该文刊发于《三联生活周刊》2020年第20期（有删减），全文共8903字，阅读需要25分钟。我们将于5月24日、25日分别刊发同一系列的两篇文章《你好，绿色革命！》《能源的未来式：破界与重构》，敬请关注。
中国古人只能用神话解释雷电，认为电母是司掌闪电之神。如果一位古人穿越到现代，最难理解的可能就是：电。今天的美好生活以电为根基，没有了电，人类社会将立即瘫痪。正是因为掌握了电的秘密、运用了电的伟力，人类文明开始乘着现代科技的强劲东风，航向更深邃更精彩的远方。100多年前，电这个舶来品来到中国，吹不灭的弧光灯象征着现代文明在此落地，我们开始了学习、跟随、追赶西方的历程，直到第三次工业革命、直到今天。如今，电这个能源革命的通用解，正开始推动第四次工业革命的到来，这一次我们有望同步出发，甚至抢先一步。公元1882年(清光绪八年)11月，刚刚上任不久的清政府上海道台邵友濂颁布了一则禁令，禁止上海地区官民使用“电弧灯”，原因是“设有不测，焚屋伤人，无法可救”，并照会英国领事馆停用。4个月之前的1882年7月26日，由英国人立德尔等筹银5万两成立的上海电气公司开始发电，电流从他们设在南京路江西路北角的燃煤发电厂发出，经过几百米的输电线缆，最终串联起了在外滩一带的15盏电弧灯。第二天，上海《字林西报》在报道中称有上千人围观了这一胜景，并将电弧灯的照明效果形容为“赛明月”。据说，当时还有不明其理的百姓拿着手里的烟袋，靠近电弧灯看看能不能点燃。但这15盏中国历史上最早的电弧灯并未打动邵道台，于是有了那道目光短浅的禁令。如同闭关锁国的政策阻挡不了“洋人”入侵一样，次年5月，上海电气公司与无视禁令的上海公共租界工部局签订合约，在外滩、南京路、百老汇路这3条主要干道上又安装了35盏弧光灯。自此之后，“电”这种新的能源利用形式开始通过一条条输电线路，从上海外滩走向更广大的中国。上海电气公司当时的发电设备购自美国，以一台12千瓦的蒸汽机为动力，带动直流发电机发电。这距离苏格兰人詹姆斯·瓦特改进蒸汽机恰好100年。在这100年中，凭借围绕蒸汽机建立的工业体系，大英帝国进入了属于自己的历史时代，挟第一次工业革命之威，英国的蒸汽钢铁巨轮踏遍了从北美新大陆到古老东方的大部分土地，其中当然包括在1840年被敲开大门的清帝国。大门被敲开20年后，世界开始第二次工业革命，人类进入了“电气时代”。电灯、电车、电影、发电机、电报、内燃机陆续被创造出来。与工业革命兴起与繁荣于英国不同，第二次工业革命在欧洲、美国、日本多点开花，这些国家甩开身旁的同侪，跻身发达国家之列。沉浸在暮气沉沉中的大清，相继错过了两次工业革命。汽轮机在19世纪末的出现又大大推动了电力工业的发展，到20世纪初，电站汽轮机的单机功率已达10兆瓦（1兆瓦=100万瓦），而这个数字在随后100年翻了百倍。百年多之后，我们已很难想象自己生活在没有电的世界里，没有电，冰箱、空调、电视、电脑、手机这些设备都不复存在。随着社会的不断进步，电的重要性只会提高，因为几乎所有新出现的设备都需要依赖电力才能运行。如经济学家埃里希·齐默尔曼在1951年写到的那样：“除了碳氢化合物作为能源的重要性日益提高外，电的兴起是所谓的第二次工业革命的最典型特征。”非政府机构能源研究所（IER）对此有更切中要害的评价：电的历史，就是现代世界的历史。中国的变化或许就足够有说服力。新中国成立初期，人均年生活用电量不足1度（1度=1千瓦时）。那时，有限的电力基本用于工业领域，居民生活用电很难保障，农村地区和大部分城市基本无电，少数几个大城市虽有电力供应，但用电时间还常常受限。作为当时的代表性电厂，位于上海市区东部的杨树浦电厂在上世纪二三十年代曾是当时远东地区最大的火力发电厂。在1949年时，杨树浦电厂装机容量达19.87万千瓦，其一个电厂的发电量就占上海市的76.46%，更是占到了全国的10.3%。
