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智能能源网,如何认识与构建21世纪新型能源结构:智能能源网

    原标题:如何认识与构建21世纪新型能源结构:智能能源网


编者按:
2009年中国国际经济交流中心成立了以郑新立为总顾问、武建东为组长的智能能源网研究组,这是迄今国际上领先的以智能能源网为主题的研究团队,目前参与课题的单位包括中国电力工程顾问公司、中科院电子学研究所等10家国内外知名机构。7月15日,该研究报告初稿通过专家评审。8月5日,中国国际经济交流中心在北京召开成果发布会,聚集了包括国际智能电网联盟、国际电工委员会、美国能源基金会等国际著名能源机构专业人士的参与。
智能能源网是由我国著名能源专家武建东在国际上首次提出的以综合网架为基础的应用能源学说,这一学说明确了智能能源网的概念、四大系统、八大子网络、十要素流程模型以及智能能源网的变革和应用,展现了对中国发展智能能源网变革与应用的长期战略的认识和思考。同时,他还提出了没有市场化就不会实现能源智能化的重要结论。武建东也被国际业界誉为智能能源学说的创始者和奠基人以及新能源结构架构的设计者,由此也推动中国在这个领域居于世界先进地位,中国应该享有在这个领域重要知识产权的收益。
智能能源网对现有美国能源部、美国电科院、欧洲技术论坛以及中国国家电网的坚强智能电网概念都有更加创新性的提升,超越以单一电力系统网架智能化为主的改革方案,在更大范围的能源领域中确立了能源体系的智能化。
在此次中国智能能源网成果发布会上,上述结论得到了国内外能源界的高度认可和赞誉。国经中心常务副理事长郑新立认为智能能源研究成果反映了推动智能能源发展的创新模式和实施方案,展示了对新能源产业的价值链重组,发挥后发优势促进经济结构智能化的广阔前景。中国能源研究会理事长柴松岳明确表示,与单一电力系统智能化改革相比,按照综合网架理论推动智能能源网建设,可能有更好的效果,中国应该走有别于西方国家的能源变革道路,这个模式以智能能源网的形式概括是恰当的。
国际智能电网联盟主席Guido Bartels说,中国已经在能源领域的许多思想创造方面处于世界领先地位。武建东教授和他领导团队的先进理念已经被高端业界广泛认可,使人们越来越清晰地认识智能能源网是成功的能源变革中的关键支撑要素。
国际电工委员会智能电网工作委员会代表Eckardt Guenther博士表示,武建东教授确立了十个要素流程模型和优先发展的八个重要领域,这些都是非常精彩和有远见的提议。
通过此次会议,中国国际经济交流中心与多个国际组织和示范项目之间达成共识,发展智能能源是实现全球能源变革的最明智的选择,不能以单一电力系统的智能化代替能源全系统的智能化,能源体系的智能化对全球能源变革至关重要。诚如国际智能电网联盟主席Guido Bartels所言,这是第一次国际上关于智能能源网的历史性交流,共识良多,意义重大。
当今,对于世界上最大的生产体系中国而言,智能能源网改革将是一个重大机遇,中国应抓住这一稍纵即逝的先机,加快推上智能能源网建设。
发展智能能源网到底是以电力为突破口,还是以电力和燃气为共同突破口?武建东对这一备受争议的问题作出了回答,他第一次提出,智能电力和智能油气网是中国发展智能能源网的共同引擎和突破口。因为电力、燃气是能源网络之中两个巨系体量的高压、中压、低压兼具的网络,迫切需要整合运行。
中国的水资源利用方略,到底是依靠跨河域调水,还是应该转向工厂化人造淡水?武建东根据智能能源网学说,首次超前指出:中国可以以海咸水淡化取代南水北调工程。未来中国1/3的淡水、尤其是工业用水应该来自于海咸水淡化,使国内水资源和其他资源形成优化配置,推进构建中国的智能水务系统。
对于全球第三次能源革命的主力内容,到底是直接以发展清洁能源为主,还是以不同能量间的智能配置和发展清洁能源并重?武建东第一次提出智能能源与人类能源优化配置的路线图,应用这一新型能源学说,全球将实现节能15%;以2009年全球能源消费近110亿吨油当量而论,大约全球每年可节省近10多亿吨标准油,按原油价格每桶70美元估算,大约可节省7000亿美元,相当于由中国拉动一次全球能源系统运转体系的更换。
推动智能能源网发展到底需不需要市场化?武建东第一次提出,没有市场化就没有能源的智能化,没有市场化就没有以网络化的管理实现能源交易和服务的优化。组构不同能量网架间的互动将整体性提高能效15%,由此将构成新的利润来源。
……
智能能源网学说的概念
武建东第一次提出并定义了智能能源网的概念,这也是国际上首次对智能能源网作出的定义,它标志着人类从电力智能化到能源体系智能化的更高端认识。
