能源互聯(lián)網(wǎng)化解傳統(tǒng)石油石化行業(yè)發(fā)展難題

能源互聯(lián)網(wǎng)將化解化石能源體系帶來的種種經(jīng)濟和環(huán)境矛盾。李曉東 供圖

在能源互聯(lián)網(wǎng)體系下，能源就地利用減少了化石能源的消耗。

當今的世界能源體系構建在石油、天然氣等化石能源的基礎之上。油氣資源集中在中東沙特、伊朗，美洲委內(nèi)瑞拉、美國，以及俄羅斯等主要的幾個能源供應國手中。這些國家在國際能源供應中具有較強的話語權，對眾多能源消費國的能源安全和經(jīng)濟發(fā)展造成一定的威脅。隨著新興經(jīng)濟體的崛起，全球能源消費重心加速向中國、印度等非經(jīng)合組織經(jīng)濟體轉(zhuǎn)移，現(xiàn)有的能源供應體系在產(chǎn)油國的操控和地緣政治的動蕩中，嚴重制約了新興經(jīng)濟體乃至世界的經(jīng)濟增長和穩(wěn)定。

另外，化石能源消費的快速增長，由此導致的溫室效應極大威脅人類的未來。世界能源消費結(jié)構向可再生能源發(fā)展是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、可再生能源技術等新興技術的發(fā)展帶動下，能源網(wǎng)絡將與信息網(wǎng)絡高度融合，形成能源互聯(lián)網(wǎng)這一新的能源供應體系。這一體系將化解化石能源體系帶來的種種經(jīng)濟和環(huán)境矛盾。因此，能源互聯(lián)網(wǎng)已成為我國能源行業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。

將全球的電力網(wǎng)絡變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)絡

杰里米·里夫在《第三次工業(yè)革命》中首先提出：通過互聯(lián)網(wǎng)技術與可再生能源相融合，將全球的電力網(wǎng)絡變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)絡，形成能源互聯(lián)網(wǎng)。結(jié)合國內(nèi)外對能源互聯(lián)網(wǎng)的解釋，我們認為能源互聯(lián)網(wǎng)是第三次工業(yè)革命的代表性產(chǎn)物，是可再生能源借助先進的信息和通信技術，以分布式能源的方式融合到現(xiàn)有能源體系，構建成的去中心化的柔性網(wǎng)絡化能源供應與消費系統(tǒng)。

能源互聯(lián)網(wǎng)最大的特點是大量接入可再生能源。能源互聯(lián)網(wǎng)通過儲能設施、能量管理系統(tǒng)等先進技術，克服風、光等可再生能源受天氣和時間影響帶來的隨機性和波動性問題。

能源互聯(lián)網(wǎng)是由數(shù)量眾多的分布式能源應用單元相互聯(lián)結(jié)而成。由大量分布式能源構成的能源互聯(lián)網(wǎng)在拓撲結(jié)構上完全不同于現(xiàn)在的集中式供能系統(tǒng)。在分布式為主的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，能源供應具有更大的柔性和開放性，能源網(wǎng)絡具有更強的自愈能力。

能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

支持能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎性技術支撐包括可再生能源、分布式能源設施、儲能系統(tǒng)、基于互聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)、電動汽車等。這五項基礎性技術相互聯(lián)系，共同發(fā)揮作用，在發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)中必須同時存在。

能源互聯(lián)網(wǎng)利用可再生能源的方式主要是發(fā)電和熱能利用。主要的一次可再生能源包括太陽能、風能、水力、地熱、海洋能及生物質(zhì)等。適合于能源互聯(lián)網(wǎng)應用的可再生能源有太陽能、風能、地熱和生物質(zhì)。

太陽能發(fā)電是當前發(fā)展最快的可再生能源技術之一。當前太陽能發(fā)電主要分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電。光熱發(fā)電是通過集熱裝置將太陽能收集起來通過熱能轉(zhuǎn)化發(fā)電，光伏發(fā)電是利用光伏電池板將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。太陽能資源分布廣泛，適合于靠近消費者布置，是能源互聯(lián)網(wǎng)應用的最佳可再生能源。目前，太陽能發(fā)電應用主要以光伏發(fā)電為主，已經(jīng)廣泛應用于分布式能源項目，應用于屋頂、建筑外墻、農(nóng)業(yè)大棚等。太陽能發(fā)電目前主要存在的問題是發(fā)電波動性太大，成本較高。隨著儲能技術和材料制造技術的快速提高，這兩個問題將會得以較快解決。

