全球化進程使得各種邊界和界線不斷地模糊和消失，世界正在變得越來越小。各個國家自身國情的差異，使得其未來能源體系的打造面臨復雜的挑戰(zhàn)。確保本國可持續(xù)能源供應的解決方案，必須根據(jù)各國經濟發(fā)展程度、可用資源等因素量身定制。

當前，隨著類似風電、太陽能光伏等小型電廠、分布式電廠越來越多，能源結構日益復雜，電網設施也在發(fā)生著天翻地覆的變化。比如在德國，傳統(tǒng)的能源鏈已不足以囊括數(shù)不清的參與者和電力樞紐，必須代之以電力矩陣。

西門子公司提出的電力矩陣，不同于傳統(tǒng)能源鏈，它不僅僅單指發(fā)現(xiàn)、占有并充分利用能源及其衍生技術，而是將能源鏈擴展至產品及服務生產過程中涉及的一切能源及其所有相關利益方。電力矩陣囊括了不同能源來源的電力供應商、電力消費者、電力存儲、電網等。這里的供應商不僅包括傳統(tǒng)的集中式大型發(fā)電廠，還包括新型的分布式小型電廠，而且創(chuàng)造了產銷者（Prosumers）這一傳統(tǒng)能源鏈中并不存在的參與方。在面對日益復雜、多元、各異的不同國家能源結構時，電力矩陣更高效、經濟。

各國能源結構現(xiàn)狀一個國家的能源政策取決于很多因素，包括工電力矩陣：應對日益復雜的能源挑戰(zhàn)《能源思考》編輯部 郭占凱 整理業(yè)化水平、人口、國民經濟及技術水平。全球金融危機、電氣化推進以及二氧化碳減排已經并將持續(xù)影響能源市場，通過技術創(chuàng)新，人們已經有相關辦法來應對和解決這些問題。各國不同的能源現(xiàn)狀和能源政策，使得其未來將面臨不同復雜程度的能源體系。

圖1 部分國家2009/2010年發(fā)電能源結構（據(jù)Living Energy數(shù)據(jù)整理繪制）

作為世界最大石油出口國，沙特阿拉伯巨大的電力市場卻有著令人難以置信的獨特之處：比如全部源自石油、天然氣，大部分沙特居民消耗一度電只需支出1美分。沙特阿拉伯490萬個家庭正推動著沙特的電能消費量，居民用電占據(jù)2010年總供電量的51%。而沙特目前正在落實的一項住宅建設計劃，旨在滿足年輕人不斷增長的住房需求，這會讓居民用電需求繼續(xù)增加。沙特在抑制用電增長率的同時，也在大力推進傳統(tǒng)和可替代能源的發(fā)電建設：沙特阿拉伯電力公司計劃未來十年投資800億美元，新增30GW使用化石燃料的裝機容量；另外還有擬建的16個核反應堆及嘗試性的太陽能項目和光伏電廠。

巴西2009年總發(fā)電量的84%來自水力發(fā)電，每兆瓦時的水電成本大約是熱力發(fā)電的一半，僅為40美元，該國有著最清潔的能源矩陣。但同時，過度砍伐森林也使其成為全球第四大碳排放國。巴西有著世界領先的生物燃料研發(fā)和消費，這讓巴西成為石油凈出口國。但另一方面，大力發(fā)展水電，亞馬孫流域的新大壩給生物多樣性和當?shù)赝林用駧砹嗣黠@壓力。為準備2014年世界杯和2016年奧運會，巴西基建和樓宇建設增勢強勁，電力需求增長明顯。

雖然核電依舊是美國能源政策的核心，但由于較高的成本，它在電力矩陣中只占20%。2010年美國煤炭發(fā)電約占總發(fā)電量的45%，但不斷攀升的煤炭價格和將要出臺的環(huán)保政策，使得煤炭電廠面臨倒閉壓力。雖然可再生能源發(fā)展蓬勃，30個州各自實施可再生能源組合標準，能源部推出“太陽計劃”，但在其形成規(guī)模之前，2035年產量將達到全美天然氣總產量47%的頁巖氣有望成為過渡燃料。

印度激增的經濟下，很多小城鎮(zhèn)和村莊卻依然缺乏電力。目前印度65%的電力來自化石燃料，煤炭占54%，天然氣約為9%，原油占1%?；剂现饕蕾囘M口，使得印度對發(fā)展可再生能源充滿興趣。印度政府目前在建5個核反應堆，2025年之前再建18個，力爭2050年將核電比例提升至25%。

未來十年，煤炭依舊將是主導，但可再生和核電能源的投資會增加。

丹麥作為歐盟唯一的石油凈出口國，在北海擁有豐富油氣資源。但目前國內油氣的使用雖然確保了能源供應安全，卻也同時放慢了其向可再生能源轉變的步伐，阻礙了其太陽能、地源熱泵等可持續(xù)技術的發(fā)展。2050年成為“碳中合”的目標也使得丹麥必須擺脫不斷降低但比例依然較大的煤炭，提高海上風電并采取措施減少能耗。

