能源互联网背景下新能源的发展趋势
能源互联网背景下新能源的发展趋势***********************
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ABSTRACT:Energy is an important support of modern economy, it is an important foundation for the survival and development of human society, and it plays an important role in promoting economic and social development. Since the beginning of the industrialization, the coal, oil, natural gas and other fossil energy as the main fuel became the material basis for the survival of human society, with the rapid growth and the rapid development of China's economy and population, growing demand for energy, energy consumption greatly increases, conventional energy resources are dwindling, has been unable to meet the needs of the development of the national economy. With the development of the country put forward the "Internet plus" strategy. The combination of Internet and traditional industries to improve the efficiency of traditional industries and has become the mainstream of new economic format. Since last year, the 4 concept of industry swept the country, the Internet has also followed the popular energy. It is reported by the national energy board leading energy Internet action plan is being developed, which is the official layer of the top design of the energy Internet, intended to promote the power market and the development of new energy technology.
KEY WORDS：new energy; Internet plus; energy Internet; Industry 4.0;
摘要：能源是现代经济的重要支撑，是人类社会生存和发展的重要基础，对经济、社会发展起着不可或缺的重要推动作用。进入工业化以来，以煤、石油、天然气等化石类为主要燃料的能源更成为人类社会赖以生存的物质基础，随着中国经济的快速发展和人口的迅速增长，对能源的需求量越来越大，能源消耗大幅增加、传统能源资源日益减少，已经不能满足国民经济发展的需要。随着国家提出“互联网+”战略的提出。互联网与传统工业结合以提升传统行业的效率，已成为新经济新业态的主流思路。从去年以来，工业4.0概念席卷全国，能源互联网也跟随火爆。据悉由国家能源局主导的能源互联网行动计划正在制定，这是官方层面对能源互联网的顶层设计，意在从技术上推进电力市场化和新能源发展。
关键词：新能源；互联网+；能源互联网；工业4.0；1前言
