促进可再生能源发展，加快能源互联网构建

赵东明

促进可再生能源发展，加快能源互联网构建

赵东明

中国的能源互联网首先进行基础设施建设，包括分布式能源、储能技术、智能电网等技术的普及和发展，然后逐步开放电力交易市场，基本建立电力交易的市场体制，接着实现电力系统的逐步完善，实现配电的智能化，在2020 -2030年建立一个中级能源互联网，先实现国内能源互联网的建设。

能源互联网将互联网技术与可再生能源融合，构建一个新型的能源网络，实现能源互联互通、信息实时交换，从而降低能源成本，提高能源效率，促进能源低碳化、清洁化、便捷性发展。

随着社会的快速发展，能源需求越来越大。大量使用化石能源造成了严重的环境污染，影响可持续发展。无碳、清洁的风能和太阳能等可再生能源的作用越来越重要，可以满足经济社会对能源的需求。能源互联网的构建，可以实现能源的区域配置与协同调节。可再生能源与能源互联网相结合，可以实现社会的可持续发展。

世界能源利用现状

随着能源消耗越来越多，化石燃料已不能够满足人类生存发展的需求，世界能源消费总量在今后很长一段时期内将始终保持高速增长。随着经济发展，世界一次能源需求量已经从1965年的53.8亿吨标准煤增加到2013年的181.9亿吨标准煤，预计到2030年可达到230亿吨标准煤，2050年达到250亿～270亿吨标准煤。化石能源储量有限，大规模的开发必然导致储量迅速减少，随着后期开采成本的增加，运输配置时的安全性、政治性与经济性压力增大，能源的开发、配置和利用方式将面临巨大的挑战。随着化石能源的减少，资源需求和供应之间的矛盾将制约人类经济社会的可持续发展。

大气中二氧化碳的浓度随时间的变化情况（图1 ）

北美洲、欧洲和大洋洲，能源消费增长较慢，消费量占全球比重持续下降，但却是人均能源消费水平最高、能源消费最密集的地区。随着亚洲、南美洲和非洲人口规模较快增长及工业化、城镇化不断发展，其能源消费占全球比重将较快增加。自2003年后，亚太地区能源消费总量已超过欧美地区，成为全球能源消费总量巨大、增速最快的地区。就中国而言，由于经济和社会处于快速发展期，化石资源消耗与电力需求迅速增加，据统计，1990—2013年间，中国能源消费量年均增长6.0%，新增能源消费量约占同期世界新增能源消费总量的47.4%，预计到2020年，中国电力总装机容量将达到1186吉瓦。

化石能源的大量使用会引起环境污染和气候变化。全球平均温度升高，酸雨、空气污染、水污染、土地污染等已成为不争的事实。化石燃料燃烧是温室气体排放的主要来源，因化石燃料而产生的二氧化碳占人类活动排放的温室气体的56.6%，由此造成的温室效应对人类的生存发展和生态环境构成极大的威胁。1850—2010年，大气中二氧化碳的浓度越来越高，增长的速度越来越快（图1），因此需要采取有效措施，降低二氧化碳排放。

化石能源的燃烧除了引起温室效应外，还会导致严重的雾霾(PM2.5)污染和二氧化硫等污染物。2014年底，环保部、中科院、中国工程院联合发布了北京、上海、哈尔滨、济南、石家庄和天津等六个重点城市的PM2.5来源解析，研究显示六个城市PM2.5来源的60%~70%与化石能源密切相关。中国、印度和四个发达国家的PM2.5情况对比（图2），可以发现中国的雾霾污染情况相当严重。二氧化硫等酸性污染气体的排放会导致酸雨，酸雨会对生态环境和人们正常生产生活造成破坏，2013年对中国降雨pH值进行统计发现，中国国内的降雨普遍呈酸性。

年均PM2.5暴露浓度（图2 ）

清洁替代

2016年11月4日《巴黎协定》正式生效，要求将全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。因此，各国必须努力减少温室气体排放，坚持走绿色、低碳、可持续发展的道路，所以，必须改变能源利用结构，采用可再生能源作为替代能源是减少碳排放、改善环境质量的关键举措。

风能和太阳能具有绿色、清洁和可再生性，资源总量丰富，能够满足人类和社会发展的需要，是重要的可再生能源。风能和太阳能转化为电能之后，可以实现能源的高效利用。

风能

风电具有众多优点。它是一种干净清洁的可再生能源；风电技术日益成熟，产品可靠性高，能源可用率达95%；风电成本低，投资规模灵活，适合单台和多台机组安装。现阶段风电装备制造技术日益成熟，风能利用效率、技术水平和系统友好性等不断增加。随着风电技术不断进步和开发规模的持续增加，风电成本有望接近甚至低于化石能源发电成本。

中国地域广阔，海岸线长，风力资源丰富。风电技术可开发量每年约20万亿千瓦时。中国的风能资源主要集中在两个地带：一是“三北地区丰富带”，包括东北、华北、西北地区；二是东部沿海风带，主要是沿海数十公里的海岸和海道。2012年6月，中国超过美国，成为世界上最大的风电装机大国。

但是电场位于偏远的地区，远离经济发展快、工业发达和人口密集的地区，因此需要解决电能的输运和就地消纳问题。由于风电的不稳定性和不可控性，所以需要解决风电对电网的冲击和稳定性问题。

太阳能

太阳能是太阳辐射能，是世界上资源量最大、分布最广、开发潜力巨大的清洁能源。太阳每年辐射到地球表面的能量约116万亿吨标准煤，远远大于2013年世界一次能源消耗量181.9亿吨标准煤。中国太阳资源丰富，太阳能的开发利用潜力巨大，全国三分之二的土地年累计日照时间超过2200小时。西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏和内蒙古高原属世界太阳资源丰富地区，特别是西藏西部的年累计太阳总辐照量高达8399 兆焦/平方米。

