算机和早期的互联网——两者原本是各自发展,但最终走到了一起。

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在不久的将来,这将会导致两个结果:

  1. 一种好的循环,就像是摩尔定律一样,更多的选择引发更多的 dxdt,反之亦然,形成一个自我强化的循环。
  2. dxdt 和选择余地将不再是能源领域中最稀缺的部分。新东西将取而代之。正如一百年前电网将发电站变成一个可替代的抽象概念,在未来几十年中,同样的事情也会在现在的电网上重现。

这在现实生活中看起来会是怎么样的?

将 SolarCity 收入麾下的特斯拉,或者至少这次收购背后的主旨,能够帮我们提供一个概念层面的出发点。SolarCity 通过屋顶太阳能光伏平板组成的分布式家用网络来增加能源选择。而特斯拉则利用大量的电动车辆、充电站和 Powerwall 电池来增加 dxdt。

我并不是说特斯拉和 SolarCity 一定会胜出,尽管我们稍后还会再来讨论他们。我的意思是,太阳能 + 电动车辆这种想法以及它的潜力应该理解成能源选择和 dxdt 将一并显著增加;而这正是令人兴奋的地方。当我们谈论特斯拉/SolarCity 在他们的太阳能屋顶、汽车和充电站之间运营一个 “能源网络” 的时候,这就是我们真正在谈论的。

回到目前的现实——如果对于能源的选择持续增多,dxdt 也一直增加,这意味着什么呢?什么将成为稀缺资源?

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以下是我的猜想。

我们所理解的有形电网仍将存在,而且会继续由我们所熟知的公用事业部门运营。我们所使用的能源大头仍将来自于大型、集中的来源——这其中多数来自于大规模的天然气,最终还会包括风能和太阳能(正如今天多数的计算工作依然在一些集中的地方完成。大型计算机存在过很长一段时间,不过已经被大型 “服务器农场” 支持的云计算所取代)。

这不意味着我们将脱离电网——我们今天所知的发电站和输电线会仍然存在。围绕着这个电能生产和传输的主干系统,我们也会有一个分布广泛的小规模生产、储存和运输电能网络。这个网络将会有很多组成部分:屋顶太阳能电池板,能够充电和放电的电池、电动车辆和对应的充电网络。

你可以把中央主干和分散的外围分支之间的关系想象成类似地铁系统和 Uber 之间的关系。

在其主干线路,地铁系统有着高得多的绝对运输能力,而且能够在特定范围内非常高效地运输大量人群。围绕着这个主干,我们有 Uber——这是一种高度分散,在当地行之有效的方式,它把乘客送往地铁主干线路,吸收运输能力的波动,甚至在经济效用允许的情况下直接参与竞争。大部分乘客出行时多数时候还是会坐地铁——但是任何能够完成多种 “最后一公里” 运输的一方很可能将会有更为诱人的盈利模式。

最重大的改变将会是这种分布式网络将有效地超越并最终取代电表:那个计算我们电费的有形设备,还有现在我们所说的 “电表记录了的”(发电站集中供电)和 “电表没有记录的”(消费者自主发电)两种环境之间的分界线。

随着自主发电的一代消费者和能量储存的兴起,尤其是可调度发电设备(现在的公用事业部可以利用、倚赖这些资产,把它们当作 “虚拟的发电站”),电表上和电表下之间的界限注定会变得模糊不清——直到最终消失。所以取而代之的将会是什么呢?

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电表很有可能会被一种全新的能源层级所取代,在这里电能得以储存、交换和使用。就像是一个分布式的 “能源互联网”,不为一个主要的协调器所控制,而是像一个分布式商品市场在运作。我们在这个市场上能找到什么?

我们接触的将会是一种非常基础的商品:电子。但处理它们有很多不同的方式。

我们也许会看到一小部分简单基于电能的衍生品合约被创造出来取代电表简单粗暴的计价,并基于一些可能的原生资产来支付费用,具体如下:

  • 电能生产方的产能,例如太阳能电池板,天然气发电站或者核电站。
  • 电能消费方——例如一栋楼或者一辆车——所支付的费用。
  • 电能储存方通过储电工具(例如一枚电池或者一辆车)套利所获取的收益。

分布式的物联网让这个商品市场从根本上是可行的,事实上也是必然的。一旦这些原生资产能独立作用,市场上将会出现两种非常稀缺的资源:信息与信任。正如 20 世纪的能源协议所说 “为了换取 dxdt,你同意自己的选择受到限制”,而 21 世纪的能源协议可以这么说 “为了参与这个生态系统,你必须证明并且付出所要求的信任。”

“所要求的信任” 是指什么?参与市场有很多种不同的方式,每一种都自带要求。

如果你是户主,你的需求就是让家里的灯能亮着——换句话说,让市场像我们之前习惯了的电表那样运作——那么你需要提供一个账单地址,可能还有信用记录。

如果你是一个动态断路器,需要获取就近的一个负载均衡器上面的信息,你需要出示相应的电子证件来获得读写信息的许可。

如果你想作为一个实体在这个市场中进行交易,并且利用所掌握的信息来获利,那就需要更高层次的信任。如果你想成为这个市场中的一名大玩家——比方说,运作一批电动车队来不断地购买、储存、出售和利用电能——这也需要许多不同和持续的信息和信任互换。假以时日,某种形式的规则或者自律会出现,尽管现在还很难说会是什么。