智能能源网是指利用先进的通讯、传感、储能、新材料、航天、化工、微电子、海量数据优化管理和智能控制等技术,对传统能源的流程架构体系进行革新改造和创新, 建构新型能源生产、消费的交互架构,形成不同能源网架间更高效率能源流的智能配置、智能交换,推动现有单向运转的能源体系向更高级发展,进化为生产、输送、分配、使用、市场、运行、客户、服务、远期能源价格管理和监管、碳权利与低排放奖励和不同能量网架之间优化整合互动这十要素的流程。智能能源网更准确地说是互动能源网,目前也被称为更先进的智能网学说。
智能能源网的四大系统
武建东第一次提出了发展智能能源网对人类能源体系的创新意义,即“实现从科层制的能源结构到多元互动能源结构的结构创新,这个新型的能源结构包含四大并列的产业系统,即智能化的集中分层式能源生产和输送系统、先进的储能系统、智能终端能源系统、智能能源服务系统”。
武建东定义的这四个系统表明了人类对新型能源结构的创新思考,反映了人类可以更好地驾驭新型能源系统的意志和动力。
核心系统之一:智能化的集中分层式能源生产和输送系统
智能能源网推动能源生产和输送系统从等级制的能源结构之中独立出来构成一个更加专业的新产业体系,并成为人类有效利用能源的基础链条,它将实现不同能源网架间的通用模型、通用标准、通用协议、通用网络、通用数据的构建,以期推动数以亿计的能源系统的各种组件实现积极运行。
因此,智能化的集中分层式能源生产和输送系统就是兼容了不同能源网架间通用性的新型的能源生产和输送的集成系统,是网络化、智能化、生态化具有柔性性质的能源设备集群。
核心系统之二:营建先进的储能系统
智能能源网的储能系统是指将能量以可控制性、可观察性、互操作性的方式直接、间接存储起来的能源集成系统,它推动能量从单一流向演变为双向、多向流动,推动能源系统从集中式控制演变为扁平化分散式控制。
智能能源网推动储能系统从传统的能源体系之中独立出来并构成一个新的产业体系;储能系统将成为日后生产和生活的基本储备,是能源体系稳定的基石,是更加合理地利用现有能源资产的基本通道,也是合理兼容吸纳推动清洁能源的必要条件,构建储能系统是一场革命,它将组建生产、输送、分配、客户服务以外的第五能源价值链。
核心系统之三:营建智能终端能源系统
什么是智能终端能源系统?
武建东指出,在传统的能源结构之中,建筑、交通 、工业设施等终端系统主要是能源的消费体系;而在智能能源网络之中,它们既是能源的消费体系,也是能源的储备系统、简单的生产体系和参与能源市场的交易者。
基于智能能源网的终端能源管理体系就是利用系统集成的方法,推动通讯技术、信息技术、建筑技术和能源系统的有机结合,充分利用终端内部的智能设备、综合布线、绿色低碳材料、终端专用软件服务、燃料电池、储能技术、微型燃气轮机和内燃机等先进技术,实现终端内部照明、燃气、电力、热力暖通、空调、给排水、防灾、防盗等设备的综合智能控制,以期实现建筑、交通、工业设施等终端系统的高效能源管理,它可以通过电能、气能、热能的高效结合大幅提高能量的利用率,实现终端内部灵活定制、多种选择、高效便捷的多网融合服务。
核心系统之四:营建能源产业的智能服务网络
智能服务网络的定义:它是指具有通用语义、通用语法、通用网络、通用规范、通用端口,基于标准化流程、接口,能够联结先进组件和现有技术架构,能够简化和便捷各系统应用之间信息交换和逻辑服务,能够实现即时数据传感监测,有效实现高精度、全系统、时间同步的能源服务体系。它通过互操作性实现能源网络的高效、安全、稳定的运转。
智能服务网络的构成:智能能源网推动智能服务网络从传统的能源体系之中独立出来并构成链式互动能源结构的核心体系,它将包括传统能源系统未曾建立的若干内容:能源引擎服务;气象能源服务系统;远程能源控制;机器与机器通讯协议;基于IPv6的信息基础网络;其他新产业业态。
智能服务网络推动能源设施从孤岛系统、自动化运转到柔性能源生态集群。
从1882年爱迪生建立第一个电力系统以来的128年,能源系统、特别是电力系统逐渐成为强制性的科层体制,这个制度具有集权分层、自上而下的等级制、非人格化的公共服务组织、相对高效的管理程序、产业可预见性等特点,但是这个结构也具有管理僵化、产业结构的创造性不足、过渡依赖垄断、资源浪费性高、囿于化石能源等不足,急需转型。
基于智能能源网的智能服务体系是传统能源结构裂解的最好触媒,它推动能源设施从孤岛系统、自动化运转到柔性能源生态集群,这是人类智能化历史上最大的产业升迁。
智能能源服务体系将推动所有能源设施从孤立设施、专业系统、行业网络整合为网络化能源生态集群,形成人、机、网、市场四位一体的格局,全球能源结构正面临着一次前所未有的巨大转型和产业增长的爆发。
智能能源网学说的八大子网络
武建东也第一次提出了广义和狭义智能能源网的概念,即:
广义的智能能源网是指将人类使用的能源转变为更高效率、更智能配置、更加清洁和更加安全的体系结构、互动能力和运营模式。
狭义的智能能源网建设包括智能油气网、智能电力网、智能水务网、智能热力网、智能建筑、智能交通、智能工业管理和智能交互架构管理。这八个部分相互影响,将会形成一个智能互动的、全新的能源产业体系。
