【無所不能 文|龐名立】人類進(jìn)入信息時代，跟互聯(lián)網(wǎng)沾邊的東西就熱鬧起來，能源互聯(lián)網(wǎng)就是其中一例。能源互聯(lián)網(wǎng)成為最近熱門的話題，號稱“新經(jīng)濟(jì)模式改變世界”。

實際上，能源領(lǐng)域改變未來經(jīng)濟(jì)模式的東西有很多。比如“氫能時代”的說法：氫有最高的能量密度，可以由再生能源制取氫，因此人們認(rèn)為，能源從高碳經(jīng)由低碳再到無碳，這個無碳的能源世界，被稱為“氫能時代”；還有“乙醇時代”的提法：諾貝爾獎金獲得者喬治·奧拉（George Andrew Olah）致力于研究和推廣應(yīng)用的甲醇經(jīng)濟(jì)新概念，即將再生能源制得的氫和二氧化碳變成甲醇，再用甲醇轉(zhuǎn)化為新能源，這是解決目前溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重的現(xiàn)狀的有效途徑之一。這種提法的支持者認(rèn)為應(yīng)用生物乙醇來替代汽油。

能源互聯(lián)網(wǎng)也不是新鮮事物，由于可再生能源如太陽能、生物質(zhì)、生物燃料、小水電、地?zé)帷⒑Ｑ竽?、風(fēng)能等能源密度低而且分散，在能源進(jìn)入“后石油時代”必然產(chǎn)生再生能源聯(lián)網(wǎng)，以滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

能源互聯(lián)網(wǎng)是什么？

全球再生能源聯(lián)網(wǎng)的概念最早在20 世紀(jì)70年代由巴克敏斯特·福樂（Richard Buckminster Fuller）在世界游戲模擬（World Game simulation）大會上提出的，他認(rèn)為“全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略”是能源最高優(yōu)選的。

1986年彼得·邁森（Peter Meisen，1976年加利福尼亞州大學(xué)碩士研究生畢業(yè)，獲應(yīng)用力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)位）創(chuàng)立了全球能源網(wǎng)絡(luò)學(xué)會（Global Energy Network Institute，GENI），該學(xué)會是研究和教育的非盈利性組織，特別關(guān)注國家與大陸之間的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)連接，強調(diào)利用豐富的再生能源資源，利用季節(jié)性變化、氣候變化和日照變化等的差異收集再生能源，以供全球使用。

2011年杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）出版了一本名為《第三次工業(yè)革命—新經(jīng)濟(jì)模式如何改變世界》的書。書中觀點指出，第三次工業(yè)革命由信息技術(shù)推動全球化，首先要解決人類賴以生存的能源問題。聯(lián)網(wǎng)的再生能源共享，如何實現(xiàn)儲存和共享，并且每家每戶都能夠參與再生能源生產(chǎn)中來是全書探討的第一個主題。將能源的生產(chǎn)、制造、存儲、運輸實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)化，這是解決能源危機最行之有效的方法，全球化的能源進(jìn)程始終與第三次工業(yè)革命相輔相成、相互滲透。

書中提出了第三次工業(yè)革命的核心有五根支撐的柱子，它們之間是相互關(guān)聯(lián)的：

(1) 能源朝向可再生能源發(fā)展；

(2) 陸上構(gòu)筑物區(qū)塊都轉(zhuǎn)換成綠色微型電站，就地收集再生能源發(fā)電；

(3) 每棟構(gòu)筑物區(qū)塊及基礎(chǔ)設(shè)施均可使用氫和其他存儲技術(shù)，以存儲間歇式能源；

(4) 利用互聯(lián)技術(shù)將陸上構(gòu)筑物區(qū)塊微電網(wǎng)連接到能源互聯(lián)網(wǎng)，其作用類似信息互聯(lián)網(wǎng)（數(shù)以百萬計的構(gòu)筑物能夠就地生產(chǎn)出少量的再生能源，可將多余部分銷售給電網(wǎng)回收，通過聯(lián)網(wǎng)而與其他地區(qū)分享）；

