能源4.0：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng) 重塑中國經(jīng)濟結構

2015年，中國政府實(shí)現經(jīng)濟增長(cháng)6.9%，也就是說(shuō)中國經(jīng)濟進(jìn)入發(fā)展新常態(tài)后，仍將保持較高速度增長(cháng)。而隨著(zhù)“一帶一路”和“亞投行”的成立，中國也將擁有一個(gè)國際化的大舞臺，那么究竟是什么可以支撐起中國的新一輪發(fā)展呢?

首先，我們應該明白：按照目前中國的能源結構現狀，中國經(jīng)濟的增長(cháng)速度同能源消耗是成正比的。而長(cháng)期以來(lái)，由于中國能源的過(guò)度消耗，已經(jīng)給我們的環(huán)保帶來(lái)很大壓力，“霧霾”已經(jīng)成為中國經(jīng)濟發(fā)展高速的副產(chǎn)品，并且非常深刻的影響到了人們生活的方方面面。

因此，我們在轉變經(jīng)濟發(fā)展方式的同時(shí)，怎么樣能夠更加充分、健康的利用既有能源，也將是我們應該考慮的重大問(wèn)題!

2015年，習近平總書(shū)記兩次提及“能源革命”，將其與科技革命、產(chǎn)業(yè)革命并列為新一輪全球性的“革命”。李克強總理也提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”的嶄新概念，這是一個(gè)經(jīng)濟與社會(huì )發(fā)展的一個(gè)大平臺，在這個(gè)平臺上將演繹一場(chǎng)波瀾壯闊大眾創(chuàng )新、萬(wàn)眾創(chuàng )業(yè)的現代史詩(shī)，一定要充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”這一概念，“互聯(lián)網(wǎng)+”的本質(zhì)其實(shí)就是把互聯(lián)網(wǎng)當成像水和電一樣的基本工具。在這種思想的指導下，將自己的思考凝煉，提出第四次能源革命(即：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng))的戰略定位和理論思想，簡(jiǎn)稱(chēng)“能源4.0”。

令人欣慰的是，歷史又給了中國新的機會(huì )。在能源4.0方面，中國走在了世界前沿。隨著(zhù)第四次工業(yè)革命的到來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)化、協(xié)作化、智能化是世界工業(yè)發(fā)展的大勢所趨，而中國能源事業(yè)的發(fā)展也在這一過(guò)程中找到了立足點(diǎn)，并且引領(lǐng)了世界能源事業(yè)的大方向，能源4.0是“互聯(lián)網(wǎng)+”這一指導思想在能源領(lǐng)域的重大應用，也可稱(chēng)為“智慧能源”。

該怎么認識能源4.0呢?

能源跟工業(yè)是一對兄弟，我們先從世界工業(yè)史說(shuō)起。

縱觀(guān)人類(lèi)歷史上的工業(yè)革命，每一次工業(yè)革命均有重大的能源革命與之伴生，并成為推動(dòng)工業(yè)革命的原動(dòng)力。在18世紀中葉，人類(lèi)開(kāi)始大規模使用煤炭替代薪柴，實(shí)現了第一次能源革命，可稱(chēng)之為能源1.0，它促使主要以煤炭為動(dòng)力源的蒸汽機得以推廣和普及，并促成了第一次工業(yè)革命，可稱(chēng)之為工業(yè)1.0。到19世紀中后期，人類(lèi)開(kāi)始大規模使用石油，人類(lèi)社會(huì )實(shí)現了第二次能源革命，即能源2.0，促使以石油為動(dòng)力源的內燃機得以推廣和普及，并促成了第二次工業(yè)革命，即工業(yè)2.0。進(jìn)入21世紀以來(lái)，人類(lèi)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與可再生能源融合，將分散式的新能源和可再生能源進(jìn)行集中使用，人類(lèi)社會(huì )進(jìn)入能源3.0時(shí)代，由此掀起了第三次工業(yè)革命浪潮，即工業(yè)3.0。簡(jiǎn)言之，能源1.0，使煤炭和蒸汽機結合，促成了工業(yè)1.0;能源2.0，使石油和內燃機結合，促成了工業(yè)2.0;能源3.0，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源結合，促成了工業(yè)3.0。

如今，德國提出第四次工業(yè)革命，即工業(yè)4.0，是利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與先進(jìn)的精密機械工業(yè)相結合的手段，實(shí)現制造業(yè)向智能化轉型。作為以智能制造為特征的工業(yè)4.0，必然需要可持續的綠色能源和節能、環(huán)保、低成本的基礎材料作支撐。

我們知道工業(yè)4.0的顛覆性在于“智能化”生產(chǎn)，這種智能依靠的是數據、運算和連接，實(shí)現了機器和材料、機器和機器、機器和產(chǎn)品“無(wú)縫協(xié)作”，發(fā)揮了1+1遠遠大于2的綜合性效應。那么不同性質(zhì)的能源之間，是否可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)統一協(xié)作起來(lái)，并實(shí)現這種效應呢?就好像工業(yè)4.0并不是某種新設備、新機器的發(fā)明，而是整個(gè)工業(yè)系統在運作方面的升級一樣，能源4.0并不在于某種“新能源”的開(kāi)采和運用，而在于整個(gè)能源系統的升級!

