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能源互联网怎样走出中国能源革命之路?

2017-9-8 09:31| 发布者: crystal| 查看: 564| 评论: 0|来自: 能源杂志

  2012年党的十八大提出能源生产和消费革命战略,2014年中央财经领导小组又提出推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命和国际能源合作的战略举措。紧随其后,2015年政府工作报告中正式推出“互联网+”行动计划,6月24日的国务院常务会议通过的《“互联网+”行动指导意见》,明确提出促进智慧能源等11个重点领域发展目标任务及具体支持措施。从国家的一系列举措来看,能源革命与“互联网+”两大战略举措,貌似偶遇实为必然。两者的深度融合,必然催生能源互联网,对我国推进能源革命、抢占第三次工业革命制高点、实现中华民族伟大复兴提供坚实的能源安全保障,均具有现实而深远的战略意义。

  能源互联网诞生的时代背景

  以计算机和互联网为代表的信息技术突飞猛进,使得网络“连接一切”成为可能,并且成为迫切要求;人类社会在经历了柴薪时代、煤炭时代和油气时代后,正在逐渐步入可再生能源时代,新一轮能源革命蓄势待发。互联网与能源革命的历史性相遇与碰撞,必将深度融合并催生能源互联网,从而加速新一轮能源革命并推动第三次工业革命的进程。

  1.1 信息技术突飞猛进

  信息技术是管理和处理信息所采用的各种技术的总称,其发展至今历经五次革命:第一次是语言,使人类获得了进行思想交流和信息传播不可缺少的工具;第二次是文字,使人类对信息的保存和传播取得重大突破,较大地超越了时间和地域的局限;第三次是印刷,使书籍、报刊成为快速高效的信息储存和传播媒体;第四次是通讯,包括电话、广播、电视等,使人类信息传播进入光速时代;第五次是计算机,其与现代通信技术的有机结合,形成覆盖全球的信息互联网。1969年美国第一个军事目的计算机网络ARPANET联网,1983年又出现了基于IP协议的计算机通信网络NFSNET,1989年World Wide Web(基于超文本协议)诞生,1991年第一个连接互联网的友好接口问世,标志着局域网的建立。随后,互联网迅速向全球普及并商业化,网络节点的增加,以及众多企业商家的参与,使互联网的规模急剧扩大,信息量也成倍增加,更刺激了网络服务的发展。

  进入新世纪以来,以互联网为代表的信息技术,与其他各种新技术相互关联、共同发展,互联网已成为重要的公共基础设施,融入到生产和生活的方方面面,并迅速将全球带进网络信息时代,网络商业价值也随着网络用户数量的增加而呈几何数级增长。同时,互联网产业在自身的发展和升级中,不断突破自身的产业边界,向传统产业延伸渗透,通过联接与共享,最大程度激发和激活了传统产业的创造力和创新力,如金融、商业、教育、交通、制造等领域正在发生重大变革。近年来,有线和无线网络速度大幅提高,大数据、云计算、物联网等技术不断涌现,人与人、人与物、物与物都逐步联接成网,各种数据也逐步打通共享,互联网技术及其思想正潜移默化地渗透到社会的每个角落,深刻改变着人类生产生活方式。

  1.2 能源革命蓄势待发

  能源是人类社会生存和发展的基础,是现代社会的经济命脉,也是影响国家安全的重要因素。纵观各国的发展历程,经济增长必须以能源供应为保障,人类历史上的两次工业革命,更都是由当时最先进的技术与能源更替相结合所掀起:“蒸汽机+煤炭”替代“人工+柴薪”开启了第一次工业革命;“内燃机+石油”替代“蒸汽机+煤炭”引发了第二次工业革命。工业革命的历史进程,清晰记录了先进技术对能源革命,进而对工业革命的巨大推动力,同时也反应了能源革命及与其伴随的工业革命对社会生产力提升、经济发展转型和生活方式转变的巨大作用。

  世界两百余年来的工业化发展,建立在以化石能源为主的能源结构上,导致资源加速匮乏和环境急剧污染,经济、生态和能源的关系日趋紧张,已将我们推到了石油世纪和第二次工业革命时代的最后阶段。种种令人难以接受的严峻现实,迫使我们必须主动、迅速地过渡到一个全新的能源体制和工业模式,否则人类文明就有消逝湮灭的危险。当前,新一轮能源革命及其对应的第三次工业革命已经蓄势待发,以信息新技术和新能源技术引领,并与生物电子、3D打印、智能机器人、纳米材料等新技术相融合,相互关联、交织共进,正在对传统产业进行全方位升级改造。

  绿色能源革命自新世纪以来,逐步在西方发达国家上升为国家战略。德国以实现减少能源消耗总量为目标的“能源转型计划”已取得重要进展,并计划于2050年将再生能源发电比率提高到80%;美国成功开发了价格仅相当于传统天然气1/3的页岩气,大大加快了对传统能源的替代进程;日本在2011年福岛核电站事故后,加快了可燃冰开采技术研发,同时将可再生能源的开发利用作为能源发展首要目标。中国作为世界头号能源消费国,单位GDP能耗是世界平均水平的2.4倍,同时能源供应任务持续艰巨、能源消费结构不尽合理、能源利用方式粗放低效、环境污染及温室气体减排压力巨大。2012年的党的“十八大”报告正式提出要推动能源革命;2014年的中央财经领导小组第6次会议强调,保障国家能源安全,必须推动能源生产和消费革命,从而有效解决当前能源消费与经济发展之间的矛盾以及能源安全问题,促进经济社会与资源环境协调和可持续发展。

