深度|中國能源革命的目標與路徑

2017-09-07 15:37:25 能源雜志　點擊量：評論 (0)

能源革命與互聯網+的深度融合必將催生能源互聯網，掀起第三次工業革命的高潮。應該從能源新技術、能源新形式、能源新業態、能源新制度入手，以能源互聯網為依托，全面推進能源革命，開啟智慧能源的全新時代。2

能源革命與“互聯網+”的深度融合必將催生能源互聯網，掀起第三次工業革命的高潮。應該從能源新技術、能源新形式、能源新業態、能源新制度入手，以能源互聯網為依托，全面推進能源革命，開啟智慧能源的全新時代。

2012年黨的十八大提出能源生產和消費革命戰略，2014年中央財經領導小組又提出推動能源消費革命、能源供給革命、能源技術革命、能源體制革命和國際能源合作的戰略舉措。緊隨其后，2015年政府工作報告中正式推出“互聯網+”行動計劃，6月24日的國務院常務會議通過的《“互聯網+”行動指導意見》，明確提出促進智慧能源等11個重點領域發展目標任務及具體支持措施。從國家的一系列舉措來看，能源革命與“互聯網+”兩大戰略舉措，貌似偶遇實為必然。兩者的深度融合，必然催生能源互聯網，對我國推進能源革命、搶占第三次工業革命制高點、實現中華民族偉大復興提供堅實的能源安全保障，均具有現實而深遠的戰略意義。

1能源互聯網誕生的時代背景

以計算機和互聯網為代表的信息技術突飛猛進，使得網絡“連接一切”成為可能，并且成為迫切要求;人類社會在經歷了柴薪時代、煤炭時代和油氣時代后，正在逐漸步入可再生能源時代，新一輪能源革命蓄勢待發。互聯網與能源革命的歷史性相遇與碰撞，必將深度融合并催生能源互聯網，從而加速新一輪能源革命并推動第三次工業革命的進程。

1.1信息技術突飛猛進

信息技術是管理和處理信息所采用的各種技術的總稱，其發展至今歷經五次革命：第一次是語言，使人類獲得了進行思想交流和信息傳播不可缺少的工具;第二次是文字，使人類對信息的保存和傳播取得重大突破，較大地超越了時間和地域的局限;第三次是印刷，使書籍、報刊成為快速高效的信息儲存和傳播媒體;第四次是通訊，包括電話、廣播、電視等，使人類信息傳播進入光速時代;第五次是計算機，其與現代通信技術的有機結合，形成覆蓋全球的信息互聯網。1969年美國第一個軍事目的計算機網絡ARPANET聯網，1983年又出現了基于IP協議的計算機通信網絡NFSNET，1989年World Wide Web(基于超文本協議)誕生，1991年第一個連接互聯網的友好接口問世，標志著局域網的建立。隨后，互聯網迅速向全球普及并商業化，網絡節點的增加，以及眾多企業商家的參與，使互聯網的規模急劇擴大，信息量也成倍增加，更刺激了網絡服務的發展。

進入新世紀以來，以互聯網為代表的信息技術，與其他各種新技術相互關聯、共同發展，互聯網已成為重要的公共基礎設施，融入到生產和生活的方方面面，并迅速將全球帶進網絡信息時代，網絡商業價值也隨著網絡用戶數量的增加而呈幾何數級增長。同時，互聯網產業在自身的發展和升級中，不斷突破自身的產業邊界，向傳統產業延伸滲透，通過聯接與共享，最大程度激發和激活了傳統產業的創造力和創新力，如金融、商業、教育、交通、制造等領域正在發生重大變革。近年來，有線和無線網絡速度大幅提高，大數據、云計算、物聯網等技術不斷涌現，人與人、人與物、物與物都逐步聯接成網，各種數據也逐步打通共享，互聯網技術及其思想正潛移默化地滲透到社會的每個角落，深刻改變著人類生產生活方式。

1.2 能源革命蓄勢待發

能源是人類社會生存和發展的基礎，是現代社會的經濟命脈，也是影響國家安全的重要因素。縱觀各國的發展歷程，經濟增長必須以能源供應為保障，人類歷史上的兩次工業革命，更都是由當時最先進的技術與能源更替相結合所掀起：“蒸汽機+煤炭”替代“人工+柴薪”開啟了第一次工業革命;“內燃機+石油”替代“蒸汽機+煤炭”引發了第二次工業革命。工業革命的歷史進程，清晰記錄了先進技術對能源革命，進而對工業革命的巨大推動力，同時也反應了能源革命及與其伴隨的工業革命對社會生產力提升、經濟發展轉型和生活方式轉變的巨大作用。

