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《利用周期径流和风速时间序列的联合模拟评价电力系统中期规划中的水电风互补性:一个巴西的案例研究》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2020-12-01

  • 在电力系统的规划中，既要考虑风的可变性，也要考虑水风的互补性。在这种情况下，需要利用水流和风速之间的时空相关性来平衡发电。中期水热调度问题(MTHS)用于确定电力系统5 - 10年的运行策略。MTHS采用了随机优化技术，由合成的流场景。为了设置更好的操作策略，这样的场景应该很好地代表历史数据的统计特性。随着风力发电装机容量的快速增长，运营商被鼓励考虑新的方法来表示水文气象变量的依赖性。本研究采用周期径流和风速时间序列联合模拟的方法，将风的变异性和水风互补结合在电力系统中期规划中。以生成的场景为输入，通过隐式随机优化方法推导出月度运营策略。本文选取了位于巴西东北部的一座水电站和一座风电场作为案例研究。结果表明，考虑风力变异性和水风互补可以显著减少电力系统的能量缺口，提高水库运行的灵活性。

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  • 《巴西从畸形胎儿的羊水检测到寨卡病毒序列：一个案例研究》
    • 来源专题：新发突发疾病防治
    • 编译者：张玢
    • 发布时间：2016-02-23
    • 2015年巴西小头畸形发病率比往年高20倍。先天性小头畸形与遗传因素和多种病原体有关。流行病学数据表明，在巴西性小头畸形病例可能引进寨卡病毒相关联。研究人员检测到两名胎儿被诊断患有小头畸形巴西孕妇的羊水样本中有寨卡病毒基因组序列。两名发现抬儿小头畸形的巴西帕拉伊巴州孕妇的羊水样本。在巴西卫生部门的建议下，28周妊娠通过超声引导下经腹羊膜腔穿刺被诊断小头畸形。两名妇女分别为18周和10周的妊娠，出现寨卡病毒感染的症状，包括发热、肌痛、皮疹。羊水样品离心后，从纯化病毒粒子提取病毒基因组DNA和RNA是的，通过定量逆转录PCR新一代测序鉴定病毒宏基因组。进行系统发育重建和重组事件的调查，比较巴西寨卡病毒基因组，并从发生在巴西相似区域的与其他黄病毒菌株序列。 研究发现，这两个孕妇羊水有寨卡病毒基因组。但在尿或血清中未检测到病毒。登革热病毒，基孔肯雅病毒，弓形虫，风疹病毒，巨细胞病毒，单纯疱疹病毒，艾滋病毒，梅毒螺旋体和细小病毒B19测试均为阴性。巴西寨卡病毒患者1分离出完整的基因组测序后，系统发育分析表明，该病毒成分法属波利尼西亚，2013年爆发期间分离出基因组血统身份97-100％，而在这两个信封和NS5基因组区域，它聚集来自北美，南美，东南亚和太平洋地区的序列。评估寨卡病毒和其他黄病毒之间的重组事件的可能性之后，排除假设，巴西寨卡病毒基因组与其他蚊子传播的黄病毒的重组菌株。 这些研究结果加强了在巴西新生儿寨卡病毒和畸形的病例之间的假定关联。此外，研究结果表明，病毒可穿过胎盘屏障。其结果是，寨卡病毒应被视为用于人类胎儿的潜在感染因子。这证实兹卡病毒对神经细胞的趋向性发病机制的研究是必要的。
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  • 《全球电力，进入史诗级大周期》
    • 来源专题：能源情报网监测服务平台
    • 编译者：郭楷模
    • 发布时间：2025-02-14
    • 中国以外的电力大赛道，挤满了硅谷科技大佬。 山姆·奥特曼是其中的一个典型代表。他是OpenAI联合创始人，同时也是核裂变初创企业OKLO的投资人和董事长。这家公司在去年5月11日上市，最近5个月的涨幅接近900%，是美股市场涨幅规模最大的上市公司之一。 除了奥特曼，押注核能的还有比尔·盖茨、杰夫·贝索斯、彼得·蒂尔、拉里·埃里森以及木头姐凯瑟琳·伍德等等美国科技和投资界的顶流人物。 据称，一次ChatGPT问答所消耗的电量，几乎是传统谷歌搜索的10倍。全球如火如荼的人工智能基础设施建设浪潮，让科技巨头们纷纷加大电力投资。 黄仁勋的发言令外界更为惊诧。他指出，“英伟达帮助提升计算效能，降低能源消耗，而如果计算速度没有加快,“我们可能需要14个行星、3个星系、4个太阳为这一切提供燃料。” 而这一切的讨论也只集中在电源层面，是能源的供给端。后续的电网、输配电，以及发电机、变压器等电力设备加起来，才能构成一套完整的电力系统。核能、风电、光伏等新能源还需要铀燃料、核电设备以及储能等等一系列的配套设施。 眼下欧美国家的电网基础设施陈旧不堪，很多电网线路年久失修，美国本土的变压器使用基本全部依赖进口。