(5) 將電力或氫輸送到插電式汽車及燃料電池汽車，這種綠色能源可以在各地區(qū)之間購買和銷售。

慢慢讀過這5條，您可以理會到：能源互聯(lián)網(wǎng)是充分利用可再生能源的有效方式：就地收集、就地存儲、就地使用。在兼容傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，可以充分、廣泛和有效地利用分布式再生能源，滿足用戶多樣化電力需求的一種新型能源體系結(jié)構(gòu)。就是說，化石燃料逐步消失，人類將這樣逐步利用能源網(wǎng)絡(luò)。

因此，可以給能源互聯(lián)網(wǎng)下個定義：能源互聯(lián)網(wǎng)是通過先進(jìn)的電力電子技術(shù)、信息技術(shù)和智能能量管理技術(shù)，將大量的由分布式能量采集裝置和分布式能量儲存裝置構(gòu)成的新型電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互聯(lián)起來，實現(xiàn)能量和信息雙向流動的能量對等交換與共享網(wǎng)絡(luò)。

杰里米·里夫金只是根據(jù)能源發(fā)展總結(jié)了前人的工作而成書，在之前，關(guān)于分布式能源或區(qū)域性能源的說法很多，討論也已經(jīng)持續(xù)很久了。在我國，這方面論述也很多，只不過如今披著“互聯(lián)網(wǎng)”外衣就熱鬧起來了。

能源發(fā)展必然出現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)

從傳說的燧人氏鉆木取火開始，人類開始自覺地使用能源，直到英國發(fā)明家、第一次工業(yè)革命代表人物詹姆斯·瓦特（James Watt）改良蒸汽機為止，都被稱為“柴薪時代”。“柴薪時代”是環(huán)境與人類和諧共處的友善時代，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展低下，作為生物燃料的柴薪不但不破壞環(huán)境，也能滿足人們生產(chǎn)和生活的需要。不要認(rèn)為現(xiàn)在居民煮飯都用電用氣了，那就是現(xiàn)代化了，實際上木質(zhì)顆粒（Wood Pellet）生產(chǎn)量逐年增加，2013年全球木質(zhì)顆粒產(chǎn)量為2360萬噸，比2012年增加了18%，利用多的是歐盟、美國、加拿大。

瓦特的蒸汽機改良推動了世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，煤炭大量涌入能源市場，那時煤炭具有最高的經(jīng)濟(jì)價值，稱為能源進(jìn)入煤炭時代。煤炭激勵了工業(yè)發(fā)展，同時也造成環(huán)境污染。

到19世紀(jì)中葉，波蘭藥劑師依格納茨·盧卡西維茨（Jan Józef Ignacy·ukasiewicz）發(fā)現(xiàn)了使用更易獲得的石油提取煤油的方法，并于1854年在波蘭克羅斯諾市附近開掘了世界上第一口油井，稱為博布爾卡（Bobrka）油礦場。1856年在波蘭建成世界上第一個煉油廠。

由于石油在烴類的價值層次最高，石油輕易排擠了煤炭，能源很快進(jìn)入“石油時代”（能源密度見表1）。在燃料化學(xué)結(jié)構(gòu)中，氫含量越高，熱值也越高。木材的氫碳原子比為1:10，其質(zhì)量能量密度為16.2 MJ/kg；煤的氫碳原子比為1:1，其質(zhì)量能量密度為24 MJ/kg，而汽油氫碳原子比約2:1，其質(zhì)量能量密度為44.4 MJ/kg， 甲烷的氫碳原子比最高，為4:1，其總熱值為54MJ/kg，比木材、煤和石油都高。正是此性質(zhì)，人們把天然氣作為高效的燃料來使用，而進(jìn)入氫能時代，氫最高，為142 MJ/kg，因此，在能源互聯(lián)網(wǎng)中，再生能源制氫顯得特別重要。

在石油時代，人們肆無忌憚地開采石油，石油從一次能源消費的頂峰于21世紀(jì)初葉迅速下滑，石油已經(jīng)不能主宰能源市場，此時，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須需要能源補充，世界正在走向“后石油時代”。