新能源是一类开发利用过程中碳排放远低于传统化石能源且来源近似可再生，开发利用时间较短具有较大发展潜力的能源。新能源能够代替传统化石类能源，弥补石油、天然气资源的短缺问题，增加能源供给，满足能源需求，保障能源安全。新能源的广泛应用有利于改变中国目前以煤炭、石油和天然气为主的能源结构，减少由化石类能源利用带来的温室气体排放和大气污染等问题。经过几十年的努力，中国已经形成了以煤炭、电力、石油、天然气为主，以新能源和可再生能源为辅的多元化能源生产供应体系。但目前，中国的能源消费进入快速增长时期，以石油、天然气为代表的能源供需矛盾日益凸显，进口量不断加大，能源已经成为制约中国经济发展的瓶颈。因此，调整能源消费结构，提高能源利用效率，有效开发新能源，建立以新能源和可再生能源为主的能源体系，减少碳排放，促进中国经济可持续发展、确保能源安全刻不容缓[1]。
目前我国正处在能源行业的关键转型阶段，随着化石能源的枯竭以及环境的不断恶化，传统的以化石能源为核心的能源生产消费体系已经难以为继，因此构建以风能、太阳能等新能源为核心的能源供需体系、引导能源行业转型升级，已经成为我国能源领域的重要发展方向。而电力作为二次能源的核心，能够将新能源转化成为直接可用能量，因此引导传统电力系统向着新能源电力系统转化是实现上述能源转型的关键途径，实现这种转型也是我国能源革命的重要目标[2-3]。
在实现上述能源革命目标的过程中，能源互联网将起到重要作用。能源互联网这一概念是杰里米?里夫金在其著作《第三次工业革命》中首次提出的，是一种以可再生能源为主要能量单元，
利用互联网技术实现能量流与信息流的实时流动，各类能源网络与交通运输网络高度耦合的新型能源供用体系[4]。能源互联网作为未来可能的能源可持续发展解决方案正逐渐成为研究的热点和潮流。
能源互联网是以互联网理念构建的新型信息—能源融合“广域网”，它以大电网为“主干网”，以微网、分布式能源等能量自治单元为“局域网”，以开放对等的信息—能源一体化架构真正实现能源的双向按需传和动态平衡使用，因此可以最大限度的适应新能源的接入[5]。虽然能源形式多种多样，电能源仅仅是能源的一种，但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势，未来能源基础设施在传输方面的主体必然还是电网，因此未来能源互联网基本上是互联网式的电网。
图1 能源互联网基本架构
图2 能源互联网架构图
能源互联网基本架构如图1，2所示。微网、分布式能源等能量自治单元可以作为能源互联网中的基本组成元素，通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与分享以及微网内的储能或用电消纳形成“局域网”。能源互联网是此基础上的广域联接形式，作为分布式能源的接入形式，是从分布式能源的大型、中型发展到了任意的小型、微型的“广域网”实现。大电网的形成有其必然性，在传输效率等方面仍然具有无法比拟的优势，将来仍然是能源互联网中的“主干网”。微网或分布式能源接入、互联和调度灵活但存在供电可靠性较高等问题，大电网供电可靠性较高但尚难以适应大量新能源的灵活接入和双向互动，能源互联网可以起到衔接作用，综合两方面的优势。能源互联网是采取自下而上分散自治协同管理的模式，与目前集中大电网模式相辅相成，符合电网发展集中与分布相结合的大趋势[6]。
２新能源开发潜力及开发现状
２.1 开发潜力
我国新能源资源储量丰富[7]。
风能资源方面根据中国气象局第四次风能资源普查结果，我国离地5 0 m 高度陆地上风能资源潜在开发量为23.8 亿kW，近海5～25 m 水深范围内风能资源潜在开发量约为2 亿kW，“三北”地区（华北、东北和西北）以及东南沿海地区、沿海岛屿潜在风能资源开发量约占全国的8 0 % ，我国规划了八个千万千瓦级的风电基地。太阳能资源方面：1971～2000 年我国陆地表面年均接受太阳总辐射量相当于1.7 万亿tce，太阳能总辐射资源总体上西部大于东部、高原大于平原、内陆大于沿海、干燥区大于湿润区，直接辐射年总量的空间分布特征与总辐射基本一致，内蒙古西部、青海中部、西藏西南部是直接辐射资源最丰富地区。
生物质能方面：我国生物质原料资源年产出8.99亿tce，其中有机废弃物年产出4.74亿t，边际性土地年产出4.25亿t。