世界兩百余年來的工業化發展，建立在以化石能源為主的能源結構上，導致資源加速匱乏和環境急劇污染，經濟、生態和能源的關系日趨緊張，已將我們推到了石油世紀和第二次工業革命時代的最后階段。種種令人難以接受的嚴峻現實，迫使我們必須主動、迅速地過渡到一個全新的能源體制和工業模式，否則人類文明就有消逝湮滅的危險。當前，新一輪能源革命及其對應的第三次工業革命已經蓄勢待發，以信息新技術和新能源技術引領，并與生物電子、3D打印、智能機器人、納米材料等新技術相融合，相互關聯、交織共進，正在對傳統產業進行全方位升級改造。

綠色能源革命自新世紀以來，逐步在西方發達國家上升為國家戰略。德國以實現減少能源消耗總量為目標的“能源轉型計劃”已取得重要進展，并計劃于2050年將再生能源發電比率提高到80%;美國成功開發了價格僅相當于傳統天然氣1/3的頁巖氣，大大加快了對傳統能源的替代進程;日本在2011年福島核電站事故后，加快了可燃冰開采技術研發，同時將可再生能源的開發利用作為能源發展首要目標。中國作為世界頭號能源消費國，單位GDP能耗是世界平均水平的2.4倍，同時能源供應任務持續艱巨、能源消費結構不盡合理、能源利用方式粗放低效、環境污染及溫室氣體減排壓力巨大。2012年的黨的“十八大”報告正式提出要推動能源革命;2014年的中央財經領導小組第6次會議強調，保障國家能源安全，必須推動能源生產和消費革命，從而有效解決當前能源消費與經濟發展之間的矛盾以及能源安全問題，促進經濟社會與資源環境協調和可持續發展。

1.3 能源互聯網呼之欲出

“互聯網+”，就是充分發揮互聯網在生產要素配置中的優化和集成作用，將互聯網的創新成果深度融合于經濟社會各領域之中，提升實體經濟的創造力和生產力，形成更廣泛的以互聯網為基礎支撐和實現工具的經濟發展新形態。近年來，互聯網在其產業邊界不斷延伸、產業形式不斷演化的進程中，開始擔負起帶動傳統產業與實體經濟轉型升級的使命，在影響甚至重構各大傳統產業的同時，正在向作為經濟社會發展基礎的能源產業進行全方位滲透。能源作為經濟社會運行的基礎產業，擁有龐大的基礎設施、傳統的組織體系、專業的技術要求，電力油氣等物理管網具有天然的互聯網初級形態。為了適應能源革命的要求，加速推動第三次工業革命，能源產業必須主動推進能源技術與其他領域先進技術的融合，尤其需要借力互聯網技術及思想，將其創新成果融入本產業，突破發展瓶頸，重塑能源的消費、供給、技術與制度。

互聯網與能源兩大產業，既著眼于各自升級的需求，也順應著社會與經濟發展的趨勢，天然具有相互融合的可能與必要。兩大產業結合各自優勢和特點的深度融合，將共同完成向更高層次的蛻變，形成具有深遠影響的全新業態——能源互聯網，并以此推動能源革命，進而開啟和完成第三次工業革命。

互聯網與能源融合之所以是能源互聯網，而不是互聯網能源，是因為能源產業作為人類社會與國民經濟的基礎與命脈，具有更加至關重要的地位，能源革命也具有更加深遠重大的意義。互聯網產業作為一種在基礎和命脈之上衍生而出的輕資產，難以全面駕馭厚重的能源產業，其在與能源產業的共生同進中，必然只有以能源產業為主導。如果說互聯網是高飛之翼，能源則是根本之力。當前，尤其需要借力互聯網技術及思想，綜合利用IPv6、大數據、云計算、物聯網等互聯網技術和互聯網思想，賦予能源信息數據屬性，改造能源物理網絡形態，優化能源傳統組織結構，全面提高能源產業的創新力和生產力。

2能源互聯網的基本內涵、外延拓展及功能特征

能源革命與“互聯網+”深度融合的產物——能源互聯網，是互聯網技術全方位滲透能源領域、能源產業主動融合互聯網技術的結果，相比目前已開展的智能電網，具有更廣泛的內涵與外延、更復雜的框架與構件、更突出的功能與特征。

