中國為世界貢獻全球清潔能源解決方案

　　全球能源互聯(lián)網(wǎng)方案作為一個統(tǒng)攬全球的能源低碳化方案，為世界各國合作推進氣候變化進程，從技術(shù)視角提供了一種可能方案。

　　能源互聯(lián)網(wǎng)是《第三次工業(yè)革命》作者杰里米·里夫金提出的一個新概念。在他的設(shè)計中，能源互聯(lián)網(wǎng)把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與可再生能源相結(jié)合，將全球的電網(wǎng)變成能源共享網(wǎng)絡，實現(xiàn)由集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用的轉(zhuǎn)變。里夫金也論及洲際共享能源的可能性：“當?shù)厍虻囊话胩幱诤谝箷r，富余的能源可以通過互聯(lián)網(wǎng)智能地轉(zhuǎn)移到處于白晝的另一個半球?！痹诓簧偃苏J為里夫金的理論是天方夜譚時，中電聯(lián)理事長、國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞則計劃將其付諸實踐，他在2015年2月出版的新著《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》中，為能源互聯(lián)網(wǎng)概念規(guī)劃了完整的全球藍圖。他展望，全球能源互聯(lián)網(wǎng)將依托先進的特高壓技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)，形成連接北極地區(qū)風電、赤道地區(qū)太陽能發(fā)電和各洲大型可再生能源基地與主要負荷中心的跨國、跨洲、全球互聯(lián)泛在的堅強智能電網(wǎng)，并計劃2050年形成全球互聯(lián)格局。

　　中國為世界貢獻全球應對氣候變化的清潔能源解決方案

　　根據(jù)聯(lián)合國氣候變化專門委員會（IPCC）于2014年發(fā)布的第五次評估報告，如果到2100年時全球二氧化碳當量濃度約為450ppm或更低，則有可能將本世紀的溫度變化保持低于2攝氏度。在此情景下2050年全球溫室氣體排放要比2010年降低41%～72%，2100年排放水平接近于零，甚至更低。能源系統(tǒng)必須要有大規(guī)模改變，大幅提高低碳能源的供給。IPCC預測，低碳能源占一次能源的百分比在2030年和2050年要分別達到24.5%和60%，2100年甚至要高達90%以上。

　　IPCC只是對未來減排情景進行預估，但并沒有提出減排的技術(shù)路徑。如何減排由各個國家自己提出構(gòu)想，如德國就制訂《面向2050年能源規(guī)劃綱要》，明確2050年德國的可再生能源的目標是，占總能源消費比例達到60％，占總電力消費比例達到80％。世界各國都在按照2015年巴黎氣候大會的談判進程需求，積極準備在上半年發(fā)布各國的“國家自主決定貢獻”（INDCs）。

　　全球能源互聯(lián)網(wǎng)是個偉大的規(guī)劃，其偉大之處在于它不僅提出了中國的清潔能源解決方案，而且為世界貢獻了一套全球應對氣候變化的整體能源解決方案。國際上對能源資源的分布、狀況研究很多，有區(qū)域性解決方案，比如撒哈拉沙漠的太陽能跨洲向歐洲輸送，但是全球可持續(xù)發(fā)展的能源解決方案很少有人提出。工業(yè)和信息化部產(chǎn)業(yè)政策司司長馮飛認為《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》是第一個。根據(jù)該書描述，依托全球能源互聯(lián)網(wǎng)，全球各地的風能、太陽能、海洋能等可再生能源可以方便地輸送到全球各地的各類用戶，到2050年，清潔能源占一次能源消費總量的80%左右，成為主導能源，此時全球能源碳排放僅為1990的50%左右，可以實現(xiàn)全球溫升控制在2攝氏度以內(nèi)的目標。中國科學院院士、清華大學教授盧強認為它是“站在全球高度提出的，具有可行性的頂層設(shè)計”。

　　在2014年9月24日的聯(lián)合國氣候首腦峰會上，中國國務院副總理張高麗作為習近平主席的特使在發(fā)言中強調(diào)，“中國作為一個負責任的大國，將以更大力度和更好效果應對氣候變化，主動承擔國際義務”。對中國而言，積極參與全球氣候談判是積極參與國際治理的重要平臺。中國的責任不僅是國內(nèi)的減排，還包括與世界各國共同提出全球應對氣候變化的技術(shù)解決方案，并以中國強大的政府行政能力、強大的技術(shù)創(chuàng)新能力、強大的制造業(yè)擴展能力，建設(shè)全球的清潔能源體系。

