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如何認識與構建21世紀新型能源結構:智能能源網

2010-08-09 11:26:54 科學時報

編者按:

2009年中國國際經濟交流中心成立了以鄭新立為總顧問、武建東為組長的智能能源網研究組,這是迄今國際上領先的以智能能源網為主題的研究團隊,目前參與課題的單位包括中國電力工程顧問公司、中科院電子學研究所等10家國內外知名機構。7月15日,該研究報告初稿通過專家評審。8月5日,中國國際經濟交流中心在北京召開成果發布會,聚集了包括國際智能電網聯盟、國際電工委員會、美國能源基金會等國際著名能源機構專業人士的參與。

智能能源網是由我國著名能源專家武建東在國際上首次提出的以綜合網架為基礎的應用能源學說,這一學說明確了智能能源網的概念、四大系統、八大子網絡、十要素流程模型以及智能能源網的變革和應用,展現了對中國發展智能能源網變革與應用的長期戰略的認識和思考。同時,他還提出了沒有市場化就不會實現能源智能化的重要結論。武建東也被國際業界譽為智能能源學說的創始者和奠基人以及新能源結構架構的設計者,由此也推動中國在這個領域居于世界先進地位,中國應該享有在這個領域重要知識產權的收益。

智能能源網對現有美國能源部、美國電科院、歐洲技術論壇以及中國國家電網的堅強智能電網概念都有更加創新性的提升,超越以單一電力系統網架智能化為主的改革方案,在更大范圍的能源領域中確立了能源體系的智能化。

在此次中國智能能源網成果發布會上,上述結論得到了國內外能源界的高度認可和贊譽。國經中心常務副理事長鄭新立認為智能能源研究成果反映了推動智能能源發展的創新模式和實施方案,展示了對新能源產業的價值鏈重組,發揮后發優勢促進經濟結構智能化的廣闊前景。中國能源研究會理事長柴松岳明確表示,與單一電力系統智能化改革相比,按照綜合網架理論推動智能能源網建設,可能有更好的效果,中國應該走有別于西方國家的能源變革道路,這個模式以智能能源網的形式概括是恰當的。

國際智能電網聯盟主席Guido Bartels說,中國已經在能源領域的許多思想創造方面處于世界領先地位。武建東教授和他領導團隊的先進理念已經被高端業界廣泛認可,使人們越來越清晰地認識智能能源網是成功的能源變革中的關鍵支撐要素。

國際電工委員會智能電網工作委員會代表Eckardt Guenther博士表示,武建東教授確立了十個要素流程模型和優先發展的八個重要領域,這些都是非常精彩和有遠見的提議。

通過此次會議,中國國際經濟交流中心與多個國際組織和示范項目之間達成共識,發展智能能源是實現全球能源變革的最明智的選擇,不能以單一電力系統的智能化代替能源全系統的智能化,能源體系的智能化對全球能源變革至關重要。誠如國際智能電網聯盟主席Guido Bartels所言,這是第一次國際上關于智能能源網的歷史性交流,共識良多,意義重大。

當今,對于世界上最大的生產體系中國而言,智能能源網改革將是一個重大機遇,中國應抓住這一稍縱即逝的先機,加快推上智能能源網建設。

發展智能能源網到底是以電力為突破口,還是以電力和燃氣為共同突破口?武建東對這一備受爭議的問題作出了回答,他第一次提出,智能電力和智能油氣網是中國發展智能能源網的共同引擎和突破口。因為電力、燃氣是能源網絡之中兩個巨系體量的高壓、中壓、低壓兼具的網絡,迫切需要整合運行。

中國的水資源利用方略,到底是依靠跨河域調水,還是應該轉向工廠化人造淡水?武建東根據智能能源網學說,首次超前指出:中國可以以海咸水淡化取代南水北調工程。未來中國1/3的淡水、尤其是工業用水應該來自于海咸水淡化,使國內水資源和其他資源形成優化配置,推進構建中國的智能水務系統。

對于全球第三次能源革命的主力內容,到底是直接以發展清潔能源為主,還是以不同能量間的智能配置和發展清潔能源并重?武建東第一次提出智能能源與人類能源優化配置的路線圖,應用這一新型能源學說,全球將實現節能15%;以2009年全球能源消費近110億噸油當量而論,大約全球每年可節省近10多億噸標準油,按原油價格每桶70美元估算,大約可節省7000億美元,相當于由中國拉動一次全球能源系統運轉體系的更換。

推動智能能源網發展到底需不需要市場化?武建東第一次提出,沒有市場化就沒有能源的智能化,沒有市場化就沒有以網絡化的管理實現能源交易和服務的優化。組構不同能量網架間的互動將整體性提高能效15%,由此將構成新的利潤來源。

……

智能能源網學說的概念

武建東第一次提出并定義了智能能源網的概念,這也是國際上首次對智能能源網作出的定義,它標志著人類從電力智能化到能源體系智能化的更高端認識。

智能能源網是指利用先進的通訊、傳感、儲能、新材料、航天、化工、微電子、海量數據優化管理和智能控制等技術,對傳統能源的流程架構體系進行革新改造和創新, 建構新型能源生產、消費的交互架構,形成不同能源網架間更高效率能源流的智能配置、智能交換,推動現有單向運轉的能源體系向更高級發展,進化為生產、輸送、分配、使用、市場、運行、客戶、服務、遠期能源價格管理和監管、碳權利與低排放獎勵和不同能量網架之間優化整合互動這十要素的流程。智能能源網更準確地說是互動能源網,目前也被稱為更先進的智能網學說。

