光伏与AI狂潮撕裂美欧电网负电价与70吉瓦缺口并存

硅谷101

光伏爆发引发负电价与鸭子曲线，而AI与电网分割致使美国到2030年面临70吉瓦电力缺口，迫使电网引入AI虚拟电厂与储能破局。

AI-assisted summary of 电力公司“倒贴钱”？深聊负电价背后的商业玄机，以及清洁能源的未来【硅谷101】 — original source. Check the original for full context.

Source published: 2024-08-02

Detailed notes

## Background 本视频由Bilibili平台的“硅谷101”频道于2024年8月2日发布。视频主要探讨了全球范围内频繁出现的负电价现象、背后的商业与技术成因，以及随着AI和多领域电气化引发的电力缺口，未来清洁能源与AI调度如何共同解决电力市场的“不可能三角”。

## TL;DR 视频深入剖析了全球负电价频发的核心原因，即光伏爆发式增长引发的供给过剩、传统发电机组因高昂停机成本而“宁亏不关”，以及电网传输瓶颈导致的局部积压。与此同时，AI数据中心与电气化浪潮使美国面临严重的电力缺口与跨区输送难题。为破解电力“不可能三角”，市场正依赖储能技术的成本下探以及AI驱动的“虚拟电厂”进行智能充放与跨区调度，以平衡未来的能源供需。

## Atmosphere & style 视频整体呈现出专业、理性且充满科技前瞻性的探讨氛围。主持人与行业专家的对话条理清晰、逻辑缜密，将复杂的经济学机制与电力工程概念化繁为简。整播过程既有对电力系统结构性困境的冷静拆解，又抱持着对AI与储能技术破局的乐观期待，给观众带来兼具知识深度与未来思考的沉浸式观影体验。

## Key takeaways - [00:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=0s) 随着清洁能源（尤其是光伏）发电量急剧增加，全球各地频繁出现电力供给远大于需求、甚至导致批发电价跌入负数的“负电价”现象。 - [00:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=0s) 光伏爆发式增长得益于光伏电池转化率提升、规模化生产降本以及传统电价上涨，已促使其发电成本达到平价上网（Grid Parity）。 - [00:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=0s) 正午光伏发电量飙升使电网净负荷骤降，形成典型的“鸭子曲线”，若电网无法消纳或缺乏储能设施，会导致严重的能源浪费与安全隐患。 - [00:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=0s) 电网局部阻塞导致许多区域有大量廉价电力却无法输送出去，造成外围电价居高不下的同时，局部地区积压出现负电价。 - [05:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=300s) 传统煤电与核电频繁停机重启的成本高昂且会损伤设备，因此电厂宁愿在过剩时承担负电价“倒贴钱”鼓励用电也不愿关停。 - [05:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=300s) 负电价主要发生在批发市场，终端消费者因批发与零售市场隔离、政府补贴成本转嫁以及加州“公用事业死亡螺旋”等机制，电费反而不降反升。 - [10:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=600s) 美国电网由东部、西部和德克萨斯州三个独立且各自为政的子系统组成，跨区传输能力匮乏，且面临严重的 NIMBY（不要建在我家后院）民意阻力。 - [10:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=600s) AI数据中心爆发、多领域全面电气化以及制造业回流，预计到2030年将使全美电力需求产生高达70 GW的严重缺口。 - [15:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=900s) 电力学存在“可靠性、清洁性与低成本”的不可能三角，未来二三十年内清洁能源与传统能源将长期共存、互为补充。 - [15:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=900s) 电池储能成本在过去十年下降了约 80%，与光伏一道成为解决清洁能源间歇性与“削峰填谷”的关键手段。 - [15:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=900s) AI 驱动的“虚拟电厂”（VPP）通过精准预测天气、用电负荷与电价，能够智能控制储能充放并灵活调度混合能源，有效破解电网调度瓶颈。

## Detailed walkthrough ### [00:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=0s) 供给过剩与局部阻塞：负电价频发的直接成因

最近全球各地频繁出现一个看似反常识的现象——用电不仅不花钱，反而还能赚钱。2024年4月，德国电力市场出现了50个小时的负电价；加州电价也在部分时段跌至负数；6月份法国现货市场日前电价更是跌到了四年来的最低点（-5.76欧元/兆瓦时）。早在2017年，美国加州就曾出现过负电价；2023年欧洲地区负电价次数急剧增长，根据欧盟能源监管合作机构（ACER）发布的报告，在50个电价竞标地区中，有27个地区的负电价次数打破了7年来的最高纪录，德国和荷兰甚至一度出现了 -500欧元/兆瓦时的极端低价。

负电价出现的直接原因在于供给远大于需求，且多余的电能无法及时存储或消耗。而幕后推手正是清洁能源——尤其是光伏（太阳能）发电量的剧烈增加。相比于回报周期长、建设缓慢的风电与水电，光伏设备的安装最为便捷高效。以加州硅谷为例，从2014年到2023年的十年间，公共事业级太阳能发电量增长了将近 400%，全年最高发电量达到 39,320 GWh。目前加州光伏装机量已达 47 GW，足以为 1,390 万户家庭供电。德国在 2023 年新增可再生能源装机容量 17 GW，总装机接近 170 GW（同比增 12%），其中光伏占新增量的 83%。

光伏爆发式增长主要源于三大原因：其一是技术突破，光伏电池转化率从 20 年前的 10% 左右提升至 22%–24%；其二是规模化生产大幅降低了制造成本；其三是传统电价持续上涨。这三者叠加使光伏发电成本与传统化石燃料基本持平（达到了 Grid Parity，即平价上网），促使更多用户拥抱太阳能。