后石油時代是新能源、可再生能源快速成長和發(fā)展時期，也是石油替代產(chǎn)品的培育、成長和發(fā)展時期。后石油時代的特征表現(xiàn)為：

⑴ 更加激烈地爭奪常規(guī)油氣資源；

⑵ 加快非常規(guī)油氣資源的開發(fā)利用；

⑶ 加緊搶占新能源技術(shù)制高點。

能源發(fā)展是從高碳經(jīng)由低碳，最終到清潔能源。清潔能源由兩大部分組成：

⑴ 再生能源：如太陽能、水能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能。

⑵ 核能：指核裂變。

目前，全球一次能源消費結(jié)構(gòu)見BP公司《Statistical Review of World Energy》每年的報告，收集起來整理見表2。就2013年為例，清潔能源（核能+水力發(fā)電+再生能源）只占世界一次能源消費總量的13.3%，其中核能發(fā)電和水力發(fā)電都屬于集中式發(fā)電，此處所指的“再生能源”，包括了太陽能發(fā)電、風(fēng)電場等分布式發(fā)電（Distributed Generation），也包括了生物燃料如生物乙醇、生物柴油等，也就是說，21世紀(jì)能源市場仍然是以化石燃料為主體，再生能源發(fā)電的比例很小并以緩慢的速度增長。能源互聯(lián)網(wǎng)至今為止處于準(zhǔn)備階段的初期。

表2 世界一次能源消費結(jié)構(gòu)

研究再生能源必須研究21世紀(jì)可再生能源政策網(wǎng)公司（REN21）的年度報告“Renewables 2014 Global Status Report（2014年全球再生能源狀況）”（筆者說明：把英文輸入百度可以查找原文，年份可以更換）。報告中有2013年底全球電力生產(chǎn)中的再生能源份額的圖示，見圖1?；剂习l(fā)電占總量77.9%，其次是水力發(fā)電占16.4%。杰里米·里夫金說的“陸上構(gòu)筑物區(qū)塊都轉(zhuǎn)換成綠色微型電站，就地收集再生能源發(fā)電”，只能是屋頂太陽能光伏和小型風(fēng)力機比例很小，圖中數(shù)據(jù)實際上是指大型太陽能光電板陣列和風(fēng)電場。

圖1   2013年底全球電力結(jié)構(gòu)

分布式發(fā)電走向能源互聯(lián)網(wǎng)

化石燃料消失，跨入再生能源時代，并沒有明確的時間界限，天然氣是人類從高碳過渡到無碳時代的橋梁。

分布式發(fā)電（Distributed Generation，DG）通常是指發(fā)電功率在幾千瓦至數(shù)百兆瓦的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元。主要包括：以液體或氣體為燃料的內(nèi)燃機、微型燃?xì)廨啓C、太陽能發(fā)電（光伏電池、光熱發(fā)電）、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、小水電等。電力生產(chǎn)是分散的、間歇性的，成本低、輸電損失少，多余的電力只能儲存。如果將它們聯(lián)網(wǎng)就成為區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)，這就是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心。

區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)是以分布在用戶端的分布式發(fā)電為主，其他中央能源供應(yīng)系統(tǒng)（火力發(fā)電）為輔，實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補充；在環(huán)境保護(hù)上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現(xiàn)適度排放的目標(biāo)；在管理體系上，依托智能信息化技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場無人職守，通過社會化服務(wù)體系提供設(shè)計、安裝、運行、維修一體化保障；各系統(tǒng)在低壓電網(wǎng)和冷、熱水管道上進(jìn)行就近支援，互保能源供應(yīng)的可靠。分布式能源實現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化，將電力、熱力、制冷與蓄能技術(shù)結(jié)合，使利用效率得以提高，以達(dá)到節(jié)約資金的目的。

天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)和冷熱電三聯(lián)產(chǎn)在區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)中起著重要作用。熱電聯(lián)產(chǎn)和冷熱電三聯(lián)產(chǎn)有效利用能源效率、節(jié)省了天然資源并降低了燃料消耗，使系統(tǒng)高效率運行。一般的火力發(fā)電效率只有30%左右，熱電聯(lián)產(chǎn)可達(dá)65%～70%，而冷熱電三聯(lián)產(chǎn)可達(dá)80%以上。當(dāng)燃料為可再生燃料時，熱電聯(lián)產(chǎn)和冷熱電三聯(lián)產(chǎn)是碳中性的，即不產(chǎn)生溫室氣體排放，也是降低溫室氣體排放和降低能源費用的最佳方案。