太阳能发电是太阳能高效利用的最主要方式。太阳能发电技术包括太阳能光伏发电和太阳能光热发电技术，其中光伏组件转换效率约为16.5%，光热电站的转换效率为14%。光伏发电技术比较成熟，已经进入大规模商业开发阶段。根据国际能源署发布的光伏应用趋势报告，截至2015年底，全球太阳能光伏装机容量累计超过228吉瓦，占全球电力需求的1.2%以上。根据中国国家能源局数据，2015年，中国新增太阳能光伏装机容量为15.15吉瓦，累计总装机容量达到43.5吉瓦，首次超越德国成为全球最大的太阳能光伏国家。太阳能光热发电技术，从2008年开始进入快速发展期，但与光伏发电相比，发电规模还很小。2014年全球新能源发展报告指出，截至2013年底，全球已建成光热项目363万千瓦，在建200万千瓦，中国已建光热项目2.1万千瓦，在建项目17.0万千瓦。2016年中国公布了光热发电的上网电价为1.15元/千瓦时，这将有利于中国光热发电技术发展。

电能替代

电力是清洁的、高效的二次能源。电力对于人类的进步和社会的发展具有重大的促进作用。随着经济的快速发展，人类对电力的需求越来越大，1990—2013年，全世界发电装机总容量由27.6亿千瓦增加到57.3亿千瓦。2013年中国发电装机容量达到12.58亿千瓦，占世界装机总容量的22.0%，年发电总量5.37万亿千瓦时，占世界总发电量的23.9%。电能利用率高达90%，远远高于化石能源的利用效率。

电能替代是指在能源的消费形式上，使用电能代替化石能源进行直接消费，提高电力作为二次能源的使用比例。电能替代的重点是“以电代煤、以电代油、电从远方来、来的是清洁电”。“以电代煤”和“以电代油”是从消费终端代替化石能源的消耗，从而减少环境污染；“电从远方来”是由于负荷中心和能量资源逆向分布，所以需要电网的远距离、高负荷输送；“来的是清洁电”是使用清洁替代的必然结果，只有使用清洁能源，电能替代才会实现低碳化，才是环境变化的根本出路。电能替代，可以推动能源向清洁化、便捷性、安全性方向发展。

可再生能源的发展和能源互联网的建设，是解决能源需求问题和环境污染问题的必由之路。

构建能源互联网

能源互联网是由美国经济学家里夫金提出，他认为可以通过互联网技术与可再生能源相融合，将全球的电力网变为能源共享网络。能源互联网是以电力系统为核心，以智能电网为基础，以接入可再生能源为主，采用先进信息技术、通信技术、电力电子技术等，实现电能的协调控制，实现不同区域间的能源互补。在能源互联网中，能源基础设施与信息网络系统相互耦合，形成信息物理系统。

江苏泰州打造国家千亿级新能源产业基地。

能源互联网的建设需要完成多个目标任务，即实现可再生能源供应和消费比重的提升，实现各市场主体的无差别可靠接入，实现能源和信息的共享运营，实现产业体系的全面构建。简而言之，能源互联网将互联网技术与可再生能源融合，构建一个新型的能源网络，实现能源互联互通、信息实时交换，从而降低能源成本，提高能源效率，促进能源低碳化、清洁化、便捷性发展。

目前，国内外学术界和工业界对能源互联网的总体架构尚未达成共识。结合我国实际，能源互联网的发展应通过学习成功经验，结合基本国情，反复实践，探索适合我国的能源互联网架构方式。在此，笔者认为，我国的能源互联网首先进行基础设施建设，包括分布式能源、储能技术、智能电网等技术的普及和发展，然后逐步开放电力交易市场，基本建立电力交易的市场体制，接着实现电力系统的逐步完善，实现配电的智能化，在2020—2030年期间建立一个中级能源互联网，先实现国内能源互联网的建设。

可再生能源与能源互联网结合

全球能源互联网是落实全球能源观、实现“清洁替代”和“电能替代”的重要载体，在能源互联网发展过程中，要坚持“清洁发展”和“全球配置”。为了促进能源互联网建设，满足日益增长的能源需求，实现经济、社会、生态环境的可持续发展，需要增加风能和太阳能的利用，将风能和太阳能转换为电能，然后通过能源互联网进行配置，提高可再生能源在能源消费结构中的比例。

为了促进可再生能源与能源互联网的结合，需要解决两者之间存在的技术和政策问题：

（1）需要促进可再生能源发电技术的创新，包括风能发电、太阳能发电等技术创新，提高能源转换效率，降低发电成本。

（2）促进电网技术的发展和创新，电网技术是能源互联网的基础设施。研究适合能源互联网的特高压输电技术、直流电网技术、微电网技术、分布式电网技术等。

（3）可再生能源具有不稳定性，因此储能技术是新能源发电技术的难点。促进储能技术的发展，提高系统的稳定性和适应性。

（4）促进信息技术的发展，实现交互式实时通信，满足能源的协同控制。

（5）做好国内和国际间的技术交流、规划设计和政策支持，稳步推动可再生能源的发展和能源互联网的建设。

可再生能源的发展和能源互联网建设，是解决能源需求问题和环境污染问题的必由之路。实现两者的结合发展，必然会实现经济和社会发展的低碳化、清洁化和可持续发展的长远目标。

（作者系中国科学院电工研究所太阳能热利用研究部博士）