△ 建于上世纪30年代的杨树浦电厂操作间。如今，经历了百年的杨树浦电厂于2010年12月18日上午11时38分正式关停，目前正在开展产业升级城市更新规划
2019年中国人均用电量约732度，已大大超过世界平均水平，是新中国成立之初的700多倍。随着中国在2010年左右成为全世界发电量最大的国家，连过去常常出现的“停电”现象都很少见了。上海电力股份有限公司（以下简称“上海电力”）是这个时代上海市最主要的电力能源企业之一，其董事长王运丹说，这也是中国电力发展起来的一个重要标志，即在一个城市经济的运行系统里面，电力永远是一个重要的组成部分，但我们熟视无睹，都不太在意它的存在。除了对老百姓日常生活的改变，电力对现代文明更深刻的影响其实是工业领域。或许是因为“电”在我们生活中无处不在，很多人会对电力的产生和使用缺乏概念。事实上，中国每年发出的电，超过三分之二用在了第二产业上，属于生产用电的比例更是超过了85%。因此，用电量指标也常被视为一个国家和地区经济是否景气的“风向标”。
中国基建的“无敌”特质在电力工业的发展中也展露无遗，无数个火电站、水电站拔地而起，输电网络像是毛细血管遍及中国的每个角落，为工业和居民生活不断“输血”。而伴随着电力工业发展，中国在成为全球第一发电大国的同时，也成为了全球第一工业大国与全球第一大出口国。中国也终于没再错过以数字技术、互联网和可再生能源为代表的第三次工业革命，并且成为其中的弄潮儿和带头人。正呼之欲出的第四次工业革命的曙光甚至被认为有望在中华大地升起。
在这个过程中，火力发电的贡献是决定性的。在电力行业工作28年的国家电力投资集团有限公司（以下简称“国家电投集团”）战略发展研究中心副主任孙金华说：“过去40年，电力行业作为中国整个能源体系的一个主要组成部分，为中国经济的高速发展起到了极为重要的支撑作用，而在2005年之前，提供这种支撑最主要的来源是以煤为燃料的火力发电。”不知有多少读者去过火电厂，如今的大型火电厂早已不是我们过去刻板印象中的“黑”“脏”“呛”了。在安徽淮南，我们先后参访了两座火电厂，这两座火电厂就在离淮南市区不远的地方，道路两旁的景象也不会让你觉得进入了一个纯工矿区。进厂之后，在巨型厂房和密集管道的工业景观下，里面的环境都堪称整洁甚至洁净，走在贯穿百米多长的发电车间内不会让人有任何不适。作为华东地区主要的电力基地，淮河两岸的火电厂们需要为中国最重要的经济带提供三分之二的电力来源，而这里也成了中国火电发展最快的区域之一。从装机量来看，安徽淮南的平圩电厂“只”排在中国第五，但这里却可以说是中国火电的博物馆，因为从“亚临界”到“超临界”再到“超超临界”，三个不同等级、不同时代的技术在这里都有。这里概念中的“临界”指的是水蒸气的温度与压力数值，但换成更直观的发电语言，是否“临界”代表着机组的热效率能否提升，也代表着每发一度电所用的煤耗能否减少。比如，一段时间内“全球煤耗最低”的上海外高桥第三发电厂发1度电只需燃烧274克煤，作为对比，日本排名第一的矶子电厂新1号机组每度电需要燃煤304克。事实上，如美国学者、《全球能源大趋势》一书的作者斯科特·蒙哥马利总结的那样，促使能源行业进步与变化的因素有很多，但需求的力量驱动着一切。几位电力行业的老专家都告诉我，中国电力行业真正开始快速发展是改革开放以后的事了。如上所说，一个社会的电力发展和它的经济发展状况是有强关联性的。欧美一些发达国家从上世纪五六十年代就开始了对超超临界技术的研究工作，而中国直到改革开放后才开始了亚临界机组的自主研发，在那之前用的大多是一些苏联支援过来的老设备。