碳中和時代的電力系統
全社會50%的使用能源：機械能、熱能、“冷”能、光能、電子設備驅動能量，……，是由電能提供的。
中國每年開采出來的一半煤炭，是用來發電的。
中國現在60%以上的電力，是由化石能源——主要是煤炭燃燒提供的。
而碳中和的世界，電力不再由化石能源提供。而是由可再生能源提供。可再生能源替代化石能源提供電力有兩個問題需要解決：
一是成本——現在已經基本解決，而且可再生能源電力的成本還會越來越低，未來將遠低于化石能源生產的電力；二是未來可再生能源的主力、無處不在的太陽能和風力不穩定， 其波動需要補償和消納，這正是德國轉型2.0 要解決的關鍵問題。
過去的電力系統，是用電戶決定發電量。所以電力系統由電源、電網和用戶三個部分組成。
而在碳中和的電力系統中，主力電源是風光電，但風光電的發電出力受氣象和天文條件的影響，不穩定。于是在碳中和的電力系統中，要對波動的風光電進行調節，即補償和消納，于是就在電力系統增加了一個部分——智慧能源系統。智慧能源系統中有四大金剛，我們將在后面詳述。
我們先看電源端。
碳中和電力系統中的主力電源是風光電，而水電在中國的西南部是主力電源。
風電的發電成本一直在穩步下降，而且下降的速率現在還很快。
現在風電的并網電價已經與煤電相似，不遠的將來就會明顯低于煤電。
光伏的發電成本一直在快速下降，預計到2025年左右會在全國的范圍內低于煤電，在2030年以后遠遠低于煤電。從發電成本的角度看，10年后，風光電可以全面取代煤電。
在德國，可再生能源電力在總發電量中所占的比例，已經從2002年的不到8.6%，發展到2020年上半年的55.8%。2019年上半年，波動的風光電在德國的總發電量中占34.8%。而在2020年上半年，就增加到了42%，而煤電+核電的發電量在德國的總發電量中現在僅占43%。
這是2020年6月27日~7月6日德國各類電源的發電出力和用電總負荷的變化曲線。
從圖中可以看出在碳中和電力系統中的問題，就是可再生能源的發電出力隨天氣波動，而不能自行與電力需求吻合。兩者出現巨大的差異。
這張曲線圖描述了在未來德國的電力系統中除了可再生能源供應的電力之外，要滿足德國的電力需求還需要多少額外電力。到了2050年，60%的時間需要額外電力，最大值為約50GW。在另外40%的時間里，則是可再生能源電力 過剩，發電出力過剩的最大值可達70GW左右。
這就需要有不使用化石能源的技術方法，在可再生能源發電出力不足時提供額外的電力，在可再生能源發電出力過剩時消納掉過剩的電力。而不使用化石能源補償和消納可再生能源電力的方法，就被稱作智慧能源。
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