這就如同在工業(yè)4.0時(shí)代，工廠(chǎng)需要直接對接消費者，隨時(shí)需要滿(mǎn)足消費者的要求進(jìn)行生產(chǎn)，而在能源4.0時(shí)代，能源端也需要直接對接用戶(hù)端，根據用戶(hù)端的需求進(jìn)行調節能源供給。

無(wú)論是太陽(yáng)能、風(fēng)能、地熱能、還有核能，每種能源都有它自己的比較優(yōu)勢和不足。如果能夠通過(guò)一個(gè)調節系統將這些能源平衡起來(lái)，制衡能源彼此間的差異，那么這些能源的能量就能累加起綜合效應，勢必爆發(fā)一場(chǎng)能源大革命!這就是能源4.0!

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的去中心化，大數據的可預見(jiàn)性、互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫連接、云計算的超級運算，等等組合在一起，會(huì )將碎片化、多元化的能源組成一個(gè)“能源互聯(lián)網(wǎng)”，其中互聯(lián)網(wǎng)是“智慧能源”的基礎：它利用先進(jìn)的傳感器和軟件程序將能源生產(chǎn)端、傳輸端、消費端等數以?xún)|計的設備連接起來(lái)，形成一個(gè)大能源生態(tài)系統。而大數據分析、云計算則使“智慧能源”具備了獨立思考能力，它可以整合資源數據、環(huán)境數據、氣象數據、電網(wǎng)數據、市場(chǎng)數據等，統一進(jìn)行數據分析和運算。包括：負荷運算、儲備運算，轉化運算、平衡運算，使能源系統成為一個(gè)有機整體。

能源4.0不僅實(shí)現了多種能源累加綜合效應，還實(shí)現了能源從消耗到產(chǎn)生之間的環(huán)環(huán)相扣。它將具備“智慧、協(xié)作、進(jìn)化”的生命體特征，因此也就成為“智慧能源”。

能源4.0的提出，我想多用一些筆墨，這是基于我40多年來(lái)持續研究為基礎的，常言“性趣和愛(ài)好是最好的老師”，我自小熱愛(ài)科學(xué)，對科學(xué)充滿(mǎn)憧憬，上世紀70年代在農村插隊克服重重困難進(jìn)行了十余項項科學(xué)實(shí)驗，1978年獲得江蘇省政府“先進(jìn)科技工作者”殊榮。“非并網(wǎng)風(fēng)電”也是1980年在家中做實(shí)驗時(shí)，無(wú)意中發(fā)現的一種自然現象，即在特定條件下多種電流不僅可以共融而且互不干擾，當給予特定的信號源時(shí)可以實(shí)現按序輸出電能的現象，當時(shí)根據實(shí)驗做的線(xiàn)路圖，后經(jīng)我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠基人戴昌輝教授、農村能源(新能源)吳專(zhuān)家湘淦教授的指導，構建了多能源協(xié)同供電原理性模型，首次提出了“非并網(wǎng)風(fēng)電”的概念。

當時(shí)確定學(xué)術(shù)名稱(chēng)為“多能源協(xié)同”，但為了便于和“離網(wǎng)”、“并網(wǎng)”的區別和內在聯(lián)系，就簡(jiǎn)稱(chēng)為“非并網(wǎng)”。經(jīng)多年研究、宣傳和實(shí)踐，“多能源協(xié)同”已在世界廣為傳播，成為目前分布式電源和智能微網(wǎng)的理論基礎。

1980—1986年期間，我先后在《中國風(fēng)能》、《江蘇工學(xué)院學(xué)報》、《太陽(yáng)能學(xué)報》等刊物上發(fā)表論文，直至2006年3月25日，這一原創(chuàng )理論在清華大學(xué)原副校長(cháng)倪維斗院士、錢(qián)易院士以及電力電子實(shí)驗室主任柴建云教授的支持、協(xié)調下，在清華大學(xué)電力電子實(shí)驗室用現代化的設備儀器和嚴謹的科學(xué)方法，重新演示了1980年顧為東研究員在家的實(shí)驗。實(shí)驗過(guò)程中，倪維斗院士、柴建云教授等反復實(shí)驗，重復實(shí)現、驗證了多能源協(xié)同效果，實(shí)驗報告認為：“該實(shí)驗數據準確，方法科學(xué)，結果可信。非并網(wǎng)風(fēng)電直接應用于高耗能產(chǎn)業(yè)是一個(gè)值得探討的方向?？稍诖嘶A上進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)性中試”。

