(本文根據原中國工程院副院長、院士杜祥琬在國家能源互聯網產業及技術創新聯盟全體成員大會暨2017國家能源互聯網大會演講實錄整理)
發展能源互聯網的目的,在于建設高效、安全、低碳、共享、可持續的現代化的能源體系。希望我國在實現新興城鎮化和農業現代化的進程當中,構建“三化”與“兩結合”的能源互聯網,這是落實能源革命的重要內容,對于我國經濟建設、社會建設、生態文明建設具有重要的意義。
2004年,英國《經濟學家》雜志最早提出“能源互聯網”的概念。2011年,美國學者杰里米·里夫金提出了“基于可再生能源的、分布式、開放共享的網絡,即能源互聯網”,這是一個很重要的概念。我國能源互聯網研究者對能源互聯網進行了不少研究,也出了不少書,雖理解有差異,但都反映了能源的綠色、低碳發展大趨勢與互聯網技術的結合。
我國有一個提法是“互聯網+智慧能源”,這是對能源互聯網的一個概括。我們生活在互聯網、物聯網的大時代背景下,只要思考能源問題,很自然就會想到能源互聯網的概念。
能源互聯網的“三化”
當前,加快建設我國能源互聯網,要重點抓好電氣化、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,電力的比例應該大幅度提高。眾所周知,目前電力占我國終端能源消費的比例只有20%多一點,這個比例需要大大提高,這就意味著終端能源中不發電的部分要降下來。例如散燒煤,要大幅度下降,最后要全部替代掉。在我國能源當中,煤炭比例較高,近40億噸的原煤消費中只有一半用來發電,另外一半是工業用煤和散燒煤,這樣造成了能源消耗的低效和環境污染,今后要逐步用電及工業余熱進行替代,這既是保護環境的要求,也是提高能效、優化能源結構、改善環境的要求。
交通耗油作為終端能源也要逐步下降。我國每年消耗大概6億噸原油,國內生產2億噸,進口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。
這兩個減法會使我國終端能源中的非電比例下降,與此同時要大力發展電力,特別是低碳電力來滿足能源增長需求。從近幾年來看,2015年我國能源增量是1.4%,2016年是1.3%,今年可能稍微高一點。這個增量應該是低碳能源,包括天然氣、可再生能源和核能。目前我國終端能源中,電力的占比將從目前的20%,上升到2020年的25%以上,并將進一步達到更高的比例。
二是低碳化。這是改善環境、應對氣候變化和國家可持續發展的一個必然要求。我國實現低碳化的途徑需要通過低碳能源的“三架馬車”共同發力。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中的低碳能源,再加上可再生能源和核能。我國要把占能源消費總量60%多的煤炭替代下來,任何一匹馬單獨用勁都遠遠不夠,要高比例、比較早的實現煤炭替代,需要三匹馬共同努力。
目前,我國明確低碳能源在一次能源中的占比是2020年達到25%。也就是說15%的非化石能源,包括可再生能源和核能;再加上天然氣現在是6%,到2020年天然氣將達到10%左右。低碳能源到2030年希望達到35%,2050年為55%~60%。這樣一個低碳化的趨勢是可行的,而且國家發布的2030年的能源戰略中,也提到了2050年非化石能源達到50%以上。2015年,我國低碳電力在電力當中的比例是27%,現在規劃到2020年為31%~35%。著眼未來,非化石能源將會成為一個主導能源。
根據中國工程院的研究,2050年之前,我國能源結構的變化,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,之前提到的三個低碳能源可以占到50%以上。
