能源互联网断代史

作者:曹智威 

来源:德国华人新能源协会

目录

1. 前言:时代

2.  电力电子化下的周期律

   2.1 技术篇:百年浮沉 

   2.2 企业篇:体系为王

   2.3 市场篇:扩张期在波谷

   2.4 政策篇:成长药与戒断反应

   2.5 结语

3. 群集智能化下的平台律

   3.1 技术篇():撒豆成兵

   3.1 技术篇():涌现的智能

   3.3 企业篇:给大卫以底气

   3.4 市场篇:决胜太平洋战争

   3.5 政策篇:平台!平台?

   3.6 结语

4. 无限控制化下的安全律

   4.1 技术篇:终结混沌

   4.2 企业篇:裁判必须参赛

   4.3 市场篇:安全应用与应用安全

   4.4 政策篇:这只是开始

   4.5 结语

5. 尾声:舞台

协会、作者简介与参考资料


前言:时代

2011年9月,一部未来学著作在美国出版,预言了一种建立在互联网和新能源相结合基础上的新经济即将到来。此书甫一面世便受到了各方狂风暴雨般的讨论,并旋即登上了《纽约时报》畅销书榜单。

时隔九个月,远在14000公里之外的北京,这本深蓝色封皮著作的中文翻译版在中信出版社付梓,题为《第三次工业革命———新经济模式如何改变世界》。与之相伴的,是来自高层“祝贺这本书所阐释的良好道理,希望中国也能沿着这条路发展”的特别批示。

对于能源电力这个政策性极强的行业,这就足以作为冲锋的号角唤醒大地了。一时间该书声名鹊起洛阳纸贵,其作者杰里米·里夫金更是在中国一举成名,受到了远超美国本土的追捧。当资本市场各方一致判断风口已至应当备齐弹药入场,这个崭新的命题也被扔在了所有能源电气人的面前——能源互联网。

只是,狐狸咬刺猬,入口是关键。里夫金是经济学家,通过对世界经济的运转情况观察得出“世界需要能源互联网”这个结论,初步在书中给出了能源互联网经济的几条主要支柱:可再生能源与分布式发电,大规模储能,洲际互联,电动交通。技术细节实现模式那些对于经济学出身的他太过勉强,但是没关系,全世界这一批最聪明的脑袋们开始八仙过海各显神通,从自己的领域入手奔向这一片蓝海,这一闯就是八年。

时间一晃到了2019年,国家电网正式推出《泛在电力物联网建设大纲和行动计划》,让泛在电力物联网接手坚强智能电网的概念成为国网新的战略主题,而终极目标能源互联网再次成了万众瞩目的焦点。与八年前的茫然无措相比,今天的市场上已暗含风起云涌雷霆万钧的气韵,企业内亦是南金东箭积聚了无尽的热力,只待一声引爆便燃起烛天的火光。

天下雷行,物与无妄,这个能源互联网剧变时代包含的雄图伟略,运筹帷幄,纵横捭阖,杀伐决断注定将前空千古,下开百世。“凡兵之动,知敌之主,知敌之将,而后可以动于险”。本文把能源互联网预期的整个发展历程一分为三,用关键技术断代,针对三大阶段各自的技术走向探讨企业状态市场特性政策导向,以图一窥这个云波诡谲的能源互联网时代。

电力电子化下的周期律

电力,兴起于1870年至1914年的第二次工业革命,取代一次工业革命时笨重低效的蒸汽机照亮了整个二十世纪,并延续至今。而在当年决定电力命运的奠基事件,则是爱迪生对决特斯拉和威斯汀豪森组合的交直流世纪之战。

本来只是一个简单的技术方向的分歧,一不小心就会被淹没在那个技术爆炸的年代。只不过除了几位工程师当事人外,尚有一位最大的观众是游走于双方之间的JP摩根,期间游走在两方背后动用了无数手段关系金钱资源,让工业界金融界新闻界法律界通通卷入这场旷世战役。十余年的交锋,虽然最终以技术比较优势作为判据决定了战役的胜利,但其本身的影响远不止于技术或者电力,甚至不是两家公司的对垒,而是工程师、投资人与管理者在工业时代的企业市场主导权争夺战。在20世纪30年代凯恩斯主义的兴起后,政府进一步加强了对经济和技术的管控,所以在如今能源互联网这场博弈中,还要加上执政官这位玩家。

┃ 技术篇:百年浮沉

回到事件本身,凭借发电领域的同步电机、输变电领域的绕组变压器、用电领域的异步电机以及保护领域的零点灭弧断路器这一系列组合拳,交流电以规模效应得以在百余年的时间里主导电网的发展,将电力这一清洁廉价的能源送往千家万户,而前辈直流电一度只能被赶去电池里找寻存在感。

直到电力电子技术的出现。

20世纪40年代才有试验研究、60年代前完全没有广泛应用的电力电子技术,真正第一项有实用推广价值的器件应该算是1957年在晶体管基础上发明的晶体闸流管了。时隔多年,爱迪生留下的通用电气终于又打通了一条从交流到直流新的通路。而在千禧年之后,全球变暖、能源危机的时代诉求下,清洁能源取代化石能源的变革浪潮中,直流电终于要卷土重来与交流一争高下。而电力电子技术,就是直流电实现大规模应用的基石。

一步接着一步,电力电子元件在里夫金书中描绘的能源互联网几大支柱领域中——可再生能源与分布式发电,大规模储能,洲际互联和电动交通——都占据了举足轻重的地位,凭借更高的效率、更好的控制性能、更低廉的价格将传统交流电网发输配用占据绝对优势的几大金刚一一掀翻在地,并一小块一小块的以直流区域网蚕食交流网,缓慢而坚定。所以前能源互联网时代的技术性标志是电力系统电力电子化

在发电端,可再生能源中光伏和风力的利用都对交流电的地位产生了新的质疑。太阳能的光电效应产生的是直流电;风能发电机由于风力的不确定性让并网造成了困难,转成直流是其中一个有效的解决方式;即使是对传统水电火电的同步发电机,利用换流器进行变频处理后使用,也可以让发电机效率有不小的提高。

尤以风机和光伏,被电力电子技术武装后,凭借着环境友好与持续供给的优秀口碑占据舆论制高点,把资源有限又污染环境的化石能源,包括核裂变技术打得体无完肤;又凭借着自身摩尔定律带来的成本优势,几乎注定让未来造价高昂的可控核聚变发电即使研发成功短期也无用武之地;连带电动车的崛起与发展,煤油气等几大化石能源的努力也无法挽救没落的颓势。而电力系统也因此从大规模-集中式发电-单向能量传输小规模-分布式发电-双向能量传输更迭,发电与用电区域的界限开始模糊。可以预见,在基础学科目前不能提供更优质的能量来源时,这一更迭过程将贯穿整个二十一世纪。

输电领域也重新拾起了直流电。中国国家电网公司目前运行的数条1000kv特高压交流线路,当传输容量和经济效益增长暂时并没有随电压增长完全达到预期时,绝缘成本和运行成本却是扎扎实实在飙升,甚至在部分时候需要降压运行来保持电网稳定,已经充分证明了特高压交流电的经济传输极限距离无法达到洲际水平,也就无法实现全球能源互联网这一目标。但直流可以:现有的主力LCC-HVDC以大功率远距离的高效传输闻名,兼具多年的运营管理经验;对于大部分远离城市负荷中心的风力发电场(尤其是远洋风电)和太阳能光伏发电场这类缺少无功支撑的局域网而言而言,新型的VSC-HVDC以更高的效率、更便利的调控著称,同样具有莫大吸引力。在历经百年的低迷后,直流输电再次成为工程师的心头之爱,从SCR到GTO再到GTR和IGBT、IGCT,元件各类参数指标逐年上升的同时是价格的雪崩,虽然不及电子元器件那样的摩尔式激变,电力电子换流器也已经成长到足以威胁到硅钢变压器的存在了。

更大的变化来自用电设备的组成。21世纪以来新的用电大户——各类消费型电子(如LED电视机,电脑,手机)用的都是3.3V~48V的直流,更加不用说以此为基础建立的各类数据中心园区了,所以硅谷五大巨头((Frightful Five,亚马逊、苹果、谷歌、Facebook和微软))都逐渐在他们的数据中心推广直流系统。机械加工中的感应加热设备适宜用中高频交流电源供电;化学工业中的电解、电镀需要低压直流电源供电;大量通信设备需要低压直流电源;超大规模的集成电路芯片制造需要直流低压大电流条件;广泛应用的交流电机速度调节则需要改变原有的单一工频频率为可调整的频率范围提供驱动电力;而发射机、快速充电设备等则要求有大功率脉冲电源。电力电子已经在电网终端环节中无处不在了。

而前能源互联网时代最大的变更因素来自电动汽车,这个未来在能源互联网的影响力将堪比移动互联网的手机的最热新兴产物。在移动互联网中,手机接收、储存和发送信息;在能源互联网中,电动车接收、储存和发送能量和信息。

储能这一领域一贯是直流电的天下。虽然传统意义上,电网中的电是不能存储的,需要实时平衡,否则便会威胁电网的稳定运行。但是,大规模储能已经在慢慢铺开:传统铅酸电池是不能满足电网级别的储能需求的;新型电池技术,不论是高密度的锂电池,亦或是被称为终极解决方案的氢燃料电池,让大规模电的存储变成了可能。大量的电,特别是不规则不可预测的可再生能源中的电,被存储在了电池中,以供需要的时候用。跟储能相关的移动电子设备,已经进入千家万户;而电动汽车的大规模应用已经是板上钉钉的事情,不论是锂电池路线还是燃料电池路线都不会改变这一点,连内燃机的发明地德国都希望2030年后不再生产燃油汽车。另一方面,现有的锂电池充放电循环次数已经可以超过3000次,同时氢燃料电池的催化剂也取得了巨大的突破,足够走完一辆车的寿命了。电动化与智能化让电动汽车的直流系统架构显得更有吸引力,通过充电桩或是充气站连接到整个能源互联网中。

从局部上升到整个电网,在发输配用这每一个环节,电力电子变换装备都以其在电能变换方面的灵活性,逐步取代电磁变换设备(主要是同步电机、绕组变压器和异步电机),不断提高在电网中的渗透水平,深刻地改变着整个电力系统的动态行为,降低系统惯性,减少响应时间。而传统电力系统全面电力电子化这一过程,是为前能源互联网时代。

那为什么仅仅是前能源互联网时代?因为这只是一个准备阶段,有飞跃提升的主要是电网的各个组成部分,整体控制思路和运行方法遵循的依旧是交直流之战以后延续至今的方案。在各类新技术小规模范围内应用,传统同步电机占电网主导的情况下,是可以无障碍运行的。但当新能源大规模大比例投入应用到电网中时,除了导致居高不下的弃风弃光率造成巨大的浪费之外,也严重威胁到电网的稳定持续运行,任何一个故障冲击都是头顶的达摩克利斯之剑,甚至可能导致整个电网的失稳解列。想要解决技术上的难题,需要仰仗下一阶段,即中能源互联网时代的技术进步。

┃ 企业篇:体系为王

即使一项产业明晰了先进的技术方向,任何先进的技术都要落地为一件件产品才能投入使用,任何优秀的产品想要占领市场都必须有分门别类的模式与之配套,而任何杰出的企业想要制定出有效模式都需要顺应市场的规律。既然每一项产业都其自身的市场规律,来保证从技术走向市场,那么能源互联网呢?