微软能源战略部资深项目经理 Ethan Xu 补充了造成负电价的另外两个关键机制：

* **技术调节能力有限与“鸭子曲线”（Duck Curve）：** 正午阳光充足时（如中午12点），光伏发电量飙升，几乎能满足全部用电需求，公共电网的净负荷（总需求减去可再生能源）被迫降至极低点；而太阳落山后，电网净负荷又急剧飙升。这条呈 U 型的净负荷曲线被称为“鸭子曲线”。当光伏高峰期超出电网消纳能力时，若无法顺畅输出，不仅会导致能源浪费（2022年加州浪费了240万兆瓦时的电量，其中95%为太阳能），还会对电网造成稳定性和电压波动等安全隐患。 * **电网局部阻塞（Grid Congestion）：** 许多局部地区拥有大量廉价电能，但由于输电网络出现瓶颈，这些廉价电“出不去”，导致外围电价居高不下的同时，局部地区却因电力积压而陷入负电价。

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[05:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=300s) 宁亏不关与市场怪象：电力公司的经济算盘与消费端背离

电力系统是一个要求“实时产用平衡”的物理系统。既然光伏发电过剩会威胁电网稳定性，为什么不直接暂停传统发电机组？电力公司经过精密的经济核算后发现：**频繁停开发电机组的损失比承担负电价更大**。

对于传统的煤电与核电站而言，起停成本极其高昂。煤电的启动和停止往往需要数小时，并需消耗大量的额外燃煤进行点火升温；核电则要求长年保持稳定的发电输出，极其难以灵活调节。频繁关停不仅严重损伤设备寿命，还可能导致电厂错过了后续的高电价时段。因此，电厂宁愿在负电价时段“倒贴钱”鼓励用电，承担小额亏损，也不愿贸然关停设备。如果实在无法被市场消纳，为了保护电网安全，最后的手段才是舍弃这些清洁能源（弃光/弃风）。类似的价格倒挂现象也出现在天然气领域：2024年5月，美国德克萨斯州、加州及亚利桑那州等地的天然气价格也跌入负数，原因是输气管道进入维护期导致管道积压，且受环保政策限制无法白白焚烧，带来巨额存储成本，这也进一步拉低了天然气发电的比重与电价。

然而，对于普通终端消费者来说，负电价并不意味着“用电能赚钱”，甚至部分地区的居民电费反而不降反升。这种背离是由电力市场的运作机制决定的：

1. **批发市场与零售市场的隔离：** 负电价主要存在于电力批发市场（如现货市场）。普通居民与企业是在零售市场向本地电力公司购电。电力公司会按全年购电的平均成本来核算零售电价，帮居民“平滑”了日间的电价剧烈波动。 2. **欧洲的政府补贴与成本转嫁：** 部分欧洲国家实行上网电价（Feed-in Tariff）政策，政府为清洁能源发电者设定底线保障价格。当批发市场出现负电价时，政府需向发电方支付巨额差价补贴。为了筹集资金，政府将这笔成本作为附加税费转嫁到零售电价中。德国相关报告指出，当批发价跌入零以下时，零售市场的附加税费反而增加，导致终端消费者支付的电费上涨。 3. **加州的“公用事业死亡螺旋”（Utility Death Spiral）：** 在政策鼓励下，加州大量家庭安装了屋顶光伏（小型分布式设备），导致他们向公共电网购买的电量大幅减少。由于电网运维存在固定的硬性成本，当电网用户基数缩小后，每户需分担的固定成本随之抬高，进而在零售端推高电价；而更高的电价又促使更多用户安装分布式光伏离开电网，形成恶性循环。

尽管存在上述衍生难题，但受碳中和目标驱动，清洁能源的增长不可逆转。国际能源署（IEA）预测，到2025年可再生能源将超越煤炭成为全球最主要的电力来源。美国银行报告显示，预计到2030年，美国风电和光伏将分别新增 100 GW 和 240 GW 的装机容量；到2050年净零排放（Net Zero）的目标更将驱动北美太阳能产业市场规模从 251 亿美元飙升至 1,207 亿美元。

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[10:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=600s) 电力供需错位与三大用电狂潮：清洁能源能否破解“用电荒”？

随着人工智能（AI）技术的爆发，美国正在迎来新一轮用电高峰。然而，一边是部分地区清洁能源过剩甚至出现负电价，另一边却是科技巨头抢电、多地频发“用电荒”。这种极其矛盾的现象，根源在于美国电力系统的结构性缺陷与传输瓶颈。

Ethan Xu 指出，美国并不是一个统一连接的大电网，而是由**美国东部、美国西部和德克萨斯州**三个相对独立的电力系统组成。在每一个子系统内部，各个区域的电力管理依然处于“各自为政”的状态。尽管区域间存在少量的电力输送通道，但传输能力极度匮乏，导致富有清洁能源地区的电力无法跨区输送到高需求中心。

理想的解决思路是加快扩建跨区域输电线路，但在实际执行中却面临政治、政策以及极大的民意阻力。在美国，这种民意阻力被称为 **NIMBY（Not In My Backyard，“不要建在我家后院”）** 效应——人们普遍赞成建设公共电力输电线路，却强烈反对线路经过自己的社区（例如东北部地区拟建的一条 145 英里输电线路曾引发长期争议）。数据显示，美国电力传输线的建设速度长期保持在每年小于 1% 的低位；而微软能源战略部的研究表明，如果要实现大规模清洁电力的顺畅消纳，输电网扩建速度必须达到每年 2.5% 以上。