武建东在国际上第一次提出了智能能源网的十大流程要素,被国际智能电网联盟等国际机构高度认可,广受赞誉,有权威专家表示,它很可能替代现有的智能电网的七要素流程。
智能能源网包括10要素:即生产、输送、分配、市场优化、运营、服务、客户、远期能源价格管理和监管、碳权利管理和不同能量网架间的优化互动。
这个十要素论是国际首创,具有重要的实践价值,目前已完成了国际上第一份智能能源网流程图。
与美国NIST的七要素模型相比,该流程模型增加了如下三个要素,即远期能源价格管理和监管、碳权利管理和不同能量网架间的优化互动。
远期能源价格运行和监管是指智能能源网的建设应建立远期能源价格的合理运行机制以大幅提高现有的电网、气网、水网、绿色建筑的资产价值,而政府主管部门应加快确立新的法规、条例和能源监管规则,对能源产、输、配、用等各个环节进行监管,以将我国的能源体系重组为更高配置的能源运行体系。
碳权利管理是指为推动能源产、输、配、用等各个环节利用智能化信息系统和优化方法提高能源效率,降低碳排放,应在能源价格的制定中加入碳权利等的管理费用。推进碳权利管理将推动中国的能源管理加快提升为能量管理的水平,继而将能量管理可以构造为与纸币通货管理同等重要的第二通货体系,掌握未来国际分工;而推进远期能源价格管理与监管的核心就是建立中国能源资产市场化增值的先进手段,为中国新能源变革建立新的资产积累战略平台。
不同能量网架间的互动是指中国智能能源网的建设应该实现大幅提高不同形式能量的相互转换,例如用电高峰时增加油、气发电,将油、气能转换为电能,用电低谷时给大型储能装置充电,将电能转换为化学能等。
但十要素与七要素最重要的不同是,它把不同能量间的智能配置作为核心,认为能源网架真正的优化运行是实现不同能量间的互动。例如用电高峰时增加油、气发电,将油、气能转换为电能,用电低谷时给大型储能装置充电,将电能转换为化学能等。
智能能源网学说的十大变革应用
武建东在国际上创造性系统性提出了智能能源网的战略要害及其应用,如下为指出的十个方面
之一:智能电力和智能油气网是中国发展智能能源网的共同引擎
现在对中国推进智能能源网建设有三条主要路径,一是直接推进智能能源网的八个组成部分的建设,二是推动以电力为主的智能能源网建设,三是推动以电力和燃气为主的智能网络建设。
从能源架构来说,至少要做到将智能电力和燃气网络作为突破口。这主要因为电力、燃气是能源网络之中两个巨系体量的高压、中压、低压兼具的网络。如果单独推进智能电力系统,将使转型成本加大。因此我认为,智能电力和智能油气网是中国发展智能能源网的共同引擎。
以燃气网作为突破口有几大优势:燃气网络资产一般由地方掌握,可以形成以城镇为中心的改革格局;燃气网具备与其他网络之间互动的基础;最新技术已经使得燃气网也可以作为终端能源主要供应者,即用燃气发电直接解决终端用电问题;中国煤炭具备大量汽化的条件;燃气可以作为新能源机动车的理想动力支撑。
之二:发展先进的储能系统建设是中国能效水平的命脉
从中国能量的生产和消费结构分析,未来5年,网络化储能设施可以将中国能源消费的10%直接存储,中国能源的20%可纳入缓冲存储;未来10年,网络化储能设施可以将中国能源消费的10%通过大容量储备直接存储,中国能源的30%可纳入缓冲存储。
如果将分散式和孤岛型的中国储能实例联结成网络并实现优化,中国能效至少能够提高8%,如果推向更高级的储能网络运转形式,中国能效可提高10%,相当于2011年可节省3亿吨标准煤。如果由此推动构建全球储能系统网络,相当于激发一次能源局部产业革命,造就一个创新的新能源产业。
中国建立储能产业的要素包括:直接储能:缓冲系统储能;实现不同能量的智能配置储能;建立公共的虚拟储能网架;推进以城市为主的储能系统建设;推进以市场化为主的储能交易市场建设。
注重缓冲存储是构建中国最具潜力的储能产业的关键,注重芯片、网络与储能设施的产业结合是储能设施效益最大化的必然途径。
之三:中国淡水、特别是工业用水的三分之一可以来自海咸水淡化
2009年中国全年总用水量5933亿立方米,其中大部分来自于地下水和江河水,伴随着工业化和城镇化,中国用水规模太大而水资源在减少,但是中国又是一个有大洋大海的国家,如果通过多联产的形式,通过海水淡化的方式可以重构中国的水利来源。
中国未来5年争取建立日处理量3000万吨的海水量化处理体系,未来10年建立日处理量可达到6000万吨。中国有丰富的海咸水资源,它的处理成本比较低,三四元钱左右,这对国内未来资源需求价格来说还是可以接受的。
因此可以大胆设计,未来中国1/3的淡水、尤其是工业用水应该来自于海咸水淡化。基于此,我们应该及时依据新能源发展,调整南水北调以及其他跨江、跨河调水的计划,使国内水资源和其他资源形成优化配置,推进构建中国的智能水务系统。
之四:智能建筑是建设智能终端网络的核心