原水利电力部副部长张凤祥就回忆，他在1984年初到水利电力部时，全国面临的最大问题就是缺电。那时的缺电情况不是现在所能想象的，缺电最严重的地方，企业要“开三停四”，就是一个星期开三天停四天。从改革开放开始，国家一方面全力发展经济，自然对电力有了更高需求；另一方面，逐渐恢复自信的社会风气也对技术国产化有了期待。80年代初，我国从美国通用电气公司引进了全套的30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组技术，前后用了15年的时间完成了消化吸收的工作。当时负责牵头这项工作的是上海发电设备成套设计研究院（以下简称“上海成套院”），其原总工程师沈秋农告诉我，当时这套技术在国外只能算是“中等偏上”，但通过这次的消化吸收，我们国家火电设备的技术体系有了一个非常大的跨越，从设计、制造到运维，一个自主的火电设备体系得到了建立，也逐步走上了对国际先进发电设备改造和超越的过程。1989年，中国第一台国产60万千瓦机组就安装在了平圩电厂。即使是“安装”这项工作在当时也很不容易，平圩电厂党委书记龚和还记得，在安装的时候，外方派了不少专家到淮南这个“小地方”来帮忙。在那之前，国产机组基本都是10万或12万千瓦的。此后的国产60万机组和百万机组基本都是在这台机组的基础上诞生的，而目前中国发电设备国产化率已能达到95%以上。△ 80年代上海的一个溽热夏天，上海核工院工程师杨铭山冒着酷暑，身着裤衩背心，在用游标卡尺、丁字尺手绘秦山核电站的总平面图。筚路蓝缕、排除万难，秦山核电站终于在1991年底并网发电，实现了中国大陆民用核电“零的突破”不仅是火电，事实上因为特殊性，中国的核电自主化进程开始得更早。在“文革”中期的1970年，周恩来就富有战略性地主持审批了第一座核电站的建设方案。1970年，中国首个核电站建设工程即“728”工程的会战办公室（也叫“728工程处”）在上海成立，核电人开始了“在一张白纸上盖核电站”的历程。彼时，中国核电人是从一穷二白中起步，经历了一换堆型、二易体制、三上两停、四变厂址、两度濒临“下马”的曲折。创业者们开展了大量研究实验，仅原国家计委批准下达的科研实验和技术攻关项目就有400余项，终于在1991年12月15日，秦山核电站正式并网发电，结束了中国无核电的历史。到了新世纪，将最新核电技术掌握在自己手中又成了新的任务。2007年，由728工程处发展而来的上海核工程研究设计院（以下简称“上海核工院”）再次成为主角——AP1000三代核电技术引进、消化、吸收和再创新的主要技术载体与平台。经与西屋公司谈判，双方约定共同建设四台AP1000机组的依托项目，中方可以通过“再创新”形成自主核电技术品牌。
△ 海阳核电站位于三面环海的岬角东端，作为国家三代核电自主化依托项目，它与浙江三门核电承担着三代核电引进消化吸收再创新的重任。经过十多年的消化、吸收，中国掌握了第三代核电技术，形成了中国人自己的核电——国和一号，在山东荣成，这一核电技术正在从图纸变为现实
在依托项目建设的过程中，核电人通过与西屋公司联合进行项目管理的方式，引进世界先进的项目管理技术和工具，为三代核电自主化的研发、设计、设备制造、工程管理、运行服务等提供经验，为三代核电自主化建设奠定了坚实的基础。在这个过程中，中方的科研人员不仅仅是对原有设计方案进行完善，还进行了大量创新性改进和本质上的升级，最终开发形成了具有中国自主知识产权的第三代核电技术，也就是“国和一号（CAP1400）”核电堆型，国产化率达到90%以上，并带动形成了国内三代核电装备产业链。