爱迪生和威斯汀豪森的电流奠基之战,是两种商业模式的比拼,天才与体系的对决,结果是,体系胜出管理为王

工程师出身的爱迪生是公认的天才,也是控制狂人,关注于产品远胜于商业经营,认为好的产品本身胜于一切,对于产品之外的东西不感兴趣。他只关心自己的发明,并力求将其做到完美,再把它们卖出去。所以他的公司在任何时期,只能是围绕一个关键产品或服务打转,是完全的产品中心制,本质上来说,是初级的创业型公司扩大版。

得益于此,成就了这位发明大王;受困于此,他一生注定与电网无缘。因为成功实现大规模电网建设,要的不仅是技术和应用产品,还要有能把这些产品联成一个系统来统一开发与管理的能力

威斯汀豪森虽然自己是一个工程天才,但在他成名以后,更是化身成为一个杰出的幕后管理者和导师。他能把大量天才的,充满个性的,自信乃至自大的工程师团结在自己旗下,给他们自主研究的机会和权力,指导他们有条不紊的进行项目开发。威斯汀豪森的独到之处,是能把这些人的抽象理论想法,转化成可以实践的产品和设计。当他意识到交流电相比直流电的技术优势后的1882年,就开始指导公司大量招聘专业人才,展开交流电研究。在这当中做出杰出贡献的,就是近些年一再被神话的特斯拉。

在威斯汀豪森看来,所有人都在为公司服务,都是公司体系的一部分,就连他自己也是。所以,他不在意自己的声名,在意的是公司是否能高效率的运作,管理是否得当,每个人能否最有效的发挥自己的才智。每个人都为公司效忠,公司也要向每个员工负责。公司的成功,不在于个人成绩,而在于公司品牌的成功。这就是现代技术公司的研发和生产模式的样板。在他的领导下,公司形成了梯极的管理、负责和晋升机制,把权力层层分级分部门下放,通过数据化管理,来减少浪费,提高效率,释放潜能。特斯拉也是在此找到了跟爱迪生的公司完全不同的平台,最终青史留名。

整个19世纪末到20世纪初,世界企业的商业模式,在类似这样一次次的对抗中,完成了从创业者模式主导向管理者模式主导的现代化转变。工业时代的任何一个企业,在成长壮大的同时,都必须完成这个从打造产品到打造生态环境的转变。现代企业,就算是一个以普通人的消费品为中心的产品制造商,也不可能只以好产品独善其身了。现代市场把金融、生产、文化、时尚与消费紧密的捆绑在一起了。一个现代大企业,必须要能解决好一个复杂的融资、生产、到消费的产业链,这都需要一套科学的管理体系

这个以管理为中心的模式,直到二战后的60-70年代,才开始呈现出败相。(特别有象征意义的,或许是福特出身的管理天才罗伯特·麦克纳马拉(Robert S. McNamara)担任国防国长时,美国开始陷入越战泥潭。)

以管理为中心的企业,在商业开发上,远比创业型企业保守。它们更强调稳定的运营,稳定的回报。这就让企业更倾向于挖掘自身程序上的潜力,消除冗余,以提升利润空间。在产品开发上,它们更喜欢于对现有的技术进行快速的小更新,以延长既有专利,维持技术优势。而在突破性新技术上,更愿意通过购并新锐创业小公司,或选择跟风生产这样相对安全的模式。

从本质上,这就是在创造性与效率上的一种妥协。当工业革命方兴未艾,技术不停的突飞猛进时,高效的公司以其稳健性,更容易在这场战斗中胜出。但是当对效率的无休止追求变成对个性的过度压抑时,所谓的管理就开始成为羁绊了。

所以80年代开始的信息产业革命里,业界就看到了投资人、管理者与天才工程师之间,开始一轮新的再平衡。他们试图在创业型科技公司发展成长的过程中,完成这种向现代管理体系的转型:当让员工感到公司依然保有充满朝气的企业文化,在向公司注入资金指引其发展方向时,又不想过多拿去创业者对公司的控制,希望保持这些明星创业者的个人魅力和创新精神,不让公司过早失去其创造力。

这同样也是前能源互联网时代的企业们遭遇的境况,在各自的产业领域内寻找并保持这种创造性与效率之间摇摇欲坠的持久平衡,沿着产业链细分的每一个环节,在各自的技术和应用产品外,把这些产品联成一个系统来统一开发与管理。

以电动汽车产业为例,单纯从整车角度来看,通常将电动汽车产业链分为上游的动力电池、电控系统、驱动电机,中游的整车环节,和下游的充电设施、营销以及后市环节。其中动力电池重要性位居三电之首,在成本构成中占比最大。

当前市场中能脱颖而出的企业一定是技术优势突出,重视自主创新及研发。特别是在动力电池环节中,续航能力、安全性、适配性等诸多方面,都在考验电池生产商和整车上的技术。宁德时代在动力和储能电池领域掌握核心技术,拥有材料、电芯、电池系统、电池回收二次利用等全产业链研发及制造能力;以隔膜技术著称的星源材质,在巩固干法工艺应用于动力类锂离子电池隔膜领域领先地位的基础上,公司持续加大湿法工艺和涂覆工艺的应用研究和开发力度,研发支出将进一步扩大;整车制造商比亚迪多技术路线推进,主流还是采用磷酸铁锂电池,成熟而且内部不容易分解。

故而电动汽车同时也是“烧钱”的行业,特别是对于整车而言,对于资金的需求极其庞大,提高企业效率与削减企业成本是能否活下来的关键。以管理为中心的企业就在这个时候更容易脱颖而出。其他如光伏、风电等领域,乃至电网领域的新兴产品部分,都具有类似的产品组成和产业链结构。这就决定了前能源互联网时代产业具有的传统性,即管理为王。

而从单一企业到整个产业链市场,想要探讨能源互联网时代的相关规律,就要引入周期的概念。

┃ 市场篇:扩张期在波谷

1912年,政治经济学一代宗师约瑟夫·阿洛伊斯·熊彼特出版了代表作《经济发展理论》一书,首次提出“创新理论”,描绘了创新浪潮的后续反应,其特点是需求、物价和投资膨胀,投机行为急剧增加,并导致失误和过度投资,即回升、繁荣、衰退、箫条的“商业周期循环论”,是周期学派集大成的作品。在整整50年后的1962年,美国新墨西哥大学埃弗雷特·罗杰斯出版了《创新扩散》一书,宣告创新扩散理论的S型曲线诞生,即发明、创新和扩散的“技术周期”。

对制造业而言,商业周期与技术周期叠加形成了行业周期,强弱程度随行业不一。

强周期性行业,通常都会有这么几个特点:产品标准化程度高,用户粘性弱,谁的便宜买谁的;行业具备规模效应,大规模生产能够有效摊低成本;重资产,折旧巨大,一旦投产没法停,亏本也要硬着头皮生产,起码还有现金流;行业格局尚不稳定,没有价格同盟,涨价时厂商都想疯狂扩产搞死对手,低谷时通过破产兼并来实现去产能。显然,电力电子化时代中几大支柱及其上下游产业几乎没有例外,光伏是,风机是,电池是,电动汽车是,核心的电力电子元器件同样是:标准化产品,处于S型的发展期,边际成本明显,完全是赢家通吃的红海市场。

更大的问题是:能源是经济的晴雨表,现代经济增长衰退首先受影响的就是电力供应,也就是说除了资本投入外还要受到产品市场对周期律的双重加成。周期律将成为主宰电力电子化时代产业的第一定律。

所谓时势造英雄,周期律正向使用就是“登上风口上起飞的猪”,资本大规模涌入时产业欣欣向荣一片红火;但全世界的银行都喜欢晴天借伞雨天收伞,逆用周期律才是是“草创争天禄”时期王者的必然之路,其经典案例首推三星内存芯片业务。

三星内部以会长李健熙为管理核心,被誉为“财界青瓦台”的秘书室和有独立决策权的业务部高管(GBM)为两翼的铁三角决策管理模式,标准的管理型企业。两次石油危机让三星意识到,身处资源匮乏的小国,三星的未来是半导体。于是三星充分利用了存储器行业的强周期特点,依靠政府的输血,在价格下跌、生产过剩、其他企业削减投资的时候,逆势疯狂扩产,通过大规模生产进一步下杀产品价格,从而逼竞争对手退出市场甚至直接破产,世人称之为“反周期定律”。 而反周期的应用,对管理者的绝对控制力有极高的要求,对股东的短期利益可能造成伤害,是股权分散的企业无法使用的。

在存储器这个领域,三星一共祭出过三次“反周期定律”:1984年,行业第一次衰退,第一代玩家Intel出局,第二代玩家日本崛起,第三代玩家三星入局并站稳脚跟;1992年,行业第二次衰退,三星技术压倒日本,日立、NEC和三菱被迫合并组成日本国家队尔必达。两次反周期定律的使用让三星从零开始,做到了存储器老大的位置。但三星显然觉得玩的还不够大,于是在2008年金融危机前后,第三次举起了“反周期”屠刀。

2007 年初,微软推出了内存黑洞Vista操作系统,DRAM厂商判断内存需求会大增,于是纷纷提高产能。结果Vista销量不及预期,DRAM供过于求价格狂跌,加上2008年金融危机的雪上加霜,DRAM 颗粒价格从2.25美金雪崩至0.31美金。就在此时,三星做出令人瞠目结舌的动作:将2007年三星电子总利润的118%投入DRAM扩张业务,故意加剧行业亏损,给艰难度日的对手们,压上最后一根稻草。就像一根绳子缠绕在双方的脖子上,都有窒息的危险,只有对方撑不住才有可能活下去。

效果是显著的。DRAM价格一路飞流直下,2008年中跌破了现金成本,2008年底更是跌破了材料成本。到了2009年初,第三名德系厂商奇梦达首先撑不住,在前身为西门子半导体部门的母公司英飞凌撒手不管后宣布破产,欧洲大陆的内存玩家就此消失。2012年2月27日,在上一轮反周期定律中被迫由日立、NEC和三菱三家内存制造业务合并而成的日本芯片行业“国家队”第五名尔必达申请破产保护,曾经占据DRAM市场50%以上份额的日本,也输掉了最后一张牌。当晚,位于首尔京畿道的三星总部,灯火彻夜通明,内存市场上的幸存者终于只有韩国与镁光。

进入2016年,在大数据、云计算、比特币挖矿等需求的带动下,内存价格一路飙升,即使经历“炸弹Note7”的噩耗,三星依旧在2017年终结了英特尔25年的霸主地位,成为全球最大的半导体公司;同时,它还“干掉”苹果,成为全球最赚钱的企业。

过了河回头来摸石头,三星并没有盲目决策。市场上的机会,大抵分两种:一种是确定性的,另一种是不确定性的。对于不确定性机会,其做法是多点布局,雨露均沾;而对于确定性机会,其做法则是集中兵力,重点突破。

内存处于产业链的中上游,是大多数电子产品的核心零部件。其特点是需求确定,尽管行业有周期起伏,但任何时候都是必需的,顶多是技术上的升级。这些产品面向下游厂商而非终端客户,用户体验并不重要,性能、量产技术和良品率才是关键。而要提高性能,提高良品率,就必须敢下狠手,敢上规模。相反,手机、电视等下游终端产品,用户选择非常多,不确定性很大。对于这类产品,态度应该非常务实,绝不蛮干。

能源电力事关国家安全,也是工业之基,绝非纯粹的消费电子领域影响可比,是毫无疑问需要以举国之力重点突破的。这也是为什么会有第四位玩家执政官的入场,举起包括“补贴”等多项利器反复祭出。与日本芯片的战败史类似,这场能源革命将完美诠释什么叫国际政治经济学,而亚当·斯密的自由市场竞争理论在大国产业PK中,只能是一个美好的童话。

┃ 政策篇:成长药与戒断反应

任何一项新技术的出现都意味着原有格局的改变,而惯性也不仅仅存在于牛顿第一定律里。大多数新技术很难在第一时间就取得对原有产品的绝对优势,不论是成本、便捷、配套或者接受程度。为了加速这一过程,除了指望管理中心型企业被产品中心型企业倒逼外,就得依靠执政官手上的各类政策性工具了。

近二三十年来,德国新能源获得了较快的发展,其发展很大程度上受法规政策的影响,是较早走完补贴支持到退补运营整个过程的国家。以光伏发电产业来看,出台的政策内容一般涵盖了从初始投资补贴到光伏电站补贴、分布式光伏补贴、税收优惠、配套服务等各项内容,是一种“组合式”的政策激励。

2000年以前,对于新能源的上网电价,最初由行业协会的协议规定;1990年12月7日,发布了电力并网法案,规定了水力、风力、太阳能、垃圾填埋气、沼气、垃圾发电的并网规则和上网电价。其中正式规定,电力供应商有义务并按照相关条例收购新能源发电。

2000年,德国发布了可再生能源法(EEG),正式以立法的形式确定了新能源的发展框架。可再生能源法延续了电力并网法案的相关精神,并对不同来源的绿色电力的补贴按照社会的发展形式进行了适当的调整,指出新能源发电的补贴即可再生能源分摊费的计算方法。2004年,为进一步推进新能源的发展,发布了可再生能源法修订案(EEG 2004),主要是加强对光伏发电的补贴以及取消对电力供应商的新能源发电设备的补贴限制。

由于能源转型初期对绿色电力的补贴力度较大,而导致产业出现盲目扩张现象,引发后果是:新能源电力优先上网,且边际成本极低,在新能源发电量较大时,电力市场频频出现负电价,从而挤压了传统电厂的市场和利润;对绿色电力的总补贴额逐渐增加,而这些补贴最终以可再生能源分摊费的形式由电力消费者买单,故伴随着新能源并网量的上升,终端电价也在上升。为了带动新能源技术的发展、从而使其发电的固定成本下降,2009年出台的可再生能源法修订案(EEG 2009)规定,太阳能发电的补贴逐年降低。2012年出台的可再生能源法修订案(EEG 2012)则将补贴逐年减少的范围扩大到风力发电领域,并且推出鼓励绿色电力发电商直接上网交易的政策,从而使其减少对补贴的依赖。