能源互聯(lián)網(wǎng)最大的特點是大量接入可再生能源。李曉東 供圖

風力發(fā)電也是近年發(fā)展極為快速的可再生能源利用領域。世界范圍內(nèi)風力資源充足，目前主要的風力發(fā)電應用為陸上風力發(fā)電和海上風力發(fā)電。風力渦輪發(fā)電機組的規(guī)模也較為靈活，從50千瓦以下規(guī)模到5兆瓦的機組都已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化。其中，50千瓦風力渦輪機組適合于能源互聯(lián)網(wǎng)的分布式風電應用。風力發(fā)電的地點較為靈活，日發(fā)電時間也較長，但是其隨機性和波動性更大，難以預測，需要相應的儲能設施配合。

可供利用的地熱分布較廣。對我國來說，有利于發(fā)電的高溫地熱資源主要分布在滇、藏、川西和臺灣。華北、松遼和蘇北等地區(qū)低溫地熱較為豐富。若考慮利用熱泵技術，可利用的地熱就更為廣泛。其中，地源熱泵可以布置在用戶周圍，夏季可以給建筑供冷，冬季可以給建筑供熱，尤為適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的應用。

生物質(zhì)能的利用技術較多，主要有氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等方面。在能源互聯(lián)網(wǎng)的應用下主要應用包括生物質(zhì)氣化，轉(zhuǎn)化為合成氣再進行發(fā)電，或者生物質(zhì)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為甲烷，再通過鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽和電力。

分布式能源通常是布置在用戶所在地，耦合連接到區(qū)域電力系統(tǒng)的發(fā)電設施，包含可再生能源系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、工業(yè)能量回收利用系統(tǒng)，并具有需求側(cè)管理功能。分布式能源已成功實現(xiàn)商業(yè)化利用，并且是綜合效率最高的一種利用方式，能效可達80%以上，且輸配電損耗顯著降低，能有效降低電網(wǎng)崩潰的概率，提高供電可靠性。分布式能源技術主要包括往微型燃氣輪機、工業(yè)燃氣輪機、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、光伏、風力渦輪系統(tǒng)、燃料電池等。其中燃料電池的發(fā)電效率將可能達到80%，是未來最具有發(fā)展價值的技術。這些技術將和智能控制與優(yōu)化技術、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術等集成起來，一起成為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術。

儲能系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中可再生能源大規(guī)模接入分布式發(fā)電系統(tǒng)必不可少的組成部分。隨著儲能技術的發(fā)展，必將推動可再生能源發(fā)電的普及應用，提高能源互聯(lián)網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性，提高電力設備運行效率、降低供電成本，有助于需求側(cè)管理、消除峰谷差、平滑負荷。在推動可再生能源發(fā)電普及應用方面，儲能系統(tǒng)能夠平滑可再生能源發(fā)電功率輸出波動，提高可調(diào)度性，減小可再生能源發(fā)電對電力系統(tǒng)的沖擊力度，提高跟蹤計劃出力的能力。可再生能源克服發(fā)電的隨機性和間歇性缺點，就能大幅度提高可再生能源設備的使用率。目前的儲能技術主要分為機械儲能、電化學儲能、儲熱、化學儲能（氫儲能）等幾類。在眾多儲能技術中，電化學儲能技術進步最快，在電力系統(tǒng)中的應用快速增長。電化學儲能具有使用方便、環(huán)境污染少，不受地域限制，在能量轉(zhuǎn)換上不受卡諾循環(huán)限制、轉(zhuǎn)化效率高、比能量和比功率高等優(yōu)點。以鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池為主導的電化學儲能技術在安全性、能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟性等方面取得了重大突破，極具產(chǎn)業(yè)化應用前景。

能源互聯(lián)網(wǎng)四大發(fā)展趨勢

目前，我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展處于初級階段，分布式能源、微網(wǎng)、儲能、智能電網(wǎng)、電動汽車等產(chǎn)業(yè)方興未艾，既處于快速發(fā)展時期，又面臨著較大的技術、經(jīng)濟障礙。能源互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展趨勢主要有以下幾個特征。

目前，我國能源互聯(lián)網(wǎng)既處于快速發(fā)展時期，又面臨著較大的技術、經(jīng)濟障礙。李曉東 供圖

天然氣分布式能源快速發(fā)展。分布式能源供應是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個主要特點。目前最廣泛利用的分布式能源供應方式是天然氣分布式。分布式能源是現(xiàn)在綜合能源利用效率最高的能源轉(zhuǎn)化方式，能效可達90%以上，且輸配電損耗低，供電可靠性高。天然氣分布式在我國開始于1998年。隨著我國天然氣分布式能源相關鼓勵政策的出臺，內(nèi)燃機、余熱鍋爐、溴化鋰制冷機等裝備技術的提高，以及電網(wǎng)接入技術的成熟，天然氣分布式能源發(fā)展逐漸加快。2015年天然氣分布式能源在我國開始加速發(fā)展，共建成127個項目，裝機1405.5兆瓦。預計到2020年，我國規(guī)模以上城市均使用分布式能源系統(tǒng)，裝機容量達到4000萬~5000萬千瓦。我國天然氣分布式能源發(fā)展有進一步加速的趨勢。到2020年，我國燃氣輪機將實現(xiàn)自主研制及應用，系統(tǒng)集成能力也得到大幅度提升。由于天然氣分布式調(diào)峰能力強、運行穩(wěn)定，與太陽能光伏、太陽能光熱、地源熱泵等互補的分布式能源系統(tǒng)將得到大力發(fā)展。