“自主化绝非翻译图纸那么简单，它是全面创新和优化的设计过程。”上海核工院副总经理、总工程师严锦泉解释，“走过的每一步，每一点改进的尝试，我都记忆犹新。”正是因为多种发电方式多点开花，中国的发电量从1949年的43亿千瓦时，到1980年的3006亿千瓦时，再到2019年的7.2255万亿千瓦时，70年增长了1600多倍，实现了巨大飞跃。2019年，第二产业用电量高达4.9362万亿千瓦时。可以说，中国的电力工业为中国70年快速发展提供了可靠的保障。在2000年时，中国电力装机容量就达到了3.1932亿千瓦，发电量达1.3685万亿千瓦时，电力装机容量和发电量均居世界第二位。如同华北电力大学经济与管理学院教授袁家海总结的，在新世纪初，国内电力供需矛盾在当时已经有所缓和，电力对国民经济和社会发展的瓶颈制约也基本消除。若按很多人描述的我国“富煤少油缺气”的资源条件，以煤炭为主要能量来源的火电发展将会势不可挡。但世纪末的一场会议改变了这一切。1997年12月，经过旷日持久的谈判，全世界149个国家和地区的代表在日本东京召开《联合国气候变化框架公约》缔约方第三次会议，会议通过了《京都议定书》，旨在限制发达国家温室气体排放量，以抑制全球变暖。尽管美国等一些发达国家随后退出了这一协定，但“减碳”的意识在全世界成为主流。要知道，当诺贝尔化学奖得主斯万特·阿雷尼乌斯在19世纪90年代计算出大气碳浓度增加对于大气温度的影响时，他还乐观地认为气候变暖非常了不起，因为这会带来粮食的增产，阿雷尼乌斯和当时的人们烦恼的只是大气中碳含量水平增加得太慢。2009年，联合国又通过了以“减碳”为目标的《哥本哈根协议》。孙金华说，从哥本哈根会议后，他作为电力行业从业者感受到了比较明确的信号，气候与环境真正成为了迫在眉睫的一个问题，“我们企业在思考发展问题时，就得考虑如何去提高效率、实现低碳”。蒙哥马利对此总结说，能源在21世纪面临的转变是前所未有的：在这次转变中，社会利益首次优先于能源优势。在那之前很长的时间里，“一切为了经济发展”才是硬道理。根据曾任亚洲开发银行主任能源经济学家林伯强的报告，在2003年，燃煤电厂占中国发电总装机容量的比重高达75%，而只有不到10%的燃煤电厂装有并使用了脱硫装置；燃煤造成的酸雨危害健康、腐蚀建筑物、破坏生态系统，每年给中国造成的经济损失超过1100亿元。随后的十几年中，虽然中国电力装机总量不断提升，但整个行业的主轴慢慢分成了两个大方向，一块是新型可再生能源的发展，一块是对传统电力的改造升级。2005年《京都议定书》正式实施，我国在其后一年颁布了《可再生能源法》，开启了可再生能源规模化发展之路。目前中国乃至全球最大的光伏电站运营商——国家电投集团黄河上游水电公司——就是在2009年率先开始布局新能源的发展，其目前已建成光伏电站37座，总装机容量达到了388万千瓦。虽然新能源的发展受到的争议不可胜数，但其发展的势头仍然难以阻挡。一个具有指标意义的数据是，作为中国特大型发电集团之一的国家电投集团，已经在2019年实现了清洁能源装机占比超过50%，完成从传统火电企业向清洁能源企业的转型，成为中国电力产业升级的标杆。同时，针对火电的发展，国家开始实施“上大压小”政策，即关停小机组，新建60万千瓦及以上的大机组，提升燃烧效率，降低单位煤耗以及减少污染物排放。仅2009年一年就关停小火电机组容量达2617万千瓦。在这种几乎不可逆的大势之下，火电厂们为了生存不得不开始自我改造。距离平圩电厂不远处，它的“小兄弟”，同属于国家电投集团的田集电厂2007年正式投产运营。没过几年，他们就遇到了愈发严厉的环保旋风。田集电厂党委书记、厂长胡震还记得，从2010年开始，国家对燃煤电厂的污染治理采取了非常严厉的措施。2014年9月，国家发改委、生态环保部、国家能源局联合出台了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，按照该标准，燃煤电厂经改造后的二氧化硫、氮氧化物、烟尘的排放浓度甚至要低于天然气发电机组的排放限值。
