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全球能源何以互联

2017-06-20 13:32:12 中国能源网   作者: 韩晓平  

 2017年的孟夏,来自100多个国家的各界嘉宾齐聚北京,共商“一带一路”建设合作大计,献计献策,希望这一世纪工程造福各国人民。

 “一带一路”是为了实现“多数人的现代化”的伟大梦想,是当今中国共产党人的新天下观和历史使命。正在为世界各国人民所接受,所期待。

 习近平总书记以国家主席的身份,在“一带一路”国际合作高峰论坛开幕式上代表中国人民发表了《携手推进“一带一路”建设》的主旨演讲,宣示了与各国人民共商、共建、共享,造福于世界,造福于人民的“一带一路”。

 习主席在演讲中就“设施联通是合作发展的基础”,为能源的互联互通提出了“要抓住新一轮能源结构调整和能源技术变革趋势,建设全球能源互联网,实现绿色低碳发展”的构想。

互连与互联

 这一构想在能源行业引起的不小的讨论,尤其围绕着“全球能源互联网”的认识上。对于这个问题的认识其实存在比较大的差异,何为“能源互联网”?如何进行“全球能源互联”?

 “能源互联网”在中国被关注并得以热络是在2012年6月。2011年,美国未来学家杰米里·里夫金出版了《第三次工业革命》。时任国务院副总理李克强同志看了英文原著之后,推荐给大家。2012年6月,中信出版社翻译并出版了中文译本《第三次工业革命:新经济模式如何改变世界》。该书在中国受到极大热捧,不仅仅是能源从业者,也受到互联网行业、传统工业人士的普遍关注。到2012年10月,该书就印刷增发了18次。

 中国对于《第三次工业革命》的关注,不仅超出了里夫金的家乡美国,也超出了积极推进能源转型中的欧洲。该书为什么在中国如此高度被关注?不仅仅是他描述了未来的世界,更重要的是里夫金在书中贯穿的政治理念,与今天很多的共产党人形成“共鸣”。

 里夫金在书中畅想:“互联网技术与可再生能源将结合起来,为第三次工业革命创造强大的基础,第三次工业革命将改变世界。再新时代,数以亿计的人们将在自己的家里、办公室里、工厂里生产出自己的绿色能源,并在互联网上与大家分享,就像我们在网络上发布,分享消息一样。能源民主将从根本上重塑人际关系,它将影响我们如何做生意,如何管理社会,如何教育子女和如何生命。”

 里夫金在中文出版的“序言”中,将“分享”的理念升华为“共享”。他说:在可预见的未来,在中国这片古老的土地上,数百万中国人将可以在自己的家中、办公室和工厂里生产自己的可再生能源,并通过“能源互联网”实现绿色电力的共享……。自己生产可再生能源并通过能源网络实现共享这一设想无疑具有极大的诱惑力。

 国家能源局老局长徐锭明在阅读了里夫金的著作后,曾非常感慨的说,里夫金是距离共产主义更近的人。因为里夫金的理念讲的是人们的广泛参与和共享,与共产党人曾经的梦想一路共识;这与中共十八届五中全会提出的“发展为了人民,发展依靠人民,发展成果由人民共享”和“人人参与、人人尽力、人人享有”的政治理念一脉相通。

 在互联网蓬勃兴起之后,世界各国从事能源研究的人,不约而同都受到了互联网的启示,而可再生能源和储能技术,以及互联网思维和理念向能源的快速渗透,大家逐渐形成了广泛的共识。

 2001年我曾经在国家发改委《节能与环保》杂志(2001第3期16-19页)发表过一篇题为《第二代能源系统解读信息时代》的文章,提出:“根据用户用能性质、资源配置等不同情况,由燃气管网将天然气、煤层气、地下气化气、生物沼气等一切可以利用的资源就近送达用户。由无数小型燃机、微燃机、内燃机、外燃机、燃料电池等各种传统的和新型技术装置,与太阳能、地源和水源热泵、风电、水电和核能等装置组成的能源互连网系统”。

