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能源4.0:产业能源互联网 重塑中国经济结构

2016-11-24 09:55:22 协同论   作者: 顾为东   

2015年,中国政府实现经济增长6.9%,也就是说中国经济进入发展新常态后,仍将保持较高速度增长。而随着“一带一路”和“亚投行”的成立,中国也将拥有一个国际化的大舞台,那么究竟是什么可以支撑起中国的新一轮发展呢?

首先,我们应该明白:按照目前中国的能源结构现状,中国经济的增长速度同能源消耗是成正比的。而长期以来,由于中国能源的过度消耗,已经给我们的环保带来很大压力,“雾霾”已经成为中国经济发展高速的副产品,并且非常深刻的影响到了人们生活的方方面面。

因此,我们在转变经济发展方式的同时,怎么样能够更加充分、健康的利用既有能源,也将是我们应该考虑的重大问题!

2015年,习近平总书记两次提及“能源革命”,将其与科技革命、产业革命并列为新一轮全球性的“革命”。李克强总理也提出了“互联网+”的崭新概念,这是一个经济与社会发展的一个大平台,在这个平台上将演绎一场波澜壮阔大众创新、万众创业的现代史诗,一定要充分利用“互联网+”这一概念,“互联网+”的本质其实就是把互联网当成像水和电一样的基本工具。在这种思想的指导下,将自己的思考凝炼,提出第四次能源革命(即:产业能源互联网)的战略定位和理论思想,简称“能源4.0”。

令人欣慰的是,历史又给了中国新的机会。在能源4.0方面,中国走在了世界前沿。随着第四次工业革命的到来,互联网化、协作化、智能化是世界工业发展的大势所趋,而中国能源事业的发展也在这一过程中找到了立足点,并且引领了世界能源事业的大方向,能源4.0是“互联网+”这一指导思想在能源领域的重大应用,也可称为“智慧能源”。

该怎么认识能源4.0呢?

能源跟工业是一对兄弟,我们先从世界工业史说起。

纵观人类历史上的工业革命,每一次工业革命均有重大的能源革命与之伴生,并成为推动工业革命的原动力。在18世纪中叶,人类开始大规模使用煤炭替代薪柴,实现了第一次能源革命,可称之为能源1.0,它促使主要以煤炭为动力源的蒸汽机得以推广和普及,并促成了第一次工业革命,可称之为工业1.0。到19世纪中后期,人类开始大规模使用石油,人类社会实现了第二次能源革命,即能源2.0,促使以石油为动力源的内燃机得以推广和普及,并促成了第二次工业革命,即工业2.0。进入21世纪以来,人类通过互联网技术与可再生能源融合,将分散式的新能源和可再生能源进行集中使用,人类社会进入能源3.0时代,由此掀起了第三次工业革命浪潮,即工业3.0。简言之,能源1.0,使煤炭和蒸汽机结合,促成了工业1.0;能源2.0,使石油和内燃机结合,促成了工业2.0;能源3.0,互联网技术和可再生能源结合,促成了工业3.0。

如今,德国提出第四次工业革命,即工业4.0,是利用互联网信息技术与先进的精密机械工业相结合的手段,实现制造业向智能化转型。作为以智能制造为特征的工业4.0,必然需要可持续的绿色能源和节能、环保、低成本的基础材料作支撑。

我们知道工业4.0的颠覆性在于“智能化”生产,这种智能依靠的是数据、运算和连接,实现了机器和材料、机器和机器、机器和产品“无缝协作”,发挥了1+1远远大于2的综合性效应。那么不同性质的能源之间,是否可以通过互联网、互联网统一协作起来,并实现这种效应呢?就好像工业4.0并不是某种新设备、新机器的发明,而是整个工业系统在运作方面的升级一样,能源4.0并不在于某种“新能源”的开采和运用,而在于整个能源系统的升级!

这就如同在工业4.0时代,工厂需要直接对接消费者,随时需要满足消费者的要求进行生产,而在能源4.0时代,能源端也需要直接对接用户端,根据用户端的需求进行调节能源供给。

无论是太阳能、风能、地热能、还有核能,每种能源都有它自己的比较优势和不足。如果能够通过一个调节系统将这些能源平衡起来,制衡能源彼此间的差异,那么这些能源的能量就能累加起综合效应,势必爆发一场能源大革命!这就是能源4.0!