除了进一步减少光伏、风力、生物质、水力等发电的补贴外,2014年出台的可再生能源法修订案(EEG 2014)规定,新建新能源发电设备强制性实行直接上网销售,而新能源的建设也按照招标的方式进行,并对各能量来源的发电设备每年的容量增量进行限制。2016年发布的最新版可再生能源法(EEG 2016)延续了以上内核,规定太阳能、风能年发电量上限以减少产能过剩;停止对新建风电厂、太阳能电厂的固定补贴;逐步取消绿色电力入网价格补贴;限制陆上风电扩建速度。

同样的,美国智能电网发展可归纳为“战略规划研究+立法保障+政府主导推进”的典型美国国家发展战略3个阶段推进模式,详细规划补贴时机及数量。

2001年到2007年的前期战略研究与规划阶段,由美国前总统布什以及美国能源部的大力推动下,依次形成了“国家输电网研究(2002)”、“Grid 2030——美国电力系统下一个百年的国家愿景(2003)”、“国家电力传输技术路线图(2004)”、“电力输送系统升级战略规划(2007)”等具有延续性的系列战略研究与规划报告,为后续立法和政府主导实施奠定了良好基础。

2007年到2009年的立法保障阶段,至关重要的是2007年年底由美国前总统布什签署的《能源独立与安全法案》(EISA 2007)和2009年年初由美国前总统奥巴马签署的《美国恢复和再投资法案》(ARRA 2009) 这2份法案。具有里程碑意义的EISA 2007第13章标题就是智能电网,不仅用法律的形式确立了智能电网发展战略的国策地位,而且设计了美国智能电网整体发展框架,就定期报告、组织形式、技术研究、示范工程、政府资助、协调合作框架、各州的职责、私有线路法案影响以及智能电网安全性等问题进行了详细和明确的规定。ARRA 2009进一步加大了智能电网战略推进力度:包括提供45亿美元财政拨款用于智能电网相关工作,以及65亿美元财政贷款权用于建设电网基础设施;对EISA 2007进行了修订,包括把智能电网投资的政府补贴由20%提高至50%,把补贴对象范围拓宽至电力公司以外参与方,要求加强智能电网建设过程中的开放透明度等。并在之后的政府主导推进阶段中,采取一系列行动来推动智能电网建设。

对应于国内,就是所谓的全球能源互联网战略了。

但政策同样是一把双刃剑。补贴本身的费用会加大税收的压力,被补贴的领域可能对其他领域造成市场的倾轧(比如锂电池对氢燃料电池),长期下来甚至使新技术在一定程度上会产生补贴依赖性,以致在去补贴时产生强烈的戒断反应。

2018年5月22日,中国汽车工业协会公示了动力蓄电池和氢燃料电池行业白名单,被2015白名单限制在中国国门之外的三星三元锂电赫然在列。同时宣告补贴退坡至2020年清零,届时包括实力强大虎视眈眈的松下、LG,将与比亚迪、宁德时代等国内巨头一决雌雄。而仅仅十天之后,《关于2018年光伏发电有关事项的通知》下发,宣告光伏大规模补贴时代结束,留下场内一片哀鸿遍野。2018年6月12日,新的新能源汽车补贴政策开始实施,而续航150公里以下的新能源汽车将取消补贴。一年后的现在,工信部已经决定自2019年6月21日起废止《汽车动力蓄电池行业规范条件》,第一、第二、第三、第四批符合规范条件企业目录也同时废止。

一叶落而知秋,政策密集出台,被迫给过去不断补贴的产业“断奶”的背后,正是缘于地方财政承压,不得不缩减开支,由于新能源项目快速增加,所有新能源项目纳入补贴后,2018年底的补贴缺口高达2088亿元。而同一时间,中国央行公布的2018年5月金融数据显示,5月社会融资规模增量7608亿人民币,预期 13000亿人民币,前值由 15600亿人民币修正为 15605亿人民币,比上年同期减少了3000亿。可见实体经济的资金面之紧张,到了何种程度。巨大的融资压力之下,潮水褪去方知谁在裸泳。补贴款的拖欠,将民营光伏电站企业拉入了深渊,随着平价上网时代的到来,拥有绝对资金成本优势的国企开始加速入场。

而当时间转至2019年,经济指标有所好转时,中美新一轮贸易战开始接手资金面,成为新的行业压力项。可以想见,能源互联网接下来要面临的,依旧是行业紧张期,补贴严重拖欠的情况下,不少企业也在继续出售资产及股权断臂求生,需要动用逆周期律的阶段。或许下一轮正周期会等到经济彻底好转、电动汽车大规模铺开、电能出现巨大缺口时,但需要相当的时间才能到达。当然,周期律是丛林法则,有么有更文明一点的?有,比如E.ON合并Innogy,RWE吞并可再生能源。目的都只有一个,在电力电子化时期内在本行业内占据第一把交椅,进入下一轮。

┃ 结语

这就好像那群雄并起的东汉末年,能源互联网的总格局尚在襁褓之中,各有纵横捭阖,还没有谁能坐稳铁王座。技术上有功电源、输电网络及负荷的电力电子化都已经就位,能源互联网的分布式格局也初步形成,直流日益吃重;以管理为中心的企业相较以创业为中心更容易取得优势,工程师、投资人与执政官共同辅助企业发展;作为能源互联网的准备阶段,通过周期律的数次正反使用,拥有巨额资金储备的少数企业将脱颖而出占据几大支柱最肥美的土地。巨头在卡住了自己的老巢后,自然蠢蠢欲动,要去掏对方的老巢,也就是中能源互联网时代,电力系统群集智能化及其平台律。

群集智能化下的平台律

扫罗和以色列人犹大的梭哥迎战非利士人。歌利亚连续四十天,每天两次向以色列人讨战,进行一对一的决斗,来决定战役的胜负。扫罗和全体以色列人都极其害怕。年轻的大卫为跟随扫罗出征的三个哥哥送饭,听见歌利亚的骂阵,和扫罗允诺的重金赏赐,无所畏惧,要击败歌利亚。大卫拒绝了扫罗提供的战衣,手中拿杖和甩石的机弦,和从溪中挑选的五块光滑的石子;和歌利亚对阵,歌利亚头戴铜盔,身穿铠甲。“那非利士人就指着自己的神咒诅大卫。”大卫回答说:“今日耶和华必将你交在我手里;我必杀你,取下你的头。我又要将非力士军兵的尸首给空中的飞鸟、地上的野兽吃。全地就必知道以色列中有神;聚集在这里的众人也必知道耶和华施行拯救,不是用刀用枪,因为争战的胜败全在乎耶和华。他必将你们交在我们手里。”

大卫用机弦将石子击中歌利亚的额,歌利亚就仆倒,面伏于地。大卫将歌利亚的刀从鞘中拔出来,用刀割了他的头,将他杀死。非利士人逃避以色列人的追赶,“直到迦特和以革伦”。大卫将歌利亚的军装放在他自己的帐棚里,却将他的头拿到耶路撒冷。扫罗问元帅押尼珥,是谁的儿子迎战那非利士人。押尼珥领大卫到扫罗面前,扫罗问大卫是谁的儿子,大卫说,“我是你仆人伯利恒人耶西的儿子”。

——《圣经·撒母耳记》第17章

┃ 技术篇():撒豆成兵

首先还是退回到前能源互联网时代来。现有的电力调度是提前24个小时安排发电和输电,并且以15分钟为基本单位对发电厂进行人工干预,整个电网以此为基础运行。与传统交流电力系统相比,电力电子化电力系统中新能源替代传统火电降低了系统鲁棒性,其网侧特点是系统拓扑随着电力电子器件的开关动作而发生变化,整个系统是时变(非自治)的,同时存在多时间尺度控制的相互作用。此外,电力电子变流器本身具有结构非线性和复杂性,采用脉宽调制时还存在过调制和限幅等现象,因此具有饱和非线性。换而言之,新能源固有的波动性和随机性,电力电子换流器的特性,用电侧的双向主动调节,都在增加单元控制的难度;同时,相较原始单一的发输配用,分布式特性的发电和储能又增加了需要控制的数目。二者共同作用,从上到下集中式的控制对于新系统的底层单元鞭长莫及,解决方案只能是去掉现有控制层级,下放控制单元,形成自治。

“自治”意味着每个成员根据内部规则以及其所处的局部环境状况而各自做出反应,这与服从来自中心的命令,或根据整体环境做出步调一致的反应截然不同。这些自治成员之间彼此高度连接,但并非连到一个中央枢纽上,而是组成了一个对等网络。为此建设的具备虚拟同步机功能的新能源电站也好,氢能峰谷储能发电也罢,都是在这样的理念下出于个体对网络的自适应。那么借助这一个个分布状态下,可感知可判断可调节的自治单元构成群集智能化的基础,能够实现整个能源互联网的控制吗?

答案是能够的,但是使用的另一种方式。

首先要理解,个别单元的特性跟整个系统的特性两码事。上个世纪之交(1900年左右)的哲学潮流主张通过观察组成部分的个体行为去理解其上层的整体模式,并且当时的科学发展也一头扎入对物理学、生物学、以及所有自然科学的微观细节的研究之中。这种一窝蜂上的将整体还原为其组成部分的研究方式,在当时被看作是能够理解整体规律最实际的做法,而且至今仍是科学探索的主要模式。

但需要承认,分布式自治复杂系统的普遍规律是,低层级的存在无法推断出高层级的复杂性。不管是计算机还是大脑,也不管是哪一种方法——数学、物理或哲学——如果不实际地运行它,就无法揭示融于个体部分的整体 “涌现”模式。理论家们是这样说的:要想洞悉一个系统所蕴藏的“涌现”结构,最快捷、最直接也是唯一可靠的方法就是运行它。要想真正 “表述”一个复杂的非线性方程,以揭示其实际行为,是没有捷径可走的。因为它有太多的行为被隐藏起来了。

换言之,科学界早就承认大量个体和少量个体的行为存在重大差异。群聚的个体孕育出必要的复杂性,足以产生涌现的事物。随着成员数目的增加,两个或更多成员之间可能的相互作用呈指数级增长。当连接度高且成员数目大时,就产生了群体行为的动态特性,由量变引起的质变。

这就是前能源互联网时代与中能源互联网时代泾渭分明的关键,群集化

首先,由于上下之间不存在类似机械逻辑的指令链,任意单元自行决定的某个特定动作都会传递到整个系统。重要的不再是一系列起关键作用的个体行为,而是众多的同步动作,以及由同步动作所表现出的群体模式,使点对点间的影响通过系统网络形成了非线性因果关系。

曾经的希腊哲学家痴迷的链式因果关系,研究如何沿因果链条溯本追源,直至找到最初原因。这种反向倒推的路径是西方逻辑的基础,即线性逻辑,也是前两次技术革命的基础。但能源互联网分布式单元构成的网状拓扑式因果循环,与其说业因和控制是从其源头按直线发散,倒不如说它是水平扩展,控制轨迹也呈发散状溶入因果关系的界域,不仅分散到空间中,还随着时间而逐渐模糊。这就导致了诸如布雷斯悖论这样反逻辑的状况。

所以相较一台复杂的机器,将能源互联网比作一个经济体更准确。为了保持社会繁荣增长,需要选择出正确的控制方法,宏观经济学经历了百年之争:亚当·斯密强调“看不见的手”,个体分工,协同作用,由下而上秩序自然形成;约翰·梅纳德·凯恩斯强调政府对经济的全面干预,最优的规划带来最佳的秩序,自上而下持续有效运行。就好像小学数学分解质因数比素数相乘难,自上而下的控制就是将乘积分解为因子。面对能源互联网这个前所未有的复杂架构,控制难度可想而知,优先考虑利用自治单元的集体智慧进行个体自适应,从下到上实现控制。

最简单的普适分布式控制方法:先做简单的事;学会准确无误地做简单的事;在简单任务的成果之上添加新的活动层级;不要改变简单事物;让新层级像简单层级那样准确无误地工作;重复以上步骤,无限类推。复杂性就是依靠叠加而不是改变其基本结构而累积起来的。