智能能源網的四大系統

武建東第一次提出了發展智能能源網對人類能源體系的創新意義,即“實現從科層制的能源結構到多元互動能源結構的結構創新,這個新型的能源結構包含四大并列的產業系統,即智能化的集中分層式能源生產和輸送系統、先進的儲能系統、智能終端能源系統、智能能源服務系統”。

武建東定義的這四個系統表明了人類對新型能源結構的創新思考,反映了人類可以更好地駕馭新型能源系統的意志和動力。

核心系統之一:智能化的集中分層式能源生產和輸送系統

智能能源網推動能源生產和輸送系統從等級制的能源結構之中獨立出來構成一個更加專業的新產業體系,并成為人類有效利用能源的基礎鏈條,它將實現不同能源網架間的通用模型、通用標準、通用協議、通用網絡、通用數據的構建,以期推動數以億計的能源系統的各種組件實現積極運行。

因此,智能化的集中分層式能源生產和輸送系統就是兼容了不同能源網架間通用性的新型的能源生產和輸送的集成系統,是網絡化、智能化、生態化具有柔性性質的能源設備集群。

核心系統之二:營建先進的儲能系統

智能能源網的儲能系統是指將能量以可控制性、可觀察性、互操作性的方式直接、間接存儲起來的能源集成系統,它推動能量從單一流向演變為雙向、多向流動,推動能源系統從集中式控制演變為扁平化分散式控制。

智能能源網推動儲能系統從傳統的能源體系之中獨立出來并構成一個新的產業體系;儲能系統將成為日后生產和生活的基本儲備,是能源體系穩定的基石,是更加合理地利用現有能源資產的基本通道,也是合理兼容吸納推動清潔能源的必要條件,構建儲能系統是一場革命,它將組建生產、輸送、分配、客戶服務以外的第五能源價值鏈。

核心系統之三:營建智能終端能源系統

什么是智能終端能源系統?

武建東指出,在傳統的能源結構之中,建筑、交通 、工業設施等終端系統主要是能源的消費體系;而在智能能源網絡之中,它們既是能源的消費體系,也是能源的儲備系統、簡單的生產體系和參與能源市場的交易者。

基于智能能源網的終端能源管理體系就是利用系統集成的方法,推動通訊技術、信息技術、建筑技術和能源系統的有機結合,充分利用終端內部的智能設備、綜合布線、綠色低碳材料、終端專用軟件服務、燃料電池、儲能技術、微型燃氣輪機和內燃機等先進技術,實現終端內部照明、燃氣、電力、熱力暖通、空調、給排水、防災、防盜等設備的綜合智能控制,以期實現建筑、交通、工業設施等終端系統的高效能源管理,它可以通過電能、氣能、熱能的高效結合大幅提高能量的利用率,實現終端內部靈活定制、多種選擇、高效便捷的多網融合服務。

核心系統之四:營建能源產業的智能服務網絡

智能服務網絡的定義:它是指具有通用語義、通用語法、通用網絡、通用規范、通用端口,基于標準化流程、接口,能夠聯結先進組件和現有技術架構,能夠簡化和便捷各系統應用之間信息交換和邏輯服務,能夠實現即時數據傳感監測,有效實現高精度、全系統、時間同步的能源服務體系。它通過互操作性實現能源網絡的高效、安全、穩定的運轉。

智能服務網絡的構成:智能能源網推動智能服務網絡從傳統的能源體系之中獨立出來并構成鏈式互動能源結構的核心體系,它將包括傳統能源系統未曾建立的若干內容:能源引擎服務;氣象能源服務系統;遠程能源控制;機器與機器通訊協議;基于IPv6的信息基礎網絡;其他新產業業態。

智能服務網絡推動能源設施從孤島系統、自動化運轉到柔性能源生態集群。

從1882年愛迪生建立第一個電力系統以來的128年,能源系統、特別是電力系統逐漸成為強制性的科層體制,這個制度具有集權分層、自上而下的等級制、非人格化的公共服務組織、相對高效的管理程序、產業可預見性等特點,但是這個結構也具有管理僵化、產業結構的創造性不足、過渡依賴壟斷、資源浪費性高、囿于化石能源等不足,急需轉型。

基于智能能源網的智能服務體系是傳統能源結構裂解的最好觸媒,它推動能源設施從孤島系統、自動化運轉到柔性能源生態集群,這是人類智能化歷史上最大的產業升遷。

智能能源服務體系將推動所有能源設施從孤立設施、專業系統、行業網絡整合為網絡化能源生態集群,形成人、機、網、市場四位一體的格局,全球能源結構正面臨著一次前所未有的巨大轉型和產業增長的爆發。

智能能源網學說的八大子網絡

武建東也第一次提出了廣義和狹義智能能源網的概念,即:

廣義的智能能源網是指將人類使用的能源轉變為更高效率、更智能配置、更加清潔和更加安全的體系結構、互動能力和運營模式。

狹義的智能能源網建設包括智能油氣網、智能電力網、智能水務網、智能熱力網、智能建筑、智能交通、智能工業管理和智能交互架構管理。這八個部分相互影響,將會形成一個智能互動的、全新的能源產業體系。