与此同时，美国银行发布的能源报告将未来激增的电力需求缺口归结为三大核心引擎：

* **AI与数据中心的爆发：** 生成式 AI 推动科技巨头大举建设数据中心。目前数据中心占美国总用电量的 2.5% 左右，预计到 2030 年这一比例将飙升至 **7.5%**，行业年均复合增长率高达 15%。由于美国去工业化多年，电网基础设施老化且机械制造配套较弱，建设跟不上 AI 的极速扩张。 * **多领域的全面电气化：** * *交通领域：* 仅2023年美国小型电动车的用电需求就达到 16.7 TWh；随着中大型工商业车辆（作业时间长、里程高）加快电动化，预计到2030年将额外增加数十吉瓦（GW）的电力负荷。 * *建筑与工业领域：* 室内供暖电气化以及传统制造业（以石油等为燃料）转向用电重构生产流程。 * **制造业回流与工厂建设：** 随着电动汽车产业链本土化，预计到2027年美国境内的电池工厂电力需求将达到 3.5 GW；同时在《芯片与科学法案》（CHIPS Act）激励下，新建芯片制造厂将持续带来 2 GW 的新增需求。

综合考虑淘汰退役的火电厂后，美国银行预计到 2030 年全美电力需求将出现高达 **70 GW** 的缺口，局部电网稳定性将面临严重考验。单纯依靠传统火电已无法弥补这一缺口，发展清洁能源是必然选择，但前提是必须克服其“靠天吃饭”的不稳定性。

- **用电增长核心数据小结：** - 数据中心用电占比：从目前的 ~2.5% 预计增长至 2030 年的 ~7.5%（年增率约 15%）。 - 电动车（小型车）：2023 年用电量已达 16.7 TWh。 - 制造业新增需求：电池工厂（2027年达 3.5 GW）、芯片厂（2 GW）。 - 2030年全美新增电力需求总缺口：70 GW。 - 输电网扩建现状与目标：现增速 <1%/年，需达到 ~2.5%/年。

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[15:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=900s) 储能降本与AI虚拟电厂：破局“电力不可能三角”

要让清洁能源真正支撑起新一轮的电力需求，关键在于解决其间歇性与不可预测性。在电力学中存在一个经典的**“不可能三角”**：**可靠性（Reliability）、清洁性（Sustainability）与低成本（Affordability）**。

目前，没有任何单一能源能同时完美满足这三个指标： * **清洁能源（光伏/风电）：** 满足了“清洁”与“低成本”，但由于依赖天气，其“可靠性”较差。 * **传统能源（煤电/气电）：** 发电量可随时人工调控，具备高“可靠性”，且“成本”适中，但极不“清洁”。

因此，在未来二三十年中，清洁能源与传统能源势必长期共存、互为补充。而要大幅提升清洁能源的占比并破解“不可能三角”，**储能技术**与**AI调度**成为了最关键的两个支柱：

#### 1. 储能技术的加速落地与成本拐点目前主流的电能存储方式包括电池储能、抽水蓄能和制氢。抽水蓄能受地形限制极大且建造成本高，制氢效率偏低（目前转换效率仅约 40%）。因此，光伏电厂普遍转向电池储能方案，利用白天光伏过剩时充电、夜晚放电，起到“削峰填谷”的作用。在过去十年中，光伏设备的成本下降了近 90%；而储能电池的成本也已下降了约 80%。业内普遍乐观预期，储能设备将重复光伏的降本曲线，在未来几年实现更大规模的商业化电网应用。

#### 2. 单位面积转化效率与灵活调度业内专家给出一个直观的比喻：要支撑全美国的总用电量，理论上只需要铺设 1 万平方英里的太阳能板（相当于把全美所有高速公路铺上光伏板，发出的电就用不完了）。但现实中的最大瓶颈依然在于环境波动下的“灵活性调度”。

#### 3. AI 驱动的“虚拟电厂”（Virtual Power Plant, VPP）为了实现电力的智能调控，太阳能与能源公司开始广泛引入由 AI 驱动的虚拟电厂系统。虚拟电厂没有实体厂房，其核心功能在于基于算法的敏捷调度： * **精准预测：** AI 系统能够精准预测未来数小时甚至数天的天气变化、不同节点在特定时间段的用电负荷波动以及市场电价走向。 * **智能充放：** 根据预测结果自动控制分布式储能系统的充放电时机，在负荷高峰或高电价时段放电，在低谷时充电。 * **跨区与混合调度：** 在同一个电网内部，将电能过剩区域的电力精准输送至高需求区域；同时实现清洁能源与传统火力发电的动态配合，最大化利用现有电网资源。

根据预测，虽然目前全美可再生能源发电比例仅占 21.4%，但到2030年，清洁能源发电占比将达到全球电力的三分之一以上。随着 AI 算力与能源系统的结合，人类在追求技术进步（如 AI 发展）的同时，也亟需通过效率提升、储能突破与虚拟电网等手段解决能源瓶颈，避免以牺牲环境为代价来实现文明进步。

## Notable quotes > [00:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=0s) 用电不仅不花钱，反而还能赚钱。

> [05:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=300s) 频繁停开发电机组的损失比承担负电价更大。