  1.3 能源互联网呼之欲出

  “互联网+”,就是充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用,将互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中,提升实体经济的创造力和生产力,形成更广泛的以互联网为基础支撑和实现工具的经济发展新形态。近年来,互联网在其产业边界不断延伸、产业形式不断演化的进程中,开始担负起带动传统产业与实体经济转型升级的使命,在影响甚至重构各大传统产业的同时,正在向作为经济社会发展基础的能源产业进行全方位渗透。能源作为经济社会运行的基础产业,拥有庞大的基础设施、传统的组织体系、专业的技术要求,电力油气等物理管网具有天然的互联网初级形态。为了适应能源革命的要求,加速推动第三次工业革命,能源产业必须主动推进能源技术与其他领域先进技术的融合,尤其需要借力互联网技术及思想,将其创新成果融入本产业,突破发展瓶颈,重塑能源的消费、供给、技术与制度。

  互联网与能源两大产业,既着眼于各自升级的需求,也顺应着社会与经济发展的趋势,天然具有相互融合的可能与必要。两大产业结合各自优势和特点的深度融合,将共同完成向更高层次的蜕变,形成具有深远影响的全新业态——能源互联网,并以此推动能源革命,进而开启和完成第三次工业革命。

  互联网与能源融合之所以是能源互联网,而不是互联网能源,是因为能源产业作为人类社会与国民经济的基础与命脉,具有更加至关重要的地位,能源革命也具有更加深远重大的意义。互联网产业作为一种在基础和命脉之上衍生而出的轻资产,难以全面驾驭厚重的能源产业,其在与能源产业的共生同进中,必然只有以能源产业为主导。如果说互联网是高飞之翼,能源则是根本之力。当前,尤其需要借力互联网技术及思想,综合利用IPv6、大数据、云计算、物联网等互联网技术和互联网思想,赋予能源信息数据属性,改造能源物理网络形态,优化能源传统组织结构,全面提高能源产业的创新力和生产力。

  2、能源互联网的基本内涵、外延拓展及功能特征

  能源革命与“互联网+”深度融合的产物——能源互联网,是互联网技术全方位渗透能源领域、能源产业主动融合互联网技术的结果,相比目前已开展的智能电网,具有更广泛的内涵与外延、更复杂的框架与构件、更突出的功能与特征。

  2.1 能源互联网的基本内涵

  2004年,英国《经济学人》杂志刊发了名为《BuildingtheEnergyInternet》的文章,是目前正式提出这一观点的最早文献。2008年,美国记者托马斯·弗里德曼在其《世界又热又平又挤》一书中对能源互联网进行了介绍,这是经济学层面对能源互联网的最初探索。美国学者杰里米·里夫金在2011年出版的《第三次工业革命》一书中,认为能源互联网主要是利用互联网技术实现广域内的电源、储能设备与负荷的协调,最终目的是实现由集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用的转变。国内学者薛禹胜认为,能源互联网是由物理系统,即电网、气网、热力网、交通网等构成的综合能源网。余贻鑫认为,能源互联网和我们已论及的智能电网的基本理念是一致的,内容也找不出原则性的不同。曹军威则认为,如果说电网智能化还是在传统电网架构上通过信息化和智能化的手段,解决设备利用率、安全可靠性、电能质量以及可再生能源接入等问题,能源互联网的根本不同在于采用互联网理念、方法和技术实现能源基础设施架构本身的重大变革,使得能量的开放互联与交换分享可以跟互联网信息分享一样便捷。

  通过与智能电网的比较,可以更好地把握能源互联网的内涵。能源互联网与智能电网在自愈、消费者积极参与、系统运行效率最优化、容纳多种发电形式以及储能等新技术、新业态等方面比较相似。然而,智能电网只涉及信息与电力系统,能源互联网还涵盖了交通系统、石油系统、天然气系统、供热系统等等;智能电网只涉及电能传输与利用形式,能源互联网还包括热能、化学能等多种形式的传输、转化、使用;智能电网一般不涉及大规模输电网,主要是基于配电网、分布式、用户侧,实施电力系统的智能化管理和运行,能源互联网采用互联网理念、方法和技术实现能源基础设施架构本身的重大变革,实现能源生产、消费、传输的综合分析、协调。因此,能源互联网属于上层大范围的概念,包括内部和外部的互联,而智能电网是属于大框架下的下层概念,是电力闭环里的互联。能源互联网包括智能电网、更离不开智能电网,能源互联网为智能电网进一步发展提供了方向。

  本文认为,能源互联网是信息网络、能量网络和能源网络的高度整合,以电力网络为枢纽平台,以可再生能源和分布式能源接入为主要任务,以互联网技术为实现工具,通过能源调节系统对可再生能源和分布式能源基础设施实施广域优化协调,实现冷、热、气、水、电等多种能源形式优化互补,提高能源使用效率,实现信息、能量和能源三者之间双向流动共享。

  各发达国家基于各自的认识,已经分别对能源互联网做出了自己的实践探索。德国于2008年在智能电网的基础上进行了E-Energy技术创新促进计划,成为能源互联网实践探索最早的国家,力图充分利用信息和通讯技术,在整个能源供应体系中实现数字化互联及计算机控制和监测,以解决未来以分布式能源供应为主的电力系统面临的新问题,从配网到循环电网打造一个全新的能源网络。美国也于2008年建立了未来可再生能源传输与管理系统(FREEDM),希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统,以分布对等的系统控制与交互,在未来配电网层面实现能源互联网,通过云计算和大数据实现智能分析。瑞士未来能源网络远景项目与能源互联,侧重于不同能源形式的融合,最终实现电能、热能、化学能联合输送和使用。日本数字电网联盟提出了基于“电力路由器”的能源互联网,着重于发展数字电网体制,形成互联网技术和能源网络深度融合。


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