以微观经济学理论的构建为例。在新古典主义经济学的发展中,威廉姆·斯坦利·杰文斯与卡尔·门格尔两人集中于边际分析的应用,寻找因果关系的简单线路;阿尔弗雷德·马歇尔使用边际分析作为建筑构件,并引入生产搭建局部均衡系统;到莱昂·瓦尔拉斯看到经济相关性后同时分析所有市场考察一般均衡;最终由保罗·萨缪尔森和约翰·希克斯整合所有边际主义片段补充时间元素演化为动态模型,让前沿理论建立在逻辑和集合论的基础上,完成新古典主义的理论探讨。从已有且运作良好的简单系统上衍生出稳定运行的复杂系统。

目前的理想应用就是综合能源自治微网单元。这种分布式单元的广泛使用,促进了电网尤其是配电网,仿照互联网的信息流理念向分散式平面化的方向发展。其将分布式发电、储能(氢储能或者电池储能)以及负荷(尤其是电动汽车)采用电力电子变换器接入系统,通过能量管理进行协调控制,可实现能量的有序调配,构成能源互联网的基本单元,能够灵活高效地实现分布式新能源的就地消纳以及本地负荷的可靠供电。其能量管理功能既包括对电网信息、分布式电源信息、储能信息以及负荷信息的监测、采集与控制,又包括发电、储能与负荷之间的功率调度。

微网既可实现并网运行与主网进行能量交换,又可脱离主网自治孤岛运行以避免主网的影响。

孤岛运行时,分布式电源和储能的协同方式是必须要考虑的一个关键因素,其既要在负荷需求增加时及时投入有效供电并维持系统的电压和频率,又要在负荷需求降低时减少发电或是将多余电能贮存在储能单元或者向电动汽车充电。单元内分布式能源的优化调配和高效利用是孤岛运行的一个重要目标,包括发电成本最小、无功损耗最小、环境效益最高等多个条目。

并网运行时,微网单元模块化,与主网在并网与离网之间的无缝转换,通过合理的能量控制与管理,将一部分控制权交给分布式发电单元,各虚拟发电厂根据上层的微网中央管理器的调度指令改变其运行状态和返回协调控制信息,实现各分布式电源的有效利用。实现微网的高级能量管理是微网稳定运行、经济优化调度以及分布式能源高效利用的基础和前提。

建设完善单一微网单元这一过程就相当于完成了一轮普适分布式控制建设,下面需要的是保持原有系统不变的情况下向上叠加。

多个单一微网运行后,微网群运行方式成为可能。微网群是在此基础上的大规模微网运行模式,是由局部地区相邻较近的多个微网组成,各子微网既可独立自治运行,也可部分子微网或全部子微网互联运行并完成某一特定的运行目标,如经济性、可靠性、稳定性等;微网群还需要在其子微网出现暂态过程的情况下起到相互支撑频率和电压的作用,从而保证负荷的正常运行。

与单一微网相类似,微网群还可并入主网运行,能量管理与控制相对复杂,需要采用分层的能量管理和控制模式。除了需要考虑单个分布式电源的发电控制和负荷控制以及微网内部多个分布式电源的协调控制外,还要考虑多个微网与主网之间的功率调配,这一层面通常是由更高一层的配电网络操作管理系统来完成。与单一的微网相比,微网群能够实现分布式新能源的合理调配和充分利用,还需要考虑各子微网之间的互联状态以及群级协作下各子微网之间的功率优化调配和协调控制。与多个微网运行相比,微网群基于共同目标的协作化运行更强。

当若干微网群同时连接主网后,一个相对纯粹的分布式系统就初具雏形了。

┃ 技术篇():涌现的智能

但每一枚硬币都有正反面,纯粹的分布式微网系统利弊也很明显。

分布式系统的好处包括:

可适应——人们可以建造一个类似钟表装置的系统来对预设的激励信号进行响应。但是,如果想对未曾出现过的激励信号做出响应,或是能够在一个很宽的范围内对变化做出调整,则需要一个群——一个分布式系统思维。只有包含了许多构件的整体才能够在其部分构件失效的情况下仍然继续生存或适应新的激励信号。

可进化——只有群系统才可能将局部构件历经时间演变而获得的适应性从一个构件传递到另一个构件(从身体到基因,从个体到群体)。非群体系统不能实现(类似于生物的)进化。

弹性——由于群系统是建立在众多并行关系之上的,所以存在冗余。个体行为无足轻重,小故障犹如河流中转瞬即逝的一朵小浪花;就算是大的故障,在更高的层级中也只相当于一个小故障,因而得以被抑制。

无限性——对传统的简单线性系统来说,正反馈回路是一种极端现象——如扩声话筒无序的回啸。而在群系统中,正反馈却能导致秩序的递增。通过逐步扩展超越其初始状态范围的新结构,群可以搭建自己的脚手架借以构建更加复杂的的结构。自发的秩序有助于创造更多的秩序——就好像生命能够繁殖出更多的生命,财富能够创造出更多的财富,信息和能源也能能够孕育更多的信息和能源,这一切都突破了原始的局限,而且永无止境。

新颖性——群系统之所以能产生新颖性有三个原因:(1)它们对“初始条件很敏感”——这句学术短语的潜台词是说,后果与原因不成比例——因而,群系统可以将小土丘变成令人惊讶的大山。(2)系统中彼此关联的个体所形成的组合呈指数增长,其中蕴藏了无数新颖的可能性。(3)它们并不强调个体,因而也允许个体有差异和缺陷。

分布式系统的明显缺陷:

非最优——因为冗余,又没有中央控制,群系统的效率是低下的。其资源分配高度混乱,重复的努力比比皆是。假如群系统有应急控制的话——例如自由市场经济中的价格体系,那么可以在一定程度上抑制效率低下,但绝不可能像线性系统那样彻底消除它。

不可控——没有一个绝对的权威。引领群系统犹如羊倌放羊:要在关键部位使力,要扭转系统的自然倾向,使之转向新的目标(利用羊怕狼的天性,用爱撵羊的狗来将它们集拢)。经济不可由外部控制,只能从内部一点点地调整。无论在哪里,只要有“涌现”的字眼出现,人类的控制就消失了。

不可预测——群系统的复杂性以不可预见的方式影响着系统的发展。“涌现”一词有其阴暗面。视频游戏中涌现出的新颖性带给人无穷乐趣;而空中交通控制系统中如果出现涌现的新情况,就可能导致进入全国紧急状态。

不可知——我们目前所知的因果关系就像钟表系统。我们能理解顺序的钟表系统,而非线性网络系统却是地道的难解之谜。后者淹没在它们自制的因果逻辑之中。群系统就是一个交叉逻辑的海洋:单元间接影响其他一切,而其他一切间接影响单元。一般把这称为横向因果关系。真正的起因(或者更确切地说,由一些要素混合而成的真正起因),将在网络中横向传播开来,最终,触发某一特定事件的原因将无从获知。那就听其自然吧。可以不需要确切地知道一个大规模群体计算系统是如何工作的,也能够建造、使用它,并使之变得更加完美。

非即刻——点起火,就能产生热量;打开开关,线性系统就能运转,它们准备好了开始服务。如果系统熄了火,重新启动就可以了。简单的群系统可以用简单方法唤醒;但层次丰富的复杂群系统就需要花些时间才能启动。系统越是复杂,需要的预热时间就越长。每一个层面都必须安定下来;横向起因必须充分传播;上百万自治成员必须熟悉自己的环境。

为了克服这些弊端,就不能完全依赖微网单元自治,要将上层的主网也纳入体系中考虑,并完成群集智能化的完整过程。

现有的主电网,经由多年多轮的数字化投资改造建设,通过数字化变电站、调度自动化、用电信息采集、配电自动化、智能台区、输变电设备状态在线监测等一大批配套设施,将系统从物理现实层面抽象为工业4.0的“数字孪生(Digital Twin)”模型,使整个系统运行处于可观可控的状态,已经基本达到了泛在物联的数字化要求。

数字化模型的基础上下一步要实现信息化,是把通过数字化模型获取的数据信息通过双方同意的信息模型转化再进行传递交互,本质上可以视为这一轮互联网企业的数据中台建设背景:对海量数据进行采集、计算、存储、加工,同时统一标准和口径,确保在使用数据过程中的时效性、效率性、可靠性和稳定性,讲究架构逻辑严密,本质和边界必须定义清楚、没有歧义。鉴于现在市场上的不同设备具有不同的信息模型,虽然电力生产、营销、调度、财务、安监各自的管理信息化都处于行业信息化的领先水平,但没有自动统一的方式或主导者统一模型使得信息可以耦合,由于部门专业分割各自建立了完整的信息和数据系统,导致系统间在“互动”这个点上衔接困难,仅停留在有限的信息交互,需要解决的是数据交互的问题。最典型的就是营销信息化和生产信息化,相对而言批发市场和调度已实现信息化程度更高。所以这次泛在电力物联网把“数据统一、营配贯通、配抢指挥”作为一个核心指标。

综合能源自治微网单元及单元群同理。

而全网群集智能化阶段预计引入多层神经网络模型。从机器学习神经网络,到这几年的深度学习数据挖掘,人工智能领域名词更新,初衷不改,核心就是:计算、连接、评估、纠错、反复。之所以选择神经网络,是因为分布式自治单元相当于已经将算法实体化了了。大量彼此连接的节点具备两个特性:每个神经元,通过激励函数,计算处理来自其它相邻神经元的加权输入值;神经元之间的信息传递的强度,用所谓加权值来定义,算法会不断自我学习,调整这个加权值。

大数据时代,越来越多的数据被传至云端进行存储计算,再返回到终端显示结果。这一过程不仅增加了云端压力,还会造成干路数据堵塞,影响数据处理和反馈的时间。为解决上述问题,雾计算应运而生。雾计算的原理与云计算一样,都是把数据上传到远程中心进行分析、存储和处理。但相比云计算要把所有数据集中运输到同一个中心,雾计算的模式是设置多个中心节点,即所谓“雾节点”处理数据。雾计算出现后,一种更激进的想法随之产生:既然数据送到云端是送,送到分散的数据中心也是送,那为何不干脆在距离终端最近的地方完成数据存储和计算?于是就有了边缘计算。大数据与云、雾、边缘三大计算是两位一体。大数据的特色在于对海量数据的挖掘,过程必须依托三大计算的分布式处理、分布式数据库、云存储和虚拟化技术。三大计算分别对应于能源互联网的综合能源微网、微网群和主网的控制中心完成。

智能化数据训练过程依靠成本函数与学习的算法:成本函数用来定量评估根据特定输入值,计算出来的输出结果,离正确值有多远,结果有多靠谱;学习的算法目的在于根据成本函数的结果,自学,纠错,最快地找到神经元之间最优化的加权值。从最底层的微网内分布式能源控制(适合边缘计算),到上一层的微网群控制(适合雾计算),从空间上叠加直到覆盖整个主电网(适合云计算)。所以洲际互联网络不再仅仅是为了传输能源,更重要的是将单元连接到一起,使得同一网络内节点数增长,数据相互流通从而实现多层神经网络模型的深度学习。

借分布式系统搜集相关数据汇集到控制单元,依靠计算机神经网络模型的众愚成智机理,层层叠加的控制单元以不同方式建立智能,并处理为有效数据上下级控制单元间传递。按蜂群理论,当复杂度达到某一程度时,让能源互联网“集群”作为整体从微网“个体”中“涌现”,以远远超越个体控制单元的智能去冲击无限控制化。

整个过程,系统可以通过学习与计算来不断调整进化的。这个时候在关键节点施加影响,能起到四两拨千斤的效果,也将是未来中心控制调转方向之后,群雄争霸的关键。至于如何找到关键节点,以及如何施加最有效的影响,需要在下一阶段实现。

┃ 企业篇:给大卫以底气

如果说电力电子化时代当年的能源互联网具有相当的传统能源味道,那么群集智能化时代就更偏重互联网属性了。

到2019年5月,令人畏惧的美国互联网五巨头中市值最高的微软超过万亿,最低的脸书也有五千亿美元,亚马逊、苹果和谷歌都在八千亿上下(作为参考,2018年荷兰GDP总量是9098亿美元,沙特7698亿美元)。那又如何?硅谷的工程师们秉信公司的体量在这里并不重要。每有一个行动笨拙迟缓的歌利亚,就总有一两个更加聪明敏捷的大卫在某个传说中的车库里创业,准备在那些巨人最意想不到的时候弑杀掉它们。

所以,即使如今对五巨头的权势忧心忡忡,想想曾经盛极一时的IBM、惠普或者垄断时期的微软是怎么破除神话的也就释然了。它们都是“创造性破坏”和“创新者困境”的牺牲者。那两个理论支撑着硅谷对于自己作为开创性新贵的温床的愿景,在那片地方,使其强大起来的东西恰恰也会让自身变得不堪一击。所谓蚂蚁啃大象,换道超越,或是降维打击,是一群人的风口,也是另一群人的梦魇。

为什么巨头会被创业企业掀翻?发达的互联网让信息流通,完全归结于无知导致的技术落后是很难让人信服的,问题出在企业自身的组织设计。创业型企业以项目制为主和管理型企业以部门制为基础的组织设计根本区别在哪里?

