【無所不能 文|龐名立】人類進入信息時代，跟互聯網沾邊的東西就熱鬧起來，能源互聯網就是其中一例。能源互聯網成為最近熱門的話題，號稱“新經濟模式改變世界”。

實際上，能源領域改變未來經濟模式的東西有很多。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，因此人們認為，能源從高碳經由低碳再到無碳，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用的甲醇經濟新概念，即將再生能源制得的氫和二氧化碳變成甲醇，再用甲醇轉化為新能源，這是解決目前溫室效應越來越嚴重的現狀的有效途徑之一。這種提法的支持者認為應用生物乙醇來替代汽油。

能源互聯網也不是新鮮事物，由于可再生能源如太陽能、生物質、生物燃料、小水電、地熱、海洋能、風能等能源密度低而且分散，在能源進入“后石油時代”必然產生再生能源聯網，以滿足社會經濟發展的需求。

能源互聯網是什么？

全球再生能源聯網的概念最早在20 世紀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，他認為“全球能源互聯網戰略”是能源最高優選的。

1986年彼得·邁森（Peter Meisen，1976年加利福尼亞州大學碩士研究生畢業，獲應用力學與工程科學學位）創立了全球能源網絡學會（Global Energy Network Institute，GENI），該學會是研究和教育的非盈利性組織，特別關注國家與大陸之間的電力傳輸網絡連接，強調利用豐富的再生能源資源，利用季節性變化、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《第三次工業革命—新經濟模式如何改變世界》的書。書中觀點指出，第三次工業革命由信息技術推動全球化，首先要解決人類賴以生存的能源問題。聯網的再生能源共享，如何實現儲存和共享，并且每家每戶都能夠參與再生能源生產中來是全書探討的第一個主題。將能源的生產、制造、存儲、運輸實現互聯網化，這是解決能源危機最行之有效的方法，全球化的能源進程始終與第三次工業革命相輔相成、相互滲透。

書中提出了第三次工業革命的核心有五根支撐的柱子，它們之間是相互關聯的：

(1) 能源朝向可再生能源發展；

(2) 陸上構筑物區塊都轉換成綠色微型電站，就地收集再生能源發電；

(3) 每棟構筑物區塊及基礎設施均可使用氫和其他存儲技術，以存儲間歇式能源；

(4) 利用互聯技術將陸上構筑物區塊微電網連接到能源互聯網，其作用類似信息互聯網（數以百萬計的構筑物能夠就地生產出少量的再生能源，可將多余部分銷售給電網回收，通過聯網而與其他地區分享）；

(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之間購買和銷售。

慢慢讀過這5條，您可以理會到：能源互聯網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。在兼容傳統電網的基礎上，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構。就是說，化石燃料逐步消失，人類將這樣逐步利用能源網絡。

因此，可以給能源互聯網下個定義：能源互聯網是通過先進的電力電子技術、信息技術和智能能量管理技術，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成的新型電力網絡節點互聯起來，實現能量和信息雙向流動的能量對等交換與共享網絡。

杰里米·里夫金只是根據能源發展總結了前人的工作而成書，在之前，關于分布式能源或區域性能源的說法很多，討論也已經持續很久了。在我國，這方面論述也很多，只不過如今披著“互聯網”外衣就熱鬧起來了。

能源發展必然出現能源互聯網

從傳說的燧人氏鉆木取火開始，人類開始自覺地使用能源，直到英國發明家、第一次工業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”是環境與人類和諧共處的友善時代，但經濟發展低下，作為生物燃料的柴薪不但不破壞環境，也能滿足人們生產和生活的需要。不要認為現在居民煮飯都用電用氣了，那就是現代化了，實際上木質顆粒（Wood Pellet）生產量逐年增加，2013年全球木質顆粒產量為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濟發展，煤炭大量涌入能源市場，那時煤炭具有最高的經濟價值，稱為能源進入煤炭時代。煤炭激勵了工業發展，同時也造成環境污染。