目前大陆地区建筑物的用电量占全国用电总量的70%以上,建筑能耗占国内整体能耗的40%,加上间接损耗大约接近50%,温室气体排放占国内温室气体排放总量的40%,通过改造国内传统建筑可以大幅减少终端能源的浪费和污染,可以实现能源节约的规模效应,实现这个转变的最理想途径就是通过发展智能能源网,将中国的城镇建筑改造为智能建筑,并以这个终端体系为基础,重组中国的能源消费方式。
根据统计,中国城镇房屋面积大约为580亿平方米,每年使用的能源总量超过15亿吨标准煤,如果国内一半以上的建筑实现节能20%~40%,相当于减少3亿~6亿吨标准煤的消耗,由此发展绿色建筑反而可以推动中国增长能力。
如果强制性地将国内每年新建的10亿~15亿平方米的房屋转建为绿色建筑,又相当于中国每年可以减少3亿吨以上的煤炭开采;如改建房屋大规模地使用绿色建材和智能设施,意味着中国在未来10年应有100亿以上平方米房屋的绿色建材需求,而这个全球最大的市场将直接拉动新兴的中国绿色产业。如成功推动绿色建筑的转型,每年对GDP的贡献大约可达到1%~3%之间,一二十年内,中国经济有望保持8%左右的发展水平。
之五:城市是智能能源网建设的突破口
智能能源网行业的突破口可以电力、燃气为主突破口,但是,有条件的地区可以实现智能能源网的整体改革;条件不够理想的地区可以因地制宜、因时制宜分业改革。但是,行业改革不可能解决中国能源现代化的主要问题。
智能能源网整体或试点改革,则应该确定以推动600多个市级单元为主导的集成化改革,它应该是智能中国、价值中国、效率中国建设的重要体制突破口,这个突破的实质是重新划分从中央到地方的改革利益。应该据此减权让利,推进电力的输配分离,在有条件的地区,应该制定地方法律,推进电热气水等公用企业的虚拟网架间的整合,以实现能源智能化。
与此同时,新能源的接入、调峰利益的分配、用户的再分配、碳减排的收益、有线电视、宽带等数据网服务、通讯网租赁等利益的整合将解决中国智能能源网多元投资的动力,有效地平衡改革的成本问题。
之六:高精度能源组件和专业网络的整合,催生全球信息网络的跨越式代际更新
目前互联网使用的IPv4协议地址长度为32位,理论上网址资源可容纳43亿个主机,这个网址资源在2010年到2012年左右行将用尽。但是,数以百亿计的能源组件高精度的互联需要更多的网址资源。
IPv6将现有IP地址长度扩大到4倍即128位,这样IPv6地址总数大约有3.4×1038,平均到地球表面来说,每平方米将获得6.5×1023个地址,这将使地球上每一粒沙子都将拥有一个网址。
全球下一代大约需要更新10亿台以上的路由器,更换价值千亿美元以上的互联网软、硬件设施。全球信息产业再一次带来更换版图的机会,而这个机会应该属于优先推动智能能源网变革的国家,智能表计系统将营造中国互联网升级的巨大需求,中国应该成为领先升级IPv6并获得知识产权创造的国家。
之七:能源的智能化将推动全球人、机、网的运行和服务组构发生革命性变迁
发展智能能源网将推动中国100亿个以上的能源设施组件从专业系统和行业网络之中整合为一个网络化能源生态集群,这个集群运营的主体超过5亿人口;这个新型的能源生态群运营的网络在IP地址的长度将为128,世界上人、机、网的组构将发生革命性变迁。
为此,应在发展数据传感系统、智能表计系统等一般技术体系之上,实现契约性合作性能源信息的管理,开拓更高级的能源引擎服务,它的产业价值将超过谷歌的业务量;应大力发展终端能源电脑管理系统,中国的水电气表就超过6亿块,它的业务量将超过苹果;应大力发展能源终端的视窗系统,在中国能源终端超过了上网人口,它的业务量可能将超过微软。
之八:从标准到实践,全球能源分工新的制高点
智能能源网发展转型的理想模式应是先制定标准和规划,后推动业界共同转型。
加快构造智能能源技术标准有三个途径:充分整合现有的标准;补充提升现有的标准;创立新的技术标准。
据此建议:中国应抓住这一次能源产业变革中制定国际标准的战略机遇,尽快与国际社会共同制定一套先进的智能能源网技术和产业标准体系,推动中国能源变革事半功倍。
之九:谁优先其他国家运转能量通货,谁就可能掌握未来国际分工的主动权
我们建议的智能能源网的十要素中加进以推进碳权利管理为核心的新元素,由此将推动中国的能源管理加快提升为能量管理的水平,继而将能量管理可以构造为与纸币通货管理同等重要的第二通货体系,这对全球调整以纸币通货为主的体系具有重要意义,谁优先其他国家运转第二通货谁就可能掌握未来国际分工的主动权,为此,中国应该加快研究将碳权利管理列入能源管理的流程之中。
能量通货管理的具体表达肯定包括实行低碳奖励,高碳惩罚的举措。低排放奖励是指为推动能源产、输、配、用等各个环节利用智能化信息系统和优化方法提高能源效率,降低碳排放,应在能源价格的制定中加入碳权利排放约束等的政府管理费用。
过高地使用纸币通货制造了全球经济发展的不平衡,支撑了世界上最重要的经济体系的发展,但是也造就了纸币通货相对贬值的特征,现有经济体系中加进新的能量通货的元素,必将推动现有纸币通货流向低碳经济,形成新的国际分工和财富转移的效果。
之十:市场化是智能能源网建设的有力驱动