武建東在國際上第一次提出了智能能源網的十大流程要素,被國際智能電網聯盟等國際機構高度認可,廣受贊譽,有權威專家表示,它很可能替代現有的智能電網的七要素流程。

智能能源網包括10要素:即生產、輸送、分配、市場優化、運營、服務、客戶、遠期能源價格管理和監管、碳權利管理和不同能量網架間的優化互動。

這個十要素論是國際首創,具有重要的實踐價值,目前已完成了國際上第一份智能能源網流程圖。

與美國NIST的七要素模型相比,該流程模型增加了如下三個要素,即遠期能源價格管理和監管、碳權利管理和不同能量網架間的優化互動。

遠期能源價格運行和監管是指智能能源網的建設應建立遠期能源價格的合理運行機制以大幅提高現有的電網、氣網、水網、綠色建筑的資產價值,而政府主管部門應加快確立新的法規、條例和能源監管規則,對能源產、輸、配、用等各個環節進行監管,以將我國的能源體系重組為更高配置的能源運行體系。

碳權利管理是指為推動能源產、輸、配、用等各個環節利用智能化信息系統和優化方法提高能源效率,降低碳排放,應在能源價格的制定中加入碳權利等的管理費用。推進碳權利管理將推動中國的能源管理加快提升為能量管理的水平,繼而將能量管理可以構造為與紙幣通貨管理同等重要的第二通貨體系,掌握未來國際分工;而推進遠期能源價格管理與監管的核心就是建立中國能源資產市場化增值的先進手段,為中國新能源變革建立新的資產積累戰略平臺。

不同能量網架間的互動是指中國智能能源網的建設應該實現大幅提高不同形式能量的相互轉換,例如用電高峰時增加油、氣發電,將油、氣能轉換為電能,用電低谷時給大型儲能裝置充電,將電能轉換為化學能等。

但十要素與七要素最重要的不同是,它把不同能量間的智能配置作為核心,認為能源網架真正的優化運行是實現不同能量間的互動。例如用電高峰時增加油、氣發電,將油、氣能轉換為電能,用電低谷時給大型儲能裝置充電,將電能轉換為化學能等。

智能能源網學說的十大變革應用

武建東在國際上創造性系統性提出了智能能源網的戰略要害及其應用,如下為指出的十個方面

之一:智能電力和智能油氣網是中國發展智能能源網的共同引擎

現在對中國推進智能能源網建設有三條主要路徑,一是直接推進智能能源網的八個組成部分的建設,二是推動以電力為主的智能能源網建設,三是推動以電力和燃氣為主的智能網絡建設。

從能源架構來說,至少要做到將智能電力和燃氣網絡作為突破口。這主要因為電力、燃氣是能源網絡之中兩個巨系體量的高壓、中壓、低壓兼具的網絡。如果單獨推進智能電力系統,將使轉型成本加大。因此我認為,智能電力和智能油氣網是中國發展智能能源網的共同引擎。

以燃氣網作為突破口有幾大優勢:燃氣網絡資產一般由地方掌握,可以形成以城鎮為中心的改革格局;燃氣網具備與其他網絡之間互動的基礎;最新技術已經使得燃氣網也可以作為終端能源主要供應者,即用燃氣發電直接解決終端用電問題;中國煤炭具備大量汽化的條件;燃氣可以作為新能源機動車的理想動力支撐。

之二:發展先進的儲能系統建設是中國能效水平的命脈

從中國能量的生產和消費結構分析,未來5年,網絡化儲能設施可以將中國能源消費的10%直接存儲,中國能源的20%可納入緩沖存儲;未來10年,網絡化儲能設施可以將中國能源消費的10%通過大容量儲備直接存儲,中國能源的30%可納入緩沖存儲。

如果將分散式和孤島型的中國儲能實例聯結成網絡并實現優化,中國能效至少能夠提高8%,如果推向更高級的儲能網絡運轉形式,中國能效可提高10%,相當于2011年可節省3億噸標準煤。如果由此推動構建全球儲能系統網絡,相當于激發一次能源局部產業革命,造就一個創新的新能源產業。

中國建立儲能產業的要素包括:直接儲能:緩沖系統儲能;實現不同能量的智能配置儲能;建立公共的虛擬儲能網架;推進以城市為主的儲能系統建設;推進以市場化為主的儲能交易市場建設。

注重緩沖存儲是構建中國最具潛力的儲能產業的關鍵,注重芯片、網絡與儲能設施的產業結合是儲能設施效益最大化的必然途徑。

之三:中國淡水、特別是工業用水的三分之一可以來自海咸水淡化

2009年中國全年總用水量5933億立方米,其中大部分來自于地下水和江河水,伴隨著工業化和城鎮化,中國用水規模太大而水資源在減少,但是中國又是一個有大洋大海的國家,如果通過多聯產的形式,通過海水淡化的方式可以重構中國的水利來源。

中國未來5年爭取建立日處理量3000萬噸的海水量化處理體系,未來10年建立日處理量可達到6000萬噸。中國有豐富的海咸水資源,它的處理成本比較低,三四元錢左右,這對國內未來資源需求價格來說還是可以接受的。

因此可以大膽設計,未來中國1/3的淡水、尤其是工業用水應該來自于海咸水淡化。基于此,我們應該及時依據新能源發展,調整南水北調以及其他跨江、跨河調水的計劃,使國內水資源和其他資源形成優化配置,推進構建中國的智能水務系統。

之四:智能建筑是建設智能終端網絡的核心

目前大陸地區建筑物的用電量占全國用電總量的70%以上,建筑能耗占國內整體能耗的40%,加上間接損耗大約接近50%,溫室氣體排放占國內溫室氣體排放總量的40%,通過改造國內傳統建筑可以大幅減少終端能源的浪費和污染,可以實現能源節約的規模效應,實現這個轉變的最理想途徑就是通過發展智能能源網,將中國的城鎮建筑改造為智能建筑,并以這個終端體系為基礎,重組中國的能源消費方式。