到19世紀中葉，波蘭藥劑師依格納茨·盧卡西維茨（Jan Józef Ignacy·ukasiewicz）發現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，能源很快進入“石油時代”（能源密度見表1）。在燃料化學結構中，氫含量越高，熱值也越高。木材的氫碳原子比為1:10，其質量能量密度為16.2 MJ/kg；煤的氫碳原子比為1:1，其質量能量密度為24 MJ/kg，而汽油氫碳原子比約2:1，其質量能量密度為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，人們把天然氣作為高效的燃料來使用，而進入氫能時代，氫最高，為142 MJ/kg，因此，在能源互聯網中，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世紀初葉迅速下滑，石油已經不能主宰能源市場，此時，全球經濟發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展時期，也是石油替代產品的培育、成長和發展時期。后石油時代的特征表現為：

⑴ 更加激烈地爭奪常規油氣資源；

⑵ 加快非常規油氣資源的開發利用；

⑶ 加緊搶占新能源技術制高點。

能源發展是從高碳經由低碳，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、地熱能、風能、生物質能。

⑵ 核能：指核裂變。

目前，全球一次能源消費結構見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%，其中核能發電和水力發電都屬于集中式發電，此處所指的“再生能源”，包括了太陽能發電、風電場等分布式發電（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世紀能源市場仍然是以化石燃料為主體，再生能源發電的比例很小并以緩慢的速度增長。能源互聯網至今為止處于準備階段的初期。

表2 世界一次能源消費結構

研究再生能源必須研究21世紀可再生能源政策網公司（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年底全球電力生產中的再生能源份額的圖示，見圖1。化石燃料發電占總量77.9%，其次是水力發電占16.4%。杰里米·里夫金說的“陸上構筑物區塊都轉換成綠色微型電站，就地收集再生能源發電”，只能是屋頂太陽能光伏和小型風力機比例很小，圖中數據實際上是指大型太陽能光電板陣列和風電場。

圖1   2013年底全球電力結構

分布式發電走向能源互聯網

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。

分布式發電（Distributed Generation，DG）通常是指發電功率在幾千瓦至數百兆瓦的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發電單元。主要包括：以液體或氣體為燃料的內燃機、微型燃氣輪機、太陽能發電（光伏電池、光熱發電）、風力發電、生物質能發電、小水電等。電力生產是分散的、間歇性的，成本低、輸電損失少，多余的電力只能儲存。如果將它們聯網就成為區域性能源網絡，這就是能源互聯網的核心。

區域性能源網絡是以分布在用戶端的分布式發電為主，其他中央能源供應系統（火力發電）為輔，實現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系統提供支持和補充；在環境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現適度排放的目標；在管理體系上，依托智能信息化技術實現現場無人職守，通過社會化服務體系提供設計、安裝、運行、維修一體化保障；各系統在低壓電網和冷、熱水管道上進行就近支援，互保能源供應的可靠。分布式能源實現多系統優化，將電力、熱力、制冷與蓄能技術結合，使利用效率得以提高，以達到節約資金的目的。

天然氣熱電聯產和冷熱電三聯產在區域性能源網絡中起著重要作用。熱電聯產和冷熱電三聯產有效利用能源效率、節省了天然資源并降低了燃料消耗，使系統高效率運行。一般的火力發電效率只有30%左右，熱電聯產可達65%～70%，而冷熱電三聯產可達80%以上。當燃料為可再生燃料時，熱電聯產和冷熱電三聯產是碳中性的，即不產生溫室氣體排放，也是降低溫室氣體排放和降低能源費用的最佳方案。