创业型企业以项目制为基础,但并不代表他没有部门,无论是小团队,还是十亿美元独角兽这种级别,公司内部仍然有各种部门。相反管理型企业以部门制为基础,也有以项目推动的工作。

创业型公司虽然有部门,但部门的职责让位于项目工作,人员属于部门更多是一个统一管理的需要,或者说知识聚集的需要。人员的大部分工作,特别是业务人员的工作来自于项目,在项目推动中由项目负责人全权负责项目组人员管理、奖惩、使用等。为了完成项目,项目负责人要调动各种资源,这种调动权限是不受部门级别限制。一个项目负责人就算只是一个专员,在项目中,他也可以调动人、财、物资源,和需要的部门负责人或高级管理人员对接工作。项目负责人权力很大,但同时,责任也很明确,对项目结果负责。

创业型公司绝大部分工作都不是例行工作,而是临时工作,新的工作。这种情况下,项目制更适合这种工作情况。而实行项目制,项目负责人可以调动几个部门,或者全公司资源去完成这个项目,而不会打乱公司正常运行。管理型公司,大部分是例行工作,新的工作、临时工作有限,这时更容易流程化、标准化,部门制可以更加高效。

不难发现,项目制和部门制的根本区别是资源调动时,以部门为基础还是以项目为基础,是部门优先还是项目优先。企业互联网转型就是为了适应互联网的需要,提高企业的经营能力。首先就要建立以项目制为基础的工作流程。伴随市场环境的快速变化,企业的经营也要快速适应,而部门制的资源配置方式在快速反应上明显不足;相反,项目制以完成项目为基础的资源配置,更适合这种快速变化的外部环境。

中能源互联网时代的网络变迁与更迭速度将远超传统电网数十年如一日不变的状态,毫无疑问是灵活的大卫而不是笨拙的歌利亚才能存活下来。更重要的是,组织重构过程中同步进行才能完成企业级而非部门级的中台建设。这是将是一片创业型企业施展拳脚的天地。

船大难调头,船小怕风浪。而大卫们底气的背后,是硅谷一条不长的大街——紧挨斯坦福大学的门罗帕克(Menlo Park)著名的Sand Hill 路(沙丘路),那里聚集了全球最大、最多的风险投资公司。从1972年第一家风险资本在沙丘路落户,风险资本极大促进了硅谷的成长。80年代开始的信息化革命下管理者、投资人、工程师和执政官的企业市场主导权再平衡,也是从这里发生。只不过这一次,天平倾向了投资人。

其实投资人在交直流之战时,就已经有巨大的能量呼风唤雨。JP摩根利用他作为银行家投资人的身份,直接介入到诸多公司的董事会和管理层,并因此掌握了许多行业和主要公司的准确信息。这些信息,成为摩根最大的资本,让他可以敏锐的把握行业趋势,并在市场上呼风唤雨。而他的出现,一下子补足了天才工程师爱迪生在商业战略上的诸多短板,招揽人才梳理产业,垄断材料把控宣传。甚至在1907 年,经济危机爆发,Westinghouse 无力应对时,摩根提供资金让GE得以买下对手笑到最后。

但到了硅谷时代,情况又有了变化。一改过去风险投资的基金大部分是由非常富有的家族或者金融机构提供的凯鹏华盈(KP),确定了管理者(普通合伙人)和投资者(有限权利合伙人)之间一个公平的利润分配原则,主张广种薄收和技术价值投资,制定了风险投资行业的新规则;名气更响的红杉资本秉持所投产品的市场一定要大,所投的人一定要能够担当大任的原则,希望投入的每一位CEO都能定战略、重产品、带团队、管账本;至于赶上了每一波浪潮:PC互联网、移动互联网、IOT(物联网),被媒体誉为“大帝”的软银集团董事长孙正义,在使用5层金字塔层级5大属性“道天地将法(理念),顶情略七斗(愿景),一流攻守群(战略),智信仁勇严(领导者能力),风林火山海(战术)” 的思维框架,在越是犹豫不决的时候,越关注未来,只要看到未来的时候,当下的误差就变得微不足道。

现代企业的运营,已经深深的和金融货币市场绑在了一起,董事会里有投资人,并不是简单的交出控制权。虽然极端情况下如果拿一家投资机构太多的钱,作为创始人的管理者就可能失去对公司的主宰权,甚至自己被扫地出门也有可能。但在当前,银行家投资人除了能带入宝贵的关于金融市场的信息,找到应急的资金,更是能利用自己的信息与经验,为企业的发展提出合理的战略,帮助企业避开因为金融市场波动而遭遇的暗礁。像摩根这样的投资人,和威斯汀豪斯一样,都相信科学管理的力量。他们通过对信息的收集,对数据的分析,对风险的正确把握,强大的执行力,来介入公司运营,并购改组。最终,通过帮助自己投资的公司实现最佳的运营模式,占领市场,提升规模,获取最大利润,为投资人获得最大回报,并抽取高额佣金,也让公司实现商业成功。这是值得冒险的。

┃ 市场篇:决胜太平洋战争

创新创业更难了。

一个原因是理论发展的减速。自从一百年前,相对论和量子力学被提出后,人类的物理学进入了新的纪元。和牛顿的经典力学不同,相对论从超越日常生活的速度、引力等环境下,阐述了宇宙的物理法则。而量子力学恰恰相反,透过日常食物,进入到微观世界,去看原子、质子、电子,甚至夸克的物理法则。在相对论的体系中,引力是至关重要的因素。而在量子力学,引力几乎可以完全忽略,取而代之的是弱相互作用、强相互作用、电磁力。两个物理学的尖端理论,却互相之间格格不入,大统一理论还遥遥无期。当前的最新应用已经被推进到量子力学领域,就快要榨干理论物理的最后一滴水了。技术上的推进困难,大家就只能更多利用现有技术或者模式创业,门槛更低容易被模仿。

另一个原因是巨头开始反击了。为了避免被颠覆,巨头的解决方案是企业内部创业与外部投资收购,核心是资本为王,企业管理者向投资人转型。创业公司仍然能够拿到融资,仍然在取得突破。但它们的成功概率已经变得前所未有地低(跻身10亿美元估值“独角兽”行列的创业公司不到1%),近年来它们一鸣惊人(尤其是将巨头阻隔在自己的业务领域以外)的概率也明显下降。最出类拔萃的那些创业公司总是会被巨头们吞并(比如先后被Facebook收入囊中的Instagram和WhatsApp)。那些逃脱被收购命运的创业公司也面临着残忍甚至不公平的竞争(它们的创新遭到抄袭,它们的项目遭到起诉)。即便那些创业公司取得成功,巨头的地位也依然稳如泰山。由于今时今日的巨头比起往昔的科技巨兽要更加敏捷,对于行业新贵带来的竞争威胁也更加警觉,它们聪明地打造了一个即便自己没能最先想到那些最好的点子,也能够反哺自己的生态系统

生态系统意味着规模愈发重要,数据愈发关键,平台律也将取代周期律成为这一轮市场变革的核心。

1906年,英国海军无畏号战列舰出现,集大火炮重装甲强动力于一体,将19世纪的鱼雷艇到20世纪初的潜水艇这两大曾经挑战者一一踩在脚下,执行指挥、防空、对舰、反潜所有任务,自风帆大航海时代后再一次站稳了海军终极武器的位置。

21世纪第一个十年,BAT三家在各自领地站稳脚跟,开始互相渗透,互相掏空:搜索起家的百度,开始做电商(有啊),做社交(贴吧);社交起家的腾讯,开始做搜索(搜搜),做电商(拍拍);电商起家的阿里,开始做搜索(屏蔽百度),做社交(旺旺)。

21世纪第二个十年,西门子在本身的发电和电网之外,大举进入电动汽车、储能;特斯拉在电动汽车之外,开始了SolorCity和Powerwall的业务,并准备在内华达州开设电池工厂;通用电气强取豪夺收购吞并了法国工业之花阿尔斯通(Alstom),除了加强发电领域外,也试图重返电网。虽然企业还没有走完电力电子化,刚刚接触群集智能化,但可以想见在未来数年,电力电子化周期律作用后留下的巨头,会赤膊上阵亲自操刀攻对方的大本营,掏对方的地盘。毕竟能源互联网只有几大支柱是最方便展开平台级智能的领域(发电、储能、交通、电网),拿下一个可以割据一方,多拿下两个就一统河山了。

就好像《登鹳雀楼》里讲“欲穷千里目,更上一层楼”。巨头们什么都想自己做,不仅想把别的巨头干死,还想把有潜力的业务都自己做。《伊索寓言》里是“有些人因为贪婪,想得更多的东西,却把现在所有的也失掉了”。这么干的结果是目标太大,全世界都是敌人,咬了一嘴毛,自己也没捞到好。平台律不应该是这样作用的。

1941年12月8日凌晨,日本海军第一航空舰队司令长官南云忠一中将在航行在南太平洋上的赤城号航空母舰甲板上对即将出击轰炸珍珠港的海军飞行员们发表的训词是:“在此决定皇国命运荒废的时候,你们成为了光荣的尖兵。” 东京时间03:23分,夏威夷时间07:53分,“TORA,TORA,TORA”电波从珍珠港上空传到了马来,菲律宾,香港,文莱,关岛,威克岛……,传遍了全世界,日本联合舰队以航母特混攻势几乎全歼了昔日号称大白舰队的美国太平洋海军,大型军舰在蝗虫一样的飞机的空中攻击下反而显得十分脆弱,刚刚站稳海洋霸主不到四十年的战列舰输给了航空母舰,被赶下了神坛。

2010年7月,“史上最强”的腾讯以复制一切的气势,给创业者带来深深的恐惧,历史上被腾讯模仿并终结的新兴互联网企业产品不胜枚举,谁还记得那篇檄文《狗日的腾讯》么?那时候VC的天问是:如果腾讯抄你,你咋办?同年9月爆发的“3Q”大战,腾讯“我们刚刚作出了一个非常艰难的决定” vs 360《反抗QQ霸权,需要你的力量!》,围绕安全软件市场从技术战、公关战,一直打到诉讼战,引起巨大的舆论风波,最后工信部和公安部联合出手稳定局面促进和解,最后输了360官司,赢了舆论,腾讯也终于觉醒:我们站在人民的对立面了。

2018年5月7日,创立171年的西门子宣布暂时关闭全球各地的发电和天然气业务(PG)据点并规模性裁员。面临全球性的能源结构调整导致新订单量下降,以及当前全行业的产能过剩又使得产品价格承压,PG部门获利同比几乎腰斩。特斯拉电动汽车资金链持续紧张,几度陷入产能地狱的Model 3迟迟无法按时交货时,Model S也烧毁了不少人的信心,SolorCity大规模关闭后则彻底被特斯拉合并。GE则出售了成立125年以来的标志性照明业务,在电网产品积压的情况下,股价几乎腰斩,以至于2018年6月20日被剔出道琼斯工业平均指数。

就好像最强战列舰大和号沉没在了飞机群轰炸下,大佬们在自己上场打战的战列舰时代,几场大战后伤痕累累,吃力不讨好,打地鼠一般却发现根本打不过群众的茫茫人海,平台律的核心,是资本驱动的大航母时代。巨头保证在自己的领域内无人能敌,同时提供强劲的资金、端口、技术、资源平台,通过资本以及管理的纽带,战略投资公司(护卫舰),连接外部创业公司(蝗虫一样的飞机),极大扩大公司生态边界(航母特混舰队),组成一个互相支援的潜海空一体化平台生态,让可能的颠覆者成为自己的朋友,而不是自己变成他们的敌人。企业需要的是由管理模式向投资模式改变

七十八年前,平台律让航空母舰取代战列舰跃升为海军霸主;八年前,平台律下阿里开始了私有化之后的大拼盘收购,腾讯首次不控股加入搜狗。未来,能源互联网也将在平台律下完成群集智能化的整合,史上最大的企业也将在这一阶段诞生。

从巨舰大炮模式到大航母模式,这浩瀚汪洋是赌场,做出选择买定离手输赢天定,可以预见的是赢家通吃。仅存的几位大玩家,最终决胜落在无限控制化下的安全律。

┃ 政策篇:平台!平台?