> [00:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=0s) 鸭子曲线 — Ethan Xu

> [10:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=600s) NIMBY（Not In My Backyard，“不要建在我家后院”）

> [15:00](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF?t=900s) 可靠性（Reliability）、清洁性（Sustainability）与低成本（Affordability）

## Mentioned 硅谷101, Ethan Xu, 微软, 欧盟能源监管合作机构 (ACER), 国际能源署 (IEA), 美国银行, 《芯片与科学法案》 (CHIPS Act)

## 弹幕氛围 (Danmaku mood) — 368 条观众情绪整体理性和热烈兼具，氛围活跃。大家主要围绕电力能源知识（如负电价、特高压、储能技术、电网体制等）展开科普讨论与技术探讨，同时穿插着对国内特高压和国家电网的自豪感、对美欧电网调度与基建效率的调侃，以及对主持人颜值的赞美。

**整体情绪**：😊 正面 35% · 😐 中性 50% · 😞 负面 15%

**热议点** - **知识科普与单位碰撞（如兆瓦时、吉瓦与储能问题）** —— “一度电是千瓦时，这个单位是兆瓦时，自己算算千跟兆差了多少吧” - **对美欧电网系统与基建能力的调侃** —— “美国不是全国统一电网，又没有特高压，发出来的电传不远，只能就近消化！” - **对中国国家电网与特高压技术的自信与自豪** —— “中国的西电东输的伟大性就体现出来了” - **针对储能技术与解决方案的建议（制氢、电车储能、挖矿等）** —— “因为储能配套没跟上，供需失衡是一时的” - **对邻避效应（NIMBY）与环保主义现象的吐槽** —— “过于真是了，只要好处不要坏处” - **对主持人与嘉宾颜值的关注和互动** —— “这主持真美”

**代表弹幕** > 国家电网：遥遥领先

> 中国的西电东输的伟大性就体现出来了

> 美国不是全国统一电网，又没有特高压，发出来的电传不远，只能就近消化！

> 因为储能配套没跟上，供需失衡是一时的

> 一度电是千瓦时，这个单位是兆瓦时，自己算算千跟兆差了多少吧

> 这主持真美

> 我们小区不能有信号基站，但你要保证我们手机信号，所以你建隔壁小区去。

> 怪不得听hifi要挑水电火电doge

[Source](https://www.bilibili.com/video/BV18z421i7FF)

中文简报

光伏与AI狂潮撕裂美欧电网：负电价与70吉瓦缺口并存光伏爆发引发负电价与鸭子曲线，而AI与电网分割致使美国到2030年面临70吉瓦电力缺口，迫使电网引入AI虚拟电厂与储能破局。视频深入剖析了全球负电价频发的核心原因，即光伏爆发式增长引发的供给过剩、传统发电机组因高昂停机成本而“宁亏不关”，以及电网传输瓶颈导致的局部积压。与此同时，AI数据中心与电气化浪潮使美国面临严重的电力缺口与跨区输送难题。为破解电力“不可能三角”，市场正依赖储能技术的成本下探以及AI驱动的“虚拟电厂”进行智能充放与跨区调度，以平衡未来的能源供需。随着清洁能源（尤其是光伏）发电量急剧增加，全球各地频繁出现电力供给远大于需求、甚至导致批发电价跌入负数的“负电价”现象。 (0:00) 光伏爆发式增长得益于光伏电池转化率提升、规模化生产降本以及传统电价上涨，已促使其发电成本达到平价上网（Grid Parity）。 (0:00) 正午光伏发电量飙升使电网净负荷骤降，形成典型的“鸭子曲线”，若电网无法消纳或缺乏储能设施，会导致严重的能源浪费与安全隐患。 (0:00) 电网局部阻塞导致许多区域有大量廉价电力却无法输送出去，造成外围电价居高不下的同时，局部地区积压出现负电价。 (0:00) 传统煤电与核电频繁停机重启的成本高昂且会损伤设备，因此电厂宁愿在过剩时承担负电价“倒贴钱”鼓励用电也不愿关停。 (5:00)