圖2   各種技術的發電效率

區域性能源網絡是未來世界能源技術的重要發展方向，它具有能源利用效率高，環境負面影響小，提高能源供應可靠性和經濟效益好的特點。

區域能源網絡=能源互聯網

雖然天然氣燃燒的清潔性和對環境的親善性產生了天然氣熱電聯產（Cogeneration）和冷熱電聯產（trigeneration），并最終發展成為天然氣區域能源網絡，實現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和利用方面所取得的巨大進步，因而從整個社會長期、穩定、安全、經濟地使用能源的角度來考慮，就不難發現僅使用天然氣這種化石能源已顯得不足，也就是說當前的區域能源網絡所使用的能源，除了天然氣和集中式發電所提供的熱電外，還應將諸如：太陽能、氫能、風能等可再生式清潔能源，以及其它分布式發電的電力都納入到區域能源網絡中來，以形成一個綜合性的、多元化的區域能源網絡，實現網絡內用戶的能源共享，包括能源的交換和用量調節，現在根據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，當然這張圖還可以畫得復雜點，增加項目，見圖3。

圖3   區域性能源網絡

從圖3可見，這種綜合性的區域能源網絡，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供服務的天然氣區域能源網絡。在這種綜合網絡中的所有用戶，包括住宅、醫院、超市、樓宇、車輛等都實現能源共享，在共享中通過能源的交換和用量調節，使納入網絡中的各種能源得以充分利用，使區域內的能源用量從整體上達到最佳平衡。另外，共享必然存在共同的利益和責任，這會促使網絡中的所有用戶在提高各自的能源利用效率方面、在減少對環境的沖擊方面，在更經濟地獲得能源方面積極發揮自己的作用，從而實現整個社會更加合理、高效地利用能源、更加節能、更少排放CO2、對環境更加友善的目標。

同時，從圖3還可以看出整個社會對能源的供應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基礎上可以開發利用的能源，如再生能源，包括太陽能、小水電（小水電裝機容量不超過50MW，大水電屬于常規能源）、地熱、海洋能、風能等。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“先進技術汽車（Advanced Technology Vehicle）”，提法比較科學。

其實，發展電動汽車的本意是利用再生能源發電，這是能源互聯網的核心問題，可是被誤讀了。這種來自再生能源發電的電動汽車，環保、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。

樓宇能源聯網只是區域能源網絡的補充

圖3明確表明，工廠、醫院、公寓、居家等都可以獨自生產電力，并可將多余部分銷售給電網公司以獲得收益。如果“未來25年將會有數百萬人生產綠色能源”并“利用互聯技術將陸上構筑物區塊微電網連接到能源互聯網”，“傳統的石油和煤炭企業死定了”，這是能源互聯網的核心，就偏離了的區域性網絡的實質。這種“眾人拾柴火焰高”、“大兵團作戰”方式仍然不能解決問題。

2004年國際能源署（IEA）提出以GWth來統計太陽熱能。換算關系為：

1m2裝設面積=0.7 kWth  ；1×106m2裝設面積=0.7 GWth  ；1 GWth=1.4286×106m2

如果計算替代臺灣臺中發電廠（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力機產生的能源，其聯網仍然比集中式的火力發電、太陽能光伏、太陽能熱發電的小。

普及太陽電池板并不難，政策導向很重要。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%，技術先進的美國只占5.8%。當然，這是分散式的，不聯網，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，又可并網買錢，當不做事只管拿錢的翹腳老板，自然安裝得快了。

全球能源互聯網正向我們走來了嗎？

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，于是產生了國際貿易。再生能源如太陽引發的太陽能、風能、水能和生物質能還算比較公平，按面積分配，大家差不多。

杰里米·里夫金寫了篇短文“只有能源互聯網能拯救世界”，說道：“在即將到來的時代，我們將需要創建一個“能源互聯網”，讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產綠色可再生能源。然后，他們可以將這些能源轉化為氫氣儲存，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，就像我們現在網絡上分享信息一樣。”

這只是能源互聯網即區域性能源網絡的一個補充。全球經濟高速發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，呈現多元（種類）化和多源（渠道）化的格局。在能源開發上，以清潔能源替代化石燃料，實現化石燃料為主、清潔能源為輔向清潔能源為主、化石燃料為輔的轉變。

區域性能源網絡規模由經濟效益決定的，但大到其他國家那里去，試圖全球形成一個大網絡的可能性不大。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。全球能源互聯網的話題至少目前不成立?！?/p>

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