地热能方面我国地热可采储量约4626亿tce，占全球总量的7.9%，我国地热能发电开发潜力582万kW。
海洋能方面我国波浪能资源量为1285万kW，潮汐能资源量为1.1亿kW，潮流能资源量为1.4亿kW，温差能资源量可达13.2亿～14.8亿kW。
在党中央、国务院的正确领导下，经过电力行业及其制造行业的不懈努力，近年来我国新能源发电发展取得了令人瞩目的成就。根据中电联快报数据和初步分析，截至2011年底，全国并网新能源发电装机容量达到5159万kW，占总装机容量的4.89%，其中，并网风电4505.11万kW，
约占并网新能源发电装机的87.33%；并网太阳能光伏装机214.30万kW，约占4.15%；并网生物质发电装机436.39万kW，约占8.46%；地热能发电装机2.42万kW，海洋能发电装机0.6万kW。2011年我国并网新能源发电量933.55亿kWh，约占总发电量的2%，节约标煤2885万t，相当于减排二氧化碳8020万t、二氧化硫62万t、氮氧化物27万t，其中，并网风电发电量为731.74亿kWh，约占并网新能源发电量的78.38%；并网太阳能发电量9.14亿kWh，约占0.98%；生物质发电量191.21亿kWh，约占20.48%；地热能、海洋能发电量1.46亿kWh，约占0.16%。
２.２新能源发展背景
在21世纪之前，中国的能源供应基本是以自主供应为主。随着中国工业化进程的发展，对能源的需求逐年增加，对外国能源供应的依赖也相应增加。据相关预测，2020年中国的石油进口依存度将达到近60％[8]，能源安全问题也越来越严重。在此背景下，开发新能源，实现能源供应多样化具有很强的现实意义。
历史上每一次工业革命的动力都是能源革命。第一次工业革命，是煤炭替代木柴而引发的工业革命；第二次工业革命，是石油替代煤炭而引发的工业革命；当前，我们正处于第二次工业革命和石油世纪的最后阶段。这一现实将迫使人类迅速过渡到一个全新的能源体制和工业模式，否则人类文明就将面临消失的危险。
国家主席习近平出席气候变化巴黎大会开幕式，发表题为《携手构建合作共赢、公平合理的气候变化治理机制》的讲话，提出与广大发展中国家齐心协力应对气候变化的新措施，继续推进清洁能源、防灾、减灾、生态保护、气候适应型农业、低碳智慧型城市建设等领域的国际合作，中国的合作共赢之举将有效加强应对气候变化的国际合作。
对中国来说，气候变化既是一个现实存在的危险，也是一个巨大的机会，中国将在可再生能源和低碳技术投资方面发挥领导作用。同时，中国正在积极鼓励与推进的全民创业、万众创新的互联网+时代，这样的大背景下，中国新能源产业将面临着挑战与机遇。
尽管能源互联网市场前景广阔，对于国家发展也具有极其重要的战略性意义，但不可否认的是，由于能源互联网属于前沿领域，设想并不完善，技术也尚未达到要求，当前我国要加强能源互联网建设，主要有以下挑战。
第一，缺乏积极的社会参与。能源互联网强调开放、共享、互联，只有每个主体积极参与，才能发挥出实时高效的应有作用。然而，大部分国人对新型能源消费模式的认识不够深刻，对环境安全的要求不够高，以至于能源互联网建设虽然喊得震天响，但事实上仍处于初级的发展阶段，这对能源互联网的后续应用和完善十分不利。
第二，可再生能源消费占比过低。开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全、应对气候变化的重要措施，也是未来构建能源互联网的关键性环节，然而我国可再生能源利用率非常低且利用结构不合理。根据国家可再生能源中心统计，2013年我国非化石能源利用总量为 4.05亿吨标准煤，占一次能源消费量的11.5%。其中大型水力发电占比过大，考虑其存在的破坏生态与人文环境等因素，如果扣除大水电部分，则我国可再生能源占一次能源消费量的比重仅为1.3%左右[9]。如何加快可再生能源的发展进程，扩大可再生能源的消费比重是面临的重要挑战。
第三，缺乏制度层面的扶持。能源互联网的发展势必将多方主体引入能源领域，但是目前我国能源行业仍属于国家宏观调控的重点领域。尽管之前的电力体制改革放宽了民营企业进入售电领域的门槛，但步伐还较小，民间参与的通道并不明朗，而同期德国已经实行了“厂网分开、输配分开、配售分开和电力交易，实现了四位一体的100%的电力市场自由化”。所以能源互联网的建立和发展还需要国家放松对相关领域和行业的管制。
