(本文根據(jù)原中國(guó)工程院副院長(zhǎng)、院士杜祥琬在國(guó)家能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)及技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟全體成員大會(huì)暨2017國(guó)家能源互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)演講實(shí)錄整理)
發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的目的,在于建設(shè)高效、安全、低碳、共享、可持續(xù)的現(xiàn)代化的能源體系。希望我國(guó)在實(shí)現(xiàn)新興城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程當(dāng)中,構(gòu)建“三化”與“兩結(jié)合”的能源互聯(lián)網(wǎng),這是落實(shí)能源革命的重要內(nèi)容,對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)具有重要的意義。
2004年,英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志最早提出“能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念。2011年,美國(guó)學(xué)者杰里米·里夫金提出了“基于可再生能源的、分布式、開放共享的網(wǎng)絡(luò),即能源互聯(lián)網(wǎng)”,這是一個(gè)很重要的概念。我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)研究者對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了不少研究,也出了不少書,雖理解有差異,但都反映了能源的綠色、低碳發(fā)展大趨勢(shì)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合。
我國(guó)有一個(gè)提法是“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”,這是對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)概括。我們生活在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的大時(shí)代背景下,只要思考能源問題,很自然就會(huì)想到能源互聯(lián)網(wǎng)的概念。
能源互聯(lián)網(wǎng)的“三化”
當(dāng)前,加快建設(shè)我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng),要重點(diǎn)抓好電氣化、低碳化和智能化三方面的工作。
一是電氣化。也就是說在終端能源中,電力的比例應(yīng)該大幅度提高。眾所周知,目前電力占我國(guó)終端能源消費(fèi)的比例只有20%多一點(diǎn),這個(gè)比例需要大大提高,這就意味著終端能源中不發(fā)電的部分要降下來。例如散燒煤,要大幅度下降,最后要全部替代掉。在我國(guó)能源當(dāng)中,煤炭比例較高,近40億噸的原煤消費(fèi)中只有一半用來發(fā)電,另外一半是工業(yè)用煤和散燒煤,這樣造成了能源消耗的低效和環(huán)境污染,今后要逐步用電及工業(yè)余熱進(jìn)行替代,這既是保護(hù)環(huán)境的要求,也是提高能效、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境的要求。
交通耗油作為終端能源也要逐步下降。我國(guó)每年消耗大概6億噸原油,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)2億噸,進(jìn)口4億噸,增加的空間有限,需要通過電、生物油氣、太陽能等替代,把交通用油降下來。
這兩個(gè)減法會(huì)使我國(guó)終端能源中的非電比例下降,與此同時(shí)要大力發(fā)展電力,特別是低碳電力來滿足能源增長(zhǎng)需求。從近幾年來看,2015年我國(guó)能源增量是1.4%,2016年是1.3%,今年可能稍微高一點(diǎn)。這個(gè)增量應(yīng)該是低碳能源,包括天然氣、可再生能源和核能。目前我國(guó)終端能源中,電力的占比將從目前的20%,上升到2020年的25%以上,并將進(jìn)一步達(dá)到更高的比例。
二是低碳化。這是改善環(huán)境、應(yīng)對(duì)氣候變化和國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)必然要求。我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳化的途徑需要通過低碳能源的“三架馬車”共同發(fā)力。一是可再生能源,其次是天然氣,還有就是核能。天然氣是化石能源當(dāng)中的低碳能源,再加上可再生能源和核能。我國(guó)要把占能源消費(fèi)總量60%多的煤炭替代下來,任何一匹馬單獨(dú)用勁都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,要高比例、比較早的實(shí)現(xiàn)煤炭替代,需要三匹馬共同努力。
目前,我國(guó)明確低碳能源在一次能源中的占比是2020年達(dá)到25%。也就是說15%的非化石能源,包括可再生能源和核能;再加上天然氣現(xiàn)在是6%,到2020年天然氣將達(dá)到10%左右。低碳能源到2030年希望達(dá)到35%,2050年為55%~60%。這樣一個(gè)低碳化的趨勢(shì)是可行的,而且國(guó)家發(fā)布的2030年的能源戰(zhàn)略中,也提到了2050年非化石能源達(dá)到50%以上。2015年,我國(guó)低碳電力在電力當(dāng)中的比例是27%,現(xiàn)在規(guī)劃到2020年為31%~35%。著眼未來,非化石能源將會(huì)成為一個(gè)主導(dǎo)能源。
根據(jù)中國(guó)工程院的研究,2050年之前,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的變化,占比最低的是煤,其次是石油,占比最大的是天然氣,占比依次是水電、核電、非水可再生能源。但目前占比最高的是煤,其次是石油。到2050年,之前提到的三個(gè)低碳能源可以占到50%以上。