在2018年财富世界500强排行榜前十位中,除了沃尔玛与伯克希尔-哈撒韦公司是比较纯粹的能源消费者外,能源互联网的发展对其余8家的产品与盈利模式都是颠覆性的大洗牌。对于好久没有革命性题材的经济而言,物联网是理想突破点;而对于千头万绪的物联网而言,能源互联网是理想突破点。

首先主电网属于有相当基础的大型网络系统,这样就保证了无需大规模重新投资从零开始,就能有一个相对成熟的系统进行提升。火力需要集中在分布式微网一端,建设更多地智能自治单元。而自治单元智能化的建设过程中,半导体是核心要素,包括传感芯片、通信芯片、控制芯片、存储芯片、功率芯片及其他芯片,每一种都有海量的需求,能自给的却屈指可数。换言之,能源互联网大平台凭借溢出效应得以向包括电子半导体等弱势进口项目提供庞大市场,来带动整个相关产业链发展。

早自2008年开始,半导体已经连续11年超越原油成为中国第一大宗的进口商品,2018年中国进口芯片数量为4175.7亿件,同比增长10.8%,而进口金额达到3120.58亿美元,同比增长19.8%,这是中国芯片进口额首次突破3000亿美元。并且,在进口芯片中份额最高的是高端核心芯片,涉及CPU,MCU和存储芯片,其中仅进口的存储芯片价值就超过1000亿美元,而汽车电子及物联网大量导入MCU架构更是导致部份因产能不足缺货严重的料号交期长达半年之久。

2013年,十几位院士专家联名上书中央,希望国家重新恢复对半导体行业的支持,并获得来自最高层的积极回复。一年后,国务院印发《国家集成电产业发展推进纲要》,将集成电路产业发展上升为国家战略,从政策上完善落实了一系列支持集成电路产业发展的措施,并设置了分阶段目标,明确了“十三五”期间国内集成电路产业发展的重点及目标。同年9月,国家集成电路产业投资基金成立,主要用于集成电路产业的投资,支持行业的发展壮大。当时极少人会意识到,2014年会被后人称为中国半导体“元年”。

巨额的资金使得行业里的空气突然变得炽热和躁动,是启程的时候了。而每年至少进口数百亿美金、国产化近乎为零的存储器行业,自然首先进入到了各路资本的视野中来。但即使强如手握展讯和锐迪科两份遗产的紫光集团,也不愿直接对站在无数尸体上的国运级产业三星、海力士内存发起挑战,而是采取迂回方式,对实力偏弱的镁光发起了邀约收购。

这并非是中国资本第一次试图收购海外半导体公司。早在2012年,联想系的弘毅投资曾经联合TPG,竞购破产后的日系尔必达。如果收购成功,对于主张“贸工技”路线以致缺乏核心技术和零部件的联想来说意义重大,可惜功亏一篑。同样,紫光对镁光的收购邀约,毫无悬念地被美国政府挡了回来。之后数年,美国当局以“国家安全”为由,多次否决中国企业收购美国半导体企业发起的收购案:2016年2月,清芯华创投资和华润牵头,以26亿美元收购美国的仙童半导体;2017年9月,有中资背景的私募机构Canyon bridge以13亿美元收购美国芯片公司莱迪思;2018年2月,中国半导体投资基金湖北鑫炎5.8亿美元购买美国半导体测试设备商Xcerra;2018年3月,新加坡博通收购高通案,被否决的原因是高通公司是为数不多做长期投资的无线芯片公司之一,另一个则是华为。

镁光甚至在收购失败后还多此一举,向外界保证“三年内不会在大陆建立晶圆厂”,这无疑激怒了掌握巨额资金的中国企业家们。持续输血和补贴多年,如今已贵为市场占有率世界第一京东方,已经成功证明了技术壁垒并非牢不可破的。既然走捷径不成,那就不妨自己从头做。

于是紫光集团和其他多家公司一起投资540亿美元、发展NAND Flash的长江存储,合肥市政府出资、专注移动式内存的合肥长鑫,以及晋华集成电路与台湾联华合作、致力于利基型内存的福建晋华三大阵营的存储器项目分别在长江南北破土动工。其中长江存储与合肥长鑫于2018年底先后成功投产,但福建晋华被美国司法部指控窃取镁光电子相关知识产权,提出最高超过200亿美元的罚金并要求美国企业对其进行技术禁售,至今前途未卜。

既然高新技术已经攸关国运,那么除开补齐木桶短板,已有的优势技术更要加深护城河。作为一个高维复杂智能系统群,能源互联网大平台另一大溢出效应是能够把新能源、电网、AI、5G、电动汽车、北斗等中国优势技术整合作用,以集中力量办大事的举国投入和累积多年日趋完善的基础设施,促进平台式融合发展以打造科技工业产业群。而只有将工业领域发挥到极致以后,才有希望将更多资金投入到差距更大见效更慢的领域。在2018年9月日本著名商业周刊杂志《东洋经济》发表专辑文章《中日50领域的企业实力彻底对决》中,对中日50个领域做了对比,包括机器人、生命科学、药品制造都属于于日本差距相当大的。

这两大溢出效应也解释了为什么能源互联网是突破点,为什么国家电网要在这个时间点提出新的泛在电力物联网战略接手坚强智能电网战略来打造平台生态:2018年是AI元年,2019年是中国内存芯片投产年、5G发动年等等,不论长板短板,至少都有一战之力了。条件已然具备,合该是泛在电力物联网的提出时间。

但平台模式下的发展本身会带来新问题,原有的问题也不能完全依靠平台律来解决。前辈互联网平台蓬勃发展的同时,踩过的坑也给未来能源互联网立起了醒目的警告。

“传真机效应”一定程度上决定了中国的互联网经济大多是非常典型的平台模式甚至几乎是唯一的模式,也使得各个细分领域都快速实现了垄断。平台律下原有的问题使得制造业“欺软怕硬”,新问题则使得平台本身“店大欺客”。

不是所有硬件有问题都能依赖软件去解决的,也不是所有制造业有了大数据上了云计算就能让自家技术先进的。

当空客宣布了下一代A320 Neo将采用LEAP发动机,从而大幅改善燃油效率时,这次给航空巨头波音几乎带来灭顶之灾的波音737MAX型被迫匆忙上马。强行安装大推力LEAP发动机的后果是超越原始设计的安全极限,导致空气动力学上的静不稳定性。缺少静不稳定性必要的电传飞控是典型的硬件设计缺陷,而在市场攻势催促下波音企图用软件补丁控制来弥补,因为软件补丁安装远比硬件再设计速度更快。结果是迎角探测器发生故障时的两起近350人死亡的空难。

平台可以助力企业获取行业数据去改进更新产品,可以助力企业细化分工改善管理来削减成本,可以助力企业提升销售规模保持更充分的现金流利润率,但不能直接使得低附加值行业最终突破创新领域到高附加值部分。实际情况是中低端制造业通过逐年增长租金的卖场获得的利润越来越薄,缺少研发资金投入以致逐渐丧失了向中高端转型的机遇,最终转向电商,以规模求生存。而电商平台的崛起以及对如快递、外卖等相关行业的带动,又将原本就因人口红利结束逐年下滑的制造业劳动力进一步流向服务业,导致制造业人力成本飙升。或许发达的服务业能够帮助人们改善生活,却也使得该升级产业的制造业没能及时成功升级,国家陷入中低收入陷阱的危险性增大。

所以如何将互联网经济带来的收益投入有效研发,是解决平台化具有的老问题的关键。

绝对的垄断绝对腐蚀企业,停滞的垄断也绝对停滞一个产业的进步。在大平台趋于垄断后,上游的制造商和服务从业人员与下游的消费者都面临自己身为客的弱势地位。

大陆法系的本质使得中国实行法典化,法律规范的抽象化概括化,强调制定法的权威,一般不承认法官的造法功能。于是当今天中国的互联网平台经济以爆发式增长时,相关市场法律法规不一定能保证及时跟上,十分类似于一种自由放任的经济形态。这种自由放任,导致工业时代已经形成并被普遍遵循的重要市场规范和制度,甚至可以称之为市场经济法治基础的制度,包括劳工保护、消费者权益保障、产品质量保障、知识产权保护、反垄断、反不正当竞争等,被一路狂奔的互联网经济统统都抛到了身后,无法可依的情况剩下的就是最简单的丛林法则。

在任何一个时代,在市场中居于优势地位者,都会成为自由放任主义的拥趸,以类似“法无禁止即可为”这样的自由主义观点,猛烈的抨击传统制度在抑制“创新”,进而去突破传统的制度。一段时间后,不断兴起的员工运动、消费者运动、产品质量运动乃至环保运动,都是社会开始自发矫正居于优势地位者主张的自由市场机制所导致恶果的表征,在“店”与“客”之间形成自己的权利平衡,比如俾斯麦执政时期对全球而言具有开创性的三项社会保障立法;同一产业间不同企业在竞争碰撞后产生反不正当竞争、反垄断和知识产权保护的规则,在 “店”与“店”之间形成自己的权利平衡,比如1890年世界上第一部反垄断法《谢尔曼法》。两者共同作用下才有可能塑造一个严厉规则下的健康高效市场经济模式。

所以“店大欺客”的解决方案必须是所有法律人和立法者帮助执政官将劳工保护、消费者保护、知识产权保护、产品质量保障、反垄断和反不正当竞争制度深深的嵌入到互联网经济之中。

前事不忘,慎重考虑能源互联网时代的平台律经济,并不在于批评大而强者,而在于更深刻的理解之前无法依靠平台型企业去实现硬核技术的攻关与经济结构的调整,甚至可能影响市场健康。能源互联网时代并没有捷径,每踩虚的一步都会在未来重新横亘在发展道路上造成更大的麻烦。平台是必要的,但不是万能的。

┃ 结语

回头来看,中能源互联网时代承上启下。技术领域是两部分,上部是由下向上重新建立控制体系,这是能源互联网得以稳定运行的条件;下部是连接节点以大数据训练构建智能网络,作为后能源互联网时代的条件。上下部的基础都是分布式的自治单元,共同完成电力系统群集智能化这一过程。与上一轮的管理型企业占尽风光相反,本轮需要企业需要调整自己的组织机构适应更多变的市场,改大炮巨舰模式为航母模式,深耕已有产业的基础上,以平台模式将创业研发投资拟为新一轮增长点。

无限控制化下的安全律

这是一个最好的时代,也是一个最坏的时代;

这是一个智慧的年代,这是一个愚蠢的年代;

这是一个信任的时期,这是一个怀疑的时期;

这是一个光明的季节,这是一个黑暗的季节;

这是希望之春,这是失望之冬;

人们面前应有尽有,人们面前一无所有;

人们正踏上天堂之路,人们正走向地狱之门。

——《双城记》狄更斯

┃ 技术篇:终结混沌

当进一步引入复杂性科学中的混沌理论辅助控制来强化能源互联网这个高维智能的网状拓扑时,我们也正式进入后能源互联网时代,无限控制化阶段。中能源互联网时代与后能源互联网时代的区别在于,前者只强调搭建并适应这个系统,后者主动洞悉并引导这个系统。

复杂性科学兴起于20世纪80年代,导源于詹姆斯·格莱克的《混沌:开创新科学》,是系统科学发展的新阶段,也是当代科学发展的前沿领域之一。它不仅引发了自然科学界的变革,而且也日益渗透到经济学、社会学等人文社会科学领域。其核心观点在于一个诱人的三段论:当用一套简单的数学规则在计算机上产生一个极端复杂的模式时,模式的样式从不自我重复;而自然界也包含许多极端复杂的模式,它们也不在样式上自我重复;因此,在自然界的许多极端复杂现象必然有某种暗含的简单的规律在起作用。而复杂性科学的目标是能够在高级智能化的强有力帮助下,挖掘出这些暗藏的规律。

混沌理论就是其中一条重要的分支,属于复杂性科学的后期研究方向,一定程度上需要以早期的控制论、人工智能和协同学为基础。当能源互联网已经完成智能化控制的系统架构,在运营过程积累的庞大数据加持下,以此为阵地得以向预测式控制发起挑战

曾经流行的观点认为,混沌理论证明了高维的复杂系统——比如天气、经济,或者能源互联网——本质上是无法预测的。它们所具有的那种混乱的、递归式的因果关系,各个部分之间互为因果的关系,使得系统中的任何一个部分都难以用常规的线性外推法推断未来。这种设想如此牢不可破,以至于通常认为,任何一种用来预测这些复杂系统输出结果的设计,都是天真的,要不然就是疯狂的。

