能源互聯(lián)網(wǎng) 推動(dòng)能源革命

文/王燕平

美國(guó)著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米·里夫金的第三次工業(yè)革命和能源互聯(lián)網(wǎng)的提法近年來(lái)引起廣泛關(guān)注。他認(rèn)為：“在即將到來(lái)的時(shí)代，我們將需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，讓億萬(wàn)人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠(chǎng)里生產(chǎn)綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享，就像我們現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)上分享信息一樣。”

能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是第三次工業(yè)革命的支柱性基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)能源綠色化和用能高效化，將從根本上改變對(duì)傳統(tǒng)能源利用方式的依賴(lài)，推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向以可再生能源和信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新興產(chǎn)業(yè)調(diào)整。

互聯(lián)網(wǎng)+能源 迎來(lái)能源變革

能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、可再生能源技術(shù)與現(xiàn)代電力系統(tǒng)的結(jié)合，是信息技術(shù)與能源電力技術(shù)融合發(fā)展的必然趨勢(shì)。在全世界范圍內(nèi)，能源互聯(lián)網(wǎng)都還是一個(gè)全新的課題。這一概念該如何定義，目前仍有很多爭(zhēng)議。

國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)、黨組書(shū)記劉振亞在《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》一書(shū)中給出的定義是，全球能源互聯(lián)網(wǎng)將是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架（通道），以輸送清潔能源為主導(dǎo)，全球互聯(lián)泛在的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。將由跨國(guó)跨洲骨干網(wǎng)架和涵蓋各國(guó)各電壓等級(jí)電網(wǎng)的國(guó)家泛在智能電網(wǎng)構(gòu)成，連接“一極一道”和各洲大型能源基地，適應(yīng)各種分布式電源接入需要，能夠?qū)L(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等清潔能源輸送到各類(lèi)用戶(hù)，是服務(wù)范圍廣、配置能力強(qiáng)、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源配置平臺(tái)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展框架可以概況為，一個(gè)總體布局（由跨洲電網(wǎng)、跨國(guó)電網(wǎng)、國(guó)家泛在智能電網(wǎng)組成，各層級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，形成連接“一極一道”和各洲大型清潔能源基地與主要負(fù)荷中心的總體布局）；兩個(gè)基本原則（清潔發(fā)展和全球配置）；三個(gè)發(fā)展階段（洲內(nèi)互聯(lián)、跨洲互聯(lián)、全球互聯(lián)）；四個(gè)重要特征（網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開(kāi)放互動(dòng)）；五個(gè)主要功能（能源傳輸、資源配置、市場(chǎng)交易、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)和公共服務(wù)）。

業(yè)界對(duì)“能源互聯(lián)網(wǎng)”概念的認(rèn)知主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是“從能源生產(chǎn)端到能源消費(fèi)端，通過(guò)電網(wǎng)全部連接起來(lái)，成為不同能源間進(jìn)行相互物理連接的一張巨網(wǎng)”；另一類(lèi)是“對(duì)能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)化，將能源賦予新的數(shù)據(jù)信息屬性，應(yīng)用IPv6、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)配能源生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)，提高整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)的效率和能源使用的效率，避免巨大的能源浪費(fèi)及損失”。

總之，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要從系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定、政策設(shè)計(jì)等多個(gè)方面和環(huán)節(jié)入手。目前，其方式應(yīng)當(dāng)是走分層分級(jí)、從小規(guī)模到大范圍，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從實(shí)驗(yàn)到示范，再到成熟推廣的道路。像分布式、智能電網(wǎng)就是當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)很好的代表，它本質(zhì)上是改變傳統(tǒng)電網(wǎng)為雙向互動(dòng)、有自愈能力的開(kāi)放型體系，以開(kāi)放對(duì)等的信息能源一體化架構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，最大限度地適應(yīng)新能源的接入，提高資源的利益效率。

世界各國(guó)正積極探索能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。2001年，美國(guó)提出名為“智能電網(wǎng)”的新電力能源供應(yīng)系統(tǒng)概念，并于2003年正式展開(kāi)研究。智能電網(wǎng)采用先進(jìn)的材料技術(shù)、高溫超導(dǎo)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)等，旨在構(gòu)建一張全美骨干電網(wǎng)、區(qū)域性電網(wǎng)、地方電網(wǎng)和微型電網(wǎng)等多層次的電力網(wǎng)絡(luò)。該計(jì)劃將在2030年完成。