可以说，中国之外的全球所有国家，在电力投资上，以前欠下多少账，以后都要超额补上，这需要的投资完全是天量。 在人工智能建设的促动之下，一个历史级别的电力大周期已经开启了。 紧箍咒 钳制AGI发展的可能不是技术，而是能源。不止一位科技大佬表达过这样的担忧。 山姆·奥特曼曾这样判断：未来人工智能需要能源突破，因为人工智能消耗的电力将远远超出人们的预期。马斯克则明确地指出，缺芯之后是缺电，“明年（2025年）电力将无法满足所有芯片的需求。” 生成式人工智能每一次问答，乃至背后的数据中心、算力支持以及芯片产业需要的电力都极为庞大。有数据显示，目前ChatGPT每天要响应大约2亿个请求，消耗超过50万度电力，相当于美国家庭用电量的1.7万倍。 训练环节，根据国盛证券的测算，GPT-3的单次训练就要花掉140万美元，一些更大的LLM（大语言模型）的训练成本在200万美元至1200万美元之间。很多人不知道的是，这其中有60%都是电费。 数据中心也是一个庞大的“吞电巨兽”，如亚马逊大型数据中心每年要“吃掉”一个中型城市的用电量。美国能源部的报告显示，该国数据中心用电量从2014年的58 TWh上升至2023年的176 TWh，占国家电力消耗的4.4%。预计到2028年，将激增到325-580 TWh，占美国总用电量的6.7%-12%。 身处AI行业的核心供应链，芯片制造亦是耗电大户。 当下，通用AI仅处于行业发展的初期阶段。可以预见的是，未来全球还将涌现出更多的类似DeepSeek和ChatGPT的超级大模型。中美两大国的算力中心建设仍在快速增长，随着AI产品的大规模普及，远期的电力需求将增长到什么程度，将难以估量。 目前全球电力供应过于依赖传统化石能源，成本较高且不符合低碳化转型的时代诉求。而光伏、风电等可再生能源又不够稳定，因此性价比最高的核电，已成为科技巨头们的押注目标。 尤其是建设周期短、成本低、安全系数更高，且地址适应性更强的SMR（小型模块化核反应堆），被AI企业们视为最理想的发展方向。 在美国，投资SMR能拿到政府补贴，比投资大型核电站更加划算。美国能源部的数据显示，SMR项目电力成本约为180美元/MWh，补贴后能降至100美元/MWh左右，低于风光发电。 从去年10月开始，硅谷巨头们疯狂囤积核电： 先是微软联合星座能源，计划耗资16亿美元重启三里岛核电站1号反应堆，目标是2028年开始为微软数据中心输送电力； 此后谷歌一口气向核能初创公司Kairos power购买7个反应堆的电力，总计500WMh（50万度）； 亚马逊紧跟着签署了三项协议，投资5亿美金，牵手Dominion Energy开发一个SMR项目，为Energy Northwest 的四座先进SMR的提供资金，以及在宾夕法尼亚州Talen Energy的核设施旁边建设一座数据中心； 甲骨文掌门人拉里 埃里森宣称要设计一个核电数据中心，将由三个小型核反应堆提供动力，产生超过1000兆瓦的电力。 然而，科技大厂们虽然动作频频，但这些规划中的小型核电的产出和其总耗电量相比仍是九牛一毛，解除全球电力危机，仍需一场全球范围内的超级电力投资。 堰塞湖 面对能源规模升级的时代浪潮，欧美国家、大型企业纷纷制定了雄心勃勃的新能源发展计划，但落后的电网和电气设备，正在成为这场变革的巨大掣肘。 2021年，英国政府承诺将在2035年实现100%清洁电力，但巨额资金投下去，各类风光储项目大干快上、热火朝天。但英国人最终发现，这些电力根本无法及时上网。 陈旧的电网系统，让这些新型能源产能只能闲置在电厂里，一些风光电力需要等待长达10年至15年才能连接到电网。英国国家电网估计，到2030年，需要安装的高压输电线路将是过去30年总和的5倍。 英国的遭遇，欧美国家也感同身受。据BNEF统计，截至2022年底，英法意西等国等待并网的光伏和风电容量高达596GW，新能源项目从申请到接入电网的平均等待时间长达3-7年。 欧洲高压电网大多建设于1950年-1980年，部分电网服役期超70年；美国电力系统和变压器大多建于上世纪50—70年代，70%运行超过25年，60%的断路器运行超30年，而变压器的设计使用期限一般为35-40年。 海外各国电网系统中，有不少早已到达或临近退休年龄，已成为客观事实。如果不及时更换和升级，新上马的风光核电落入无用武之地的窘境是较大概率事件。 电网改造刻不容缓，为此，美国能源部(DOE)启动了GRIP计划，预计在五年内投资105亿美元推动电网转型；欧盟祭出“欧洲电网行动”，计划在2030年前新增5840亿欧元的投资；英国国家电网宣布在未来五个财年投资600亿英镑，进行网络基础设施的改造，这一金额比上一个五年接近翻倍。 如今这些巨额投资已经实打实地反映在电气公司的业绩和股价上，曾经表现略显平庸的电气巨头们涨起来丝毫不亚于AI明星股。 