Reading summary

全球多地频现的负电价现象并非能源过剩的红利，而是光伏装机激增、电网传输阻塞与传统发电机组调节刚性共同作用的结果。随着AI算力、制造业回流与全面电气化催生巨大用电缺口，破解电力“不可能三角”的关键在于加速电池储能降本、跨区输电扩建与AI虚拟电厂调度。供给激增与电网阻塞催生负电价 (0:00) 2024年4月德国电力市场出现50小时负电价，6月法国现货日前电价触及四年低点-5.76欧元/兆瓦时；2023年欧洲ACER报告显示，50个竞标区中有27个打破7年负电价频次纪录，德荷更曾触及-500欧元/兆瓦时的极端值。核心推手在于光伏技术的突破、规模化降本以及平价上网的实现。加州硅谷公共事业级太阳能发电量十年增长近400%，装机达47 GW；德国2023年新增可再生能源17 GW中光伏占83%。微软能源战略部Ethan Xu分析，光伏输出集中在正午，形成正午净负荷极低、日落后激增的“鸭子曲线”，2022年加州就浪费了240万兆瓦时电量（95%为太阳能）。此外，跨区输电瓶颈导致的局部阻塞（Grid Congestion），使廉价绿电无法外运，在发电源头积压为负电价。机组启停刚性与消费端成本转嫁 (5:00) 面对负电价，煤电需耗时数小时及额外燃煤点火升温，核电也难以频繁大幅调节，频繁启停对设备寿命损伤极大且易错失后续峰值电价。电力公司经核算发现，在低谷期承担小幅负电价“倒贴”以维持机组运转，其综合成本低于频繁关停机组。类似倒挂也见于2024年5月德州、加州等地的天然气价格，管线维护导致积压且因环保无法焚烧，引发负气价。普通用户并未因此享受到免费用电。电力批发市场与零售市场隔离，居民电价基于全年平均成本平滑核算。在欧洲，上网电价补贴政策促使政府向零售端加征附加税费以填补批发电价跌破零后的补贴差额，导致终端电费不降反升。在加州，居民大举安装屋顶光伏促发“公用事业死亡螺旋”：脱离电网的用户使留存用户必须承担更高的电网固定运维成本，推高零售电价并反向加速更多人自装光伏。三重需求狂潮与跨区输网瓶颈 (10:00) 美国面临“局部负电价与高科技抢电并存”的矛盾。Ethan Xu指出，全美电网被分割为东部、西部和德州三个独立系统，内部各自为政，输电线路年均增速长期低于1%，远低于微软测算大规模消纳绿电所需的2.5%以上扩建速度；跨区线路规划还面临严重的社区NIMBY（“不要建在我家后院”）抵制。与此同时，美国银行预测到2030年全美将面临70 GW的新增电力需求缺口。三大引擎驱动了这一狂潮：AI数据中心用电占比预计从当前的2.5%跃升至2030年的7.5%（年均复合增速15%）；交通与工业电气化进程推进，仅2023年小型电动车用电即达16.7 TWh，大中型商用车后续还将增加数十GW负荷；制造业回流推动本土电池工厂（2027年达3.5 GW）与芯片制造厂（2 GW）建设落地。破局电力“不可能三角”的路径 (15:00) 电力系统长期受制于可靠性、清洁性与低成本构成的“不可能三角”，光伏和风电清洁低廉但靠天吃饭，煤电与气电可靠可调但碳排过高，二者在未来二三十年内将长期互补共存。要扩大可再生能源比重（IEA预测2025年可再生能源将超煤炭成全球最大电力来源，2030年占比超三分之一），行业重点聚焦于电池储能与AI调度的协同。过去十年光伏设备成本下降近90%，储能电池成本亦下降约80%，电池储能正通过“削峰填谷”逐步替代受地理与效率限制的抽水蓄能和制氢。在此基础上，太阳能与能源企业正加速部署由AI驱动的“虚拟电厂”（VPP），利用算法高精度预测天气、负荷与电价，自动控制分布式储能充放电，并在大网内部实现局部过剩电力跨区调度与水火风光的混合响应。发展清洁能源已成不可逆趋势，但要支撑AI算力与电气化带来的巨大增量，仅靠单纯扩大装机规模难以为继，亟待跨区电网扩建破除制度与民意阻力，并依靠储能降本与虚拟电厂调度来彻底解决间歇性挑战。

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[0:00] 用电不仅不花钱，反而还能赚钱。 [5:00] 频繁停开发电机组的损失比承担负电价更大。 [0:00] Ethan Xu: 鸭子曲线 [10:00] NIMBY（Not In My Backyard，“不要建在我家后院”） [15:00] 可靠性（Reliability）、清洁性（Sustainability）与低成本（Affordability）