德國(guó)通過(guò)信息化積極構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)。2008年，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部與環(huán)境部在智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上推出為期4年的技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃E-Energy，提出打造新型能源網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)字化互聯(lián)以及計(jì)算機(jī)控制和監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。2011年8月，德國(guó)第六能源研究計(jì)劃決定2011～2014年撥款34億歐元，重點(diǎn)資助與能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，包括可再生能源、能源效率、能源儲(chǔ)存系統(tǒng)、電網(wǎng)技術(shù)以及可再生能源在能源供應(yīng)中的整合等。當(dāng)前，德國(guó)政府正和6個(gè)試點(diǎn)地區(qū)合作，研究和測(cè)試“能源互聯(lián)網(wǎng)”。數(shù)萬(wàn)家德國(guó)企業(yè)和數(shù)百萬(wàn)戶(hù)家庭將收集現(xiàn)地生產(chǎn)的可再生能源，用氫氣或其他方式儲(chǔ)存起來(lái)，通過(guò)智能電網(wǎng)在全國(guó)范圍內(nèi)共享，就像我們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上共享信息一樣。

以中國(guó)為代表的亞洲市場(chǎng)也在積極籌劃“新能源+互聯(lián)網(wǎng)”，我國(guó)試驗(yàn)性地推出了智能能源網(wǎng)，通過(guò)將不同能源品種網(wǎng)絡(luò)有機(jī)整合，形成跨能源品種的能源生產(chǎn)、流通（交易）、消費(fèi)網(wǎng)絡(luò)。據(jù)測(cè)算，智能能源網(wǎng)將使我國(guó)能源效率提高15%以上。國(guó)務(wù)院公布《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》，進(jìn)一步明確了能源體制改革的若干落腳點(diǎn)，顯示出中國(guó)政府發(fā)展清潔能源、降低煤炭消費(fèi)、推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化的決心。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將會(huì)最大程度地推動(dòng)我國(guó)當(dāng)前電力工業(yè)體制改革進(jìn)程，加速相關(guān)政策措施的完善以及智能電網(wǎng)等技術(shù)手段的研發(fā)速度，從而促進(jìn)我國(guó)新型電力工業(yè)體系的建設(shè)完善。李克強(qiáng)總理在2015年政府工作報(bào)告中提出“能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命，關(guān)乎發(fā)展與民生，要大力發(fā)展風(fēng)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能”以及“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念。這預(yù)示著我國(guó)能源行業(yè)發(fā)展將要進(jìn)入一個(gè)全新的歷史階段。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家提議，全球能源互聯(lián)網(wǎng)這一構(gòu)想可以和目前正在推進(jìn)的“一帶一路”對(duì)接，在“一帶一路”上謀求率先突破。

能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)有待突破

構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，既面臨清潔能源加快發(fā)展的歷史機(jī)遇，也面臨國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)利益、社會(huì)環(huán)境、能源政策、市場(chǎng)建設(shè)、技術(shù)創(chuàng)新等重大挑戰(zhàn)。搭建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)本身就比信息互聯(lián)網(wǎng)要困難，需要各方面加強(qiáng)溝通、凝聚共識(shí)，增進(jìn)信任、形成合力，共同推動(dòng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

“能源互聯(lián)網(wǎng)”追求的目標(biāo)是充分利用新技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同的供能環(huán)節(jié)進(jìn)行整體優(yōu)化，形成一體化的社會(huì)綜合能源供用體系，即“能源互聯(lián)”系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)能源的產(chǎn)生、傳輸、分配、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行整體協(xié)調(diào)控制，通過(guò)整體優(yōu)化提高能源的利用效率，并通過(guò)不同能源間的“替代和轉(zhuǎn)化”提高可再生能源應(yīng)用比例。電能的方便傳輸和易于使用的特點(diǎn)使其在能源整體化應(yīng)用中，將扮演紐帶作用。