根據統計,中國城鎮房屋面積大約為580億平方米,每年使用的能源總量超過15億噸標準煤,如果國內一半以上的建筑實現節能20%~40%,相當于減少3億~6億噸標準煤的消耗,由此發展綠色建筑反而可以推動中國增長能力。

如果強制性地將國內每年新建的10億~15億平方米的房屋轉建為綠色建筑,又相當于中國每年可以減少3億噸以上的煤炭開采;如改建房屋大規模地使用綠色建材和智能設施,意味著中國在未來10年應有100億以上平方米房屋的綠色建材需求,而這個全球最大的市場將直接拉動新興的中國綠色產業。如成功推動綠色建筑的轉型,每年對GDP的貢獻大約可達到1%~3%之間,一二十年內,中國經濟有望保持8%左右的發展水平。

之五:城市是智能能源網建設的突破口

智能能源網行業的突破口可以電力、燃氣為主突破口,但是,有條件的地區可以實現智能能源網的整體改革;條件不夠理想的地區可以因地制宜、因時制宜分業改革。但是,行業改革不可能解決中國能源現代化的主要問題。

智能能源網整體或試點改革,則應該確定以推動600多個市級單元為主導的集成化改革,它應該是智能中國、價值中國、效率中國建設的重要體制突破口,這個突破的實質是重新劃分從中央到地方的改革利益。應該據此減權讓利,推進電力的輸配分離,在有條件的地區,應該制定地方法律,推進電熱氣水等公用企業的虛擬網架間的整合,以實現能源智能化。

與此同時,新能源的接入、調峰利益的分配、用戶的再分配、碳減排的收益、有線電視、寬帶等數據網服務、通訊網租賃等利益的整合將解決中國智能能源網多元投資的動力,有效地平衡改革的成本問題。

之六:高精度能源組件和專業網絡的整合,催生全球信息網絡的跨越式代際更新

目前互聯網使用的IPv4協議地址長度為32位,理論上網址資源可容納43億個主機,這個網址資源在2010年到2012年左右行將用盡。但是,數以百億計的能源組件高精度的互聯需要更多的網址資源。

IPv6將現有IP地址長度擴大到4倍即128位,這樣IPv6地址總數大約有3.4×1038,平均到地球表面來說,每平方米將獲得6.5×1023個地址,這將使地球上每一粒沙子都將擁有一個網址。

全球下一代大約需要更新10億臺以上的路由器,更換價值千億美元以上的互聯網軟、硬件設施。全球信息產業再一次帶來更換版圖的機會,而這個機會應該屬于優先推動智能能源網變革的國家,智能表計系統將營造中國互聯網升級的巨大需求,中國應該成為領先升級IPv6并獲得知識產權創造的國家。

之七:能源的智能化將推動全球人、機、網的運行和服務組構發生革命性變遷

發展智能能源網將推動中國100億個以上的能源設施組件從專業系統和行業網絡之中整合為一個網絡化能源生態集群,這個集群運營的主體超過5億人口;這個新型的能源生態群運營的網絡在IP地址的長度將為128,世界上人、機、網的組構將發生革命性變遷。

為此,應在發展數據傳感系統、智能表計系統等一般技術體系之上,實現契約性合作性能源信息的管理,開拓更高級的能源引擎服務,它的產業價值將超過谷歌的業務量;應大力發展終端能源電腦管理系統,中國的水電氣表就超過6億塊,它的業務量將超過蘋果;應大力發展能源終端的視窗系統,在中國能源終端超過了上網人口,它的業務量可能將超過微軟。

之八:從標準到實踐,全球能源分工新的制高點

智能能源網發展轉型的理想模式應是先制定標準和規劃,后推動業界共同轉型。

加快構造智能能源技術標準有三個途徑:充分整合現有的標準;補充提升現有的標準;創立新的技術標準。

據此建議:中國應抓住這一次能源產業變革中制定國際標準的戰略機遇,盡快與國際社會共同制定一套先進的智能能源網技術和產業標準體系,推動中國能源變革事半功倍。

之九:誰優先其他國家運轉能量通貨,誰就可能掌握未來國際分工的主動權

我們建議的智能能源網的十要素中加進以推進碳權利管理為核心的新元素,由此將推動中國的能源管理加快提升為能量管理的水平,繼而將能量管理可以構造為與紙幣通貨管理同等重要的第二通貨體系,這對全球調整以紙幣通貨為主的體系具有重要意義,誰優先其他國家運轉第二通貨誰就可能掌握未來國際分工的主動權,為此,中國應該加快研究將碳權利管理列入能源管理的流程之中。

能量通貨管理的具體表達肯定包括實行低碳獎勵,高碳懲罰的舉措。低排放獎勵是指為推動能源產、輸、配、用等各個環節利用智能化信息系統和優化方法提高能源效率,降低碳排放,應在能源價格的制定中加入碳權利排放約束等的政府管理費用。

過高地使用紙幣通貨制造了全球經濟發展的不平衡,支撐了世界上最重要的經濟體系的發展,但是也造就了紙幣通貨相對貶值的特征,現有經濟體系中加進新的能量通貨的元素,必將推動現有紙幣通貨流向低碳經濟,形成新的國際分工和財富轉移的效果。

之十:市場化是智能能源網建設的有力驅動

組構不同能量網架間的互動模式,推進水電氣熱建筑交通和工業管理的智能配置的優化結果,將構造為新的利潤、價值和效率來源。組構不同能量網架間的互動將提高能效15%,由此將構成新的利潤來源,智能能源網改革的費用主要不應由消費者承擔,因此,將不同能量網架間的互動界定為推動智能電網或智能能源網建設的核心將使中國能源體系的建設擁有更高端戰略的拉動優勢。