胡震回忆，哪怕他们的机组才运行了不到10年，也必须停下来改造升级。从2016年开始，四台机组相继完成了改造，每台机组光改造本身用去的成本就超过一个亿，还不算停机半年的损耗。从成本的角度讲，这种改造给传统电厂带来了不小的压力。然而这一切都是值得的，改造之后，中国火电厂二氧化硫与氮氧化物的排放标准已经要优于美国和日本，田集电厂内甚至还种植了不少樱花树，环境优美。如果对电厂与环境的共存有疑虑，田集电厂是一个非常值得参观的地方。在这家电厂内，除了两个规模巨大、分别放置了两台超临界和超超临界63万千瓦发电机组的厂房外，他们还在厂房后方的一大片空地上、公共车棚上方、汽机房屋顶和冷却塔区域分别安装了分布式光伏发电设备。传统电网就像百货公司，分布式能源就像淘宝，这里两者兼有。
△ 田集电厂进行了“农光互补”的尝试，在光伏板的下方种了菜，同时也养了不少鸡和羊。在厂房后方的空地光伏区域，他们还进行了“农光互补”的尝试，一部分光伏板的下方种了菜，一部分光伏板的下方养了不少鸡和羊。胡震带着我们在鸡舍和羊圈外的农地间漫步，从上海调到淮南之后，就住在厂里宿舍的他在工作间歇就会到这里来放松一下疲惫的精神。在夕阳下，近处是这一大片田园风光，远处的背景却是高耸的厂房和烟囱，二者共存在一个园区内，相映成趣。从新能源的崛起到火电的改造，毫无疑问，我们正处于一个能源转型的重要时刻。2015年底，英国关闭了最后一个深井煤矿，而他们计划在2025年关闭所有燃煤电站。欧洲大陆上的德国则计划在2038年关闭所有的燃煤电站。而另一个重要部分水电，基于中国水资源的资源禀赋和水电技术很高的成熟度，其拓展空间已是有限。以往关于水电的长期争论陷入沉寂，以至于水电这个巨无霸有时候会被不小心忽略。能源是推动经济发展的“燃料”，水电遇到“天花板”、火电需要“自我革命”，想要继续推动经济发展、想要保障中国能源安全，能源转型势在必行。但“转型”共识带来的绝不是对于未来的一致想象。传统火电会完全被替代吗？水电怎么样？核电还要不要继续扩张？风、光等新能源有能力完全负担我们的用电需求吗？哪一种发电形式才是未来的主流？站在不同的立场，得出的答案不尽相同。一位专门负责对新型园区进行综合智慧能源改造的专家对我说，他认为传统火电在未来会慢慢退出历史舞台；而他的同事沈秋农则认为，我们国家新能源的储备是有一定限度的，彻底“去火电”的说法是不客观的。“去年黄河上游来水偏丰，我们在确保防汛度汛的同时，抓住机遇实现了满发多供，在主汛期日均发电量突破5079万千瓦时。”在青海贵南，拉西瓦发电分公司总经理刘建国告诉我们，2019年9月初，拉西瓦水电站年发电量就突破了百亿千瓦时大关。而这仅仅是中国水电强大实力的一个注脚。中国不仅有全世界最大的水电站三峡水电站，还在全世界最大的10座水电站中占据半壁江山。水电在中国能源结构中占据重要位置。2019年水电的绝对发电量为1.1534万亿千瓦时，同比增长4.8%，在水火风光核这五大电力中占据第二位。可以说，水电，是电力源源不绝的一个重要来源。有核电专家向我们反复解释，现在核泄露的概率已经从“10的负7次方”降到“10的负8次方”了，即发生的可能性低到十亿分之几。“你可以把它理解为，核电厂发生事故的可能性就和小行星撞击地球一样。”一位核电厂的管理者这样说道。综合这种安全性，再考虑到我国的资源条件和能源安全，无论是“恐惧”核电，还是“去核电化”完全没有必要。以电能为核心，以光能、风能、氢能等新能源为转型方向，以跨区域输送与分布式开发相结合为特色，能源革命早已拉开了序幕。中国已经成为世界上最大的可再生能源投资国。新型可再生能源被普遍认为发展前景广阔，尽管风电、光伏仍不完美，但在技术的推动下已大规模应用；而氢能的利用也正在路上。清洁能源真正替代化石能源是大势所趋。