2.1 能源互聯網的基本內涵

2004年，英國《經濟學人》雜志刊發了名為《Building the Energy Internet》的文章，是目前正式提出這一觀點的最早文獻。2008年，美國記者托馬斯˙弗里德曼在其《世界又熱又平又擠》一書中對能源互聯網進行了介紹，這是經濟學層面對能源互聯網的最初探索。美國學者杰里米˙里夫金在2011年出版的《第三次工業革命》一書中，認為能源互聯網主要是利用互聯網技術實現廣域內的電源、儲能設備與負荷的協調，最終目的是實現由集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用的轉變。國內學者薛禹勝認為，能源互聯網是由物理系統，即電網、氣網、熱力網、交通網等構成的綜合能源網。余貽鑫認為，能源互聯網和我們已論及的智能電網的基本理念是一致的，內容也找不出原則性的不同。曹軍威則認為，如果說電網智能化還是在傳統電網架構上通過信息化和智能化的手段，解決設備利用率、安全可靠性、電能質量以及可再生能源接入等問題，能源互聯網的根本不同在于采用互聯網理念、方法和技術實現能源基礎設施架構本身的重大變革，使得能量的開放互聯與交換分享可以跟互聯網信息分享一樣便捷。

通過與智能電網的比較，可以更好地把握能源互聯網的內涵。能源互聯網與智能電網在自愈、消費者積極參與、系統運行效率最優化、容納多種發電形式以及儲能等新技術、新業態等方面比較相似。然而，智能電網只涉及信息與電力系統，能源互聯網還涵蓋了交通系統、石油系統、天然氣系統、供熱系統等等;智能電網只涉及電能傳輸與利用形式，能源互聯網還包括熱能、化學能等多種形式的傳輸、轉化、使用;智能電網一般不涉及大規模輸電網，主要是基于配電網、分布式、用戶側，實施電力系統的智能化管理和運行，能源互聯網采用互聯網理念、方法和技術實現能源基礎設施架構本身的重大變革，實現能源生產、消費、傳輸的綜合分析、協調。因此，能源互聯網屬于上層大范圍的概念，包括內部和外部的互聯，而智能電網是屬于大框架下的下層概念，是電力閉環里的互聯。能源互聯網包括智能電網、更離不開智能電網，能源互聯網為智能電網進一步發展提供了方向。

本文認為，能源互聯網是信息網絡、能量網絡和能源網絡的高度整合，以電力網絡為樞紐平臺，以可再生能源和分布式能源接入為主要任務，以互聯網技術為實現工具，通過能源調節系統對可再生能源和分布式能源基礎設施實施廣域優化協調，實現冷、熱、氣、水、電等多種能源形式優化互補，提高能源使用效率，實現信息、能量和能源三者之間雙向流動共享。

各發達國家基于各自的認識，已經分別對能源互聯網做出了自己的實踐探索。德國于2008年在智能電網的基礎上進行了E-Energy技術創新促進計劃，成為能源互聯網實踐探索最早的國家，力圖充分利用信息和通訊技術，在整個能源供應體系中實現數字化互聯及計算機控制和監測，以解決未來以分布式能源供應為主的電力系統面臨的新問題，從配網到循環電網打造一個全新的能源網絡。美國也于2008年建立了未來可再生能源傳輸與管理系統(FREEDM)，希望將電力電子技術和信息技術引入電力系統，以分布對等的系統控制與交互，在未來配電網層面實現能源互聯網，通過云計算和大數據實現智能分析。瑞士未來能源網絡遠景項目與能源互聯，側重于不同能源形式的融合，最終實現電能、熱能、化學能聯合輸送和使用。日本數字電網聯盟提出了基于“電力路由器”的能源互聯網，著重于發展數字電網體制，形成互聯網技術和能源網絡深度融合。

2.2能源互聯網的外延拓展

能源互聯網的外延不斷拓展，自然延伸到智慧城市、智慧交通、智慧制造、智慧建筑、智慧家居等多種領域。能源互聯網能夠充分保障智慧城市。如通過物聯網基礎設施、云計算數據中心、地理空間監測設備等信息技術和通信技術手段，感測、分析、整合城市運行核心系統的各項關鍵信息，同時自動設置最優化的節能方案，綜合調節城市中各種能源消費主體，對包括民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在內的各種需求做出智能響應，實現城市智慧管理和運行，進而為城市居民創造更美好的生活，促進城市的和諧發展、可持續運營。

能源互聯網能夠有效保障智慧交通。如根據汽車物聯網和大數據，計算交通信號燈的最佳設置距離，以達到讓汽車少耗油的目的。電動汽車是交通運輸系統電氣化轉型的重要手段，作為一種分布式儲能設備，能源互聯網能夠為其提供更為完善且具有較強通用性的基礎設施，使之能夠與電力系統更好地對接，從而優化系統運行，提高交通運輸系統以及整個經濟社會的低碳化水平。