实际上混沌理论就好像是一张唱片的正反面。正面是:根据混沌定律,初始秩序可以分解为元不可预测性,你无法作远期预测;反面则是:根据混沌定律,那些看起来完全无序的东西,在短期内可以预测到,你可以作近期预测。而无论是高维系统的长期的不可预测性,还是低维系统的短期的可预测性,都来源于同一个事实,也就是说“混沌”和“随机”是两回事,当整个系统能够充当分布式智能集合时,对未来做近似的推测。

那么就有三件对于预测未来非常重要的事情:可以抽取混沌系统内在的固有模式取得预测(通过深度学习获得);进行一次有用的预测用不着看得太远(能源互联网有足够迅速的通信方式和反应控制);即使是一点点有关未来的信息,也是非常有价值的(哪怕仅仅只是知道潮流的变化可能性都可以提前准备)。

深度学习是需要利用大数据与三大计算一道来反复操练,目的在于产生超越系统的智能;突破混沌定律则意味着先发制人,甚至完全把握复杂系统的运行逻辑。双管齐下使能源互联网迎来完美控制:能够实时处理人所不能理解的超大规模全量多源数据(整体认知),能够洞悉人所没有发现的复杂隐藏规律(机器学习),能够制定超越人类局部次优决策的全局最优策略(全局协同)。当然这算不得无限控制,毕竟影响范围都还在能源互联网内,无限控制是能源互联网完成自身发展后向外扩展。

典型事例包括这些:

家居能源:Facebook曾经利用状态的点赞数去建立性格特征模型分析,如果电脑只收集到 10 个赞,电脑模型了解这个人的水准相当于同事;如果收集到 70 个赞的话,相当于室友或好朋友;当电脑收集超过 150 个赞的时候,相当于比家人还要亲。当电脑收集超过 300 个赞的时候,相当于完美的另一半。而通过日常采纳家居用电大数据实现组合化家电电力控制,以预测个人生活习惯,堪比最好的管家;

工商业能源:从电力消费总量、分布时间就能充分了解企业经营状况是否良好,是否存在违规作业或者违规加班;通过调整电价地域性分布实现经济地理转移控制,通过对高耗能产业密集区征收更高电费,对工商业稀疏区更优电力供应,实现经济合理化分布,电力近距离传输;

社会能源:通过停车场或者道路上的无线、有线充电数据,预测今天有多少人、在什么时候开车,向城市道路给出地区拥堵情况,建议避峰出行时间,给出电动车的避免拥堵的路线规划分布实现交通控制;

环境能源:现有的智能风机或者光伏系统,单机可达几百个传感器,可以根据气温、气压、空气的尾流程度,根据光照时间、光照强度、空气湿度、雨水强度,方方面面的指标进行有效的控制,并通过一段时间的数据学习,除了适应电网外,可以准确预测该区域短期的天气,甚至调节新能源应用比例来影响环境;

甚至其他许许多多方方面面应用的可能性。

结果就是上层单元放弃了对能源互联网的直接控制,却实现了通过能源互联网控制一切。花自芬芳,蜂蝶自来。最后,作为一项产业技术的后期阶段,完成S型曲线那一上漂横,以足够大的柔性包含未来可期的新技术,等待下一波技术革命的来临。

┃ 企业篇:裁判必须参赛

企业的终极目标是生存与发展,具有天然的自我膨胀性。但鉴于能源互联网无限控制的趋势,后能源互联网时代企业更大的压力将来自第四位玩家——执政官的限制,代表其他群体出于安全隐私考虑的法律与政治诉求。

当地时间6月15日,《纽约时报》援引美国现任和前任安全事务官员的话称,美国正在加大对俄罗斯电网的网络攻击,“至少从2012年开始,美国已将侦查探测器置入俄罗斯电网的控制系统。”上述官员表示,如今美国的战略已经更多地转向进攻,并以“前所未有”的深度将潜在的恶意代码安置于俄罗斯系统内。支持更激进策略的人则表示,美国早就应该这么做了,因为国土安全部(Department of Homeland Security)和联邦调查局(FBI)早就对俄罗斯的网络行动警告多年,比如已向美国插入恶意代码,未来在与美国的任何冲突中,可以破坏美国的发电厂、石油和天然气管道或供水设施。

根据马斯洛理论,安全是人最基本的需求,但可惜,网络攻击跟传统战争相比,发生的概率大得多,既不分战时和平时,也没有宣战时间,时时刻刻都在发生。通过网络攻击,让一个国家网络崩溃,这只是网络战最明显的一个表现形式。今时今日的网络战,更多的形式是在网络里潜伏好几年窃取情报,等待时机直到必要时再大规模启动突然瘫痪网络。

能源互联网安全已经不是当年杀病毒和木马的时代,漏洞的出现改变了网络攻防的格局并成为网络攻击的主要战略资源。无论攻,还是防,关键都在于有没有掌握网络漏洞。一个系统只要有漏洞就一定会被人利用,被人利用就可以顺利进入系统。

漏洞的产生有主动与被动两种方式。

第一是有预见性地主动在系统里预留了一些漏洞,也就是一般意义上的软件后门。这些漏洞只有代码编写者自己知道,旁人无从了解。这就是为什么包括俄罗斯、伊朗等国在内的重要设施网络对于一些国家的网军来说不设防,可以长驱直入,如入无人之境。

第二是被动式错误被人利用了就是漏洞。随着信息化不断提升,大数据、云计算、人工智能、物联网、移动通信各种各样信息化技术用得越多,系统越复杂、越智能,基于的软件也越复杂,代码行数成比例增加。而无论什么样的人写代码,无论是不是自主产权、自主技术,代码复杂到一定程度,就有很多错误的存在,这是全球的统计规律不可避免,就好像DNA复制时的一小段变异。

既然系统避免不了漏洞,那么所有的系统就避免不了被攻击。人们对原来定义的网络安全可能是不够的,因为那个是一种静态的防御,只针对已知的漏洞。在2018年CNVD 收录的能源行业工控相关漏洞中,高危漏洞占比高达52%,其次是中危漏洞,占比也达到45%,低危漏洞占比3.0%。对业务连续性、实时性要求高的工控系统来说,无论是利用这些漏洞造成业务中断、获得控制权限还是窃取敏感生产数据,都将对工控系统造成极大的安全威胁。未来能源互联网面对的必然有新的漏洞,系统必然会越来越复杂,这个时候就需要用一些新的方式做思考,如何主动防御。

任何网络攻击行为,最后总会干两件事:第一步是生成一个文件在一台设备上存活下来,这时防御方很关心有什么可执行的文件被生成;第二步是这个文件在得到指令进行破坏或者是偷窃之后,一定要把情报传出去,所以一定会访问一些莫名其妙的域名。如果掌握了这些安全数据,基本上就能够把那些隐藏在正常上网之中的不正常行为找出来,从而达到保护的效果。譬如美国的“爱因斯坦计划”,就是利用互联网骨干网大部分在美国的这种优势,把全球网络大数据汇集起来,做一个比“棱镜”还要大的计划,要把网络上发生的任何痕迹存储起来,然后追溯全网发生的事件,溯源其他国家对美国发起的攻击。

过去的网络攻击结果就是丢掉虚拟世界的数据,而未来的物联网最大的贡献就是把网络虚拟世界和物理现实世界连接在一起,带来更大的挑战就是,所有网络虚拟空间的攻击都会变成物理世界的伤害,所有可能的攻击都可以通过物联网的感应控制系统落地。故而物联网被国际社会公认为“能对国家安全带来深刻变化的颠覆性技术”。

作为极有可能被最早实现的物联网,能源互联网的无限控制化,在技术上是可以实现的,但从社会角度却是需要慎重考虑才能进行的。个人层面上,物联网越来越多地将传感器、智能设备等有机串联,一旦某一点遭黑客入侵,其放大、连锁效应将助推网络黑客肆意窃取个人隐私数据,多维度掌握公民海量敏感信息。社会层面上,能源作为各国关键基础设施,一旦发生网络战争必然成为网络攻击的首选目标,通过攻击获取能源大数据价值信息,可以分析出攻击目标所在地的用电分布、关键信息基础设施的位置,篡改关键节点监测预警信息、操作指令等关键数据,造成综合能源系统故障或重大安全事故。

因此能源互联网大数据即使同样可以溯源,也需要重点防护。好比是一座“金矿”,有人想从中“淘金”,有人想往其中灌“沙子”,这使大数据成为一个可利用又可攻击的载体。

能源互联网大数据难点在数量巨大,环节众多,难以管理,对溯源方式反攻击提出了很高的要求。能源在其整个“发、输、配、售、用”的周期中,每个环节、每个瞬间都在产生海量的数据,如在能源互联网运行过程中通过各类传感器实时获取设备状态信息,这些数据均可极大促进能源互联网智能感知、内部管控能力以及用户服务效率提升,但如果数据提供者对数据的采集、传输、存储、处理、使用过程中无法实施有效的控制,那么可能造成海量敏感数据泄露。例如,有些收集数据的本地收集终端还留存有数据,缺乏对留存数据的安全保护机制;本地智能终端与后台服务器之间缺乏数据传输安全机制,采集系统缺乏身份验证、权限管理、加密、完整性校验等安全机制等等都会造成数据破坏或泄露。

此外,能源互联网的交易互动场景下,这些数据和信息承载了部分企业的核心价值。然而,在现阶段,产业的发展尚处于起始阶段,盈利模式更多的还是躺在PPT里。因此,很难对数据的价值做标准化的认同。没有这样一个标准化的界定,用户就难以评估能源互联网应用所带来的收益,是否抵消了数据泄露带来的风险。所以数据所有者没有意愿将数据释放出来。因此数据价值的认定困难阻碍着数据的共享和开放,也就严重制约了能源互联网的发展。

英国政府的DCMS部门(数字、文化、媒体和体育)发布了“消费者物联网安全实践守则”和“设计安全:改善消费者物联网报告的网络安全”,制定有关物联网设备安全的指南和建议。美国加州政府更进一步,通过“B-327信息隐私:设备连接”法案,这是美国第一个专注于物联网设备安全及用户隐私保护的法案,表明政府可以且有意愿参与物联网设备监管。中国中央网络安全和信息化委员会研究制定并颁布了《中华人民共和国网络安全法》、《中华人民共和国电子商务法》和《国家网络空间安全战略》、《公共互联网网络安全突发事件应急预案》、《通信网络安全防护管理办法》、《公安机关互联网安全监督检查规定》等一批法律法规,弥补了诸多空白。可以预计,在后能源互联网时代,相关法规将扩展到认证和数据隐私之外,以及更详细的网络安全要求和对设备物料清单的可见性。这些操作将增加对供应商的要求,从安全建议到实际工作任务。

“对人类文明威胁最大、破坏最惨烈的,是不受制约的权力;其次才是自然灾害和人类的无知。”安全与隐私,隐私与价值,个人与企业,企业与国家,都需要通过一系列的碰撞与交流来获取各自的位置,并将它们的性质与职能,一一定格在严厉的法律位置上,不得混淆或僭越。

无限控制化的趋势也因此要匀速推进。互联网时期的例子早已证明:企业由科技雪崩启动并急速旋转起来的庞大激情,如果得不到合理的“中止”,得不到妥善的转移与稀释,那将是极可怕的。那么当扩张的可能被限制后,企业就应该主动调转方向,通过管理模式调整结构对内部精耕细作,提高效率,从数字化业务发展智能化管理。

其中存在几个难点需要重视。首先,企业的大数据沉淀反馈到运营存在难点。由于复合型人才的缺失又或者是缺乏对大数据分析与智能化的重视,都会导致企业即使攥着大量数据也不能做到很好的运用。再者,企业实施转型,通常都难以拿出壮士扼腕的决心。过度依赖以往成熟的运营流程、组织架构和原有的信息基础建设而不愿去改进,就很有可能让整个转型之路停滞不前。最后,转型会产生组织内动荡,稳住军心至关重要。面对重大的调整举措,员工懈怠和部门间的摩擦可能都会在此期间频生,而内部问题频繁滋生将无疑会给企业转型之路增添荆棘。

同时,内部优化的过程必然伴随人员流动部门调整。作为优先发展起来的综合系统级行业,能源互联网注定将海量对外输出有经验的物联网人才给其他相关工业物联网行业。就好像当年的仙童半导体,在80年代初出版的著名畅销书《硅谷热》里面被描述为:“硅谷大约70家半导体公司的半数,是仙童公司的直接或间接后裔。在仙童公司供职是进入遍布于硅谷各地的半导体业的途径。1969年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上, 400位与会者中,只有24人未曾在仙童公司工作过。”或者作为工业时代化石的GE,所推行的“六西格玛”标准、全球化和电子商务,几乎重新定义了现代企业,输出了美国500强中200多家在GE培养工作过的CEO。真的是这些企业出色到无与伦比么?恐怕更重要的还是企业出现的时机代表了那个阶段吧。

而执政官需要主动给这批人提供一个良好的人员流通市场,以应对随后物联网时代其他领域的挑战。这是面向未来的准备。

┃ 市场篇:安全应用与应用安全

1927年洛夫克拉夫特《文学中的超自然恐怖》中说道:“人类最古老而强烈的情感便是恐惧;最古老而强烈的恐惧,则源自未知。”

后能源互联网时代是一个全新的世界,充满未知,也让大众不安。想要让市场接受无限控制化,需要满足安全律。所谓安全律,是本身安全,并且让人感到安全。所以在上一轮市场上生存下来的几个玩家中,最终要解决的就是安全律问题,谁的系统更安全也更让人感到安全谁就是最终的胜利者。而提到安全律,不得不说的是当前最有希望的区块链与人工智能。前者是安全的应用,后者是应用的安全。

被寄予厚望的新型交易工具,让人感到安全的区块链真的适合能源互联网么?