圖2   各種技術(shù)的發(fā)電效率

區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)是未來世界能源技術(shù)的重要發(fā)展方向，它具有能源利用效率高，環(huán)境負(fù)面影響小，提高能源供應(yīng)可靠性和經(jīng)濟(jì)效益好的特點。

區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)=能源互聯(lián)網(wǎng)

雖然天然氣燃燒的清潔性和對環(huán)境的親善性產(chǎn)生了天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)（Cogeneration）和冷熱電聯(lián)產(chǎn)（trigeneration），并最終發(fā)展成為天然氣區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對天然氣近乎完美的高效利用。但是，隨著世界在多種能源開發(fā)和利用方面所取得的巨大進(jìn)步，因而從整個社會長期、穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)地使用能源的角度來考慮，就不難發(fā)現(xiàn)僅使用天然氣這種化石能源已顯得不足，也就是說當(dāng)前的區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)所使用的能源，除了天然氣和集中式發(fā)電所提供的熱電外，還應(yīng)將諸如：太陽能、氫能、風(fēng)能等可再生式清潔能源，以及其它分布式發(fā)電的電力都納入到區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)中來，以形成一個綜合性的、多元化的區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶的能源共享，包括能源的交換和用量調(diào)節(jié)，現(xiàn)在根據(jù)2007年中國石化出版社出版的一本“天然氣百科辭典（龐名立編）”的插圖來說明，當(dāng)然這張圖還可以畫得復(fù)雜點，增加項目，見圖3。

圖3   區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)

從圖3可見，這種綜合性的區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)，不僅包括多種清潔能源，還包括若干不同類型的用戶，這有別于只使用單一天然氣能源和只提供單一冷熱電聯(lián)供服務(wù)的天然氣區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)。在這種綜合網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶，包括住宅、醫(yī)院、超市、樓宇、車輛等都實現(xiàn)能源共享，在共享中通過能源的交換和用量調(diào)節(jié)，使納入網(wǎng)絡(luò)中的各種能源得以充分利用，使區(qū)域內(nèi)的能源用量從整體上達(dá)到最佳平衡。另外，共享必然存在共同的利益和責(zé)任，這會促使網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶在提高各自的能源利用效率方面、在減少對環(huán)境的沖擊方面，在更經(jīng)濟(jì)地獲得能源方面積極發(fā)揮自己的作用，從而實現(xiàn)整個社會更加合理、高效地利用能源、更加節(jié)能、更少排放CO2、對環(huán)境更加友善的目標(biāo)。

同時，從圖3還可以看出整個社會對能源的供應(yīng)和需求正在逐漸向高能密度和低碳密度的方向過渡。

電動汽車的電力應(yīng)來自再生能源

我國把電動汽車叫做新能源汽車，新能源是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上可以開發(fā)利用的能源，如再生能源，包括太陽能、小水電（小水電裝機容量不超過50MW，大水電屬于常規(guī)能源）、地?zé)帷⒑Ｑ竽?、風(fēng)能等。我國汽車的動力來自化石燃料，都稱不上新能源，也用不起新能源來開汽車。國外把所謂“新能源汽車”稱為“替代燃料汽車（Alternative Fuels Vehicle）”或“先進(jìn)技術(shù)汽車（Advanced Technology Vehicle）”，提法比較科學(xué)。

其實，發(fā)展電動汽車的本意是利用再生能源發(fā)電，這是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心問題，可是被誤讀了。這種來自再生能源發(fā)電的電動汽車，環(huán)保、綠色、省能、低碳、性能好等等，美好的詞語都可以用上，所以說電動汽車是燃油汽車的發(fā)展方向，最終走向氫能汽車。電動汽車綠不綠？是看動力來源。由于化石燃料轉(zhuǎn)化為電力需要消耗能源，動力來自化石燃料的電動汽車，都不是綠色的電動汽車，屬于在城市“零排放”而在電站集中排放的污染型汽車。請注意杰里米·里夫金提出的第五條柱子：將電力或氫輸送到插電式汽車及燃料電池汽車，這種綠色能源可以在各地區(qū)之間購買和銷售。這里提及的電動汽車才是實際意義的電動汽車。