第四，需要技术层面支撑。一方面，可再生能源发电技术虽取得成果，但依然存在存储和控制等方面的问题，同时如何将来自众多分布式能量源的电能并入电网也是对现有技术的巨大挑战，需要更加高效缜密的电网。另一方面，能源互联网对网络信息技术和通信技术提出了很高的要求。能源体系信息化需要一个能源信息可实时汇总、处理、分析与决策的管理系统。同时，能源互联网是能源网络和信息网络互联共享形成的交互网络，其安全可靠性也是需要考虑的问题[10]。总之，能源互联网的产业化进程还有很长的
路要走。
我国新能源的快速发展主要得益于支持发展的法律法规和政策不断完善、发电技术不断进步、标准建设工作不断取得进展、检测和认证体系初步建立等[7]。
３能源互联网与新能源的结合及带来的改变
3.1 新生代合作模式
网络时代的合作经济，特别是互联网+时代的来临，日将兴起的第三次工业革命是以分布在世界各地、随处可见的可再生能源为基础。分散、合作式商业模式的新时代已经到来。同时，绿色能源的本地化生产将大幅度降低其生产成本，并通过自己的微型发电站实现合作消费。日渐兴起的合作型商业模式，合同能源管理、节能效益分享合同等[11]。
互联网信息技术与可再生能源的结合，为第三次工业革命创造强大的基础，第三次工业革命将改变世界。它将从根本上改变人们的生活与工作方式。德国总理默克尔强调，她完全明白分散式、合作性的第三次工业革命的科技内涵，也意识到了背后巨大的商业机遇。用默克尔的话讲，“第三次工业革命的分散式和合作性质，恰好符合德国政治的特点”。
在欧洲，越来越多的农场主将农场进行改造，使其成为微型发电站。利用风能、太阳能、热能、生物能，大幅降低了能源消耗。逐年降低的年费传递给了他们的合作消费者。在意大利罗马的社区开展能源合作是必由之路。合作社在意大利、欧洲均是一个庞大的商业力量。意大利工会、意大利中小微企业联盟、意大利合作社正式组建联盟，以推动意大利的第三次工业革命。笔者在与意大利罗塔公司技术总监交流的过程中谈到，在意大利已经有越来越多的农场，开始将沼气发电作为新增的农场利润来源。
法国诺曼底地区一家农场，该农场于2011年，投资80万欧元建设了一个沼气发电站，除了满足农场自用以外，多余的电直接上网销售。虽然，前期申报各种手续花了三四年时间，但是，已经建成投入使用的沼气发电，成为了新时期该农场新的利润增长点[12]。其中，7500亩地、120奶牛、3口人，收益分别60%土地、30%发电、10%奶牛。
3.2 新能源合作时代
随着移动互联网技术的进步，新能源产业的速发展，有预言未来的30~50年，世界经济的发展将是由农业合作时代向新能源合作时代的跨越。其中，《第三次工业革命:新经济模式如何改变世界》的作者杰里米?里夫金预言，2050年将是工业革命转变到合作革命是经济史上的一个伟大转折点。杰里米?里夫金认为分散型可再生能源将会跨越国界、自由流动。数百万人可以在自己家、工厂和办公室或者附近区域自行发电。在社区间或者地区间实现能源共享。每个人都将成为一个遍布整个大陆的、没有边界的绿色电力网络中的节点。
阿联酋马斯达尔，世界上第一个后碳经济城市，完全依靠太阳能、风力和其他可再生能源。其中，有一座设计1.9亿的发电厂，每一栋楼都是一个潜在的小型发电厂，它能吸收可再生能源，包括照射到楼顶的太阳能、墙外的风能、房子里排出的污水热能、房子下面的地热能。
巨大潜力与商机美国国家可再生能源实验室研究表明，60%：如果将所有的建筑利用新型科技、节能技术与实践翻新改造，能源消耗将降低60%。88%：如果再加装光伏发电系统。
充满想象的尝试法国建筑业巨头布依格公司，在其巴黎郊区综合办公楼，包括收集电能自用有结余。在欧美国家，已经有家庭居民交付6万美元定金，由专业的公司负责安装与服务，在自己的房顶上装上太阳能电池板发电，部分自用其余卖给电厂，投资回收周期4~10年。
充满挑战的探索京瓷太阳能事业部作为京瓷集团唯一允许25年亏损的项目，但坚持下去的事业。这与京瓷创始人稻盛和夫倡导的经营企业必须不低于10%利润似乎不符合，但是，太阳能作为可再生能源的发展意义重大，成为京瓷集团的唯一例外，如今已经成为京瓷最赚钱的事业部。汉能提出“用清洁能源改变世界”。旨在发展成为全球最大薄膜太阳能企业，提出做太阳能领域的“英特尔”。截至2012年底，汉能已拥有7项薄膜技术，建成9个薄膜电池生产基地，产能达到3GW。
