促進可再生能源發展，加快能源互聯網構建

趙東明

促進可再生能源發展，加快能源互聯網構建

趙東明

中國的能源互聯網首先進行基礎設施建設，包括分布式能源、儲能技術、智能電網等技術的普及和發展，然后逐步開放電力交易市場，基本建立電力交易的市場體制，接著實現電力系統的逐步完善，實現配電的智能化，在2020 -2030年建立一個中級能源互聯網，先實現國內能源互聯網的建設。

能源互聯網將互聯網技術與可再生能源融合，構建一個新型的能源網絡，實現能源互聯互通、信息實時交換，從而降低能源成本，提高能源效率，促進能源低碳化、清潔化、便捷性發展。

隨著社會的快速發展，能源需求越來越大。大量使用化石能源造成了嚴重的環境污染，影響可持續發展。無碳、清潔的風能和太陽能等可再生能源的作用越來越重要，可以滿足經濟社會對能源的需求。能源互聯網的構建，可以實現能源的區域配置與協同調節。可再生能源與能源互聯網相結合，可以實現社會的可持續發展。

世界能源利用現狀

隨著能源消耗越來越多，化石燃料已不能夠滿足人類生存發展的需求，世界能源消費總量在今后很長一段時期內將始終保持高速增長。隨著經濟發展，世界一次能源需求量已經從1965年的53.8億噸標準煤增加到2013年的181.9億噸標準煤，預計到2030年可達到230億噸標準煤，2050年達到250億～270億噸標準煤。化石能源儲量有限，大規模的開發必然導致儲量迅速減少，隨著后期開采成本的增加，運輸配置時的安全性、政治性與經濟性壓力增大，能源的開發、配置和利用方式將面臨巨大的挑戰。隨著化石能源的減少，資源需求和供應之間的矛盾將制約人類經濟社會的可持續發展。

大氣中二氧化碳的濃度隨時間的變化情況（圖1 ）

北美洲、歐洲和大洋洲，能源消費增長較慢，消費量占全球比重持續下降，但卻是人均能源消費水平最高、能源消費最密集的地區。隨著亞洲、南美洲和非洲人口規模較快增長及工業化、城鎮化不斷發展，其能源消費占全球比重將較快增加。自2003年后，亞太地區能源消費總量已超過歐美地區，成為全球能源消費總量巨大、增速最快的地區。就中國而言，由于經濟和社會處于快速發展期，化石資源消耗與電力需求迅速增加，據統計，1990—2013年間，中國能源消費量年均增長6.0%，新增能源消費量約占同期世界新增能源消費總量的47.4%，預計到2020年，中國電力總裝機容量將達到1186吉瓦。

化石能源的大量使用會引起環境污染和氣候變化。全球平均溫度升高，酸雨、空氣污染、水污染、土地污染等已成為不爭的事實。化石燃料燃燒是溫室氣體排放的主要來源，因化石燃料而產生的二氧化碳占人類活動排放的溫室氣體的56.6%，由此造成的溫室效應對人類的生存發展和生態環境構成極大的威脅。1850—2010年，大氣中二氧化碳的濃度越來越高，增長的速度越來越快（圖1），因此需要采取有效措施，降低二氧化碳排放。

化石能源的燃燒除了引起溫室效應外，還會導致嚴重的霧霾(PM2.5)污染和二氧化硫等污染物。2014年底，環保部、中科院、中國工程院聯合發布了北京、上海、哈爾濱、濟南、石家莊和天津等六個重點城市的PM2.5來源解析，研究顯示六個城市PM2.5來源的60%~70%與化石能源密切相關。中國、印度和四個發達國家的PM2.5情況對比（圖2），可以發現中國的霧霾污染情況相當嚴重。二氧化硫等酸性污染氣體的排放會導致酸雨，酸雨會對生態環境和人們正常生產生活造成破壞，2013年對中國降雨pH值進行統計發現，中國國內的降雨普遍呈酸性。