通用电气(GE)虽巨人迟暮，商业帝国解体后，拆分出来的GE Vernova却表现抢眼。自去年4月独立上市后，其股价一路上扬，至今涨幅已超165%。2024年，GE Vernova赚取了15.52亿美元的净利润，同比大增454.34%。 脱胎于西门子的西门子能源过去一年股价暴涨331%，电网更新让其成为欧洲的“AI影子股”。目前其手中积压的订单达到创纪录的1230亿欧元，而且即便在美国的新工厂尚未完工，但未来两年的产能已经被抢购一空。可见下游需求之强劲。 老牌电气厂商也是老树开新花。日立过去一年股价累计涨67.96%，施耐德电气和ABB也上涨了42.66%和40.69%。 而同一时期，AI芯片之王英伟达的股价表现和利润增幅“仅有”171%和190.64%（2024Q3）。 与工业化和城镇化对电网的拉动一样，AI让电力投资进入了新纪元。GE Vernova的CEO斯科特就明确说道：“现在正处于（电力）投资超级周期的起步阶段。” 离不开 埃隆·马斯克曾在一次采访中断言，美国变压器将出现短缺： “电动汽车和AI并行发展，两者都需要电力和变压器，我认为这正在创造对电力设备和发电的巨大需求。” 一套完整的电力系统，既包含充沛的电力供应，也需要通畅有序的电网以及配套的变压器、电表、储能和智能控制中心等等单元。 事实的情况与马斯克所表述的一致，变压器已成为钳制美国电力升级的核心部件。就像光刻机之于中国芯片产业，由于缺乏关键材料“取向硅钢”，如今美国80%电力变压器都依赖进口。 1930年，美国人戈斯( N.P.Goss)最早在实验室发现了取向硅钢并加以应用。但时至今日，这一材料却严重拖累了美国的电网改造，甚至有可能影响AI的历史进程。 取向硅钢也称冷轧变压器钢，是一种应用于变压器(铁芯)不可或缺的硅铁合金，占据了整个变压器成本的四分之一 。取向硅钢主要集中在中日韩三国，美国本土生产能力有限。 近五年来，美国变压器进口总金额一路上扬。2023年，共从国外购买了约58亿美元，同增 48.7%。2024年前11月，变压器进口金额达到73.2亿美元，同比增长41.16%，创历史新高。 基于运输效率高、损耗低的优势，特高压成为全球电网改造的共同趋势。而变压器就像一个自如调节电压的“魔术师”，电力从发电机输出，通过大型变压器“升压”至极高电压（161kV至 765kV），以实现长距离高效传输，随后降低到15-34.5kV，后又通过较小的变压器进一步降压至240V，以满足企业和住宅用户的使用。 由于取向硅钢和铜价上升，再加上海运受阻，几大厂商扩张不及需求增长，供需平衡急速扭转，变压器价格在2020-2023年间快速上涨了60%-70%，且有继续攀升迹象。目前，美国变压器交货周期拉长到50周到150周，极端情况下最长高达5年时间。 我国虽是变压器主要生产国，但在贸易壁垒抬头的当下，美国主要从墨西哥、韩国、巴西和加拿大等国进口，产品大多来自日立、GEVernova、西门子能源、埃斯杰贝、晓星重工（韩国）及现代电气。 需要注意的是，中国出口至美国的变压器仅占8%左右，因此，所谓“中国卡住美国电力设备”的言论并不成立。电网设备江湖基本遵循市场竞争，和高端芯片受制于技术和贸易垄断的情况并不相同。 当然，变压器仅是欧美电力升级困局中的一个缩影，包括智能电表、继电器、电容器、感应器、逆变器、发电机等等，加上电网智能化和数字化升级，欧美国家要做的还有很多，所有目前面对的压力，都是在为过去几十年去工业化的决策买单。 写在最后 “人工智能既是具身的，也是物质的，由自然资源、燃料、人力、基础设施、物流、历史和分类构成，这些都需要付出代价。” 社会学家凯特·克劳福德在《技术之外：社会联结中的人工智能》中如此写道，在理论上将看似虚拟的人工智能与传统的物质世界进行了连接。 克劳福德认为更应该关注背后的权力更替，“AI是新世纪的石油资源”也逐渐被更多人认可。但与此同时，老旧的欧美能源体系，并没有为这样的历史级转变做好准备。在漫长的历史中，这些垄断型企业并没有走在市场需求的前面。 在电力投资大周期中，中、美、欧属于不同的叙事线。 过去很长时间以来，我国在电力领域的投资额度都在持续增加，甚至到了不被公众所理解的程度。在特高压、数字电网、柔直工程等领域频里，“中国方案”都已经站在了市场需求的前面，也站在世界的前沿。相比之下，欧美国家上演的主要是新旧更换的替代故事，甚至是一种“维持故事”。 随着人们生活用电、生产用电、互联网和人工智能用电不断增加，基础的化石能源电力体系，最终会远远落后于人类社会实际需求的增长。从更加漫长的历史角度来看，如今AI大爆发对全球能源体系的重塑，可能也只是个开始而已。
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