中國一邊保持著能源生產的增長，一邊節(jié)能減排，控制排放。豐富的煤炭使得其在中國電力矩陣中占據(jù)絕對地位，為控制碳排放，中國不斷加大對高效燃煤電廠的投資，采用新技術將能效等級提高45%。雖然當前中國核能在能源結構僅占1%，但全世界在建核電站有近一半在中國，但日前中國核電政策使不少在建項目停滯。可再生能源在總發(fā)電量中占據(jù)一定比例，但資源與用戶的地理距離，以及不夠高效的傳統(tǒng)輸電方式，讓不少可再生資源電力白白浪費，比如中國三北地區(qū)棄風嚴重。

一向資源匱乏的日本，電力矩陣相對均衡。雖然福島核電站事故讓支持核電的民眾變得寥寥無幾，但核電一直并將繼續(xù)在日本電力結構中占據(jù)重要地位，2020年預計核電將滿足日本近40%的用電需求。但同時，日本會將加強可再生能源的發(fā)展，提升太陽能、風電、生物質能的重要性。

俄羅斯富產天然氣，其電力結構中，近一半的電力即來自天然氣。俄羅斯政府正在解決電力嚴重依賴天然氣的問題，計劃2030年將其發(fā)電占比限制在43.1%，同時提高能源效率，以滿足大幅增長的電力需求。在俄國的能源結構中，核電和水電分別占據(jù)17%和18%，而風電、太陽能不據(jù)重要地位。

電力矩陣

一般來講，能源鏈指的是發(fā)現(xiàn)、占有并充分利用能源及其衍生技術。能源鏈的競爭一直伴隨整個國際體系演進。能源鏈的連續(xù)而完整，價格波動控制在一個合理的范圍之內，關乎著國際能源體系的未來發(fā)展也關系著能源消費大國和生產大國的切身利益。而西門子公司提出的電力矩陣將能源鏈擴展至產品及服務生產過程中涉及的一切能源及其所有相關利益方。如圖2所示，以往的大型發(fā)電廠至消費者的能源鏈變成了電力矩陣，小型電廠日益增多，同時無數(shù)的節(jié)點將能源關系方納入。

圖2 電力矩陣

在能源矩陣里，傳統(tǒng)的集中火電廠效率得到提高，并為斷斷續(xù)續(xù)的風能和太陽能提供后備支持。而更為突出的是產銷者的出現(xiàn)，分布式的接入。作為產銷者的家庭，參與著小規(guī)模的市場，既是電力的生產者，將其屋頂太陽能電池板或其他小型發(fā)電設備生產的剩余電力回輸電網，又是電力的消費者，在自產電力無法滿足需求時，接受電廠提供的電能。

多數(shù)業(yè)內人士認為電力將成為二十一世紀占據(jù)主導地位的能源，電力需求會不斷增加。但日趨減少的化石燃料，使得如何滿足全球的巨大能源需求這一問題仍待解決，唯一的變化是人們已經開始注意到問題的解決不能單純依賴單一的發(fā)電技術。電力需要做出更多。需要拋棄以往的大型發(fā)電站為國家電網供電輸往消費者的模式，轉向更復雜的電力矩陣。

在電力矩陣里，電力供應商應該既包括核電站等傳統(tǒng)電廠，也包括基于風能、太陽能等可再生能源的新型電廠。分布式電廠，如熱電聯(lián)產、屋頂光伏等，應該納入大型集中式發(fā)電站的補充體系，接入中低壓電網。而伴隨著上文提到的發(fā)電系統(tǒng)的分散化，消費結構也會發(fā)生轉變，消費者將有更多用電方式和時間的自由選擇。

當前的問題不是討論傳統(tǒng)能源鏈中的單一能源，而是適合不同國家、地區(qū)和大洲的電力能源結構。目前全球發(fā)電設備裝機容量大約為5800GW，未來有望在20年內翻一番至10000GW，急劇攀升的電力顯然不是單一能源來源可以滿足，它需要的是一整套的電力能源結構，應該包括核能、天然氣、煤炭、石油以及可再生能源。電力矩陣將是滿足這些的解決方案，它不但包括能源來源，還包括強大的電網，以整合高壓直流輸電、柔性輸電、先進的儀表設備和控制技術。因為風能、太陽能等可再生能源為代表的分布式電廠將發(fā)揮愈加重要的作用，雖然集中電廠仍將長期存在。這些不同的電力能源需要以高效、經濟的方式有機結合起來。

由于各國的不同特點，甚至國家內不同地區(qū)的差異，各異的電力需求將在未來更趨多元。如中國當前的電力能源結構，使得需要重點考慮能源安全和石油供應，伊朗在其能源矩陣中有著無法忽視的地位；而日本能源資源匱乏的現(xiàn)實，核電在其能源矩陣中不可或缺，對于其近年對其海底蘊藏豐富的可燃冰進行的可行性勘探，目前仍會以研發(fā)、掌握技術為主，短期內難以占據(jù)重要位置。但必須認識到，未來的能源結構將日趨多元，單一來源的能源鏈將逐漸失去市場，取而代之的，是可以應對復雜能源機構、保障能源多元供給的電力矩陣，在加強能源安全的同時，更經濟、高效地提供電力能源。