按《2018 年中国区块链产业白皮书》中描述,区块链技术可以结合能源行业分布式交易系统和清洁能源普及两大趋势广泛应用。针对能源生产环节,提高能源生产效率,降低管理成本,增加监测准确度;针对能源交易市场,为批发能源交易市场提供安全交易保障并降低沟通成本,为零售能源交易市场提供实时支付清结算系统,推进清洁能源普及;针对能源行业投融资环节增加投融资渠道,降低投融资风险;针对能源行业的节能减排提高参与度,提供流动性,达到稳定气候变化的目的。“区块链+能源”项目具有广泛的应用场景,可分为以下几类具体应用:能源生产、能源交易、能源资产投融资和节能减排。

首先问题出在规模上,后能源互联网时代仅仅是家居型分布式智能单元就将远远超过现在的比特币数目了。

抛开所有纷扰的技术噱头,区块链的公共账本和传统中心账本相比,有一条鸿沟是在逻辑上无法逾越的——公共账本的交易处理节点永远是中心账本的乘数倍。海量冗余的处理量,一定代表着低效和浪费。以比特币为例,2018年完整的比特币公共账本大小已经超过150GB,并以每年数十G的速度快速递增——只是为了支持500万用户每年3000万笔交易。为了解决这个问题,比特币系统现在允许大家存储不完整的公共账本。但可以试想,当公共账本大到所有人都无力完整存储的时候,用户又如何在前述的系统崩溃时刻找回完整的账本呢?

基于全网共识的认证机制,区块链技术的处理能力是极其低下的,基本不能满足大规模应用。

那如果把区块链应用规模缩小,把用户数限制在几百或几千人(比如单位内网,或者社区网),情况会不会好转呢?答案是肯定的。但是,这就带来了另一个问题——51%算力攻击。51%算力攻击在用户极多的时候是很难发起的,但是在小范围,尤其是特定应用场景下,这就是传染一个木马的小case。毕竟,攻破1000台普通个人电脑,比起攻破一个重重防守的中央服务器,实在是容易太多了。说白了,在小规模应用场景下,区块链引以为傲的信息安全性是不成立的。这便是区块链高不成低不就的悖论——没法把它做大,也不能让它太小。所谓鸡肋,无过于此。

此外一心踢开第三方的区块链应用在这个交易场景中有任何用武之地吗?答案也是否定的。

实体经济信用管理流程中难度最大的一环无非就是对原始数据真实性、准确性和完备性的验证(这个工作在金融业内被称为“尽职调查”),这是信用管理产生价值的源泉,要是这个难关被攻克了,普通互联网技术,尤其是热门的量子通信技术就完全可以胜任数据传输、储存、加密和共享的功能,并非区块链不可。从另一个角度看,如果一个主体花费心血完成了尽职调查,他完全可以凭借信息不对称性进行套利。这个简单的道理是金融业和其他一切中介业务获得收益的理论依据,而中介机构的专业性和高效性是支持其社会存在的现实依据。区块链理念无视这些基本的经济逻辑,试图通过用户直接交易(P2P)的方式驱除中间人,这极大地增加了交易节点,降低了交易的专业性,注定只能是个乌托邦式的空想。也就是说,仅凭区块链技术不可能满足实体经济对信用风险管理的要求,所谓的“去信用化”只是一个伪命题。

综上所述,让人感到安全的区块链满足不了能源互联网的实际安全需求,至少不比普通互联网技术更合适。

人工智能与区块链正好相反,即技术本身安全却很难让人感到安全。

从《仿生人会梦见电子羊吗?》到《终结者》,再到《黑客帝国》,世界一次次幻想着因为科技发展和人工智能技术成熟而被颠覆的伦理乃至文明生存问题,也警惕因人工智能发展而可能出现的威胁,毕竟人工智能一旦脱离束缚,在以不断加速的状态重新设计自身,受生物进化极限限制的人类将很难与其抗争。而对人工智能的种种担心,大多都集中在强人工智能领域,而非能源互联网这样纯粹的专业智能化系统,即弱人工智能上。简言之,能源互联网的人工智能是安全的。

即使市场了解到这一点区别,人工智能会让人感到安全吗?还是很难。很多时候虽然已经知道有更好的选择——人工智能——却没法用,原因是人们没法接受一个黑盒系统掌管一切。比如近日来备受瞩目的自动驾驶,即使明明知道依靠进化可以迅速提升安全性,却不能接受一个在出事故后连怎么修改都不知道的驾驶程序,宁可慢慢低效的人工编写,或者干脆去穷举。

这有点像大陆法系与英美法系之争。强制学习的人工智能好似大陆法系,从简单法条(基本规则)入手,通过演绎(不断模拟推演)得出结论(自动控制程序);人工编程修改如同英美法系,以判例(实际遭遇的状况)为主,通过归纳(不断整合)来得出结论。哪一种更适用?回到能源互联网的关键词“规模”上来,林子大了什么鸟都有,机器控制不比人工控制,如果遇到了未知的情况,也就是穷举法没有举出的例子,控制的安全恐怕依然没办法保证。所以人工智能式必须是控制的最终结论,但是在此之前需要漫长的练习,并且核心问题是将黑箱变白盒。黑箱变白盒过程或许可以依托以神经网络训练神经网络实现。

可以看出,安全律将是能源互联网最终的检验标准,达到完美的那一天也就是能源互联网的完成日。

┃ 政策篇:这只是开始

后能源互联网时代,面对纷至沓来无限可能的未来,执政官需要考虑能源互联网的定位问题。

不论是精妆的网红或是琳琅的手游,方便的外卖或是纷呈的热剧,国家强大从来不是在这些方面,这些只是好看的叶子和花,真正让他们强大的是不起眼的树根。可现在的情况是几乎所有的人都只盯着那棵巨树上的叶子和花,并徒劳地想长出更漂亮的叶子和花来超过它们。相反,对有些东西是不应该过多讲求回报的,众多的制造业特别是基础制造业领域,就不应该要求它们长出漂亮的叶子和花来,因为它们是,注定很难被多数人关注。

而给所有这些根提供营养的,就是能源。兵马未动粮草先行,能源是社会的血液,不可以“无能为力”,能源互联网的原初目的是给社会铺路:以更低廉的价格提供更优质的能源,加上通过能源互联网智能化的成果,促进其他领域更好的发展。所以能源互联网对于从事人员来说是目的,对整个社会而言仅仅是手段。当年之所以选择大规模集中式交流电网,就是不希望在每一个用电单元隔壁都必须安装有一个发电单元;而电网等级越来越高,发电机组体积功率越来越巨大,就是希望以更高的效率降低成本,让用电更加可靠。分布式与集中式、机械式与智能式,需要达到一个成本最低、效用最高的平衡状态。从能源互联网出发,可以挖掘到更多东西;但能源互联网本身,承载的已经足够。毕竟,它不是漂亮的叶子和花,而是根;对技术的态度是尊重,但绝不迷恋。

即使对于拥有电动汽车家用光伏或是智能家居的个体用户来说,能源互联网依旧是一个相当遥远虚幻的概念。他们只在乎家里有电还是无电,反正燃料费和电费都是刚需,每个月是几百元还是一千元,多一点少一点不会对需求曲线造成多少改变。不妨把家居级电力市场看作现在最热的上海垃圾分类,很重要也很热闹,但不会作为生活的核心存在,总有更重要的事情去做;而对于商业和工业,虽然耗能巨大,但通常具有规律性,负荷相对平均,能源供给企业又往往会提供更便宜的批发打包价格。所以电力市场的有限繁荣是可以预期的,但超常发展的可能性并不大。

也因如此,能源互联网注定了不可能是多数人的狂欢,而是少数专业人的盛宴,尤其是当能源互联网已经发展接近完善,建设阶段基本完成,剩下的工作以运营维护为主时更是如此。数字化业务加智能化管理,预示更多无人值守的模式。此时除了部分能源与互联网最强悍的技术研发运维人员外,更多的应该是向金融、法律、交通、规划领域的跨界通才。

正如《第三次工业革命———新经济模式如何改变世界》中描述的,如何在社会经济层面充分发挥这项利器的价值。能源互联网的价值,除了作为平台与市场,除了信息与智能整合端,除了物联网人才个体的培养池外,作为目前世界上结构最复杂、规模最大的人造系统——电网的接班人,最优先发展完善、兼具to B和to C模式的工业物联网系统,得以作为工业物联网模板,整体向外移植出去。不仅仅是同一国家的不同行业,甚至是不同国家的同一行业,不同国家的不同行业。这一过程中面临的走出去的政治、经济、文化、环境问题,以及安全问题,需要国家级团队持续关注保障,整合所有相关领域来解决,远比技术问题更重要。

归根结底,这只是一个新时代开始的第一步。

┃ 结语

后能源互联网时代的焦点在于系统的属性定位,一个突破混沌定律后、已经超乎单纯能源界的影响、拥有无限可能的智能网络如何才能更好被使用,而不必担心给使用者自身带来的安全、隐私等等方面的影响,最后回归到能源互联网的本源,开启一个新的时代。

尾声:舞台

时势造英雄,人是离不开舞台的,瞩望于能源互联网,就像阿基米德眼中那个能撬动地球的支点,它的价值,不在于多么抢眼,也不在于多么崇闳,而在于顺天承势,得心应手,让这一代人把一身的才情抱负,淋漓尽致地发挥到最大限度。

机遇,是百尺楼头的欢呼,一觉醒来,曾经的星星之火如今已是燎原之势,从沉潜走向显扬,从平静走向燃烧。这一次,我们将创造历史。

参考资料

参考文献类:

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2.《2018 年中国区块链产业白皮书》,工业和信息化部信息中心,2018年05 月 20 日

3.《国外售电侧改革对我国电改的启示研究》,德国华人新能源协会,2017年02月05日

参考文章类:

1.《内存的战争》,饭统戴老板,2017年10月21日。

2.《中国互联网20年:一人、一“狗”、一群狼》,啊咪老师,2017年08月05日

3.《为什么说区块链也不是什么好东西》,俞见,2018年02月26日

4.《西门子迎凯飒革命,171岁的巨龙还能持续屹立吗》,财经杂志,2018年05月17日

5.《孙正义20年投资神话背后的独特思维是什么?》,北大纵横, 2019年02月20日

6.《如何看待爱迪生和特斯拉的直流交流电之争?》,talich,2013年12月05日

7.《周鸿祎:网络战并不遥远,从没有什么系统能固若金汤》,极客公园,2019年05月27日

8.《泛在电力物联网解读:一个战略,两个领域,三个阶段》,俞庆,2019年03月12日

9.《新能源隐形冠军 | 电动汽车》,王勇、王佳丽,2019年04月09日

10.《可怕的三星帝国!》,张静波,2018年01月10日

11.《电力系统电力电子化的关键技术》,肖湘宁,2016年08月17日

12.《看上去很美的互联网,藏着中国10年来最大的“陷阱”》,慕峰,2018年05月27日

13.《王孟源:波音737MAX的缺陷是低级的,是内部组织文化腐败的结果》,王孟源,2019年04月07日.

14.《吴军谈硅谷的风险投资》,吴军,2017年11月21日

参考书目类:

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2.《失控》,凯文·凯利

3.《法理学——从古希腊到后现代》,韦恩·莫里森

4.《经济思想史》,哈里·兰德雷斯

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