能源互聯(lián)網(wǎng)需借助電力電子技術(shù)、信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)集中式電源、分布式電源、儲(chǔ)能裝置、用電單元的能源流、信息流的互聯(lián)互通，在允許新能源接入的同時(shí)，合理分配能源資源以提高能源利用率。其對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提出了更高要求。某研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的《能源互聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)》提出，能源互聯(lián)網(wǎng)涉及的技術(shù)主要有：特高壓、智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電、微智能電網(wǎng)、智能發(fā)電用電儲(chǔ)電技術(shù)設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)充換電網(wǎng)絡(luò)、家庭智能分布式電站、智能家電等。在上述技術(shù)領(lǐng)域中，此前智能電網(wǎng)、智慧城市、智能家居建設(shè)等領(lǐng)域已展開(kāi)“各自為政”式的研究、開(kāi)發(fā)與運(yùn)用，互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)勢(shì)導(dǎo)入將是對(duì)此前研究、實(shí)踐的聯(lián)通、集成等。

當(dāng)前，能源互聯(lián)網(wǎng)多項(xiàng)核心技術(shù)仍有待突破。信息通信技術(shù)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展載體，能夠解決能源技術(shù)本身面臨的瓶頸和可持續(xù)發(fā)展等重要問(wèn)題。首先需要一個(gè)極強(qiáng)的信息流處理能力，用來(lái)預(yù)測(cè)和監(jiān)視消費(fèi)者的需求變化、極端不穩(wěn)定的能量生產(chǎn)供應(yīng)變化（因?yàn)榻尤肓舜罅匡L(fēng)能、太陽(yáng)能等“不靠譜”的清潔能源）。在供應(yīng)側(cè)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有大量分布式能源的接入，它們小、散且波動(dòng)很大；另一方面，能源互聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)者的數(shù)量也有著天文級(jí)的規(guī)模，他們彼此之間的消費(fèi)特征同樣千差萬(wàn)別。同時(shí)它還要指揮相應(yīng)的能量調(diào)配部門(mén)完成上傳與下載能源的分流與整合。僅實(shí)時(shí)掌握供應(yīng)功率和需求功率的動(dòng)態(tài)，加上短期預(yù)測(cè)，工作量就不會(huì)亞于重建一張信息互聯(lián)網(wǎng)。

電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)控制的主要手段，按照用戶(hù)的需要以指定電壓和頻率控制電力的傳輸技術(shù)仍有待攻克。傳統(tǒng)電力變壓器不能對(duì)電壓和電流進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)和綜合控制，電力電子變壓器對(duì)能量轉(zhuǎn)換與控制極具意義。電力電子變壓器主要由電力電子變換器高頻變壓器和控制器等組成。在輸送和配置環(huán)節(jié)，主要是規(guī)劃發(fā)展好各級(jí)電網(wǎng)。特高壓技術(shù)已成為成熟適用技術(shù)，是構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，由于風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電相比傳統(tǒng)電源，容量效益較小，還需要擴(kuò)大靈活調(diào)節(jié)電源的建設(shè)規(guī)模；在大力發(fā)展風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的情況下，相比傳統(tǒng)發(fā)展模式，全球電力總裝機(jī)將會(huì)大幅度增加，特高壓電網(wǎng)、超高壓電網(wǎng)、配電網(wǎng)的投資規(guī)模也將大幅度增加。

在發(fā)電環(huán)節(jié)，隨著風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展，需要同步規(guī)劃建設(shè)運(yùn)行好常規(guī)電源，并大力研發(fā)、示范、規(guī)?；瘧?yīng)用新型儲(chǔ)能電源。

近期，由國(guó)家能源局、工信部牽頭的《能源互聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃大綱》和12個(gè)支撐課題正式確定，標(biāo)志著我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)在滿(mǎn)足各國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及建設(shè)節(jié)能、低碳、環(huán)保電力系統(tǒng)需求的同時(shí)，也將改變當(dāng)前電力工業(yè)的體系及格局，并對(duì)可再生能源的消納、分布式電源的接入以及需求側(cè)管理工作的開(kāi)展都會(huì)產(chǎn)生積極的影響。作為第三次工業(yè)革命的核心內(nèi)容能源互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)推動(dòng)我國(guó)建立新的能源利用體系，進(jìn)行能源產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)以及相關(guān)政策措施的鏈?zhǔn)阶兏铮蛑?jié)能、環(huán)保、低碳的方向發(fā)展。