沒有市場化就沒有真正的能源智能化,沒有市場化就沒有以網絡化的管理實現能源交易和服務的優化。

國際智能電網聯盟主席

Guido Bartels:建立和發展新的“能源生態系統”

非常感謝國經中心邀請我參加今天的會議。事實上,作為引領智能電網發展的國際智能電網聯盟的主席和全球智能電網絡聯合會的負責人,能夠參加今天的會議,我感到非常激動,也非常榮幸。

急需建立公共平臺

自2003年成立以來,國際智能電網聯盟一直強調要建立一個21世紀的能源基礎設施,即一個能實現需求側管理和提高能源效率,并允許接入清潔的、可再生能源的基礎設施,我們也積極地將這一思想傳遞給政府官員、公共政策機構以及相關企業。希望更多的人了解并參與到建設中來。

過去三年,國際智能電網聯盟和美國能源部每年都舉辦國際智能電網會議,旨在關注智能電網以及智能電網對可持續發展的能源未來、能源安全和經濟增長的推動。以前三次會議中,智能電網的國際化方面作為眾多議題中非常重要的一個,今年的會議同樣如此。

本屆“國際智能電網全球論壇”將于今年9月21日~23日在美國華盛頓舉行。目前,“國際智能電網全球論壇”匯集了包括國際政策的領導人、企業領袖和來自北美以及世界各地的創新者在內的眾多參與人員,他們將共同分享智能電網的建設經驗以及未來的愿景。同時,中國的快速發展與能源緊密相連,我們期望中國能夠帶來能源變革的先進思想和經驗與我們分享。

今天,包括美國和中國在內的許多國家已經開始進行智能電網的建設工作;但是,我們認為,智能電網是一個真正的全球化的巨大工程,需要進行國際范圍內的合作。這種合作能夠使參與者建立一個開放的交流平臺,幫助更好地了解建設智能電網時所面臨的挑戰以及如何應對這些挑戰。

中國已經在能源領域的許多思想創造方面處于世界領先地位。武建東教授和他領導的團隊的先進理念已經被高端業界廣泛認可,武教授使人們越來越清晰地認識到能源變革中的關鍵支撐要素,即智能能源網。

智能能源網意味著電網將向一個互動的能源管理系統轉變。傳感器技術的快速發展和使用以及現有技術的綜合利用(如智能儀表、分析工具、面向服務的架構SOA、高速通信網絡和數字化的設備),使這一轉變成為可能:電力行業的整體運營效率將大大提高,而不僅僅局限于發電、輸電或配電各自運營效率的提升;將橫跨燃料、運輸、供應管理和客戶體驗等眾多領域的信息智能地組織在一起,實現整個能源行業跨領域的業務管理和可視化運營等等。也就是說,將形成真正的集成的能源價值鏈。

為了實現這一目標,目前急需建立一個公共平臺,以推動新的“能源生態系統”的建立和發展。為了建立這樣一個平臺,我們需要將正在積極投身于智能能源建設和發展的有識之士聚集到一起。作為推動新一輪提高能源效率、優化能源使用和服務的平臺,我們將智能能源概念稱為類似因特網的“能源網(energy web)”或者“能源2.0(Energy 2.0)”。

電網壓力的“減震器”

我想和大家分享的第一個案例是美國西北太平洋國家實驗室的“奧林匹克半島(Olympic Peninsula)項目。這個項目為華盛頓州的居民們提供了能源信息,并且通過激勵機制和自動化手段幫助居民們減少高峰時段和緊急情況下的電力消耗。

虛擬市場和自動化控制是這個項目的核心,被福布斯稱為“機器人易趣(eBay)拍賣”。在這個項目中,居民可以綜合考慮舒適度和電價兩方面因素來對家用電器和溫度進行合理的調節;在電價高于居民預先設定時,居民可以選擇減少能源使用。

該項目的成果非常顯著,高峰負荷平均減少了15%。而一項研究表明,美國的高峰負荷減少5%,就相當于減少了625座調峰電廠。

另外,在極端天氣持續40小時的情況下,通過實時電力市場能夠有效地控制負荷變化,保證負荷不超過配網的供電能力;只有當分布式發電加入時,才允許負荷超過配電線路的容量;而當分布式發電退出運行后,又能控制負荷使之再次降低,總體上使得整個時段的用電需求減少50%。

該項目另一個值得關注的內容是家用電器控制器,它能夠監測電網的負荷情況,自動關閉一些電器功能,從而減少家庭電力消耗。計算表明,如果所有的兼容電器設備都安裝這種控制器,美國高達20%的電力使用都是可以調節的,這在電網壓力過大的時候可以起到巨大的“減震器”作用。

目前,這個創新項目獲得了美國能源部智能電網示范計劃的資助,作為美國政府“經濟刺激計劃”的一部分,其成果正陸續在美國西北部推廣,實施范圍將擴大到5個州、11家電力公司、覆蓋6萬家居民和商戶。

世界首個“智能電網國家”

第二個案例是地中海島國馬耳他,它是世界上第一個“智能電網國家”,并且首次將水和電綜合考慮。馬耳他50%的飲用水都來自海水淡化,消耗大量電能。

為此,馬耳他國家電力公司和自來水公司正在展開未來5年的全國性智能電網合作,計劃將25萬支模擬電表和相同數量的水表更換為智能表,能夠實時監測電能使用情況,發現自來水泄漏和電力損耗,還可以設定浮動費率,具備遠程連接和斷開連接功能,并為節能用戶提供獎勵。