　　全球能源互聯(lián)網(wǎng)方案作為一個統(tǒng)攬全球的能源低碳化方案，為世界各國合作推進氣候變化進程，從技術(shù)視角提供了一種可能方案。國際氣候治理本身也是政治和經(jīng)濟和科技的互動過程，中國的這個技術(shù)構(gòu)想無疑具有重要意義，它對于引導各國未來的減排行動提供了一種新思路，對于目前氣候談判中屢屢陷入僵局的低碳技術(shù)轉(zhuǎn)移問題提供了一種新的技術(shù)合作思路。

　　全球能源互聯(lián)網(wǎng)的意義還不僅在于遠距離輸送清潔能源，它還強調(diào)“國家泛在智能電網(wǎng)適應風電、太陽能發(fā)電等間歇式電源以及各種分布式電源的友好接入和各種用能設(shè)備即接即用，并與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動終端相互融合”。這將使得清潔電源的發(fā)電行為、消費側(cè)的用電行為等信息得到廣泛采集，這將對溫室氣體核算提供技術(shù)支撐，對于形成具有全球統(tǒng)一標準的碳減排MRV（可衡量、可報告、可驗證）提供了一種潛在的可能性。另一方面，分布式發(fā)電和分布式儲能依托能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集成，它保障了分布式減排項目數(shù)據(jù)的可采集性和真實性，大大降低了項目核證成本，使分布式減排項目組合為CDM減排項目或中國的CCER減排項目提供了技術(shù)可能性，為繁榮碳市場乃至推進全球碳市場的建立提供了新的技術(shù)可行性。

　　全球能源互聯(lián)網(wǎng)的一個目標、兩個基本點

　　對全球互聯(lián)網(wǎng)來說，其核心目標是以輸送清潔能源為主導。特高壓技術(shù)是國家電網(wǎng)近年來重要的技術(shù)創(chuàng)新成果，劉振亞將其貢獻給能源互聯(lián)網(wǎng)概念，把里夫金所構(gòu)想的能源互聯(lián)網(wǎng)在全球尺度上規(guī)劃了發(fā)展藍圖。特高壓輸電技術(shù)和能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這兩項技術(shù)共同構(gòu)成了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的兩個基本點，兩者互不可缺。

　　如果離開了能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，僅僅是利用特高壓技術(shù)實現(xiàn)洲際聯(lián)網(wǎng)，只能被稱為全球特高壓電網(wǎng)；如果特高壓電網(wǎng)輸送的電力主要是大型燃煤發(fā)電廠發(fā)的電，而不是主要輸送風電光伏等清潔能源，那它就與里夫金所說的能源互聯(lián)網(wǎng)并無關(guān)系。真正的能源互聯(lián)網(wǎng)通過利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使可再生能源成為主導能源。用特高壓把全球的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接起來，真正實現(xiàn)全球可再生能源的共享，就真正形成了全球能源互聯(lián)網(wǎng)。

　　這樣就必須要回答三個問題：第一是微型的能源互聯(lián)網(wǎng)是否已經(jīng)實現(xiàn)接納較大比例的可再生能源；第二是特高壓輸電技術(shù)是否確認了遠距離大規(guī)模輸電的可行性；第三是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是否能夠幫助特高壓大規(guī)模輸送波動性的風電光伏。