△ 水墨电力-大别山发电厂
对于电力战略的思考还不能忽视一个更核心的基础——安全性，这是底线。王运丹作为上海乃至华东地区电力系统发展的主要参与者，他说，在能源战略里面，无论我们的目标是清洁，是数字化，还是提高效率，能源安全仍然是不能被忽视的关键要素。从某种能源枯竭到遭遇贸易制裁再到发生战争，都会对能源安全构成威胁。现代社会需要供电、输电各个环节时刻守卫，大规模停电带来的损失不可想象。能源安全大到覆盖整个国家层面，小则非常微观，比如，当新型冠状病毒肺炎疫情在春节期间蔓延之时，生活用电和应急建设用电如果得不到保障，后果将是可怕的。国家电投集团位于黄冈麻城的中国电力大别山发电公司，就是应湖北省电网的调度，提前重新启动调停多日的2号机组，“双机+配套光伏”马力全开，直供武汉战“疫”前线，应急保障了疫情防控主战场的用电需求。能源安全必须得到保障，这是人类过去100多年总结出的经验，1973年的石油危机就是给全世界的教训。美国能源协会理事会成员、全世界最有影响力的能源问题专家丹尼尔·耶金就在他的《能源重塑世界》一书中提醒我们——围绕供应产生的能源安全问题将会成为全球持续关注的一个基本问题，“经验反反复复告诉我们，能源供应的可靠性和安全性所面临的威胁将具有非常大的不可预期性”。为此，蒙哥马利有一个令人激赏的观点，那就是我们不能将“绿色”与“黑色”（指煤、石油等传统能源）对立起来。即使在这个对环境的重视程度日益增加的时代，我们也不能对能源的使用采取绝对化的立场，不可能有一个神奇的、能解决一切问题的能源形式出现。他说：“当我们着眼于电力、运输、工业、商业、住宅、农业等整体需求时，我们看到过去半个世纪里发展起来的能源多元化，是对新的技术选择的探索和扩充。”1911年，当年轻的温斯顿·丘吉尔出任英国海军大臣时，由于他选择将英国海军的优势建立在石油之上，他由此提出了一个著名观点：“石油安全在于多元化，也只有依靠多元化。”100多年后的今天，“多元化”的目标和含义当然也远不止于石油供应来源多元化，同时也是能源利用形式的多元化，技术发展方向的多元化，市场参与的多元化。面对“多元”的未来，在没有一个明确目标的前提下，我们所能做的只有在因地制宜的前提下，尽可能尝试将有限的资源充分合理地利用起来。在安徽淮南，这个煤炭与火电厂聚集的地区，一方面在进行传统火电的改造升级。平圩电厂和田集电厂分别让淮南煤矿公司和淮南矿业集团入了股，这样就能有效保证原料和价格的稳定性，确保各方的可持续发展。另一方面，人们也在尽可能尝试多元化的能源改造。在淮南市潘集区泥河镇刘龙村，过去数十年的煤炭开采让这里形成了大片的采煤沉陷区，因为地下水与淮河水在沉陷区混合，这里形成了深达十几米的“人工湖泊”，老百姓曾经所种的农田都已不复存在。因势利导，国家电投集团吉林电力股份有限公司在这里创新性地建设了全国首个“漂浮式水上光伏”项目，将光伏组件架在水面上，水下还可以搞人工养殖。
△ 国家电投在安徽淮南建立全国首个“漂浮式水上光伏”项目
过去3年，青海省相继尝试了连续7日、9日、15日100%清洁能源供电的活动，黄河上游水电公司董事长谢小平说，青海能在全国范围内率先做到这一点，是由青海的能源结构决定的，因为青海本身清洁能源的比重就占80%以上。在他看来，不同地区的自然条件不一样，采取的能源供给结构也就不一样，其他省份没办法学也没必要学。作为一个如此复杂的系统，它的布局和运作可能仍没有百分之百完美的方案。正如耶金所说，无论我们最终的答案是什么，创新都将是解决问题的关键。
文 字：三联生活周刊 王梓辉素 材：杜玉编 辑：周心点击“阅读原文”，快速加入头条号！