组构不同能量网架间的互动模式,推进水电气热建筑交通和工业管理的智能配置的优化结果,将构造为新的利润、价值和效率来源。组构不同能量网架间的互动将提高能效15%,由此将构成新的利润来源,智能能源网改革的费用主要不应由消费者承担,因此,将不同能量网架间的互动界定为推动智能电网或智能能源网建设的核心将使中国能源体系的建设拥有更高端战略的拉动优势。
没有市场化就没有真正的能源智能化,没有市场化就没有以网络化的管理实现能源交易和服务的优化。

国际智能电网联盟主席
Guido Bartels:建立和发展新的“能源生态系统”
非常感谢国经中心邀请我参加今天的会议。事实上,作为引领智能电网发展的国际智能电网联盟的主席和全球智能电网络联合会的负责人,能够参加今天的会议,我感到非常激动,也非常荣幸。
急需建立公共平台
自2003年成立以来,国际智能电网联盟一直强调要建立一个21世纪的能源基础设施,即一个能实现需求侧管理和提高能源效率,并允许接入清洁的、可再生能源的基础设施,我们也积极地将这一思想传递给政府官员、公共政策机构以及相关企业。希望更多的人了解并参与到建设中来。
过去三年,国际智能电网联盟和美国能源部每年都举办国际智能电网会议,旨在关注智能电网以及智能电网对可持续发展的能源未来、能源安全和经济增长的推动。以前三次会议中,智能电网的国际化方面作为众多议题中非常重要的一个,今年的会议同样如此。
本届“国际智能电网全球论坛”将于今年9月21日~23日在美国华盛顿举行。目前,“国际智能电网全球论坛”汇集了包括国际政策的领导人、企业领袖和来自北美以及世界各地的创新者在内的众多参与人员,他们将共同分享智能电网的建设经验以及未来的愿景。同时,中国的快速发展与能源紧密相连,我们期望中国能够带来能源变革的先进思想和经验与我们分享。
今天,包括美国和中国在内的许多国家已经开始进行智能电网的建设工作;但是,我们认为,智能电网是一个真正的全球化的巨大工程,需要进行国际范围内的合作。这种合作能够使参与者建立一个开放的交流平台,帮助更好地了解建设智能电网时所面临的挑战以及如何应对这些挑战。
中国已经在能源领域的许多思想创造方面处于世界领先地位。武建东教授和他领导的团队的先进理念已经被高端业界广泛认可,武教授使人们越来越清晰地认识到能源变革中的关键支撑要素,即智能能源网。
智能能源网意味着电网将向一个互动的能源管理系统转变。传感器技术的快速发展和使用以及现有技术的综合利用(如智能仪表、分析工具、面向服务的架构SOA、高速通信网络和数字化的设备),使这一转变成为可能:电力行业的整体运营效率将大大提高,而不仅仅局限于发电、输电或配电各自运营效率的提升;将横跨燃料、运输、供应管理和客户体验等众多领域的信息智能地组织在一起,实现整个能源行业跨领域的业务管理和可视化运营等等。也就是说,将形成真正的集成的能源价值链。
为了实现这一目标,目前急需建立一个公共平台,以推动新的“能源生态系统”的建立和发展。为了建立这样一个平台,我们需要将正在积极投身于智能能源建设和发展的有识之士聚集到一起。作为推动新一轮提高能源效率、优化能源使用和服务的平台,我们将智能能源概念称为类似因特网的“能源网(energy web)”或者“能源2.0(Energy 2.0)”。
电网压力的“减震器”
我想和大家分享的第一个案例是美国西北太平洋国家实验室的“奥林匹克半岛(Olympic Peninsula)项目。这个项目为华盛顿州的居民们提供了能源信息,并且通过激励机制和自动化手段帮助居民们减少高峰时段和紧急情况下的电力消耗。
虚拟市场和自动化控制是这个项目的核心,被福布斯称为“机器人易趣(eBay)拍卖”。在这个项目中,居民可以综合考虑舒适度和电价两方面因素来对家用电器和温度进行合理的调节;在电价高于居民预先设定时,居民可以选择减少能源使用。
该项目的成果非常显著,高峰负荷平均减少了15%。而一项研究表明,美国的高峰负荷减少5%,就相当于减少了625座调峰电厂。
另外,在极端天气持续40小时的情况下,通过实时电力市场能够有效地控制负荷变化,保证负荷不超过配网的供电能力;只有当分布式发电加入时,才允许负荷超过配电线路的容量;而当分布式发电退出运行后,又能控制负荷使之再次降低,总体上使得整个时段的用电需求减少50%。
该项目另一个值得关注的内容是家用电器控制器,它能够监测电网的负荷情况,自动关闭一些电器功能,从而减少家庭电力消耗。计算表明,如果所有的兼容电器设备都安装这种控制器,美国高达20%的电力使用都是可以调节的,这在电网压力过大的时候可以起到巨大的“减震器”作用。
目前,这个创新项目获得了美国能源部智能电网示范计划的资助,作为美国政府“经济刺激计划”的一部分,其成果正陆续在美国西北部推广,实施范围将扩大到5个州、11家电力公司、覆盖6万家居民和商户。
世界首个“智能电网国家”
第二个案例是地中海岛国马耳他,它是世界上第一个“智能电网国家”,并且首次将水和电综合考虑。马耳他50%的饮用水都来自海水淡化,消耗大量电能。