光伏發(fā)電快速滲透到分布式能源。太陽能發(fā)電是能源互聯(lián)網(wǎng)應用的最佳可再生能源。目前，太陽能發(fā)電應用主要以光伏發(fā)電為主，已經(jīng)廣泛應用于屋頂、建筑外墻、農(nóng)業(yè)大棚等分布式能源項目。太陽能發(fā)電目前主要存在的問題是發(fā)電波動性大，成本較高。隨著儲能技術和材料制造技術的水平快速提升，這兩個問題將會得到較快解決。由于太陽能光伏發(fā)電技術進步迅速，成本下降迅速，照此發(fā)展趨勢，2020年，資源較好地區(qū)的光伏發(fā)電就可平價上網(wǎng)。中國從2010年開始加大對可再生能源的投資和補貼力度，大力的政策支持使中國成為太陽能發(fā)電增長最快的國家。2015年我國已為裝機容量世界第一的國家。在最新的“十三五”能源規(guī)劃中，分布式光伏成為國家未來幾年扶持的重點。結(jié)合天然氣分布式能源的發(fā)展，兩者優(yōu)勢的互相結(jié)合將形成我國分布式能源的新特征。

能源大數(shù)據(jù)應用興起。2017年3月5日政府工作報告中，李克強總理提到：“推動‘互聯(lián)網(wǎng)+’深入發(fā)展、促進數(shù)字經(jīng)濟加快成長，讓企業(yè)廣泛受益、群眾普遍受惠。”這是“數(shù)字經(jīng)濟”第一次被公開寫入政府工作報告中，是我國把數(shù)字經(jīng)濟作為現(xiàn)在以及未來發(fā)展戰(zhàn)略重點的重要表現(xiàn)。能源互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要方向之一。能源互聯(lián)網(wǎng)中的各節(jié)點每時每刻都在產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，這些大數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)挖掘和業(yè)務應用，將為人們帶來巨大的價值，能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)將成為重要資產(chǎn)。我國能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應用已經(jīng)初具規(guī)模，部分電網(wǎng)企業(yè)、電氣制造服務商、軟件商都紛紛基于大數(shù)據(jù)智能化應用開發(fā)出產(chǎn)品和服務。未來在數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展下，能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應用會逐漸多起來，為能源供應商/貿(mào)易商、設施運營商、用戶等帶來巨大的商業(yè)價值。

純電動汽車快速融入能源互聯(lián)網(wǎng)。全球汽車行業(yè)的發(fā)展方向已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向電動汽車。我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)也進入快速發(fā)展階段，已經(jīng)成為世界上最大的新能源汽車市場。中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2015年我國市場新能源汽車銷量達到33萬輛，2016年超過50萬輛。隨著電動汽車技術的不斷發(fā)展，尤其是鋰離子電池成本下降，石墨烯電池將大幅縮短充電時間和提高電動汽車行駛半徑，消除了制約行業(yè)發(fā)展最大的瓶頸。同時，充電樁、充電站的建設將在今后幾年遍布城市和社區(qū)。能源互聯(lián)網(wǎng)的開放性支持電動汽車即插即拔，電動汽車作為儲能裝置支持能源互聯(lián)網(wǎng)提高可再生能源滲透率。電動汽車的普及應用將意味著純電動汽車融入能源互聯(lián)網(wǎng)。

減輕對化石能源的依賴

由于能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們減輕了對化石能源的依賴。一方面，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更多地利用了可再生能源。同時，能源互聯(lián)網(wǎng)帶來更加高度的電氣化，包括汽車、采暖等方面的需求都更多依賴電力。特別是在汽車領域，2017年上海車展已經(jīng)體現(xiàn)出未來汽車朝著電動化、智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的交通燃料市場必然會受到較大影響。另一方面，在傳統(tǒng)集中式能源利用能源模式下，消耗大量的能源用于一次能源的運輸。而在能源互聯(lián)網(wǎng)體系下，能源就地利用減少了化石能源的消耗。

能源互聯(lián)網(wǎng)的技術進步離不開新材料的支持。未來第三代光伏技術、風力發(fā)電技術、石墨烯相關儲能技術、電動汽車制造材料等的發(fā)展都是極具潛力的石化材料新興市場。

能源互聯(lián)網(wǎng)化解傳統(tǒng)石油石化行業(yè)發(fā)展難題

□ 閔 劍 屈 魯

新奧能源）