新能源带来改变2015年6月，中国向联合国气候变化框架公约秘书处提交了应对气候变化国
家自主贡献文件，提出到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%、非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右、森林蓄积量比2005年增加45亿立方米、二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰。
新能源产业的发展已经超出我们所有人的想象，同时，中国正在积极鼓励与推进的全民创业、万众创新的互联网+时代[13]。对于中国来说，这是一个难得的机遇，抓住这次机遇，中国将实现能源独立和安全。可持续发展也是中国作为全球大国的责任。
4能源互联网下新能源发电的指导思想与发展思路
4.1 指导思想与基本原则
新能源发电发展要以科学发展为主题，以加快转变电力发展方式为主线，以保障安全、优化结构、节能减排、促进和谐为重点，努力构建安全、经济、绿色、和谐的现代电力工业体系[14]，为实现2020年我国非化石能源在一次能源消费中比重达到15%左右和单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40～45%的目标做出应有贡献。在发展过程中要坚持以下原则。
（1）安全性原则
安全性主要体现在新能源发电与常规能源发电的装机能够满足系统负荷需求并留有合理备用，各类电源的出力能够互相调剂、时刻满足负荷需求并及时跟踪负荷变化，确保整个电力系统的安全、稳定、可靠运行。
（2）鼓励性原则
新能源发电具有清洁、可再生等优势，在满足电力系统安全运行的前提下，要鼓励发展新能源发电，减少电力行业的化石能源消耗及二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等的排放，促进电力工业的绿色发展，为节能减排做出应有的贡献。
（3）经济性原则
各种类型新能源发电在发电成本、出力曲线、对电力系统影响等方面具有各自不同的特性。坚持经济性原则，就是要在新能源发电发展总量目标的指导下，深入研究风电、太阳能等不同新能源发电形式的技术经济特性，以全系统成本最低为原则，全面优化新能源发电结构比重以及区域布局。
（4）协调性原则
新能源发电一方面要加强与其他常规电源发展的相互协调，提高系统调节能力，保障电量的充分消纳。另一方面要加强与电网建设的相互协调，同步建成电源送出工程，加强跨区联网，加快构建坚强智能电网。
4.2 发展思路
按照上述指导思想与基本原则，着眼未来十年和长远发展战略，统筹常规发电和新能源发电的资源禀赋特征以及电网消纳能力，兼顾电力供需平衡、电力系统安全、非化石能源比重等要求，并以电力系统总成本最低为目标，提出了我国新能源发电发展的思路[15]。
（1）积极有序发展风电
我国风电开发要实现大中小、分散与集中、陆地与海上开发相结合的原则。首先，有序建设八大千万千瓦级风电基地。其次，积极推进内陆分散风能资源的利用。鼓励内陆丘陵、河谷等风能资源相对丰富的地区，发挥距离电力负荷近、电网接入条件好的优势，因地制宜建设中小型风电项目。在偏远地区，因地制宜发展离网风电。第三，因地制宜稳妥开展海上风电项目。在充分进行海上资源评价、地质勘察等准备工作后，通过示范项目的建设和运行，总结海上风电开发经验，推动海上风电技术和装备进步，有步骤有计划地在山东、江苏、上海等沿海省市拓展海上风电建设工作。通过风电开发和建设，促进风电技术进步和产业发展，实现风电设备制造自主化，尽快使风电具有市场竞争力，力争2020年我国风电技术达到世界领先水平。
（2）促进发展太阳能光伏发电，示范推进太阳能热发电
太阳能光伏发电按照“大规模集中开发、中高压输送”与“分散开发、低电压就地消纳”并举的思路发展。在甘肃敦煌、青海柴达木盆地和西藏等地区建设大型并网型太阳能光伏电站项目；重点在北京、上海、江苏、广东、山东等地区开展城市建筑屋顶光伏发电；发挥太阳能光伏发电适宜分散供电的优势，在西藏、青海、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、云南等偏远地区推广使用户用光伏发电系统或建设小型光伏电站，解决无电人口的供电问题。