這次清華園的驗證圓滿(mǎn)成功，為發(fā)展具有中國特色的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)走出了一條創(chuàng )新之路，也為構建能源4.0：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)理論奠定了基礎。

非常慶幸在2007年，我作為項目首席科學(xué)家承擔了國家973計劃“大規模非并網(wǎng)風(fēng)電系統的基礎研究”(2007CB210300)，這是經(jīng)過(guò)數十年的研究已經(jīng)取得產(chǎn)業(yè)化成果，促使我國在宏觀(guān)經(jīng)濟和能源科技發(fā)展的結合上，在能源4.0的戰略框架下，對全球能源發(fā)展改革和經(jīng)濟結構調整開(kāi)始了思考，并將重塑我國乃至世界經(jīng)濟結構!

能源4.0超越了以太陽(yáng)能為核心的第三次能源革命的范疇，它構建一個(gè)有機的高效、低成本、可持續、可調控的網(wǎng)絡(luò )系統。能源4.0核心是產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧能源、智能電網(wǎng)、智能產(chǎn)業(yè)的結合，為工業(yè)4.0提供綠色、可持續的智慧能源和節能、環(huán)保的加工材料;另一方面，能源4.0為工業(yè)4.0提供清潔原材料，通過(guò)生產(chǎn)清潔產(chǎn)品，實(shí)現動(dòng)態(tài)平衡生產(chǎn)，消除以傳統能源實(shí)現工業(yè)4.0帶來(lái)的“原罪”。

對中國而言，當前經(jīng)濟與社會(huì )發(fā)展面臨的國際、國內環(huán)境已與前35年改革開(kāi)放發(fā)生了根本性的變化，人口紅利、環(huán)境紅利和資源紅利已基本殆盡，這就要求我們在把握全球經(jīng)濟與社會(huì )發(fā)展的全局中，找準新一輪經(jīng)濟新常態(tài)發(fā)展的戰略定位，并引領(lǐng)經(jīng)濟與社會(huì )的發(fā)展，順利實(shí)現新常態(tài)。作為科研工作者，有責任為解決國家重大戰略需求，為實(shí)現中華民族偉大復興中國夢(mèng)做出貢獻。

能源4.0是與工業(yè)4.0相適應、面向全球的能源發(fā)展戰略，也是中國領(lǐng)先世界的原創(chuàng )性科學(xué)技術(shù)成果，更是我國科技工作者的原創(chuàng )性理論貢獻。實(shí)施能源4.0戰略，我們具有領(lǐng)先優(yōu)勢，因此要在全球視野下?lián)屨际澜缒茉窗l(fā)展和能源革命的先機，通過(guò)能源4.0戰略發(fā)展智慧能源，建立全球化的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)體系，從而推動(dòng)我國引領(lǐng)全球重塑經(jīng)濟結構，成為經(jīng)濟優(yōu)化升級、實(shí)現新常態(tài)、進(jìn)行供給側改革的重要抓手。同時(shí)，全面、準確貫徹落實(shí)黨的十八大和十八屆三中、四中全會(huì )精神、推動(dòng)我國全面深化改革，為實(shí)現中華民族偉大復興的“中國夢(mèng)”做出貢獻。

在能源4.0時(shí)代，霧霾失去依附，將自生自滅。而研究能源4.0的價(jià)值和意義不僅在于對能源領(lǐng)域的認知，而是在于起原理背后有深刻的生活原理，比如：如何協(xié)作、如何差異化、如何分配資源等，這將對我們今后工作和生活起到一定的指導作用。

這里還需要強調的是，我們的能源還可以利用“亞投行”進(jìn)行融資生產(chǎn)，利用“一帶一路”進(jìn)行產(chǎn)能輸出，這就把能源4.0上升到了國際戰略!

中國人歷來(lái)崇尚是“和而不同”，只有“不同”才能產(chǎn)生“和”。但是在工業(yè)4.0之前，這種情況很難發(fā)生。因為大部分產(chǎn)品都是標準化產(chǎn)品，標準化產(chǎn)品的區別是等級之別，有高有低，三六九等，產(chǎn)品的等級造成各種等級。在一個(gè)等級遍布的社會(huì )，其實(shí)是很難和諧的。但是工業(yè)4.0就會(huì )制造出各種“不同”。

同樣，能源4.0時(shí)代，各種能源也會(huì )彼此協(xié)作，依托互聯(lián)網(wǎng)的連接和大數據、云計算的應用，形成一個(gè)由各種能源組成的能源生態(tài)體系。