 当时的认识停留在用“信息技术革命整合传统能源系统”的层面,仅仅认为:“在因特网和智能计算机的优化运行调度下,进一步与智能家用电器实现协同优化,实现最小范围的优化调度。并利用低谷燃气资源和低估电力资源为用户的交通工具蓄电、储氢,实现燃气、电力、供暖、制冷和生活热水的供需平衡,使各系统都达到最优效益状态,以降低个能源系统代价”。

 当时,我们使用的是“能源互连网”。因为,那个时候早期的互联网也被称为“互连网”,是一个局限于个人计算机互连的信息系统。那时的网络是由个人计算机、数据包交换技术和电话线将彼此相连形成的单维度网络。与今天的数据将人人、万物互联,是不同时代的认识。与里夫金提出的人人参与的能源互联“共享”理念相差有距,这也是历史的局限性。

 “互连”与“互联”是存在很大区别的,很多人或许并未意识到其中的差异。现在很多人说的“能源互联”实际上还是传统能源电力的互连。信息网络中的“互连”和“互联”是不一样的含义。“互连”指物理地域上的连接,而“互联”不仅指物理地域上的连接,还包括信息传输的链接互动。“互连”:相互连接,彼此连在一起形成单一维度的关联;“互联”:多元、多维度、多层次的相互联合,彼此通过互动融合形成了一个新的整体。

 习主席在“一带一路”国际合作高峰论坛上说的是“全球能源互联网”,强调的是“互联”;2015年9月26日,他在联合国发展峰会发表题为《谋共同永续发展做合作共赢伙伴》的讲话中,也是说要发展“全球能源互联网”,应该不是现有能源电力系统的简单互连。不是仅仅将各国的电网、天然气管网、石油管网连接上,而是要实现能源的互联互动互助,让各个国家和各国人民共同参与,构建人类命运的共同体。同样也应该是一个“人人参与、人人尽力、人人享有”的绿色可持续的能源互联网。

 国与国之间的能源、电力、油气是否需要全面互联,要实事求是地具体分析具体对待,互联的目的是要有利于彼此的经济社会发展,而不是为了互连而互连。目前,全球能源的技术趋势是在智能技术的支持下呈现超扁平化,供需互动化。地球上阳光普照,光伏和储能技术的迅猛发展,成本不断下降,价格越来越有竞争力,这样的因地制宜就近利用的绿色能源,不仅具有较好的经济性,而且存在更佳的参与性。这是一个具有颠覆性的革命,我们必须正视它的发生。

能源革命

 习近平同志提出了能源的“四个革命和一个合作”,在能源革命中将能源消费革命放在了首位。革命是自下而上的颠覆,而能源正在发生着从需求侧逆向而来的颠覆。消费者正在借助能源互联网和各种新能源技术创新,参与能源的投资、生产和互助共享。

 引领美国科技创新的企业家埃隆·马斯克提出,用一个太阳能光伏屋顶、一辆电动汽车和一块家用储能电池(Powerwall)实现每一个家庭的“能源独立”。这些家庭可以就近联网,互联互动互助,通过智能控制系统实现能源互联。马斯克要用这种方式将全美4500万个拥有屋顶的家庭联成一个新的智慧能源的网络体系,最终将全球20倍于此的拥有独立屋顶的家庭,实现能源的自给自足和共享互助。不仅靠可再生能源解决电力供应,还要满足采暖和制冷的需求,甚至还将解决交通的能源需求。

 马斯克的创新实践与里夫金的梦想代表着一个时代进步的共同目标,他们不仅要解决能源供应和可持续发展,还要解决更大民众的参与和共享。他们希望和正在创造一个个“投资生产型消费者”,实现一种自下而上的颠覆。这一方向还受到资本市场的追捧,使特斯拉的股价超越了通用、福特、克莱斯勒等百年汽车制造商,这意味着马斯克有足够的资金来实现他们的梦想。

Powerwall可以连接到网络,传输所有数据给用户,控制光伏屋顶、电动汽车和储能电池之间的互动,帮助用户管理电力生产、储存和使用。Powerwall还可以连接成网,通过智能控制实现最多9块组合使用,将多个太阳能光伏屋顶,多辆电动汽车和多个Powerwall联网工作。随着技术的发展,可以通过热泵和储能水箱蓄热蓄冷,将采暖、制冷和生活热水统筹控制管理。这种临近互联模式完全可以实现让无数的消费者就近投资,共同成为能源生产者,并彼此实现能源的共享。