为此,马耳他国家电力公司和自来水公司正在展开未来5年的全国性智能电网合作,计划将25万支模拟电表和相同数量的水表更换为智能表,能够实时监测电能使用情况,发现自来水泄漏和电力损耗,还可以设定浮动费率,具备远程连接和断开连接功能,并为节能用户提供奖励。
对于马耳他这样100%使用燃油发电的国家,环境方面的收益非常显著:由于智能电网项目能够更好地了解用电模式、需求管理和能效情况,马耳他政府已经开始使用清洁性能源替代燃油发电。
作为欧盟的新成员,马耳他预计这个项目将使马耳他的公用事业实现跨越式发展,成为一个现代化的、先进的公用事业基础设施。这个项目是马耳他实现向具有竞争力的知识型经济转型的重要组成部分,能吸引和留住人才,刺激外国战略投资。
另外,我们也做了一些插入式混合动力技术的早期研究工作,以帮助电力公司管理和交易供电容量,以及简化车辆充电。一个值得思考的问题是:对于风电比重较大的电网,如何在保证电网供电安全的前提下,支持大量电动汽车的接入。
丹麦是世界上风力发电比例最高的国家,目前正在解决这一挑战。在EDISON项目中,他们正致力于开发一个智能化的基础设施,实现可再生能源对电动汽车的充电优化,同时,也研究如何以较低成本将更多可再生能源接入电网。
为了发挥智能能源的全部潜力,我们需要开始使用智能电网技术,更好地管理清洁能源,并与消费者合作实现供电和用电平衡。中国经济的发展需要可靠的电力供应,需要进一步提高能源效率,实现低碳经济;显然,对于中国来说,采用新的、多样化的能源以提高电网的可靠性和效率是至关重要的。
通用的国际智能能源网标准制定提上日程
鉴于武建东教授在国际上率先提出以综合网架为核心的智能能源网的理论体系和创新性贡献、在中国推进智能能源网研究和示范建设方面的努力,以及他在推进智能电网标准架构设计和智能电网架构研究方面的杰出贡献,国际智能电网联盟理事会在今年早些时候一致同意,委任武建东教授担任国际智能电网联盟理事会理事。同时,不久召开的新的全球智能电网联合会的领导人也将邀请武建东教授代表中国发表有关智能电网的观点。在新的组织中,武教授将在智能电网架构、“能源网(energy web)”或“能源2.0(Energy 2.0)”等重要概念方面发挥领导作用。具体包括:一、制定国际智能能源网络标准与规范;二、推动国际智能能源网标准和国际示范城市间的交流和协作;三、确定各专业工作组的专家和工作机制;四、推动国际组织、各国政府和公众共同认识并支持智能能源网的变革;五、其他理事会授权事务的管理。
国际智能电网联盟和全球智能电网联合会认为,通过智能能源网标准的研究,能够促进全球在智能能源网的协同创新,提高全球能源效率,促进国际先进城市之间的经验交流,为世界经济可持续发展作出贡献。而且,通用的国际智能能源网标准将提高人类在发展清洁能源上的共同使命感,为世界新能源变革建立一个更为稳定的运转架构。
国际电工委员会智能电网工作委员会代表、德国专家组召集人、国际电工委员会智能电网标准主起草人
Guenther:中国将受益于智能能源网战略
首先,我想对武教授和他的研究团队的成员们在智能能源网研究中在战略形成、发展模式及实施方案方面取得的重大成果表示祝贺。在如此短暂的时间里,他们透彻地研究了世界各国在智能能源网方面的特征和进展,并进一步创立了智能的多种能源网络的概念,致力于整合和优化所有形式的能源使用。长期来看,整合产生的综合发展优势非常可观,而现阶段,鉴于能源储存尚在开发阶段,这种新的思路也显得极为重要。同时,这也是二氧化碳在未来减排方面取得有效成果的重要途径。
另外,武教授还确立了十个要素流程模型和优先发展的八个重要领域,这些都是非常精彩和有远见的提议,对将来中国的能源消费意义重大。尤其是在中国目前城市化进程中,可再生资源使用比例增长的需求下,智能能源网络能起到的作用更为可观。 全球其他国家智能能源网络的综合使用很多都还处在初级阶段。例如,丹麦的一个岛屿需要把电网里面不同的能源都整合到一起,减少整个可再生资源对电网带来的冲击。解决这样的问题,必须采用智能能源网的解决方案和相关技术。
然而,智能能源网络最重要的组成部分是智能电表,它将对可再生资源的接入起到关键的作用,尤其是对波动能源的补偿方面更离不开智能电表的支持。值得庆幸的是,中国在智能仪表方面的发展已处于领先的位置。
发展战略性整合的智能能源网对于一个国家形成整合的能源战略无疑是极为聪明的举措。作为当今世界经济发展最为活跃的组成部分,中国将受益于一个精心布局、着眼于长远并且是可持续发展的能源战略。在智能能源网领域,一方面中国已经具备了将最先进的创新智能数字技术加以应用的良好基础,另一方面,应用层面的发展反过来会催生新的技术,创造更加智能的世界。
中国在智能能源网方面给予高度重视,相关部门在智能电网问题上表现出的紧迫感和决断力让人印象深刻,对由此带来的中国技术和市场的发展潜力非常看好。这些都将为中国在这个领域的成功赢得时间和机遇,赢得与中国在当今世界发展中实力相称的地位。