能源互聯網還能以氣、風、水、電、油等能源介質為監測對象，為企業建立一個能源管控平臺，對其生產用能進行實時采集、計算分析和集中調度管理，解決重點用能企業的能源監測計量、用能控制及預測等問題，實現對能源的全方位監控和管理，達到供需平衡和節能環保的智慧生產;能源互聯網能夠對建筑物內的電能、液體介質能源、氣體介質能源等進行實時監測、數據采集與存儲、數據統計與分析等，實現家居用能的精細化管理，實現智能家居和建筑節能。

2.3 能源互聯網的功能特征

能源互聯網將使用先進的傳感器、控制和軟件應用系統，將能源生產端、能源傳輸端、能源消費端的數以億計的設備、機器、系統連接起來，形成能源互聯網的“物聯基礎”，智能發電、用電、儲電設備最終都將接入網絡，借助信息流，形成自我對話。能源互聯網的框架多維交織，從主體看，能源互聯網有能源生產主體、能源消費主體、能源傳輸主體，即傳統能源的生產方、使用方、調配輸送方。生產主體有一次能源、二次能源，有集中式能源、分布式能源，有化石能源與非化石能源。從客體看，能源互聯網借助信息網、能量網、能源網，生產和傳輸信息流、能量流、能源流。從組件層次看，能源互聯網包含了設施、技術、數據、應用、用戶、制度六大組件層。最基礎的設施組件層，包括能源生產、傳輸、儲存裝置和各種負載;其上是關鍵技術應用層，包括能量接口、能量轉化、能量傳輸、能量存儲、能量平衡、能量安全等;接著是數據傳輸層，包括通信協議、接口標準、組網規約等;往上是應用分析層，包括信息采集、能量調節、質量監測等;再往上是用戶參與層，包括能量使用、智能交互、數據應用等;最上的是制度保障層，包括法規、政策、規則、標準的制定等。

能源互聯網同時具有能源產業和互聯網產業的特征，集成信息流、能量流、能源流(物流)，實現“三流合一”。信息流主要借助互聯網，能量流主要依靠電力網與熱能網，能源流借力于線下的油氣管網和傳統的交通運輸物流網來實現。基于互聯網技術的大數據、云計算，將能源與能量的生產、轉換、存儲、輸送、使用等能源產業鏈的眾多節點互聯起來，能源互聯網將實現信息流、能量流和能源流的自由接入、實時流動、即時交換與動態共享，智能生產、存儲、調配、消費，達到信息網、能量網、能源網的“三網合一”，在滿足清潔、安全、經濟、高效、持續的能源要求的前提下，形成一個以信息流通為最大優勢，實時交流、即時反應的信息網絡;以電為主、多能轉換的能量網絡;廣泛聯接、流通不息的能源網絡。

能源互聯網的每個主體都是平等、自治的信息中心與能量、能源中心，自由上傳與獲取信息、能量與能源，自發地成為信息、能量與能源的制造者與享有者，原本孤立、靜止的信息、能量與能源打破了空間與時間的限制，實現了循環暢通、實時流動、人人參與、人人享有。同時，能源互聯網把供需結合為一體，把供給端與需求端匯聚在一個平臺上，既保證充分供給，又合理優化需求，使供給和需求處在最佳平衡點上，各個節點既是能源生產者也是能源消費者，實現產消一體、效率最優。

能源互聯網的功能具有以下六大特征：

分布性。煤炭、石油、天然氣、水電、核電、可再生能源等等各種能源品種，為了得到最大效率的使用，都需要建立生產、收集、轉換、存儲和使用的網絡，這些能源網絡作為能源互聯網的一個個局域網，分布范圍廣泛，規模大小不一，但從較大范圍看，都構成能源互聯網的一個節點。

互聯性。各種范圍的各個分布式能源網絡，并不能全部保證自給自足，需要相互聯接才能進行能量交換，滿足能量供需平衡。能源互聯網除了滿足各類能源接入要求外，更主要是將分散的能源網絡互聯起來，實現能量交換，充分體現人人貢獻、人人享有的互聯網理念。

開放性。能源互聯網是一個完全開放自由的網絡，企業、家庭、個人，生產、消費、運營，一次能源、二次能源，集中式能源、分布式能源，化石能源、非化石能源等等各類能源主體，只要符合能源互聯網接口標準，可以達到完全的即聯即用，就都可以隨時并網、隨時離網，自由享有能源互聯網的各種功能。