马斯克还推出了商用型的Powerpack储能电池组,每个单元储能100kWh。他认为只需要6千万到1亿个Powerpack,就可以让美国这样体量的国家靠可再生能源解决电力供应。特斯拉不仅已经用“光伏+储能”模式实现了太平洋上的岛屿供电,并让该岛的电价比柴油机发电更加便宜。特斯拉还用这种模式为其内华达电池工厂供电,使产品成本下降30%。

或许人们认为这种模式的能源供应是属于发达国家的阳春白雪,成本是发展中国家难以承受的。这种担心在美国也曾普遍存在,但是中国的参与,正在改变一切。2016年中国国家能源局新能源司进行了多次“光伏领跑者”招标,每kWh报价从0.61元,0.52元,一直降到0.45元,电价已经大大低于“一带一路”沿途很多国家的工商业和居民电价。

光伏在中国百花齐放,光伏+建筑、光伏+工业、光伏+道路、光伏+汽车、光伏+通讯、光伏+学校、光伏+农业、光伏+种植、光伏+水稻、光伏+养殖、光伏+牧业、光伏+养鱼、光伏+扶贫、光伏+水土保持、光伏+荒山治理、光伏+污水处理……。不仅节约了土地资源、水资源,增加了清洁电力供应,还改善了传统行业的经济效益。由于光伏的低门槛,让越来越多的企业和各人可以参与,实现了“大众创业,万众创新”的大好局面。

2010年到2015年,储能电池的价格已经下降了50%。2016年特斯拉推出的第二代Powerwall,储电14kWh,带有智能控制的交直流逆变器,售价为5500美元,单位成本393美元/kWh,约折合2441元人民币/kWh。2017年该公司内华达电池厂投产,价格将下降30%,降至1709元/kWh。

人们担心这一价格发展中国家仍无力承受,但中国企业永远是每一个行业的生力军。过去几年来,中国的储能电池行业一直主导者全球的产量。这一行业每年吸引投资同比增长30%,价格下降20%。根据国家统计局公布数据,2017年1~3月,全国锂离子电池行业累计完成产量同比增长35.24%。其中3月份产量同比增长了45.31%。1元/Wh是中国储能行业的关键目标,在2016年普遍认为到2020年产能实现这一目标,而现在该行业很多人相信在2018年就有可能实现。

中国已经是电动汽车最大制造国和出口国。2016年纯电动汽车产量41.7万辆,同比增长63.9%,占全球产量的43%。而四轮低速电动车产量在2015年就已超过百万辆,预计2018-2020年产量将达350万辆。中国的低速电动车在很多国家就是电动汽车,2016年中国出口低速电动车超过10万辆,这些车的时速超过50公里/小时,最高可达70公里/小时;续航里程100-140公里,很多使用低成本的铅炭电池。1.5万元的车就有液压助力转向和液压刹车;4万元的车遥控车锁、液晶仪表盘、倒车影像、倒车雷达、暖风空调、GPS导航一应俱全,甚至拥有反向供电能力。只要充电可以保证,非常适合大多发展中国家民众的实际需求。

中国的汉能公司正在将高效的柔性薄膜光伏材料铺设在电动汽车的顶上,使电能的补偿更加方便且随时随地,也使买一辆电动汽车都成为了一个小型的发电站,将塑造一个“移动能源互联网”。

智慧互联

 中国借鉴自身发展经验,在一带一路沿线建设以建设工业开发区模式支持当地经济发展。“马斯克模式”只能适应居民及社区低强度供电,无法满足工业园区的电力和热力需求。如何满足此类区域的能源供应是需要我们优先关注的问题。

能源互联网是能源的互联、互通、互动和互助,是因地制宜、因需而设、就地取材、就近供能、自下而上、参与互动的多元化、多维度、多模式的系统,是资源禀赋、环境条件和用户需求高度契合,最大限度调动每个人、每个企业的积极性和主动性,给用户以参与感、体验感和主人翁感。能源互联网最重要的是将大家的智慧互联。