国际电工委员会智能电网工作组欢迎和中国相关的供应商、用户、行业专家以及政策制定部门在未来进行更多的交流和互动。德国在智能能源网方面就非常愿意加强和中国的合作。
过去几个月中,国际电工委员会智能电网工作组在建立高层次的典型架构方面取得了一些进展,我们正在研究全球范围内的一些用户示范项目,今年10月会公布相关结果。我们愿意支持和参与中国智能能源网的高速发展,也愿意从中学习相关的经验。中国的智能能源网发展已经是并且将日益成为全球智能能源网发展的重要组成部分。
中共中央政策研究室原副主任、全国政协经济委员会副主任、中国国际经济交流中心常务副理事长
郑新立:发展智能能源网可整体提高中国能源效率
7月15日,中国国际经济交流中心以武建东为负责人的研究组关于《中国智能能源网》的课题研究报告通过了国家能源局发展规划司组织的专家评审。专家认为,这项成果在国际上率先提出发展智能能源网的战略,可整体上提高中国能源效率,创造巨大的节能减排空间和经济价值,具有重大的现实意义和长远的战略价值,是我国能源研究领域近年来少有的重大原始创新成果。
课题研究在国内外率先提出了智能能源网的应用学说,建立了以综合网架为基础的中国智能能源网发展模式和有关方案。在此,我对课题研究成果有三个看法。
首先,课题研究成果在很多理论方面有独到的建树。
课题组在国际上率先提出了智能能源网的概念,发展了智能能源网流程模式,提出了优先发展的领域,意义重大。这项成果经过详细的论证和研究,主张将电力、水务、热力、燃气、数据、有线电视等资源捆绑整合,推动将智能能源网行业变革,提升为互动能源体系的集成改革。研究成果反映了我国推动智能能源网发展的创新模式和实施方案,展示了对能源产业价值链重组、发挥后发优势促进我国经济结构智能化的广阔前景。
其次,研究成果具有重大的实践意义。
课题组研究表明,建设智能能源网将会把我国能源效率提高至少15%,以2009年中国能源消费总量而论,全国每年大约可节省至少4亿吨的标准煤,一举创造巨大的节能减排空间和经济价值。同时,发展智能能源网可以较大幅度提升不同能源网的效率,引领传统的互联网等产业的转型和升级,带动包括先进的通讯、传感、储能、海量数据优化管理和智能控制等技术的发展。
课题组在唐山市和上海浦东新区开始起步论证智能能源网学说的可行性和优越性,目前已初见成效。这样的探索实践,有助于完善智能能源网的运行体系和方案,明晰智能能源网的发展路线图和国际技术标准,使中国成为全球智能能源网变革的先行者。
第三,研究成果具有重要的影响力。
智能能源研究成果反映了推动智能能源发展的创新模式和实施方案,展示了对新能源产业的价值链重组,发挥后发优势促进经济结构智能化的广阔前景。同时,课题研究成果还将会对国内国际能源产业改革发展奠定崭新的理论基础,智能能源学说在中国创新发展,将有力地帮助应对全球能源和气候变革带来的挑战。
中国是拥有13亿人口的大国,而我们的人均能源消费总量只有美国人的1/4,我们要提高生活质量,过上现代化的生活,享受到人类科技进步和工业文明发展的成果,就必然会带来能源消费的增长。因此,我们要用当代最新的技术和理念,特别是智能能源网的理念,来加强能源网的建设,提高我国能源消费的效益,走出一条绿色的发展道路,尽可能降低经济发展和人民生活改善对环境的污染和碳的排放。
同时,智能能源网的发展也是互联网在能源领域的应用之一。建设智能能源网,是符合当代科技进步方向的;另外,中国建设智能能源网,对整个经济发展、产业升级、走新型工业化道路都是非常重要的战略支撑点。同时,也是能源工业的新的经济增长点。
全国政协经济委员会副主任、中国电监会原主席、中国能源研究会理事长
柴松岳:智能能源网推动全球能源战略转型
目前解决全球能源战略转型的理论体系主要有两个,其一是单网架的智能电网发展方案,如美国、欧盟提出的智能电网发展模式,中国国家电网提出的坚强智能电网也属于这一范畴,这个方案注重以电力系统为主的智能化改革;其二就是武建东教授提出的综合网架的智能能源网的发展方案,这个方案认为不同能源网架间需要实现更高效率的配置和互动,以实现分行业、多产业的能源智能化。
对两种模式的比较我研究不多,但经验告诉我,按照综合网架理论推动智能能源网建设,可能有更好的效果,也能使中央提出的“以信息化带动工业化,走新型工业化道路”的战略落到实处。例如武教授提出通过海水淡化解决我国沿海城市工业用水的主要需求,并建议以此为基础适时调整南水北调计划,这个思路是有价值的,它可以推动我国发电设施建设、特别是海上风电建设。
中国应该走有别于西方国家的能源变革道路,这个模式以智能能源网的形式概括是恰当的。而且,发展智能能源网,可以充分发挥我们的制度优势、不同能源网架智能配置的优势、地方政府的优势和市场的优势,将我国能源领域巨大的潜力焕发出来。
总之,中国智能能源网研究是一项具有创新性的研究成果,在国际上也具有一定的领先水平,应予肯定!