　　微型能源互聯(lián)網(wǎng)是以清潔能源為主的電力體系

　　里夫金所構(gòu)想的能源互聯(lián)網(wǎng)是分散化的信息通信技術(shù)和分布式的可再生能源融合，可再生能源在能源體系中占據(jù)主導地位。然而，讓電力系統(tǒng)接受更多波動性很強的風電和光伏是個很大的挑戰(zhàn)。在這方面，西歐各國的探索進展最大。丹麥的電力結(jié)構(gòu)中，風電已經(jīng)占到30%多。但丹麥畢竟只是一個國土面積僅4.3萬平方千米，人口僅500多萬的小國。而德國作為全球GDP第四的大國，在減排目標和行動上都是歐盟的領(lǐng)頭羊，其對于新型能源體系的探索更令世界矚目。2011年德國政府宣布2022年前關(guān)閉全部核反應堆，2014年12月在利馬氣候大會上，德國宣布將在未來五六年關(guān)閉一些燃煤發(fā)電廠，以實現(xiàn)2020年前減排40%的目標。棄核減煤的德國靠可再生能源能夠保障能源供給嗎？德國的努力確實卓有成效：可再生能源占德國發(fā)電量的比率2010年為16.4%，2014年已經(jīng)達到約25%，預計到2020年將上升到35%。德國正在創(chuàng)造一個有可能引領(lǐng)世界潮流的新型能源體系。

　　德國希望能通過技術(shù)革新來滿足未來分布式能源供應的需求。德國聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部與環(huán)境部于2008年在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上推出名為E-Energy的技術(shù)創(chuàng)新促進計劃，提出打造新型能源網(wǎng)絡的目標。E-Energy為滿足未來以分布式能源供應結(jié)構(gòu)為特點的電力系統(tǒng)的需求，充分利用信息和通信技術(shù)開發(fā)新的解決方案，在整個能源供應體系中實現(xiàn)綜合數(shù)字化互聯(lián)以及計算機控制和監(jiān)測，最后達到的狀態(tài)是“以電力生產(chǎn)決定消耗”，最大限度地利用風電和光伏。

　　它將實現(xiàn)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施與電器之間的相互通信和協(xié)調(diào)，例如，當風力特別強時，電力就會過剩，因而非常便宜，消費者便能適時開啟電器，如電冰箱、洗衣機、洗碗機。電動車與電力系統(tǒng)的雙向互動功能尤其強大，車主能夠為汽車下達指令，以最低的成本為電池充電，或者只用“綠色電力”為電池充電。E-Energy系統(tǒng)甚至可以從電池汲取剩余電力，反饋至電網(wǎng)，在用電需求高峰時提供補充。當進入用電負荷高峰時，ICT網(wǎng)關(guān)能夠協(xié)調(diào)小型熱電聯(lián)產(chǎn)廠的循環(huán)，或使蓄電系統(tǒng)提供補給。E-Energy將可能形成一個全新的電子能源市場，客戶自己能夠作為小型電力供應商（例如通過太陽能電池板）發(fā)揮更積極的角色。這個市場中將出現(xiàn)全新的服務，比如“允許推遲接通時間”、“在用電需求高峰時向電網(wǎng)返還電力”、“只在陽光強烈或強風時使用”等。在市場中，能源生產(chǎn)者和消費者能夠因為促成了安全、符合成本效益和環(huán)保的電力供應而受到獎勵。

　　德國的E-Energy計劃目前正在六個地區(qū)試點，每個地區(qū)都有不同的能源互聯(lián)網(wǎng)試驗主題。比如哈茨地區(qū)的RegMod項目，哈茨位于德國中部的山區(qū)地帶，風力和水力等可再生能源資源豐富。RegMod項目是一個綜合性的能源互聯(lián)網(wǎng)項目，其核心示范內(nèi)容是整合儲能設(shè)施、電動汽車、可再生能源和智能家用電器的虛擬電站。當可再生能源發(fā)電有富余的時候，抽水蓄能電站和電動汽車可以儲存多余的電力，智能家用電器，比如智能洗衣機、智能洗碗機、智能熱水器等，也會及時開啟消費多余電力；在電力需求攀升的時候，這些儲能設(shè)施可以和智能用電器一起構(gòu)成虛擬電站，通過釋放所存儲的電力以及減少智能電器的用電量來滿足緊張的電力消費需求。RegMod項目包含了很多能源互聯(lián)網(wǎng)元素，包括電動汽車、分布式可再生能源、智能用電器、儲能設(shè)施等，是能源互聯(lián)網(wǎng)的雛形。