移动互联网的去中心化,大数据的可预见性、互联网的无缝连接、云计算的超级运算,等等组合在一起,会将碎片化、多元化的能源组成一个“能源互联网”,其中互联网是“智慧能源”的基础:它利用先进的传感器和软件程序将能源生产端、传输端、消费端等数以亿计的设备连接起来,形成一个大能源生态系统。而大数据分析、云计算则使“智慧能源”具备了独立思考能力,它可以整合资源数据、环境数据、气象数据、电网数据、市场数据等,统一进行数据分析和运算。包括:负荷运算、储备运算,转化运算、平衡运算,使能源系统成为一个有机整体。

能源4.0不仅实现了多种能源累加综合效应,还实现了能源从消耗到产生之间的环环相扣。它将具备“智慧、协作、进化”的生命体特征,因此也就成为“智慧能源”。

能源4.0的提出,我想多用一些笔墨,这是基于我40多年来持续研究为基础的,常言“性趣和爱好是最好的老师”,我自小热爱科学,对科学充满憧憬,上世纪70年代在农村插队克服重重困难进行了十余项项科学实验,1978年获得江苏省政府“先进科技工作者”殊荣。“非并网风电”也是1980年在家中做实验时,无意中发现的一种自然现象,即在特定条件下多种电流不仅可以共融而且互不干扰,当给予特定的信号源时可以实现按序输出电能的现象,当时根据实验做的线路图,后经我国风电产业发展奠基人戴昌辉教授、农村能源(新能源)吴专家湘淦教授的指导,构建了多能源协同供电原理性模型,首次提出了“非并网风电”的概念。

当时确定学术名称为“多能源协同”,但为了便于和“离网”、“并网”的区别和内在联系,就简称为“非并网”。经多年研究、宣传和实践,“多能源协同”已在世界广为传播,成为目前分布式电源和智能微网的理论基础。

1980—1986年期间,我先后在《中国风能》、《江苏工学院学报》、《太阳能学报》等刊物上发表论文,直至2006年3月25日,这一原创理论在清华大学原副校长倪维斗院士、钱易院士以及电力电子实验室主任柴建云教授的支持、协调下,在清华大学电力电子实验室用现代化的设备仪器和严谨的科学方法,重新演示了1980年顾为东研究员在家的实验。实验过程中,倪维斗院士、柴建云教授等反复实验,重复实现、验证了多能源协同效果,实验报告认为:“该实验数据准确,方法科学,结果可信。非并网风电直接应用于高耗能产业是一个值得探讨的方向。可在此基础上进一步进行工业性中试”。

这次清华园的验证圆满成功,为发展具有中国特色的风电产业走出了一条创新之路,也为构建能源4.0:产业能源互联网理论奠定了基础。

非常庆幸在2007年,我作为项目首席科学家承担了国家973计划“大规模非并网风电系统的基础研究”(2007CB210300),这是经过数十年的研究已经取得产业化成果,促使我国在宏观经济和能源科技发展的结合上,在能源4.0的战略框架下,对全球能源发展改革和经济结构调整开始了思考,并将重塑我国乃至世界经济结构!

能源4.0超越了以太阳能为核心的第三次能源革命的范畴,它构建一个有机的高效、低成本、可持续、可调控的网络系统。能源4.0核心是产业能源互联网,是互联网技术与智慧能源、智能电网、智能产业的结合,为工业4.0提供绿色、可持续的智慧能源和节能、环保的加工材料;另一方面,能源4.0为工业4.0提供清洁原材料,通过生产清洁产品,实现动态平衡生产,消除以传统能源实现工业4.0带来的“原罪”。

对中国而言,当前经济与社会发展面临的国际、国内环境已与前35年改革开放发生了根本性的变化,人口红利、环境红利和资源红利已基本殆尽,这就要求我们在把握全球经济与社会发展的全局中,找准新一轮经济新常态发展的战略定位,并引领经济与社会的发展,顺利实现新常态。作为科研工作者,有责任为解决国家重大战略需求,为实现中华民族伟大复兴中国梦做出贡献。

能源4.0是与工业4.0相适应、面向全球的能源发展战略,也是中国领先世界的原创性科学技术成果,更是我国科技工作者的原创性理论贡献。实施能源4.0战略,我们具有领先优势,因此要在全球视野下抢占世界能源发展和能源革命的先机,通过能源4.0战略发展智慧能源,建立全球化的产业能源互联网体系,从而推动我国引领全球重塑经济结构,成为经济优化升级、实现新常态、进行供给侧改革的重要抓手。同时,全面、准确贯彻落实党的十八大和十八届三中、四中全会精神、推动我国全面深化改革,为实现中华民族伟大复兴的“中国梦”做出贡献。

在能源4.0时代,雾霾失去依附,将自生自灭。而研究能源4.0的价值和意义不仅在于对能源领域的认知,而是在于起原理背后有深刻的生活原理,比如:如何协作、如何差异化、如何分配资源等,这将对我们今后工作和生活起到一定的指导作用。

这里还需要强调的是,我们的能源还可以利用“亚投行”进行融资生产,利用“一带一路”进行产能输出,这就把能源4.0上升到了国际战略!

