杜祥琬：我國能源互聯(lián)網(wǎng)的“三化”與“兩結合”

（本文根據原中國工程院副院長(cháng)、院士杜祥琬在國家能源互聯(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(shí)現新興城鎮化和農業(yè)現代化的進(jìn)程當中，構建“三化”與“兩結合”的能源互聯(lián)網(wǎng)，這是落實(shí)能源革命的重要內容，對于我國經(jīng)濟建設、社會(huì )建設、生態(tài)文明建設具有重要的意義。

2004年,英國《經(jīng)濟學(xué)家》雜志最早提出“能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念。2011年，美國學(xué)者杰里米·里夫金提出了“基于可再生能源的、分布式、開(kāi)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。我國能源互聯(lián)網(wǎng)研究者對能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了不少研究，也出了不少書(shū)，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(lián)網(wǎng)技術(shù)的結合。

我國有一個(gè)提法是“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”，這是對能源互聯(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(wèn)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”

當前，加快建設我國能源互聯(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(shuō)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(diǎn)，這個(gè)比例需要大大提高，這就意味著(zhù)終端能源中不發(fā)電的部分要降下來(lái)。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(lái)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(chǎn)2億噸，進(jìn)口4億噸，增加的空間有限，需要通過(guò)電、生物油氣、太陽(yáng)能等替代，把交通用油降下來(lái)。

這兩個(gè)減法會(huì )使我國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(lái)滿(mǎn)足能源增長(cháng)需求。從近幾年來(lái)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(diǎn)。這個(gè)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(jìn)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發(fā)展的一個(gè)必然要求。我國實(shí)現低碳化的途徑需要通過(guò)低碳能源的“三架馬車(chē)”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(lái)，任何一匹馬單獨用勁都遠遠不夠，要高比例、比較早的實(shí)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(shuō)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(gè)低碳化的趨勢是可行的，而且國家發(fā)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(zhù)眼未來(lái)，非化石能源將會(huì )成為一個(gè)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(gè)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(yíng)、管理都將跟信息技術(shù)、數字技術(shù)深度融合，使其自動(dòng)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(shù)，包括人工智能等各種技術(shù)。例如，智能感知技術(shù)：通過(guò)智能傳感器來(lái)獲取輸配電網(wǎng)、交通網(wǎng)、天然氣網(wǎng)的運行狀態(tài)數據，以及用戶(hù)側的用能設備；微電網(wǎng)及分布式電源的運行狀態(tài)參數，用于分析和改進(jìn)整個(gè)控制策略。大數據技術(shù)：能源系統中整個(gè)管網(wǎng)的監控、運行、能源交易和用戶(hù)用能以及各類(lèi)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(shù)：可以實(shí)現實(shí)時(shí)的高性能的計算，快捷便利地獲取計算資源并提高應用價(jià)值。微網(wǎng)技術(shù)：這是一個(gè)社區、單位或村鎮可獨立運行的能源網(wǎng)絡(luò )，它將分布式發(fā)電、售電、儲電、輸電、用電相融合，進(jìn)行協(xié)調規劃、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)，構成新型的能源網(wǎng)絡(luò )。

能源互聯(lián)網(wǎng)的“兩結合”

一是要分布式與集中式相結合。智能電網(wǎng)（自上而下）是電網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)和數字技術(shù)的結合，是將來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的主干和資源的配置中心。要著(zhù)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，由分布式、分散的、眾多的低碳能源的生產(chǎn)者和消費者同時(shí)構成這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò )。例如，太陽(yáng)能墻、屋頂太陽(yáng)能、太陽(yáng)能汽車(chē)、太陽(yáng)能道路，甚至是太陽(yáng)能飛機，還有垃圾資源化、沼氣站、地熱站、儲能站、小風(fēng)電等，都屬于各種各樣不同的分布式能源，可以構成獨立運行的微網(wǎng)。又如一個(gè)社區、一個(gè)單位、一個(gè)村鎮的能源網(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)和大數據技術(shù)高效管理，構成新型的能源網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現低碳化、智能化落地。

二是橫向的多能互補和縱向的“源—網(wǎng)—荷—儲—用”相結合。橫向就是太陽(yáng)能、核能、可再生能源、火電、天然氣相互補充，甚至通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)大數據管理，把電網(wǎng)、供熱（冷）網(wǎng)、水網(wǎng)、氣象網(wǎng)等聯(lián)起來(lái)?？v向是把能源供給側、負荷側和儲能統一聯(lián)起來(lái)，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)結合，很重要的一個(gè)角色是太陽(yáng)能、風(fēng)能，還有水電。其中的主要問(wèn)題就是如何解決間歇性的問(wèn)題：一是利用火電調峰，做一些適當的靈活性改造來(lái)提高間歇性能源的用網(wǎng)率；二是減少棄風(fēng)棄光棄水，根據氣象情況來(lái)調動(dòng)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(dòng)來(lái)啟動(dòng)調峰或者峰電的有效利用。其中不可缺少的是儲能技術(shù)，包括物理儲能和化學(xué)儲能。目前貢獻最大的是抽水蓄能，但是化學(xué)儲能和各種電池儲能發(fā)展也非?？?，這是一個(gè)十分活躍的領(lǐng)域，可以有多方面的應用。筆者理解儲能技術(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，如果間歇性的儲能發(fā)展得好、配合得好，就可以首先解決這個(gè)問(wèn)題。二是儲能可以支持各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)需要的能量密度比較高。三是廣泛應用于小區、企業(yè)的微網(wǎng)，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(shuō)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、控制器和軟件應用程序、大數據技術(shù)等，把能源生產(chǎn)端、傳輸端、消費端數以?xún)|計的設備、機器、系統連接起來(lái)，形成能源互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)基礎。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)模式的結合，是能源革命的具體落實(shí)和體現。

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)是能源轉型的特征之一，使我國傳統的能源產(chǎn)業(yè)升級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(hù)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、更節約的能源服務(wù)。

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)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(shí)現新興城鎮化和農業(yè)現代化的進(jìn)程當中，構建“三化”與“兩結合”的能源互聯(lián)網(wǎng)，這是落實(shí)能源革命的重要內容，對于我國經(jīng)濟建設、社會(huì )建設、生態(tài)文明建設具有重要的意義。