平等性。分布于能源產業鏈上各個節點的各類能源主體，都不分等級，地位平等地接入能源互聯網，每一個節點都同等重要，將打破以傳統特大、超大能源企業為中心的能源版圖，構建大規模與分散并舉的能源格局，以此逐步去除能源產業的壟斷，以P2P眾籌的方式，實現人人平等的理念。

轉換性。在能源互聯網中，能量主體可在風能、太陽能、電能、熱能、化學能、水能等等多種形式之間相互轉化，任意按使用需求變換為合適的形式;能源供應方與消費方的身份也能夠根據需要隨時進行轉換;信息、能量與能源之間也能夠隨時轉換。

便利性。能源互聯網體現了簡約極致的機制，網絡上的任何主體與客體、時間和空間都被打破，取消了能源集中統一再分別配送的過程等一切不必要的環節，充分實現了去中心化，生產和消費的主體能夠直接點與點對接，隨時生產、隨時并網、隨時消費、隨時轉換、隨時消費。

3能源互聯網的建設思路、關鍵技術與實施步驟

打造能源互聯網，是當前能源革命的核心任務。推進能源互聯網建設，必須將其與能源革命有機結合，立足現實基礎、著眼未來目標，厘清建設思路，突破關鍵技術，明確實施步驟，確保能源互聯網的建設效率與效果，兼顧近期與遠期的功能實現。

3.1 能源互聯網的建設思路

能源互聯網的發展和建設是個復雜的系統工程，應該從能源新技術、能源新形式、能源新業態、能源新制度四個方面著手，技術是基礎，形式和業態是自然延伸，制度是保障。在能源互聯網的實施路徑中，首先要解決的是能源技術問題，必須要以能源新技術的突破為基礎，才可能催生出能源新形式，也只有在能源新技術與新形式的結合發展進程中，才會自然衍生出能源的新業態，逐步構建和完善一系列能源新制度體系，保障能源互聯網建設及其功能實現，進而加速能源革命的進程。

開發能源新技術。首先要立足于能源的生產、存儲、轉換、傳輸、調度和消費等，大力開發能源新技術，如高密度大容量儲能技術、遠距離無線輸能技術和分布式可再生能源并網技術等。其次要大力促進能源技術與新一代信息技術、材料技術、生物技術等融合，積極發展能源大數據、能源云計算、能源網絡安全、能源物聯網等能源信息技術，人工光合、陶瓷電池等能源材料技術，以及微生物驅油、微生物產氣等能源生物技術。

創立能源新形式。主要分為傳統能源形式的新型利用、新興能源形式的推廣利用和未來能源形式的前瞻研發三大類。如煤炭高溫熱解等清潔安全利用;風能、光伏、光熱等高效穩定利用;可燃冰、頁巖油(氣)、氫，以及與石墨烯、多晶硅、釷、鈧等與新材料結合的能源新形式的推廣利用等。根據未來能源發展趨勢，還需要積極探索未來的能源新形式，爭取獲得革命性突破、產生顛覆性效果。

培育能源新業態。主要分為新型組織模式、新型商業模式、新型服務模式三大類。一是新型組織模式，如虛擬電廠等，每個能源互聯網的自治主體由能量管理系統監督和控制，通過電腦運算的操作規劃，就可以成為具有巨大發電潛力的虛擬電廠。二是新型商業模式，如開展基于光熱電化耦合系統的智慧能源城鎮(社區、園區)建設，基于互聯網技術的能源交易平臺、能源網絡金融等。三是新型服務模式，如能源網上一鍵自由按需購買及退貨，訂單式生產傳輸，基于大數據的用能咨詢、能效產品銷售、節能解決方案、O2O商業消費等。

構建能源新制度。主要分為催生型的新制度與適應性的新制度兩大類。催生型的新制度具有開創性與先見性，能夠使能源互聯網按照預定規劃平穩快速發展，催生和引領各種能源新技術、新形式、新業態，如出臺《能源法》和能源互聯網相關法律法規配套體系，完善各種相關支持性政策體系，建立能源互聯網統一遵守的新標準等。國際標準化組織ISO/IEC日前發布的全球首個能源互聯網國際標準IEEE1888，由中國自主創新，解決了能源互聯網最重要的入口問題，今后還需要建立更多聯接標準、數據標準、傳輸標準、安全標準等。適應性的新制度是指隨著能源新技術、新形勢、新業態的出現，必須改革和完善現有制度，如建立共同遵守的能源互聯網規則，打破現在各自為政、條塊分割的能源數據壁壘，實現全國能源數據共享，形成能源大數據基礎，建立服務性能源管理新機制和競爭性能源市場新機制等。