對于馬耳他這樣100%使用燃油發電的國家,環境方面的收益非常顯著:由于智能電網項目能夠更好地了解用電模式、需求管理和能效情況,馬耳他政府已經開始使用清潔性能源替代燃油發電。

作為歐盟的新成員,馬耳他預計這個項目將使馬耳他的公用事業實現跨越式發展,成為一個現代化的、先進的公用事業基礎設施。這個項目是馬耳他實現向具有競爭力的知識型經濟轉型的重要組成部分,能吸引和留住人才,刺激外國戰略投資。

另外,我們也做了一些插入式混合動力技術的早期研究工作,以幫助電力公司管理和交易供電容量,以及簡化車輛充電。一個值得思考的問題是:對于風電比重較大的電網,如何在保證電網供電安全的前提下,支持大量電動汽車的接入。

丹麥是世界上風力發電比例最高的國家,目前正在解決這一挑戰。在EDISON項目中,他們正致力于開發一個智能化的基礎設施,實現可再生能源對電動汽車的充電優化,同時,也研究如何以較低成本將更多可再生能源接入電網。

為了發揮智能能源的全部潛力,我們需要開始使用智能電網技術,更好地管理清潔能源,并與消費者合作實現供電和用電平衡。中國經濟的發展需要可靠的電力供應,需要進一步提高能源效率,實現低碳經濟;顯然,對于中國來說,采用新的、多樣化的能源以提高電網的可靠性和效率是至關重要的。

通用的國際智能能源網標準制定提上日程

鑒于武建東教授在國際上率先提出以綜合網架為核心的智能能源網的理論體系和創新性貢獻、在中國推進智能能源網研究和示范建設方面的努力,以及他在推進智能電網標準架構設計和智能電網架構研究方面的杰出貢獻,國際智能電網聯盟理事會在今年早些時候一致同意,委任武建東教授擔任國際智能電網聯盟理事會理事。同時,不久召開的新的全球智能電網聯合會的領導人也將邀請武建東教授代表中國發表有關智能電網的觀點。在新的組織中,武教授將在智能電網架構、“能源網(energy web)”或“能源2.0(Energy 2.0)”等重要概念方面發揮領導作用。具體包括:一、制定國際智能能源網絡標準與規范;二、推動國際智能能源網標準和國際示范城市間的交流和協作;三、確定各專業工作組的專家和工作機制;四、推動國際組織、各國政府和公眾共同認識并支持智能能源網的變革;五、其他理事會授權事務的管理。

國際智能電網聯盟和全球智能電網聯合會認為,通過智能能源網標準的研究,能夠促進全球在智能能源網的協同創新,提高全球能源效率,促進國際先進城市之間的經驗交流,為世界經濟可持續發展作出貢獻。而且,通用的國際智能能源網標準將提高人類在發展清潔能源上的共同使命感,為世界新能源變革建立一個更為穩定的運轉架構。

國際電工委員會智能電網工作委員會代表、德國專家組召集人、國際電工委員會智能電網標準主起草人

Guenther:中國將受益于智能能源網戰略

首先,我想對武教授和他的研究團隊的成員們在智能能源網研究中在戰略形成、發展模式及實施方案方面取得的重大成果表示祝賀。在如此短暫的時間里,他們透徹地研究了世界各國在智能能源網方面的特征和進展,并進一步創立了智能的多種能源網絡的概念,致力于整合和優化所有形式的能源使用。長期來看,整合產生的綜合發展優勢非常可觀,而現階段,鑒于能源儲存尚在開發階段,這種新的思路也顯得極為重要。同時,這也是二氧化碳在未來減排方面取得有效成果的重要途徑。

另外,武教授還確立了十個要素流程模型和優先發展的八個重要領域,這些都是非常精彩和有遠見的提議,對將來中國的能源消費意義重大。尤其是在中國目前城市化進程中,可再生資源使用比例增長的需求下,智能能源網絡能起到的作用更為可觀。 全球其他國家智能能源網絡的綜合使用很多都還處在初級階段。例如,丹麥的一個島嶼需要把電網里面不同的能源都整合到一起,減少整個可再生資源對電網帶來的沖擊。解決這樣的問題,必須采用智能能源網的解決方案和相關技術。

然而,智能能源網絡最重要的組成部分是智能電表,它將對可再生資源的接入起到關鍵的作用,尤其是對波動能源的補償方面更離不開智能電表的支持。值得慶幸的是,中國在智能儀表方面的發展已處于領先的位置。

發展戰略性整合的智能能源網對于一個國家形成整合的能源戰略無疑是極為聰明的舉措。作為當今世界經濟發展最為活躍的組成部分,中國將受益于一個精心布局、著眼于長遠并且是可持續發展的能源戰略。在智能能源網領域,一方面中國已經具備了將最先進的創新智能數字技術加以應用的良好基礎,另一方面,應用層面的發展反過來會催生新的技術,創造更加智能的世界。

中國在智能能源網方面給予高度重視,相關部門在智能電網問題上表現出的緊迫感和決斷力讓人印象深刻,對由此帶來的中國技術和市場的發展潛力非常看好。這些都將為中國在這個領域的成功贏得時間和機遇,贏得與中國在當今世界發展中實力相稱的地位。