　　特高壓技術(shù)的遠距離輸電能力得到檢驗

　　現(xiàn)在的能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上已經(jīng)可以實現(xiàn)小區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)容納較高比例的可再生能源，然而，遠距離的電力輸送仍然是必要的。像北京這樣的負荷中心，即使把全部屋頂都鋪上太陽能光伏板，也遠不能實現(xiàn)能源自給，必須要從外地調(diào)入大量電力，而新疆自治區(qū)、蒙古國的風力和太陽能資源也無法在當?shù)叵?，需要轉(zhuǎn)成電力外送華北等地的負荷中心。分布式能源的發(fā)展仍然需要特高壓技術(shù)實現(xiàn)遠距離輸電。

　　2014年1月27日，哈密南—鄭州±800千伏特高壓直流工程正式投運，這是目前世界輸送容量最大的直流工程，也是國家電網(wǎng)建設(shè)的輸電距離最長的特高壓工程。線路起點在新疆哈密南部能源基地，落點鄭州，線路全長2210千米。該工程是國家實施“疆電外送”戰(zhàn)略的第一個特高壓輸電工程。據(jù)公開數(shù)據(jù)報道，新疆2014年度外送電力175億千瓦時，其中哈鄭直流特高壓是主要輸電通道（此外還有750千伏通道對西北電網(wǎng)送電）。據(jù)了解，新疆計劃2015年度外送電力359億千瓦時，比2014年翻一番。哈鄭特高壓外送電量未來最高可達500億千瓦時。哈鄭特高壓技術(shù)已經(jīng)表明，2000～3000千米的遠距離輸電在技術(shù)和成本上是可行的。而且哈鄭特高壓在吸納風電光電方面也成績卓著，2014年疆電外送電量中風電光電達到22.43億千瓦時，占全部疆電外送約17%。原電力部部長史大楨認為，“國家電網(wǎng)公司累計建成的‘三交四直’特高壓輸電工程，全面驗證了特高壓輸電的可能性、先進性、安全性、經(jīng)濟性和環(huán)境友好性”。

　　適逢治理華北地區(qū)嚴重霧霾的背景，特高壓建設(shè)驟然提速。2014年6月國家能源局下發(fā)的《關(guān)于加快推進大氣污染防治行動計劃12條重點輸電通道建設(shè)的通知》中就包括9條特高壓項目，含國家電網(wǎng)公司8條特高壓工程，以及南方電網(wǎng)公司1條特高壓工程。同月，習近平總書記在中央財經(jīng)領(lǐng)導小組第六次會議上闡述能源革命的時候，明確要“發(fā)展特高壓大規(guī)模遠距離輸電技術(shù)”。

　　至2015年，特高壓又成為支撐“一帶一路”戰(zhàn)略的重要戰(zhàn)略技術(shù)。國家電網(wǎng)特高壓在2015年將著手建設(shè)我國到中亞五國的輸電通道，以及俄羅斯、蒙古向我國的特高壓線路，支持我國“一帶一路”戰(zhàn)略。俄羅斯葉爾科夫齊—河北霸州±800千伏特高壓直流工程等多條線路2015年開始開展前期工作，其中哈薩克斯坦埃基巴斯圖茲—南陽±1100千伏特高壓直流工程的距離大約3000多千米，將成為全球輸電距離最長的特高壓線路。這些工程都表明了特高壓超遠距離輸電的技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性，以及大規(guī)模發(fā)展的前景。

　　特高壓未來應以輸送清潔能源為主

　　目前的特高壓項目已經(jīng)顯現(xiàn)了洲際電能輸送的能力。但里夫金所構(gòu)想的洲際電網(wǎng)是輸送可再生能源，而目前的特高壓則是以輸送煤電為主、風光電為輔。2014年度新疆外送電力中風光電僅占17%，主要運送的是哈密能源基地的煤電。煤電的遠距離輸送雖然保障了華北地區(qū)的能源供應，有助于緩解華北地區(qū)的霧霾問題，但污染物的總量并沒有減低，只是在華北還是新疆排放的差別。目前規(guī)劃的國際特高壓項目中，葉爾科夫齊—河北霸州±800千伏特高壓直流工程的送端電源主要是俄羅斯阿穆爾州燒褐煤的葉爾科夫齊火電站，哈薩克斯坦?；退箞D茲—南陽±1100千伏特高壓直流工程的送端電源也是煤電。