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[0:00] 最近全球各地越来越频繁出现一个反诚实的现象用电不仅不花钱反而还能够赚钱在2024年4月德国电力市场出现了50个小时的负电价无都有偶美国加州的电价也在部分时段跌至负数到6月份法国继续出现负电价的情况现货市场日前电价跌到四年来的最低点付5.76欧元每兆瓦时有些地区因为电能过多导致价格未复但还有些地区却面临着用电短缺我们之前的一期视频就聊过随着人工智能的发展一些地区出现了用电荒的情况Hello大家好欢迎收看硅谷101我是陈倩这期视频我们就来聊一聊负电价背后的商业选机以及新能源市场的未来那么首先我们来说一下为什么会出现负电价负电价其实并不是什么新鲜事啊我所在的美国加州早在2017年就出现了负电价去年的欧洲市场也有不少国家的电价接连跌到负数包括德国、荷兰还有芬兰其中德国和荷兰甚至一度出现了负500欧元每兆瓦时的价格根据欧盟能源监管合作机构ACER发布的报告在2023年,欧洲地区出现负电价的次数急剧增长总共50个电价竞标地区当中啊有27个地区的负电价次数打破了7年间的最高记录负电价出现的最直接原因啊就是供给大于需求了因为某个时间段呢太多的供给用不掉又存不下来只能希望呢需求侧快点用掉这些多余的供给量而造成这种情况的幕后黑手啊正是清洁能源发电量过剩了那么在具体点来说就是太阳能发电板数量的急剧增加因为风能的回报周期较长而建设水力发电的大坝也需要很久再加上水力发电设施需要在特定地形下建设所以最快最简洁的方式就是光伏设备了以我们所在的加州硅谷为例从2014年到2023年这十年间公共事业的太阳能发电量一度增长了将近400%全年最高发电量达到39320GWh加州四季阳光充足且政策友好确实是很适合光伏发电的地区根据最新的统计目前加州的光伏发电量已经达到了47几瓦足以为1390万户家庭供典欧洲国家的情况也差不多德国联邦网络管理局统计数据就显示2013年德国可再生能源新增装机容量17级瓦总装机容量接近170级瓦同比增长12%可再生能源的增长主要来自于光伏占总增长的83%之所以光伏发电发展如此迅速行业的人告诉我们有三个原因第一最近20年技术突破了不少太阳能板的转化率从10%左右翻倍提升到了22%到24%第二随着太阳能板产量的增加生产成本也降低了不少第三电价一直呈上涨的趋势那么这几个原因叠加之后就让光伏发电的成本与传统化石燃料基本起平了达到了Great Parody进而更多用户开始拥抱太阳能所以正是因为清洁能源增长过于迅速导致电力市场在部分时段共过于求了来自微软能源战略部的资深项目经理Ethan徐也补充了另外两点负电价的原因那么其中一点非常的有意思被称之为鸭子曲线电力系统中技术调节的能力有限的情况下也是会出现负电价的所以在供需不平的情况下由于调节的能力有限难以快速地改变供需关系因此产生了负的电价还有一个原因就是电网的阻塞就比如说很多局部地区它其实有很多便宜的电某些地方如果出现了电网的阻塞这些便宜的电它出不去所以其他的电价仍然很高但是在局部地区会出现负的电价在2022年加州总共浪费了240万兆瓦时的电量其中95%是太阳能那么到了正午阳光非常充足的时候也就是大概现在的时间段中午12点那么大家可以看到加州的太阳非常的强烈那么加州的光伏发电量就会大幅度提升这个时候人们的用电需求几乎全靠太阳能就能够被满足那么公共电网中的负荷被迫降到低点而太阳落实 [5:00] 之后公共电网的需求再次激增电网的进负荷即电力需求减去可再生能源将呈现U型这也被称为鸭子曲线Dark Curve因为此时的曲线看上去就像鸭子的肚子但如果在光伏发电的高峰时段超出的电能不能够被顺利销纳将会对电网造成损伤甚至带来安全隐患电力系统还是一个非常有意思的系统就是它时时刻刻都需要保证用电量和发电量的一个平衡的光系才能让这个物理系统正常的运行如果光伏的发电量都会太多的话相当于可能会给电网造成这个电网的稳定性的问题供电和光伏它都有间接性和不可预测性还有它会带来电压的波动影响电能的质量所以电厂为了促进消耗才出现了负电价的情况那么可能你接着想问说既然电力过剩这么多为什么不直接暂停发电呢那么电力公司也不是没拿个小算盘算过这笔账答案是如果停掉发电机损失将会更大对于传统的火力和核能发电厂来说发电机的起停成本是非常大的重启发电机甚至比一直开着所消耗的成本还要高频繁关停会影响设备寿命和性能还可能会错过后续的高电价时段煤电的启动和停止往往是需要几个小时同时还伴随着比较大的成本需要消耗额外的燃煤来点火和升温以达到正常运行所需的温度和压力而核电呢几乎需要一直保持稳定的发电所以就很难进行调节所以呢为了避免调节发电量带来的巨大的经济损失煤电和核电呢它可能会选择继续发电哪怕是负电价它宁愿承担小一点的负电价带来的损失也不愿去调节自己的发电啊带来更大的损失所以这属于两权其害取其心所以电力公司打完算访之后呢宁愿花钱次期用电也不能让发电设备白白消耗那如果实在消耗不掉那为了保护电网最后的决定将是舍弃这些清洁能源除了电力以外美国德克萨斯州加利福尼亚州和亚利桑那州在今年5月也出现了天然气价格变成复数的情况原因是这些地区用于输送天然气的管道进入了维护期过多的天然气输送不走而迫于环保压力也不能被白白的燃烧掉因此带来了巨大的储存成本而由于美国天然气发电量占比最高达到了将近40%也在当时进一步导致了电价下跌但是我们在做研究的时候发现矛盾的一点是按理说负电价的出现应该让居民或者公司用电更便宜了对吧因为我用电你给我钱嘛但是事实是部分地区的居民用电成本反而在提高大家好像并没有占到负电价的便宜这又是怎么一回事呢那么这个问题稍微有点复杂在回答之前呢我们先简单的介绍