有趣的是,如果最终这一切得以实现,这将代表着我们在上世纪 90 年代梦想的一些东西的到来;某个人尤其对此梦寐以求。这个人就是 Jeff Skilling,而他的梦想就是安然公司。

我得澄清,臭名昭著的安然可说是罪有应得。然而,你不禁会认为 Skilling 显然是领先于他的时代。但历史的教训很清楚:这要奏效的话,得需要像互联网一样的分布式系统,而不是像安然那样的集中式模型。理由嘛,不言而喻。

所以,这一切要怎么实现呢?尽管这个目的地看上去很理想,但貌似跟今天事物运作的方式有着相当大的区别。最有效的突破口将从哪来?谁将拥有这些信息?而谁又将拥有这些信任?

好吧,让我们先回到第三部分,在那里我们讨论了汽车和增加对稀缺资源获取的其他科技变化。我们特别讨论了目前进行中的从司机文化到汽车文化的过渡,由手机(Uber)带来更多车辆和司机选择,还有由无人车或者租车项目正在带来更多流动性。我们问 “汽车会想要什么?” 但是我们并没有对车辆方面发生的第三大变化——电气化——有所评论,因为我们特意把这一部分预留到此文。

结果显示,电动汽车将成为能源范式转换中的完美的突破口,原因如下:

  1. 正如我们讨论过的,它们是一种分布式的 dxdt。
  2. 生产和运营一辆(或者一批)电动汽车成本很大程度上会得到来自它另一功能的弥补:交通运输。
  3. 它们将成为会 “想要东西” 的具有产能的实体——而且很可能会得到它们所想要的东西。
  4. 它们自身就是重度的能源使用者,诚然它们自身是一种 dxdt。

所以,我们终于有了正确的视角来看看 Elon Musk 的特斯拉宏图计划。

我们已经听说过特斯拉秘密宏图的第一部分:借着 Roadster 的势头来继续打造 Model S,然后是 Model 3。

接着我们又听到宏图的第二部分,主要是关于特斯拉会成为类似车队管理人这样的角色(尽管仍然会有个人拥有车辆这个过渡阶段)。

而与此同时发生的另一件事,规模会更大:借用电动车势头来发展特斯拉超级电池工厂的产能和充电站,然后掌握充电标准并因此获得 dxdt。未来,通用、丰田或者苹果都能制造出电动汽车;Musk 和 Straubel 关心的主要是让所有这些公司都使用特斯拉生产,运行自家系统的电池,并且——这是最重要的一点——按照特斯拉的充电标准来实施。这才是醉翁之意所在。

还记得之前我们认为未来在新型能源体系中合理的稀缺资源是信息和信任么?

如果 Musk 能够抓住电动车辆充电标准的话,他能把触手深入到这两种资源中去。他可以利用它们作为一个有力的突破口,来创造并拥有新型的能源商品市场中有价值的部分——在这里 SolarCity 作为一种一体化的产品选择也会有用武之地,我必须说。

这就是为什么,就像在第三章我们提过对于 Uber 来说,表象背后真正的较量之一是地图,而对于特斯拉来说,真正的较量不仅仅是汽车,也是充电标准、充电站,以及抓住参与新型分布式能源市场物联网的底层作用因素。

特斯拉不会想在这种变革中落得和康柏一样的下场——他们更愿意成为英特尔(电池架构)、微软(驾驶/按需效率网络),或者思科(充电标准),甚至是几家之和。

在结束之前,我还想最后说一点。

当我们听人们谈论 “智能电网”——一项受到广泛支持的大规模公共商业倡议,倡导协调所有分布式能源行为——这将变成什么?我这么说的话会惹上麻烦,但是当你听到 “智能电网” 的时候,想想太阳计算机系统公司。

“电动汽车、太阳能屋顶和动态定价都将运行在智能电网上面” 听上去像极了那句过时的广告口号 “互联网是在太阳计算机系统上运行的。” 事实是,这并没有错。

互联网的主干和相互连接的粘合剂确实在太阳的 SPARC 架构上面运行(在少数地方,现在依然如此)。太阳计算机的系统对于互联网运作的确起到过重要作用。

但长期来看,他们没能胜出:他们陷入了两种范式之间,既不是新范式也不是旧的。如果一个庞大、集中的智能电网是我们的太阳计算机系统,那么我相信分布式的能源体系会以红帽子 Linux 的样貌出现——如果有谁在寻找下一个能源体系的话——我会以这里作为探寻的出发点。

总而言之,我能说的就是:事态将会变得一发不可收拾。

就能源行业而言,我们现在正临近 “个人计算机遇到互联网” 这种时刻。当个人计算机连上网络时,旧的世界一去不复返——未来的分布式能源体系可能也是这样。

很多事情正纷至沓来:太阳能和风能成本降低带来了低价的可再生能源,利用运输收入补贴成本的汽车内部能源储存设备来临,汽车本身的所属权本质正在发生变化,逐渐兴起的物联网将所有事物都联结在了一起。

没有人知道未来将会发生什么。我们已经等不及了。

 

本文原载于 medium.com,作者 Alex Danco,由 ONES Piece 翻译计划何聪聪编译。

题图来源:power-eng

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