年均PM2.5暴露濃度（圖2 ）

清潔替代

2016年11月4日《巴黎協定》正式生效，要求將全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2攝氏度之內，并為把升溫控制在1.5攝氏度之內而努力。因此，各國必須努力減少溫室氣體排放，堅持走綠色、低碳、可持續發展的道路，所以，必須改變能源利用結構，采用可再生能源作為替代能源是減少碳排放、改善環境質量的關鍵舉措。

風能和太陽能具有綠色、清潔和可再生性，資源總量豐富，能夠滿足人類和社會發展的需要，是重要的可再生能源。風能和太陽能轉化為電能之后，可以實現能源的高效利用。

風能

風電具有眾多優點。它是一種干凈清潔的可再生能源；風電技術日益成熟，產品可靠性高，能源可用率達95%；風電成本低，投資規模靈活，適合單臺和多臺機組安裝。現階段風電裝備制造技術日益成熟，風能利用效率、技術水平和系統友好性等不斷增加。隨著風電技術不斷進步和開發規模的持續增加，風電成本有望接近甚至低于化石能源發電成本。

中國地域廣闊，海岸線長，風力資源豐富。風電技術可開發量每年約20萬億千瓦時。中國的風能資源主要集中在兩個地帶：一是“三北地區豐富帶”，包括東北、華北、西北地區；二是東部沿海風帶，主要是沿海數十公里的海岸和海道。2012年6月，中國超過美國，成為世界上最大的風電裝機大國。

但是電場位于偏遠的地區，遠離經濟發展快、工業發達和人口密集的地區，因此需要解決電能的輸運和就地消納問題。由于風電的不穩定性和不可控性，所以需要解決風電對電網的沖擊和穩定性問題。

太陽能

太陽能是太陽輻射能，是世界上資源量最大、分布最廣、開發潛力巨大的清潔能源。太陽每年輻射到地球表面的能量約116萬億噸標準煤，遠遠大于2013年世界一次能源消耗量181.9億噸標準煤。中國太陽資源豐富，太陽能的開發利用潛力巨大，全國三分之二的土地年累計日照時間超過2200小時。西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏和內蒙古高原屬世界太陽資源豐富地區，特別是西藏西部的年累計太陽總輻照量高達8399 兆焦/平方米。

太陽能發電是太陽能高效利用的最主要方式。太陽能發電技術包括太陽能光伏發電和太陽能光熱發電技術，其中光伏組件轉換效率約為16.5%，光熱電站的轉換效率為14%。光伏發電技術比較成熟，已經進入大規模商業開發階段。根據國際能源署發布的光伏應用趨勢報告，截至2015年底，全球太陽能光伏裝機容量累計超過228吉瓦，占全球電力需求的1.2%以上。根據中國國家能源局數據，2015年，中國新增太陽能光伏裝機容量為15.15吉瓦，累計總裝機容量達到43.5吉瓦，首次超越德國成為全球最大的太陽能光伏國家。太陽能光熱發電技術，從2008年開始進入快速發展期，但與光伏發電相比，發電規模還很小。2014年全球新能源發展報告指出，截至2013年底，全球已建成光熱項目363萬千瓦，在建200萬千瓦，中國已建光熱項目2.1萬千瓦，在建項目17.0萬千瓦。2016年中國公布了光熱發電的上網電價為1.15元/千瓦時，這將有利于中國光熱發電技術發展。

電能替代

電力是清潔的、高效的二次能源。電力對于人類的進步和社會的發展具有重大的促進作用。隨著經濟的快速發展，人類對電力的需求越來越大，1990—2013年，全世界發電裝機總容量由27.6億千瓦增加到57.3億千瓦。2013年中國發電裝機容量達到12.58億千瓦，占世界裝機總容量的22.0%，年發電總量5.37萬億千瓦時，占世界總發電量的23.9%。電能利用率高達90%，遠遠高于化石能源的利用效率。