一下电力市场的运作模式发电站会生产电力然后传输到电力公司也可以称之为公共电网此时发电方就会获得来自电力公司的报酬这个价格称为上网点价NetPrice公共电网再将这些店卖给企业或个人电力交易也存在着批发市场和零售市场批发市场只进行大宗电力交易通常以照法时为单位所谓的现货市场也属于批发市场中而零售市场则由电力公司来面向中段用户比如普通居民小型企业商业机构等等用电量相对更少那当然了全球各地区电网的运作模式都不同那比如说有些地区发电站和电网都属于同一企业或者呢大型企业直接向发电站进行构电其中的环节就会有所变化那么电力呢是一个非常复杂的系统无法一概而论我们的举例模式呢也只是便于大家理解后面的内容那么Ethan就告诉我们在目前电力市场的运作模式之下普通用户交的电费并不是直接跟负电价有相关性的那有的地区可能受益有的地区呢你可能还要倒贴钱负电价的话基本上是只存在于这个批发电力批发市场上的普通的用电的用户呢他主要是在这个零售市场上跟当地的电力公司去买电所以普通用户其实很少受到负电价的影响而电力公司呢他可能会根据整年的购电的平均的成本这样一个情况呢去向居民收取电费然后呢他相当于帮这个普通的用户平滑了这个电价的波动所以普通用户实际上是接触不到负电价的那么在这样的模式之下 [10:00] 虽然居民没有接触到负电价也能够享受到更低的用电成本但是呢有些地区的模式反而会给居民带来额外的负担那比如说部分的欧洲地区在欧洲那边确实是有上网电价这样的东西政府制定了用来保证信件能源的发电者呢能够有一个兜底的一个电价所以当电力市场中它的这个批发电价低于这个上网电价的时候呢政府会进行补贴也就是说当出现负电价的时候政府也会进行补贴甚至补贴的比正电价还要更多而这些甚至是会转嫁到消费者身上的因为要鼓励清洁能源发展要对它进行补贴的话那政府就需要找到这个钱去补贴清洁能源的发电者而这个差价政府就把这个成本就转嫁到了这个消费者的头上德国就有报告指出当电网卖给企业的批发价格低于付给发电站的上网电价的时候其中的差额就会加在零售市场的售价当中来弥补电网的运行成本几乎所有的零售市场的消费者都需要在支付电费的时候缴纳这项税款批发市场电价更高时零售市场的附加费就会越低反之当批发价降到零以下成为附加价的时候零售市场用户承担的税款就会增加而到了加州地区又不一样了由于政策支持加州居民开始大量使用小型光伏发电设备也就是那种屋顶的太阳能板但是这反而可能会让公共电网的用电成本变得更高因为当更多家庭使用屋顶太阳能的时候他们从公共电网中购买的电力将减少电网发电与维护是有固定成本的如果电网用户减少那么每个人分摊的固定成本将变得更高然后导致更多的用户离开公共电网正而拥抱光复发电并且进一步提高公共电网的价格那么这种情况就被称为Utility Death Sparrow公用事业死亡螺旋虽然新能源发电量特别是太阳能在近年来出现飙升也带来了以上我们说的种种的问题同时也会引发环保人士对于太阳能发电板的污染和能耗担忧但是随着碳中和成为全球各国和各大公司的目标清洁能源的增长步伐依然不会停止国际能源署预测到2025年的时候可战胜能源将超越煤炭发电成为全球电力的主要来源美国银行的美国能源报告也显示预计到2030年风能和太阳能分别将增加100几瓦和240几瓦的发电容量同时有分析有预计由于美国政府计划到2050年实现NAT0净零排放将会带动北美的太阳能产业市场规模从251美元增长到1207亿美元那么接下来我们再来回答一个问题正如我们之前在AI电力争夺战那期视频里面提到的担忧随着AI科技的爆发美国将进来新一轮电力需求的增长那么大力发展清洁能源是否能够成为解决方案呢那在回答这个问题之前我们先得了解电能失衡为什么会出现也就是为何美国一边出现清洁能源过剩另外一边却频繁的爆出电力不足的新闻有些地方会有很多的气垫能源但是它需要足够多的电力传输线把气垫能源从风电和太阳能资源比较丰富的地方传输到用电中心但是美国的电力系统有这么一个问题它不是一个连接的很好的一个大的电力系统就美国西部美国东部和德格萨斯州它是三个相对独立的电力系统同时在每一个独立的电力系统当中各个地区的电力系统它又是有一点各自为政的这样一个状态虽然它们之间是有一些电力传输的但这个电力传输的能力并不够大所以这些电力并不能够有效的传输到它真正被需要的地方其实这个问题的解决思路也很简单那就是多建设清洁能源设施和电力传输线美国政府呢也的确在推进相关的政策但是呢在执行起来确实遇到了重重的困难这其中涉及到很多原因比如说政治政策民意等等就比如说用民意来举例其实美国人呢他希望你建设更多的电力传输线但是呢他又不希望你在他家门口建立传出线这就是普遍的一个想法这个想法在美国有一个词叫Ninbi就是Not in my backyard就是你可以做你就对公共好的事情但是不要在我家门口做还有一个例子就是在大概一两年前在美国的东北部地区当时是想建一条145英里长的电力传出线 [15:00] 