太阳能热发电按照“示范推进”的思路发展。在内蒙古、甘肃、青海、新疆、西藏等地选择荒
漠、戈壁、荒滩等空闲土地，建设太阳能热发电示范项目。
（3）因地制宜发展生物质能发电
有序发展农林生物质发电在桔秆剩余物资源较多、人均耕地面积较大的粮棉主产区，有序发展秸秆生物质直燃发电；在重点林区和林产品加工集中地区，结合林业生态建设，利用林业三剩物和林产品加工剩余物，有序发展林业生物质直燃发电；在“三北”地区，结合防沙治沙生态环境建设，建设灌木林种植基地，有序发展沙生灌木平茬剩余物直燃发电项目；在甘蔗种植主产区和蔗糖加工集中区，有序发展蔗渣直燃发电。合理发展垃圾发电在人口密集、土地资源紧张的中东部地区城市，合理发展生活垃圾焚烧发电项目。在西部地区对采取垃圾填埋方式处理垃圾的城市建设填埋场沼气发电项目。大力推动垃圾发电关键设备和清洁燃烧技术进步。积极发展生物质燃气发电在农村生物质资源比较丰富、人口密集的乡镇，发展分布式生物质燃气发电；依托大型畜禽养殖场，结合污染治理，支持建设大型畜禽养殖废弃物沼气发电项目；积极推动造纸、酿酒、印染、皮革等工业有机废水和城市生活污水处理沼气发电。
（4）试点研究地热能和海洋能发电
我国的地热发电已经具有一定的技术基础和口的补贴难以避免。对我国而言，对终端消费者的补贴中有些情况难以区分。比如我国对低收入人口福利和保障政策基本没有建立起来，因此这部分人群的消费品补贴需要政府考虑。该种情况特别体现在电力、天然气补贴方面，由于对低收入人群没有福利跟进，这部分补贴不能取消。在经合组织国家情况则不同，低收入人群从政府领取的补助可以用来购买市场上的石油和天然气，而无法体现能源补贴。因此我国政府目前只能在提高石油和天然气价格的同时，对消费者进行补贴（例如出租车燃油补贴），这是我国发展现状决定的，并不应该进入IEA认为的低效补贴范畴。
4.3 能源互联网开启新能源时代
近年来，我国在能源转型方面加快了行动步伐。一方面，发展以煤电为代表的传统能源的高效、超净发电技术；另一方面，促进以“互联网+”为特征的新能源发展[16-18]。
未来，当非化石能源比重达到60%时，新能源将成为主导能源。这时，新能源电力系统能够实现新能源技术和信息技术的高度融合，可以借助多源互补、源网荷协同等手段，实现电力生产、传输、供应与消费的网络化、信息化与智能化。新能源电力系统不仅能够适应可再生能源间歇性、随机波动性特性，还能满足电能用户安全、便捷、可靠的用电需求。未来，日益枯竭的传统化石能源将被风能、太阳能、水能等可再生能源逐步替代。然而，全球的风能、太阳能资源同样存在分布不均衡的问题，须在全球范围内实现资源的配置。新能源资源的配置只能以电能输送的方式实现。因此，以特高压电网和智能电网为核心的全球能源互联网是新能源时代全球能源配置的必然选择。
我国特高压发展迅速，已建成和在建特高压工程的输送距离达32700km[19]。未来，如果特高压的输送距离能够达到5000km以上，那么电能配置的范围将达到10000km，这相当于地球赤道周长的1/4，这为清洁能源在全球范围内优化配置提供了强大的技术支持。
中国提出了构建全球能源互联网的倡议，并提出从国内互联、跨国互联到洲际互联的行动计划。我国在新能源、特高压、智能电网等领域的基础研究、技术开发和工程应用等方面，已经具有领先优势，这为建设全球能源互联网奠定了坚实的基础[20]。
5 结论
当今，能源短缺，环境污染，气候变化已成为人类社会面临的共同难题。因此，一场以转变能源生产、消费方式，推动科技革命、体制改革，实现国际合作为内容的能源革命正在兴起。这须要进一步发展新能源，同时实现传统能源的清洁、高效利用。
将来传统能源将被风能、太阳能、水能可再生能源逐步替代，而风能、太阳能、水能的资源也和化石能源一样，分布是不均衡的，同样须大范围配置资源。能源互联网要多能相互补，能源综合配，要解决传统能源和可再生能源不协调不匹配的问题，最后达到这样的目的就是能源互联网。在这样的情况下，全球能源互联网是新能源时代全球能源配置的必然选择。
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