電能替代是指在能源的消費形式上，使用電能代替化石能源進行直接消費，提高電力作為二次能源的使用比例。電能替代的重點是“以電代煤、以電代油、電從遠方來、來的是清潔電”。“以電代煤”和“以電代油”是從消費終端代替化石能源的消耗，從而減少環境污染；“電從遠方來”是由于負荷中心和能量資源逆向分布，所以需要電網的遠距離、高負荷輸送；“來的是清潔電”是使用清潔替代的必然結果，只有使用清潔能源，電能替代才會實現低碳化，才是環境變化的根本出路。電能替代，可以推動能源向清潔化、便捷性、安全性方向發展。

可再生能源的發展和能源互聯網的建設，是解決能源需求問題和環境污染問題的必由之路。

構建能源互聯網

能源互聯網是由美國經濟學家里夫金提出，他認為可以通過互聯網技術與可再生能源相融合，將全球的電力網變為能源共享網絡。能源互聯網是以電力系統為核心，以智能電網為基礎，以接入可再生能源為主，采用先進信息技術、通信技術、電力電子技術等，實現電能的協調控制，實現不同區域間的能源互補。在能源互聯網中，能源基礎設施與信息網絡系統相互耦合，形成信息物理系統。

江蘇泰州打造國家千億級新能源產業基地。

能源互聯網的建設需要完成多個目標任務，即實現可再生能源供應和消費比重的提升，實現各市場主體的無差別可靠接入，實現能源和信息的共享運營，實現產業體系的全面構建。簡而言之，能源互聯網將互聯網技術與可再生能源融合，構建一個新型的能源網絡，實現能源互聯互通、信息實時交換，從而降低能源成本，提高能源效率，促進能源低碳化、清潔化、便捷性發展。

目前，國內外學術界和工業界對能源互聯網的總體架構尚未達成共識。結合我國實際，能源互聯網的發展應通過學習成功經驗，結合基本國情，反復實踐，探索適合我國的能源互聯網架構方式。在此，筆者認為，我國的能源互聯網首先進行基礎設施建設，包括分布式能源、儲能技術、智能電網等技術的普及和發展，然后逐步開放電力交易市場，基本建立電力交易的市場體制，接著實現電力系統的逐步完善，實現配電的智能化，在2020—2030年期間建立一個中級能源互聯網，先實現國內能源互聯網的建設。

可再生能源與能源互聯網結合

全球能源互聯網是落實全球能源觀、實現“清潔替代”和“電能替代”的重要載體，在能源互聯網發展過程中，要堅持“清潔發展”和“全球配置”。為了促進能源互聯網建設，滿足日益增長的能源需求，實現經濟、社會、生態環境的可持續發展，需要增加風能和太陽能的利用，將風能和太陽能轉換為電能，然后通過能源互聯網進行配置，提高可再生能源在能源消費結構中的比例。

為了促進可再生能源與能源互聯網的結合，需要解決兩者之間存在的技術和政策問題：

（1）需要促進可再生能源發電技術的創新，包括風能發電、太陽能發電等技術創新，提高能源轉換效率，降低發電成本。

（2）促進電網技術的發展和創新，電網技術是能源互聯網的基礎設施。研究適合能源互聯網的特高壓輸電技術、直流電網技術、微電網技術、分布式電網技術等。

（3）可再生能源具有不穩定性，因此儲能技術是新能源發電技術的難點。促進儲能技術的發展，提高系統的穩定性和適應性。

（4）促進信息技術的發展，實現交互式實時通信，滿足能源的協同控制。

（5）做好國內和國際間的技術交流、規劃設計和政策支持，穩步推動可再生能源的發展和能源互聯網的建設。

可再生能源的發展和能源互聯網建設，是解決能源需求問題和環境污染問題的必由之路。實現兩者的結合發展，必然會實現經濟和社會發展的低碳化、清潔化和可持續發展的長遠目標。

（作者系中國科學院電工研究所太陽能熱利用研究部博士）