在《周易》里，事物的最高境界是“群龍無(wú)首”，其實(shí)我們往往都是把這個(gè)詞曲解了，因為“群龍無(wú)首”被理解成混亂而沒(méi)有帶頭人的局面。實(shí)際上這個(gè)詞的意義是：一條條的龍首尾相接，在天上盤(pán)旋。既然是首尾相接，也就不再有前后之分，大家地位平等，只是位置不同，彼此協(xié)作但又沒(méi)有等級，“群龍無(wú)首”被認為是大吉之相，但是需要經(jīng)過(guò)前面曲折的過(guò)程才能實(shí)現，比如“飛空在天”指的是事物發(fā)展的鼎盛階段，“亢龍有悔”指的是事物鼎盛之后的低調，最后才是“群龍無(wú)首”的最高境界。

而能源4.0就是中國能源的最高境界!

能源4.0：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，也為我們建設低成本或零邊際成本社會(huì )”奠定了基礎!

2014年底，《第三次工業(yè)革命》的作者里夫金又出版了《零邊際成本社會(huì )》一書(shū)，并在書(shū)中預言：“在分布式太陽(yáng)能和風(fēng)能等得到充分發(fā)展和利用的未來(lái)，人們可能可以像今天通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)近乎免費地生產(chǎn)和消費信息一樣，借助能源互聯(lián)網(wǎng)近乎免費地生產(chǎn)和消費能源。”

能源4.0：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)讓“零邊際成本”由概念到實(shí)踐脫穎而出。在這一系統中可供挖掘的大數據和可以共享的豐富資源，提供了近乎免費且充分多樣化和個(gè)性化的商品和服務(wù)。所以能夠降低邊際成本，有時(shí)甚至接近于零邊際成本。因此，我國廣袤、高耗能的傳統行業(yè)一旦插上移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的翅膀，站在風(fēng)口上的“豬”也會(huì )飛。

通過(guò)對新能源革命研究，科技創(chuàng )新是實(shí)現產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)根本性的動(dòng)力。“互聯(lián)網(wǎng)+”的年代讓過(guò)去不可想象的事情變得容易，我們需要做的就是進(jìn)一步拓寬視野，去探索低成本或零邊際成本的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)。當前，在本文介紹的能源4.0的“產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)體系”中，使用“高載能調峰工業(yè)”作為錯峰儲能載體，開(kāi)拓了儲電的新思路。海水淡化、氫能源汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)和污水處理及水回用等10多個(gè)高耗能行業(yè)也可以嘗試借助互聯(lián)網(wǎng)調峰，讓發(fā)電、用電和高耗能產(chǎn)業(yè)降低或接近零邊際成本。也就是說(shuō)在一些特定時(shí)段通過(guò)大數據、云計算可以實(shí)現免費為家庭汽車(chē)充電、洗衣、空調和冰箱冷凍，免費生產(chǎn)淡化海水、氯堿、鋁錠?？梢哉f(shuō)，能源4.0是一個(gè)真正的低成本或零邊際成本的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，隨著(zhù)“隨時(shí)使用，何必擁有”觀(guān)念被世人接受，閑置資源的利用和分享，讓“零邊際成本”隨處而出(包括交通、運輸互聯(lián)網(wǎng))，為我們創(chuàng )新讓供應商和制造商、消費者和生產(chǎn)者之間得以建立協(xié)同關(guān)系，匯成一個(gè)合作共贏(yíng)的互聯(lián)網(wǎng)新經(jīng)濟時(shí)代。

能源4.0是與工業(yè)4.0相適應、面向全球的能源發(fā)展戰略，也是中國領(lǐng)先世界的原創(chuàng )性科學(xué)技術(shù)成果，更是我國科技工作者的原創(chuàng )性理論貢獻。隨著(zhù)能源4.0戰略的實(shí)施，將推動(dòng)一個(gè)高效、綠色、共享、可持續發(fā)展零邊際成本時(shí)代的到來(lái)。

實(shí)施能源4.0戰略，我們具有領(lǐng)先優(yōu)勢，因此要在全球視野下?lián)屨际澜缒茉窗l(fā)展和能源革命的先機，通過(guò)能源4.0戰略發(fā)展智慧能源，建立全球化的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)體系，從而推動(dòng)我國引領(lǐng)全球重塑經(jīng)濟結構，成為經(jīng)濟優(yōu)化升級、實(shí)現新常態(tài)的重要抓手;也是全面、準確貫徹落實(shí)黨的十八大和十八屆三中、四中、五中全會(huì )精神，深入貫徹五大發(fā)展理念，推動(dòng)全面深化改革，為實(shí)現中華民族偉大復興的“中國夢(mèng)”做出貢獻。