我國能源互聯網的“三化”與“兩結合”

希望我國在實現新型城鎮(zhèn)化和農業(yè)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(tài)文明建設具有重要的意義。

我國能源互聯網的“三化”與“兩結合”

中國工程院院士、國家能源咨詢與家委員會副主任 杜祥琬

發(fā)展能源互聯網的目的，在于建設高效、安全、低碳、共享、可持續(xù)的現代化的能源體系。希望我國在實現新型城鎮(zhèn)化和農業(yè)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(tài)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(fā)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(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(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)余熱進行替代，這既是保護環(huán)境的要求，也是提高能效、優(yōu)化能源結構、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(fā)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(huán)境、應對氣候變化和國家可持續(xù)發(fā)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(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(fā)布的2030年的能源戰(zhàn)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(guī)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(tài)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(tài)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(jiān)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(qū)、單位或村鎮(zhèn)可獨立運行的能源網絡，它將分布式發(fā)電、售電、儲電、輸電、用電相融合，進行協調規(guī)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(fā)展分布式，這是產能和用能的一種新的發(fā)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(qū)、一個單位、一個村鎮(zhèn)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。縱向是把能源供給側、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(fā)展也非常快，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(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棄光棄水，如果間歇性的儲能發(fā)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(fā)展，電動汽車需要的能量密度比較高。三是廣泛應用于小區(qū)、企業(yè)的微網，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(yè)模式的結合，是能源革命的具體落實和體現。

發(fā)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(yè)升級為具有雙重屬性的產業(yè)，既是能源產業(yè)又是能源服務業(yè)。能源服務業(yè)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(yè)，使大眾得到更方便、更高效、更節(jié)約的能源服務。

發(fā)展能源互聯網的目的，在于建設高效、安全、低碳、共享、可持續(xù)的現代化的能源體系。希望我國在實現新興城鎮(zhèn)化和農業(yè)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(tài)文明建設具有重要的意義。（文章來源《中國電力企業(yè)管理》，根據作者在國家能源互聯網產業(yè)及技術創(chuàng)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）