三是智能化。能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、管理都將跟信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)深度融合,使其自動(dòng)化、數(shù)字化程度與效率大幅提高。智能化要用到很多智能技術(shù),包括人工智能等各種技術(shù)。例如,智能感知技術(shù):通過智能傳感器來獲取輸配電網(wǎng)、交通網(wǎng)、天然氣網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),以及用戶側(cè)的用能設(shè)備;微電網(wǎng)及分布式電源的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù),用于分析和改進(jìn)整個(gè)控制策略。大數(shù)據(jù)技術(shù):能源系統(tǒng)中整個(gè)管網(wǎng)的監(jiān)控、運(yùn)行、能源交易和用戶用能以及各類分布式電源負(fù)荷數(shù)據(jù)量非常大,大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用可以提高系統(tǒng)的效率。云計(jì)算技術(shù):可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的高性能的計(jì)算,快捷便利地獲取計(jì)算資源并提高應(yīng)用價(jià)值。微網(wǎng)技術(shù):這是一個(gè)社區(qū)、單位或村鎮(zhèn)可獨(dú)立運(yùn)行的能源網(wǎng)絡(luò),它將分布式發(fā)電、售電、儲(chǔ)電、輸電、用電相融合,進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃、控制和管理,同時(shí)可以為公共智能電網(wǎng)做聯(lián)接互動(dòng),構(gòu)成新型的能源網(wǎng)絡(luò)。
能源互聯(lián)網(wǎng)的“兩結(jié)合”
一是要分布式與集中式相結(jié)合。智能電網(wǎng)(自上而下)是電網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的結(jié)合,是將來能源互聯(lián)網(wǎng)的主干和資源的配置中心。要著力發(fā)展分布式,這是產(chǎn)能和用能的一種新的發(fā)展趨勢(shì),由分布式、分散的、眾多的低碳能源的生產(chǎn)者和消費(fèi)者同時(shí)構(gòu)成這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。例如,太陽能墻、屋頂太陽能、太陽能汽車、太陽能道路,甚至是太陽能飛機(jī),還有垃圾資源化、沼氣站、地?zé)嵴?、?chǔ)能站、小風(fēng)電等,都屬于各種各樣不同的分布式能源,可以構(gòu)成獨(dú)立運(yùn)行的微網(wǎng)。又如一個(gè)社區(qū)、一個(gè)單位、一個(gè)村鎮(zhèn)的能源網(wǎng)絡(luò),也可以自下而上地與集中式的智能電網(wǎng)聯(lián)接互動(dòng),利用智能感知技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)高效管理,構(gòu)成新型的能源網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)低碳化、智能化落地。
二是橫向的多能互補(bǔ)和縱向的“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)—用”相結(jié)合。橫向就是太陽能、核能、可再生能源、火電、天然氣相互補(bǔ)充,甚至通過互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)管理,把電網(wǎng)、供熱(冷)網(wǎng)、水網(wǎng)、氣象網(wǎng)等聯(lián)起來??v向是把能源供給側(cè)、負(fù)荷側(cè)和儲(chǔ)能統(tǒng)一聯(lián)起來,提供多樣化的電能服務(wù),提高綜合效率。例如,縱向的幾個(gè)結(jié)合,很重要的一個(gè)角色是太陽能、風(fēng)能,還有水電。其中的主要問題就是如何解決間歇性的問題:一是利用火電調(diào)峰,做一些適當(dāng)?shù)撵`活性改造來提高間歇性能源的用網(wǎng)率;二是減少棄風(fēng)棄光棄水,根據(jù)氣象情況來調(diào)動(dòng)不同的能源,也包括對(duì)其他能源一些靈活性改造和配合;三是根據(jù)能源側(cè)的波動(dòng)來啟動(dòng)調(diào)峰或者峰電的有效利用。其中不可缺少的是儲(chǔ)能技術(shù),包括物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。目前貢獻(xiàn)最大的是抽水蓄能,但是化學(xué)儲(chǔ)能和各種電池儲(chǔ)能發(fā)展也非常快,這是一個(gè)十分活躍的領(lǐng)域,可以有多方面的應(yīng)用。筆者理解儲(chǔ)能技術(shù)具有三個(gè)大的發(fā)展方向:一是間歇性的可再生能源,能夠最大限度避免棄風(fēng)棄光棄水,如果間歇性的儲(chǔ)能發(fā)展得好、配合得好,就可以首先解決這個(gè)問題。二是儲(chǔ)能可以支持各類電動(dòng)汽車的發(fā)展,電動(dòng)汽車需要的能量密度比較高。三是廣泛應(yīng)用于小區(qū)、企業(yè)的微網(wǎng),可以更高效、節(jié)約地利用峰谷電,讓小區(qū)效率更高。
綜上所述,如果說互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)信息互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò),那么能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是一個(gè)物理網(wǎng),是利用互聯(lián)網(wǎng)為重塑能源服務(wù)的物理網(wǎng)絡(luò)。物理網(wǎng)絡(luò)包括眾多先進(jìn)的傳感器、控制器和軟件應(yīng)用程序、大數(shù)據(jù)技術(shù)等,把能源生產(chǎn)端、傳輸端、消費(fèi)端數(shù)以億計(jì)的設(shè)備、機(jī)器、系統(tǒng)連接起來,形成能源互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)基礎(chǔ)。能源互聯(lián)網(wǎng)是新能源技術(shù)和新的用能方式與產(chǎn)業(yè)模式的結(jié)合,是能源革命的具體落實(shí)和體現(xiàn)。
發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)是能源轉(zhuǎn)型的特征之一,使我國(guó)傳統(tǒng)的能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)為具有雙重屬性的產(chǎn)業(yè),既是能源產(chǎn)業(yè)又是能源服務(wù)業(yè)。能源服務(wù)業(yè)是以用戶為中心的,以提高能效和服務(wù)水平為宗旨的服務(wù)業(yè),使大眾得到更方便、更高效、更節(jié)約的能源服務(wù)。
發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的目的,在于建設(shè)高效、安全、低碳、共享、可持續(xù)的現(xiàn)代化的能源體系。希望我國(guó)在實(shí)現(xiàn)新興城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程當(dāng)中,構(gòu)建“三化”與“兩結(jié)合”的能源互聯(lián)網(wǎng),這是落實(shí)能源革命的重要內(nèi)容,對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)具有重要的意義。
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