中国人历来崇尚是“和而不同”,只有“不同”才能产生“和”。但是在工业4.0之前,这种情况很难发生。因为大部分产品都是标准化产品,标准化产品的区别是等级之别,有高有低,三六九等,产品的等级造成各种等级。在一个等级遍布的社会,其实是很难和谐的。但是工业4.0就会制造出各种“不同”。

同样,能源4.0时代,各种能源也会彼此协作,依托互联网的连接和大数据、云计算的应用,形成一个由各种能源组成的能源生态体系。

在《周易》里,事物的最高境界是“群龙无首”,其实我们往往都是把这个词曲解了,因为“群龙无首”被理解成混乱而没有带头人的局面。实际上这个词的意义是:一条条的龙首尾相接,在天上盘旋。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,彼此协作但又没有等级,“群龙无首”被认为是大吉之相,但是需要经过前面曲折的过程才能实现,比如“飞空在天”指的是事物发展的鼎盛阶段,“亢龙有悔”指的是事物鼎盛之后的低调,最后才是“群龙无首”的最高境界。

而能源4.0就是中国能源的最高境界!

能源4.0:产业能源互联网,也为我们建设低成本或零边际成本社会”奠定了基础!

2014年底,《第三次工业革命》的作者里夫金又出版了《零边际成本社会》一书,并在书中预言:“在分布式太阳能和风能等得到充分发展和利用的未来,人们可能可以像今天通过互联网近乎免费地生产和消费信息一样,借助能源互联网近乎免费地生产和消费能源。”

能源4.0:产业能源互联网让“零边际成本”由概念到实践脱颖而出。在这一系统中可供挖掘的大数据和可以共享的丰富资源,提供了近乎免费且充分多样化和个性化的商品和服务。所以能够降低边际成本,有时甚至接近于零边际成本。因此,我国广袤、高耗能的传统行业一旦插上移动互联网的翅膀,站在风口上的“猪”也会飞。

通过对新能源革命研究,科技创新是实现产业能源互联网根本性的动力。“互联网+”的年代让过去不可想象的事情变得容易,我们需要做的就是进一步拓宽视野,去探索低成本或零边际成本的产业能源互联网。当前,在本文介绍的能源4.0的“产业能源互联网体系”中,使用“高载能调峰工业”作为错峰储能载体,开拓了储电的新思路。海水淡化、氢能源汽车、电动汽车和污水处理及水回用等10多个高耗能行业也可以尝试借助互联网调峰,让发电、用电和高耗能产业降低或接近零边际成本。也就是说在一些特定时段通过大数据、云计算可以实现免费为家庭汽车充电、洗衣、空调和冰箱冷冻,免费生产淡化海水、氯碱、铝锭。可以说,能源4.0是一个真正的低成本或零边际成本的产业能源互联网,随着“随时使用,何必拥有”观念被世人接受,闲置资源的利用和分享,让“零边际成本”随处而出(包括交通、运输互联网),为我们创新让供应商和制造商、消费者和生产者之间得以建立协同关系,汇成一个合作共赢的互联网新经济时代。

能源4.0是与工业4.0相适应、面向全球的能源发展战略,也是中国领先世界的原创性科学技术成果,更是我国科技工作者的原创性理论贡献。随着能源4.0战略的实施,将推动一个高效、绿色、共享、可持续发展零边际成本时代的到来。

实施能源4.0战略,我们具有领先优势,因此要在全球视野下抢占世界能源发展和能源革命的先机,通过能源4.0战略发展智慧能源,建立全球化的产业能源互联网体系,从而推动我国引领全球重塑经济结构,成为经济优化升级、实现新常态的重要抓手;也是全面、准确贯彻落实党的十八大和十八届三中、四中、五中全会精神,深入贯彻五大发展理念,推动全面深化改革,为实现中华民族伟大复兴的“中国梦”做出贡献。




责任编辑: 江晓蓓

标签: 能源互联网

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