樓宇能源聯(lián)網(wǎng)只是區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)的補充

圖3明確表明，工廠、醫(yī)院、公寓、居家等都可以獨自生產(chǎn)電力，并可將多余部分銷售給電網(wǎng)公司以獲得收益。如果“未來25年將會有數(shù)百萬人生產(chǎn)綠色能源”并“利用互聯(lián)技術(shù)將陸上構(gòu)筑物區(qū)塊微電網(wǎng)連接到能源互聯(lián)網(wǎng)”，“傳統(tǒng)的石油和煤炭企業(yè)死定了”，這是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心，就偏離了的區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)的實質(zhì)。這種“眾人拾柴火焰高”、“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”方式仍然不能解決問題。

2004年國際能源署（IEA）提出以GWth來統(tǒng)計太陽熱能。換算關(guān)系為：

1m2裝設(shè)面積=0.7 kWth  ；1×106m2裝設(shè)面積=0.7 GWth  ；1 GWth=1.4286×106m2

如果計算替代臺灣臺中發(fā)電廠（Taichung Power Plant）裝機容量為7424MW，需要10.6平方公里的太陽電池板。這把天上的玉皇大帝都傻眼了，凡人安裝這么多照妖鏡做啥子？

這就是說，樓宇能源是光伏電池板或小型風(fēng)力機產(chǎn)生的能源，其聯(lián)網(wǎng)仍然比集中式的火力發(fā)電、太陽能光伏、太陽能熱發(fā)電的小。

普及太陽電池板并不難，政策導(dǎo)向很重要。請你注意，我國太陽能熱水器（Solar Water Heating）居世界第一，2012年占全球總量的64%，技術(shù)先進(jìn)的美國只占5.8%。當(dāng)然，這是分散式的，不聯(lián)網(wǎng)，老百姓很容易接受，一次投資，終身受益。如果人們理解到太陽電池板即可自用電力，又可并網(wǎng)買錢，當(dāng)不做事只管拿錢的翹腳老板，自然安裝得快了。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)正向我們走來了嗎？

造地球那個神仙分配化石燃料是很不公正的，給中東和南北美洲分配得特別多，對人口眾多的中國給得少得可憐，于是產(chǎn)生了國際貿(mào)易。再生能源如太陽引發(fā)的太陽能、風(fēng)能、水能和生物質(zhì)能還算比較公平，按面積分配，大家差不多。

杰里米·里夫金寫了篇短文“只有能源互聯(lián)網(wǎng)能拯救世界”，說道：“在即將到來的時代，我們將需要創(chuàng)建一個“能源互聯(lián)網(wǎng)”，讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產(chǎn)綠色可再生能源。然后，他們可以將這些能源轉(zhuǎn)化為氫氣儲存，并用綠色電力為自己的樓房、機器和汽車供電。多余的電力則可以與他人分享，就像我們現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上分享信息一樣。”

這只是能源互聯(lián)網(wǎng)即區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)的一個補充。全球經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展靠這點分散式樓宇型能源仍然不行，未來的能源格局像圖3表明的一樣，呈現(xiàn)多元（種類）化和多源（渠道）化的格局。在能源開發(fā)上，以清潔能源替代化石燃料，實現(xiàn)化石燃料為主、清潔能源為輔向清潔能源為主、化石燃料為輔的轉(zhuǎn)變。

區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)規(guī)模由經(jīng)濟(jì)效益決定的，但大到其他國家那里去，試圖全球形成一個大網(wǎng)絡(luò)的可能性不大。寫寫文章，高談未來是可以的，跑到別國拉電線，那是要錢的；再說，再生能源各處相對均衡。全球能源互聯(lián)網(wǎng)的話題至少目前不成立。　

【無所不能特約作者，龐名立，曾在中國計量科學(xué)院（北京）和中國石油（四川）工作】