上海市浦东新区政府区长代表、张江高科技园区管委会副主任
刘小龙:智能能源网助推张江低碳高效发展
发展智能能源网将加快 实现我国节能减排目标
武建东教授牵头的智能能源网研究,从战略层面提出了制高点式的能源体系整合模式。智能能源网不同于智能电网、智能水务网等单个能源行业独立发展、独立整合的渐进改革模式,直接定位有别于发达国家、具有中国特色与优势且领先于国际跨越式综合互动能源网络,可有效避免资源浪费与重复建设,使我国电、油、水、气和热力等能源的综合利用跃上一个史无前例的高度,加快我国实现节能减排目标的进程,实现绿色低碳、高效和安全可靠的经济发展模式。同时,智能能源网的战略性构想也将改变我国对国外能源建设模式跟随模仿的现状,对国家的能源安全有极其重要的意义。
张江试点
在课题组和武教授的总体部署与指导下,作为我国改革开放前沿的上海浦东新区参与了智能能源网示范项目的子课题研究,张江高科技园区被选作浦东智能能源网规划与实施的示范区。
我们在子课题中对园区能源的结构、消费现状与需求作了分析,希望在示范区域范围内以绿色低碳技术、非生态消耗性技术为采纳重点,尝试新能源、分布式能源等微网系统的接入并网,通过传感终端与智能化信息控制系统,实现各能源管网的调峰、填谷、储能等功能,探索实现能源网的智能、互动架构。把浦东新区建设成为具生机和活力的、人与自然和谐的、可持续发展的生态文明示范区,把张江建设成为以低碳经济为核心的国际级生态工业示范园区。
子课题研究组也对公共基础信息网等现有技术架构与标准进行了分析,希望通过智能燃气网、智能水务网和智能能源微网等示范项目带动,实现新的技术与产业标准的突破,创造重大的知识产权标准,占据产业制高点,为智能能源网的大范围推广积累产业基础。
同时也希望探索在经济转型过程中落实绿色低碳经济理念需要突破的一系列技术和政策瓶颈,形成一整套包括制度、技术、范例、标准体系、配套、实施措施等在内的,区域智能能源网络示范城发展实施方案和实施路线。
在这里强调“一整套”,是因为建设智能能源网将是一个浩大的工程,这不仅体现在需要大量技术变革与突破,更体现在需要全方位支撑体系的突破。
我们研究了美国在发展低碳产业方面的一些成功经验:
第一步是进行技术储备。尽管2005年没有签订《京都议定书》,但那时美国已有大量的风险资本投资和布局于低碳产业的各个领域,包括大功率风电技术、太阳能高端领域、生物能源和新型电池、煤电、核电技术等各个领域。这些领域中的企业在风险资本的推动下,都进行了技术专利的储备。
第二步是立法。2009年6月,美国众议院通过了《美国清洁能源和安全法》。规定了2050年美国节能减排在2005年基础上达到80%的水平,同时制定了占总数2%的7500家美国大型企业在2050年必须达到的节能减排指标。
第三步是资本市场的准备。目前全球碳交易基本上为美国所主导。美国推出了碳交易货币、投融资、贷款、期货等金融体系和衍生产品。
第四步是作好舆论准备。美国公众对低碳的认知率达97%。奥巴马签署的7871亿美元美国经济振兴法案之中,600亿美元预算将用于新能源和节能减排领域。2009年美国从部长、参议员到奥巴马总统接连访华,中美会谈的核心问题即是节能减排,美国在舆论上作了大量准备。借鉴美国经验,我国在整体推进智能能源网的时候,必须从技术、法律、资本市场以及组织体系、人员培训、教育等各个方面,进行系统性的设计和全方位的打造。
浦东张江示范项目实施效果预期
初步预计,通过区域智能能源网的阶段性建设,引入新能源、分布式能源技术,在部分能源管线间实现智能化互动化,就可以实现园区“十二五”期末总耗能降低15%、减少碳排放81.25万吨,这将为建设一个和谐环保的社会提供重要参考。
智能能源网示范城项目在张江园区的实施,也将加速园区战略性新兴产业和技术发展,建成智能能源网产业链和配套产业基地。
张江目前在传统能源改造(清洁煤)、储能、新能源(光伏、光热)、智能建筑、ICT(传感技术、RFID、智能信息化控制)等相关领域都有深厚的产业基础。预计“十二五”期末相关产业将直接新增约300亿元产值,形成智能芯片、光电子器件及模块、智能计量表具,用户终端器,光纤传感器、半导体照明器件和光伏、光热、逆变器以及设备系统等近千亿元战略性新兴产业规模,园区总营收规模将达到2800亿元。
唐山市人民政府副市长
辛志纯:唐山试点智能能源网
武建东教授创立的智能能源网应用学说,从全社会能源转换的战略高度提出了新型能源整合模式。这个模式将电力、水务、热力、燃气、数据、有线电视等资源捆绑为整体资源,以集成化手段构建实现互动式的能源网建设。这将有效推动中国能源用户端的互动能力、互动标准、互动资源和互动产业链的建设和运转,使中国能源经济加快实现升级转型。
2010年1月以来,唐山紧密跟踪中国智能能源网发展模式研究进程,积极谋划唐山智能能源网建设实施路线和方案,并与中国国际经济交流中心合作开展唐山智能能源网示范项目研究工作。唐山的总体设想是,采用先进的通讯、传感、储能、海量数据优化管理和智能控制等手段,对传统能源流程架构体系进行全面改造,建构新型智能化能源生产、供应、消费交互架构,同时,积极将智能建筑、电动汽车产业的培育和发展,纳入区域智能能源网的发展内容。
(本版文字由本报记者陈欢欢、刘丹、实习生郑入瑞采访整理,标题为编者所加。)
《科学时报》 (2010-8-9 B2 专题 智能能源网)


    智能能源网,如何认识与构建21世纪新型能源结构:智能能源网


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