國際電工委員會智能電網工作組歡迎和中國相關的供應商、用戶、行業專家以及政策制定部門在未來進行更多的交流和互動。德國在智能能源網方面就非常愿意加強和中國的合作。

過去幾個月中,國際電工委員會智能電網工作組在建立高層次的典型架構方面取得了一些進展,我們正在研究全球范圍內的一些用戶示范項目,今年10月會公布相關結果。我們愿意支持和參與中國智能能源網的高速發展,也愿意從中學習相關的經驗。中國的智能能源網發展已經是并且將日益成為全球智能能源網發展的重要組成部分。

中共中央政策研究室原副主任、全國政協經濟委員會副主任、中國國際經濟交流中心常務副理事長

鄭新立:發展智能能源網可整體提高中國能源效率

7月15日,中國國際經濟交流中心以武建東為負責人的研究組關于《中國智能能源網》的課題研究報告通過了國家能源局發展規劃司組織的專家評審。專家認為,這項成果在國際上率先提出發展智能能源網的戰略,可整體上提高中國能源效率,創造巨大的節能減排空間和經濟價值,具有重大的現實意義和長遠的戰略價值,是我國能源研究領域近年來少有的重大原始創新成果。

課題研究在國內外率先提出了智能能源網的應用學說,建立了以綜合網架為基礎的中國智能能源網發展模式和有關方案。在此,我對課題研究成果有三個看法。

首先,課題研究成果在很多理論方面有獨到的建樹。

課題組在國際上率先提出了智能能源網的概念,發展了智能能源網流程模式,提出了優先發展的領域,意義重大。這項成果經過詳細的論證和研究,主張將電力、水務、熱力、燃氣、數據、有線電視等資源捆綁整合,推動將智能能源網行業變革,提升為互動能源體系的集成改革。研究成果反映了我國推動智能能源網發展的創新模式和實施方案,展示了對能源產業價值鏈重組、發揮后發優勢促進我國經濟結構智能化的廣闊前景。

其次,研究成果具有重大的實踐意義。

課題組研究表明,建設智能能源網將會把我國能源效率提高至少15%,以2009年中國能源消費總量而論,全國每年大約可節省至少4億噸的標準煤,一舉創造巨大的節能減排空間和經濟價值。同時,發展智能能源網可以較大幅度提升不同能源網的效率,引領傳統的互聯網等產業的轉型和升級,帶動包括先進的通訊、傳感、儲能、海量數據優化管理和智能控制等技術的發展。

課題組在唐山市和上海浦東新區開始起步論證智能能源網學說的可行性和優越性,目前已初見成效。這樣的探索實踐,有助于完善智能能源網的運行體系和方案,明晰智能能源網的發展路線圖和國際技術標準,使中國成為全球智能能源網變革的先行者。

第三,研究成果具有重要的影響力。

智能能源研究成果反映了推動智能能源發展的創新模式和實施方案,展示了對新能源產業的價值鏈重組,發揮后發優勢促進經濟結構智能化的廣闊前景。同時,課題研究成果還將會對國內國際能源產業改革發展奠定嶄新的理論基礎,智能能源學說在中國創新發展,將有力地幫助應對全球能源和氣候變革帶來的挑戰。

中國是擁有13億人口的大國,而我們的人均能源消費總量只有美國人的1/4,我們要提高生活質量,過上現代化的生活,享受到人類科技進步和工業文明發展的成果,就必然會帶來能源消費的增長。因此,我們要用當代最新的技術和理念,特別是智能能源網的理念,來加強能源網的建設,提高我國能源消費的效益,走出一條綠色的發展道路,盡可能降低經濟發展和人民生活改善對環境的污染和碳的排放。

同時,智能能源網的發展也是互聯網在能源領域的應用之一。建設智能能源網,是符合當代科技進步方向的;另外,中國建設智能能源網,對整個經濟發展、產業升級、走新型工業化道路都是非常重要的戰略支撐點。同時,也是能源工業的新的經濟增長點。

全國政協經濟委員會副主任、中國電監會原主席、中國能源研究會理事長

柴松岳:智能能源網推動全球能源戰略轉型

目前解決全球能源戰略轉型的理論體系主要有兩個,其一是單網架的智能電網發展方案,如美國、歐盟提出的智能電網發展模式,中國國家電網提出的堅強智能電網也屬于這一范疇,這個方案注重以電力系統為主的智能化改革;其二就是武建東教授提出的綜合網架的智能能源網的發展方案,這個方案認為不同能源網架間需要實現更高效率的配置和互動,以實現分行業、多產業的能源智能化。

對兩種模式的比較我研究不多,但經驗告訴我,按照綜合網架理論推動智能能源網建設,可能有更好的效果,也能使中央提出的“以信息化帶動工業化,走新型工業化道路”的戰略落到實處。例如武教授提出通過海水淡化解決我國沿海城市工業用水的主要需求,并建議以此為基礎適時調整南水北調計劃,這個思路是有價值的,它可以推動我國發電設施建設、特別是海上風電建設。

中國應該走有別于西方國家的能源變革道路,這個模式以智能能源網的形式概括是恰當的。而且,發展智能能源網,可以充分發揮我們的制度優勢、不同能源網架智能配置的優勢、地方政府的優勢和市場的優勢,將我國能源領域巨大的潛力煥發出來。

總之,中國智能能源網研究是一項具有創新性的研究成果,在國際上也具有一定的領先水平,應予肯定!