2009年,印度最大的房地产集团DLF公司,在印度德里机场附近开发建设一座12平方公里的现代化“私营城市”—“DLF数码城”。DLF总部和十几栋高层建筑,总建筑面积超过180万平方米,满足微软、诺基亚、爱立信、渣打银行等世界五百强企业的业务需求。不仅需要100%可靠性的电力供应,还需要大量的制冷和生活热水,以及洗衣服的蒸汽需求。

DLF公司在其中的12幢建筑的地下室安装了59台小型燃气发电机组,形成186MW供电能力;采购了33台中国远大公司余热吸收制冷机组,形成275MW的空调制冷能力,并形成了一个智能控制的电力和空调冷水的“能源互联网”,能源总效率高达85%。不仅电力和制冷费用都大大低于传统能源供给模式,使投资商一年就收回整个系统的全部投资。还减少了燃煤发电生成的粉尘、二氧化硫、氮氧化物和MP2.5,每年净减少3.6万吨二氧化碳排放,相当于种树190万棵。

“DLF数码城”的天然气是DLF公司从卡特尔采购的LNG,通过公共燃气管网输送到现场,也可以通过槽车直接运抵现场气化利用。这种能源供应模式已经在国内外普及,其经济性、效率和安全性都是经过充分考验,不仅化学热能可以高效利用,而且物理冷能也可以综合利用。

中国著名的工程热物理学家吴仲华先生曾经就中国提高能效,就热力学第二定律提出了:“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的科学用能原则。苏州工业园区和协鑫公司根据这一原则,正在苏州创造一个多能互补的能源互联网,充分利用园区的各种资源,因地制宜地就近满足不同用户的各种不同需求。

苏州工业园区打造的“智慧能源互联网”将光伏分布式能源、天然气冷热电三联供、分布式风电、储能(储电、储热、储冷和储压)、低位热能利用(工业废热和水源、地源热泵)、节能服务(能效电厂和合同能源管理)六位一体,将电网、热网、冷网、天然气网、交通网和信息网实现六网集约优化,将能源、交通、建筑、智慧和金融整合。

2015年7月1日,国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》,明确了互联网+智慧能源就是能源互联网,“通过互联网促进能源系统扁平化,推进能源生产与消费模式革命,提高能源利用效率,推动节能减排。加强分布式能源网络建设,提高可再生能源占比,促进能源利用结构优化。”建设以太阳能、风能等可再生能源为主体的多能源协调互补的能源互联网。

现代物理学和信息科学的研究都认为信息和能源是可以互动互通的,阿里巴巴公司正在致力于通过将“能源变数据”,通过信息技术实现优化节能,实现将“数据变能源”的梦想。如果我们有一天将这些充满智慧的,高效绿色的,协调互动的和共建共享的“智慧能源互联网”联成一片,即便是在信息和智慧维度的全球软互联,也是全球能源互联网的一种表现形态,其意义仍不可估量。

引以为鉴

一带一路沿线国家普遍存在着发展的严重不均衡,基础设施非常薄弱,政治不够稳定,有些国家时常遭受恐怖主义的威胁,地理差别也千差万别。实事求是地因地制宜采用适合的能源供给方式,不仅是经济发展的需要,也是社会进步的需要。将中国的大企业、大电厂、大系统、大电网和特高压模式未必适合其他国家的发展需求。

最近,企业家曹德旺在央视“对话”节目上回应他为什么投资美国时说,美国的天然气9美分/立方米,只要中国的1/5;电价4.5美分/kWh,也不到中国的1/2;汽油、柴油价格也反映到运输成本,也是中国的一半;美国的税也便宜,赚100万,企业可以拿到60万,中国只能拿到42万。