根据伊藤许宇对我们分享的数据美国的电力传输线的建设大概以每年低于1%的速度在建设而微软能源战略部的研究发现如果美国真的要实现大规模的清洁电力至少需要每年以大约2.5%左右的速度去增长和扩建它自己的传输线和网络但按现在的节奏是远远跟不上需要的速度的那么除了电力发展不均衡随着科技发展未来不少的行业将出现巨大的电力需求缺口美国银行发表的美国能源报告当中将美国用电增长主要归纳了三个原因那么第一个原因就来自于AI的发展我们之前的视频讲过这两年因为深城市AI的爆发卷起了一股热潮不少的科技巨头纷纷斥巨资建设AI数据中心打来了庞大的用电需求数据中心这个行业大概会以每年15%左右的速度进行增长像今天的话数据中心只占到了美国整个用电量的2.5%左右然后预计到2030年左右呢数据中心占美国整个用电量的比重呢会占到7.5%左右所以这是一个比较大的飞跃而美国虽然电力发展早但是由于去工业化的概念十多年来整体用电并没有较大的增长加上美国的机械能力比较弱导致电网建设速度跟不上AI的发展需求那么第二个原因是多个行业的电气化比如说新的能源汽车虽然最近有所预冷但是美国银行认为无论增长如何放缓电车的整体数量依然会提升那么充电需求还是会继续的增加数据表明美国光是在2023年小型电动车的电力需求就达到了1.67万大家可以看到这个增长曲线还是非常陡峭的那除了民用电动车之外不少的中型和大型工业车辆也在转向电动化这些车辆经常需要长途作业工作时间和行驶里程相比民用车会更长因此美国银行估计到2030年电动汽车的发展将给美国带来十几瓦的电力负担还有楼宇的电气化比如说用电去代替室内的供暖同时还有制造业的电气化也比如说很多传统的制造业它可能是用石油等等提供能源的现在也在想办法用电的方式来替代某些的工业的生产制造的流程那么第三个原因则是来自于工厂的建设与发展也就是制造业的回流那既然电动汽车是趋势那么生产肯定不能少那比如说美国银行的数据就预计到2027年美国境内电池工厂的电力需求将达到3.5级瓦那同时呢我们看到美国为了将外流的芯片制造产业迁回国内推出了芯片法案预计新的芯片增长和生产呢将会持续带来两级瓦的需求那综合计算其他各大领域的增长需求考虑到新增的清洁能源和即将退役的火力发电厂之后美国银行就认为到2030年电力需求将增加70几瓦而电网的稳定性将会承受区域性的挑战火力发电可能无法满足这些需求我们之前的视频也提到过急剧增长的用电需求也对碳中和的目标提出了挑战那既然火力发电不够了发展清洁能源能否解决这些问题呢我们目前面临的现实是一边是清洁能源太多导致电能溢出另外一边电能的缺口巨大引发了科技巨头纷纷的抢电那么在可控核聚变时间之前目前的清洁能源行业能否支撑起下一轮电力需求的增长呢我是认为这个大力发展清洁能源是能够非常有效的填补这个能力电力的一个巨大的需求的但是我们要知道这个电力系统呢它是一个需要实时平衡的系统所以在大力发展清洁能源的同时呢也需要大力发展这个储能就保证清洁能源能够比较有效的利用起来那储能啊将会是平衡清洁能源供需关系的重要一环电能存储方式主要分为电池抽水蓄能和制氢气抽水蓄能对低型要求高建设成本大而至轻成本也不低目前的转化效率大概只有40%所以现在光伏电厂普遍采用电池方案发电量过大的时候给电池充电夜晚再让电池放电起到削风填鼓的作用虽然储能技术设备成本以及效率一直是个挑战 [20:00] 目前太阳能公司都是在全力发展和优化储能方案过去的十年左右像光伏设备大概它的成本下降了有90%而今天看起来的储能设备很有可能会经历跟光伏设备类似的一个成本下降的过程其实过去十年储能设备的成本已经下降了80%左右所以我比较乐观的认为储能设备的成本之后几年还会继续下降能够更大规模的应用到电网当中那除了储能的问题之外决定光伏发电能否支撑起这轮电力需求的另外一个因素就是单位面积的转换效率换句话说光伏发电能否在占地尽量小的情况下发出足够的电能业内人士给我们举了个很形象的例子如果要支撑起全美国的用电只需要铺设一万平方英里的太阳能板就行也就是说如果把美国所有的高速公路都铺上太阳能板那么发出来的电全美就用不完了但对于新能源发电来说无论是光伏还是风能都是要靠天吃饭的在环境条件不理想的时候还得靠传统能源去补充所以清洁能源目前较大的瓶颈就在于如何灵活的调度其实在电力的发展过程中我们是有一个所谓的不可能三角一个就是可靠性一个是清洁还有一个是成本低廉对于清洁能源来说它是满足了这三个指标当中的两个一个就是清洁一个是成本低但是因为清洁能源的发电需要靠天吃饭所以它的可靠性是不太高的然后传统的能源它也只是占到了不可能三角当中的两个一个就是它的可靠性比较高因为你是随时可以控制传统能源的发电量同时它的成本也不算特别高但是传统的发电它就是不够清洁所以我们需要合理的搭配不同的发电技术能够实现这个不可能三角当中的美一项在未来的二三十年当中呢这个清建能源和传统能源是会共存的这样呢才能保证这个电力系统中能够既可靠又有足够多的清潜能源同时的成本还不是那么高那为了解决灵活性的问题太阳能公司目前开始使用AI打造的虚拟电厂来调控供电这样的虚拟电厂没有现实中的实体它的主要功能在于调度电力让电能实现效率与经济的最大化有了AI的价值系统就能够更加准确的预测未来的情况比如说接下来的天气如何未来的哪个时间哪个地点的用电需求将如何变化电价是提高还是降低等等这样就能够控制储能系统合理的充放电或者将同一个电网内电能过剩的发电设施调度传输到需求更大的地区值得一提的是虚拟电网技术不光是可以用来调控清洁能源还能够平衡传统能源的负载让清洁能源与传统能源互相的配合达到最大化的利用虽然目前清洁能源的占比还不算高全媒可载身能源的发电比例仅占21.4%到2030年清洁能源的发比还不算高,全媒可再生能源的发电比例仅占21.4%,到2030年,清洁能源的发电占比将达到全球电力的三分之一以上。我们也希望清洁能源能够加速的铺开,在各种的技术面上,无论是效率、储能还是虚拟电网,都能够尽快的继续优化,同时也解决好太阳能面板面临的一些争议问题,让全球的减排目标进一步尽早的实现,特别是目前全球面临新一轮的AI电力战人类对能源的需求持会越来越大但是科技发展的出众应该是创造更加美好的生活环境如果文明进步是以牺牲环境作为代价那这又何尝不是舍本注墨呢那以上就是本期视频的全部内容了感谢大家的收看那记得关注我们你们的点赞留言和转发是支持我们归虎101做好深度科技和商业内容的最佳动力那我们就下期视频再见了Bye

光伏与AI狂潮撕裂美欧电网 负电价与70吉瓦缺口并存