上海市浦東新區政府區長代表、張江高科技園區管委會副主任

劉小龍:智能能源網助推張江低碳高效發展

發展智能能源網將加快 實現我國節能減排目標

武建東教授牽頭的智能能源網研究,從戰略層面提出了制高點式的能源體系整合模式。智能能源網不同于智能電網、智能水務網等單個能源行業獨立發展、獨立整合的漸進改革模式,直接定位有別于發達國家、具有中國特色與優勢且領先于國際跨越式綜合互動能源網絡,可有效避免資源浪費與重復建設,使我國電、油、水、氣和熱力等能源的綜合利用躍上一個史無前例的高度,加快我國實現節能減排目標的進程,實現綠色低碳、高效和安全可靠的經濟發展模式。同時,智能能源網的戰略性構想也將改變我國對國外能源建設模式跟隨模仿的現狀,對國家的能源安全有極其重要的意義。

張江試點

在課題組和武教授的總體部署與指導下,作為我國改革開放前沿的上海浦東新區參與了智能能源網示范項目的子課題研究,張江高科技園區被選作浦東智能能源網規劃與實施的示范區。

我們在子課題中對園區能源的結構、消費現狀與需求作了分析,希望在示范區域范圍內以綠色低碳技術、非生態消耗性技術為采納重點,嘗試新能源、分布式能源等微網系統的接入并網,通過傳感終端與智能化信息控制系統,實現各能源管網的調峰、填谷、儲能等功能,探索實現能源網的智能、互動架構。把浦東新區建設成為具生機和活力的、人與自然和諧的、可持續發展的生態文明示范區,把張江建設成為以低碳經濟為核心的國際級生態工業示范園區。

子課題研究組也對公共基礎信息網等現有技術架構與標準進行了分析,希望通過智能燃氣網、智能水務網和智能能源微網等示范項目帶動,實現新的技術與產業標準的突破,創造重大的知識產權標準,占據產業制高點,為智能能源網的大范圍推廣積累產業基礎。

同時也希望探索在經濟轉型過程中落實綠色低碳經濟理念需要突破的一系列技術和政策瓶頸,形成一整套包括制度、技術、范例、標準體系、配套、實施措施等在內的,區域智能能源網絡示范城發展實施方案和實施路線。

在這里強調“一整套”,是因為建設智能能源網將是一個浩大的工程,這不僅體現在需要大量技術變革與突破,更體現在需要全方位支撐體系的突破。

我們研究了美國在發展低碳產業方面的一些成功經驗:

第一步是進行技術儲備。盡管2005年沒有簽訂《京都議定書》,但那時美國已有大量的風險資本投資和布局于低碳產業的各個領域,包括大功率風電技術、太陽能高端領域、生物能源和新型電池、煤電、核電技術等各個領域。這些領域中的企業在風險資本的推動下,都進行了技術專利的儲備。

第二步是立法。2009年6月,美國眾議院通過了《美國清潔能源和安全法》。規定了2050年美國節能減排在2005年基礎上達到80%的水平,同時制定了占總數2%的7500家美國大型企業在2050年必須達到的節能減排指標。

第三步是資本市場的準備。目前全球碳交易基本上為美國所主導。美國推出了碳交易貨幣、投融資、貸款、期貨等金融體系和衍生產品。

第四步是作好輿論準備。美國公眾對低碳的認知率達97%。奧巴馬簽署的7871億美元美國經濟振興法案之中,600億美元預算將用于新能源和節能減排領域。2009年美國從部長、參議員到奧巴馬總統接連訪華,中美會談的核心問題即是節能減排,美國在輿論上作了大量準備。借鑒美國經驗,我國在整體推進智能能源網的時候,必須從技術、法律、資本市場以及組織體系、人員培訓、教育等各個方面,進行系統性的設計和全方位的打造。

浦東張江示范項目實施效果預期

初步預計,通過區域智能能源網的階段性建設,引入新能源、分布式能源技術,在部分能源管線間實現智能化互動化,就可以實現園區“十二五”期末總耗能降低15%、減少碳排放81.25萬噸,這將為建設一個和諧環保的社會提供重要參考。

智能能源網示范城項目在張江園區的實施,也將加速園區戰略性新興產業和技術發展,建成智能能源網產業鏈和配套產業基地。

張江目前在傳統能源改造(清潔煤)、儲能、新能源(光伏、光熱)、智能建筑、ICT(傳感技術、RFID、智能信息化控制)等相關領域都有深厚的產業基礎。預計“十二五”期末相關產業將直接新增約300億元產值,形成智能芯片、光電子器件及模塊、智能計量表具,用戶終端器,光纖傳感器、半導體照明器件和光伏、光熱、逆變器以及設備系統等近千億元戰略性新興產業規模,園區總營收規模將達到2800億元。

唐山市人民政府副市長

辛志純:唐山試點智能能源網

武建東教授創立的智能能源網應用學說,從全社會能源轉換的戰略高度提出了新型能源整合模式。這個模式將電力、水務、熱力、燃氣、數據、有線電視等資源捆綁為整體資源,以集成化手段構建實現互動式的能源網建設。這將有效推動中國能源用戶端的互動能力、互動標準、互動資源和互動產業鏈的建設和運轉,使中國能源經濟加快實現升級轉型。

2010年1月以來,唐山緊密跟蹤中國智能能源網發展模式研究進程,積極謀劃唐山智能能源網建設實施路線和方案,并與中國國際經濟交流中心合作開展唐山智能能源網示范項目研究工作。唐山的總體設想是,采用先進的通訊、傳感、儲能、海量數據優化管理和智能控制等手段,對傳統能源流程架構體系進行全面改造,建構新型智能化能源生產、供應、消費交互架構,同時,積極將智能建筑、電動汽車產業的培育和發展,納入區域智能能源網的發展內容。




責任編輯: 江曉蓓

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