三是智能化。能源系統的設計、運營、管理都將跟信息技術、數字技術深度融合,使其自動化、數字化程度與效率大幅提高。智能化要用到很多智能技術,包括人工智能等各種技術。例如,智能感知技術:通過智能傳感器來獲取輸配電網、交通網、天然氣網的運行狀態數據,以及用戶側的用能設備;微電網及分布式電源的運行狀態參數,用于分析和改進整個控制策略。大數據技術:能源系統中整個管網的監控、運行、能源交易和用戶用能以及各類分布式電源負荷數據量非常大,大數據的分析和應用可以提高系統的效率。云計算技術:可以實現實時的高性能的計算,快捷便利地獲取計算資源并提高應用價值。微網技術:這是一個社區、單位或村鎮可獨立運行的能源網絡,它將分布式發電、售電、儲電、輸電、用電相融合,進行協調規劃、控制和管理,同時可以為公共智能電網做聯接互動,構成新型的能源網絡。
能源互聯網的“兩結合”
一是要分布式與集中式相結合。智能電網(自上而下)是電網技術、信息技術和數字技術的結合,是將來能源互聯網的主干和資源的配置中心。要著力發展分布式,這是產能和用能的一種新的發展趨勢,由分布式、分散的、眾多的低碳能源的生產者和消費者同時構成這樣一個網絡。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,還有垃圾資源化、沼氣站、地熱站、儲能站、小風電等,都屬于各種各樣不同的分布式能源,可以構成獨立運行的微網。又如一個社區、一個單位、一個村鎮的能源網絡,也可以自下而上地與集中式的智能電網聯接互動,利用智能感知技術和大數據技術高效管理,構成新型的能源網絡,實現低碳化、智能化落地。
二是橫向的多能互補和縱向的“源—網—荷—儲—用”相結合。橫向就是太陽能、核能、可再生能源、火電、天然氣相互補充,甚至通過互聯網大數據管理,把電網、供熱(冷)網、水網、氣象網等聯起來??v向是把能源供給側、負荷側和儲能統一聯起來,提供多樣化的電能服務,提高綜合效率。例如,縱向的幾個結合,很重要的一個角色是太陽能、風能,還有水電。其中的主要問題就是如何解決間歇性的問題:一是利用火電調峰,做一些適當的靈活性改造來提高間歇性能源的用網率;二是減少棄風棄光棄水,根據氣象情況來調動不同的能源,也包括對其他能源一些靈活性改造和配合;三是根據能源側的波動來啟動調峰或者峰電的有效利用。其中不可缺少的是儲能技術,包括物理儲能和化學儲能。目前貢獻最大的是抽水蓄能,但是化學儲能和各種電池儲能發展也非???,這是一個十分活躍的領域,可以有多方面的應用。筆者理解儲能技術具有三個大的發展方向:一是間歇性的可再生能源,能夠最大限度避免棄風棄光棄水,如果間歇性的儲能發展得好、配合得好,就可以首先解決這個問題。二是儲能可以支持各類電動汽車的發展,電動汽車需要的能量密度比較高。三是廣泛應用于小區、企業的微網,可以更高效、節約地利用峰谷電,讓小區效率更高。
綜上所述,如果說互聯網是一個信息互聯的網絡,那么能源互聯網應該是一個物理網,是利用互聯網為重塑能源服務的物理網絡。物理網絡包括眾多先進的傳感器、控制器和軟件應用程序、大數據技術等,把能源生產端、傳輸端、消費端數以億計的設備、機器、系統連接起來,形成能源互聯網的物聯基礎。能源互聯網是新能源技術和新的用能方式與產業模式的結合,是能源革命的具體落實和體現。
發展能源互聯網是能源轉型的特征之一,使我國傳統的能源產業升級為具有雙重屬性的產業,既是能源產業又是能源服務業。能源服務業是以用戶為中心的,以提高能效和服務水平為宗旨的服務業,使大眾得到更方便、更高效、更節約的能源服務。
發展能源互聯網的目的,在于建設高效、安全、低碳、共享、可持續的現代化的能源體系。希望我國在實現新興城鎮化和農業現代化的進程當中,構建“三化”與“兩結合”的能源互聯網,這是落實能源革命的重要內容,對于我國經濟建設、社會建設、生態文明建設具有重要的意義。
責任編輯: 中國能源網