　　在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的遠期規(guī)劃中，中國利用特高壓從哈薩克等中亞國家輸入的應該是光伏和風電，從俄羅斯遠東輸入的應該是水電和北極的風電。要想通過特高壓對風電光伏進行遠距離傳輸，就需要依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)配套遠距離、大容量的需求側(cè)響應能力。這時，特高壓電網(wǎng)不僅是電能輸送載體，而是通過“與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動終端等相融合，成為我國未來的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)對清潔能源的大規(guī)模開發(fā)利用”。

　　能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離、大容量的需求側(cè)響應

　　能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心目的是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，促進以電力系統(tǒng)為核心的大能源網(wǎng)絡內(nèi)各類設(shè)備的信息交互，實現(xiàn)能源生產(chǎn)與消耗的實時平衡。海量分布式設(shè)備的廣域協(xié)調(diào)和未來即插即用能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互動的分布式儲能，能夠提供遠距離、大容量的需求側(cè)響應能力。電動車、家庭儲能、樓宇儲能、天然氣發(fā)電及電轉(zhuǎn)氣技術(shù)都將發(fā)揮積極作用。

　　巨量智能家居設(shè)備形成的分布式能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，家庭中的冰箱、空調(diào)、家庭儲能裝置所構(gòu)成的巨量智能家居形成規(guī)模龐大的分布式能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。試想，如果北京的數(shù)百萬個家庭的冰箱和空調(diào)以主動或被動的方式納入電力調(diào)度體系，其所構(gòu)成的需求側(cè)響應能力是驚人的。

　　巨量電動車形成的分布式儲能系統(tǒng)。交通行業(yè)是除發(fā)電行業(yè)之外的另一化石能源消耗大戶。2010年，交通運輸行業(yè)占最終能源使用的27%。交通行業(yè)的最大減排潛力將是以電動汽車為核心的電氣化交通體系。電動汽車可以用作備用電源和移動存儲器，在用電較少的時段進行充電，在用電高峰時將電力反哺到電網(wǎng)。當百萬輛計的電動車構(gòu)成的分布式儲能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)高度一體化時，將不但使電動汽車對電網(wǎng)的影響降到最低，還能形成規(guī)模巨大的虛擬電廠，具有很強的需求響應能力。

　　天然氣網(wǎng)絡與電網(wǎng)耦合形成強大的調(diào)峰能力。天然氣在電力系統(tǒng)的比重正在迅速上升。美國2013年宣布新建電廠的碳排放標準后，新建火力發(fā)電廠均為燃氣電廠。燃氣電廠具有很好的調(diào)峰功能，尤其是中小功率燃氣輪機機組。最近出現(xiàn)的電轉(zhuǎn)氣技術(shù)頗引人關(guān)注，它可將水電解后產(chǎn)生氫氣與氧氣，再將氫氣與二氧化碳混合產(chǎn)生甲烷。電轉(zhuǎn)氣的轉(zhuǎn)化效率可達60%～70%，德國目前已經(jīng)在進行商業(yè)示范。電轉(zhuǎn)氣技術(shù)將可再生能源機組的多余出力轉(zhuǎn)化為甲烷，可以直接注入天然氣網(wǎng)絡中進行運輸和儲存，這使得未來的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡之間的能量流動將由單向變?yōu)殡p向。廣泛分布于發(fā)電端和用戶端的小型燃氣發(fā)電和電轉(zhuǎn)氣設(shè)施，將形成功能強大的分布式儲能體系。

　　大規(guī)模分布式儲能裝備要想在全球能源互聯(lián)網(wǎng)中高效運行，最不可少的制度支撐是動態(tài)電價和全球電力市場。足夠大的峰谷電價差可以吸引投資者和普通家庭積極進入電力市場。依托發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，消費者能夠根據(jù)實時電價自動調(diào)整用電消費行為和儲能設(shè)備的運行狀態(tài)。李克強總理在2015年政府工作報告中提出要制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃。“互聯(lián)網(wǎng)+能源革命”，可以理解為就是能源互聯(lián)網(wǎng)。2015年將出臺的新電力體制改革方案，應實質(zhì)性納入“形成市場決定電價的機制”和“構(gòu)建電力市場體系”，以落實李克強總理的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，推動中國能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，推動中國乃至世界的能源革命。（本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（綜合）2015年4期，作者系清華大學能源環(huán)境經(jīng)濟研究所博士后）