其实,业内的人都知道中国企业的电费远不止4.5美分/kWh的一倍,9美分相当于0.6183元人民币/kWh。河北是相对电价比较便宜的一个省份,60万千瓦燃煤火电机组上网标杆电价0.3497元/kWh,大工业用户10kV电价理论上只有0.6011元/kWh,而实际上尖峰电价达到0.9378元,高峰0.8255元,低谷0.3767元,每kW负荷每月还要缴纳35元的基本电费,如果是两班制平均电费就要超过1元/kWh以上。

如此之大的成本差异,与我们过度强调规模效益存在因果关系。这些年我们热衷于规模建设,什么都是越大越好,煤矿越搞越大,电厂越搞越大,电网越搞越大,企业越搞越大,带来我问题是产能越搞越是过剩,企业的负债越搞越多,公司的效益越搞越差。风电弃风,水电弃水,光伏弃光,核电弃核。燃煤火电设备利用小时一年不如一年,按照火电设备5500利用小时核算,装机过剩2.56亿kW,电量过剩了1.41万亿kWh,超过日本和俄罗斯的用电量,相当于法国、德国、捷克、比利时和希腊五国用电量之和。

国有企业一味追求规模膨胀,却无法给国家上缴更多的利润。为了维持公共设施的运转,各级政府不得不更多地依靠税费增加财政收入。中国企业负担之重已经不是秘密,国务院三番五次开会希望给企业减负。中华民族勤劳、善良、包容和隐忍,能够自我消纳和化解各种压力,这在全世界几乎是绝无仅有的。我们可以将所有的低效、浪费、失误和盲求以强势变为成本转嫁给他们,但我们必须清楚,这是一种难以复制的模式,而其后遗症严峻,特别是在一带一路沿线国家。

最近,中国机械进出口公司和北方工业公司在孟加拉国相继合资建设大型火电厂,煤炭从印度尼西亚进口,发电厂上网电价0.085美元/kWh,折合0.5825人民币元。而孟加拉的工业用电电价只有0.1美元/kWh,折合0.6852人民币元。电网中间的差价仅仅0.1027元,不仅要承担输配电成本和损耗,还要承担居民用电的交叉补贴和偷电问题。孟加拉国并不是一个个例,与中国电网的价差完全不是一个故事。

塔吉克斯坦在苏联解体后曾经爆发内战,深受极端恐怖主义的祸害,国家被打的千疮百孔,基础设施遭到严重破坏。2014年1月10日,河南第一火电建设公司承建的塔吉克斯坦首都杜尚别两台50MW燃煤热电机组1号机组并网发电,及时解决了杜尚别冬季电力短缺和供暖不足的矛盾。拉赫蒙总统说,这是塔吉克斯坦人民在寒冬中收到的来自中国最好的礼物。

这件事深深感动了塔国人民,习近平主席出访杜尚别,拉赫蒙总统一直拉着习主席的手,说“亲兄弟来了就要拉着手”。2016年12月由新疆特变电工投资,中电建湖北公司承建的杜尚别二期项目2号热电厂竣工。两台150MW机组电全年发电量22亿kWh,占该国电力负荷的16%;供暖430万平方米,保障杜尚别70余万居民冬季大部分取暖需求,体现了中国一带一路“亲、诚、惠、融”的理念。

50MW和150MW的燃煤机组在中国都是要被淘汰的“小火电”,但是,热电联产效率非常高,发电成本较低,环保也按照世界最先进的中国标准,替代了成千上万老百姓采暖的小煤炉,极大地改善了当地环境。杜尚别日均最低温度-2℃,日均最高温度8℃,即便是5月底的夜间温度也只有13℃,供暖是当地人民最重要的生存保障。而这些是特高压远距离连网输电所难以解决的,但是这种科学合理的能源转化利用方式依然可以让全球共享,难道这不应该属于全球能源互联网的一个组成部分吗?

习近平同志说,中国愿同世界各国分享发展经验,不会输出社会制度和发展模式,更不会强加于人。坚持秉承各国共商、共建、共享原则。我们要践行绿色发展的新理念,倡导绿色、低碳、循环、可持续的生产生活方式,加强生态环保合作,建设生态文明,共同实现2030年可持续发展目标。(2017年端午)




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责任编辑: 张磊

标签: 一带一路 能源互联网 太阳能 光伏屋顶 储能电池

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