美国未来学家杰里米·里夫金在其新著《第三次工业革命》中提出了能源互联网的构想,称“能源互联网”将会出现,并标志着第三次工业革命的到来。对此,赛迪智库产业政策研究所认为,能源互联网的构想给人类描绘了一个美好的未来,但其实现目前还存在着四个关键技术瓶颈:高效、低能耗能源采集和转换设备亟待突破;能源互联传输所需的超导材料和技术突破尚没有时刻表;能源互联互通仍存在技术障碍;新型能源存储材料发展面临瓶颈。基于此,我们更应理性看待能源互联网;储备能源互联网发展所需关键设备和技术;做好信息网与电力网融合的基础性工作。
20世纪70年代石油危机后,能源问题一直受到世界各国的普遍关注。前不久,美国未来学家杰里米·里夫金在其新著《第三次工业革命》中提出,分布式可再生能源和互联网技术相结合的“能源互联网”将出现,并预言第三次工业革命即将到来,人类从此摆脱能源、资源、环境的束缚,实现“活着是为了游乐”。那么,“能源互联网”究竟何时能够实现?它真的已经离我们很近了吗?
世界各国积极探索能源互联网
里夫金在《第三次工业革命》中为我们描述了能源互联网的实现方式:使用可再生能源,采用分布式能源采集系统,充分采集散落在地球各个角落的微小可再生能源,通过氢或其他存储技术存储间歇式能源,聚少成多,利用互联网和智能终端技术构建智能能源共享网络。
事实上,在能源互联网提出之前,各主要国家已开始在这一领域探索,并着手规划和实施智能电网、智能能源网等。
美国:以智能电网建设为先导推动能源网络建设
2001年,美国提出名为“智能电网”的新电力能源供应系统概念,并于2003年正式展开研究。智能电网采用先进的材料技术、高温超导技术、储能技术、可再生能源发电技术、微型燃气轮机发电技术等,旨在构建一张全美骨干电网、区域性电网、地方电网和微型电网等多层次的电力网络,以实现自动化、高效安全、稳定可靠、可灵活应变及品质有保障的电力供应。该计划将在2030年完成。
(二)英国:规划智能电网的长远发展
近两年,英国政府大力支持智能电网建设,制定了详细的以实现可再生能源发电和强互动性智能配电为主要目的的智能电网建设计划,并制定出到2050年的智能电网线路图及实施方案。该输电网多采取互动供电模式,需求侧可将剩余的电力逆向输入电网,但需对电网实施双向保护,给电网的稳定控制和调度管理带来很大困难,技术尚待突破。
(三)德国:大力发展E-Energy
在美英智能电网建设热火朝天之际,德国另辟蹊径,提出了E-Energy概念,并于2008年年底开始投资实施该计划。有观点认为,这是德国的智能电网,其实不然。德国意在借此打造一个基于信息和通信技术的能源供应系统,这更像是里夫金能源互联网构想的一个实践。为此,德国专门开设了一个网站,向公众宣传E-Energy优势,并及时公布该项目的进度,使E-Energy计划更广泛地被接受。
(四)中国:率先推出智能能源网
2009年11月27日,“国家‘十二五’中国智能能源网发展模式和实施方案课题组”成立,正式开始筹划智能能源网。2010年7月15日,由中国工程院、中国能源研究会、国家能源专家咨询委等机构的有关专家组成委员会,评审并通过了《中国智能能源网发展模式及实施方案》课题研究成果。
智能能源网是通过将水、电、气甚至热力等不同的能源品种网络进行有机整合,形成跨能源品种的能源生产、流通(交易)、消费网络,并采用信息化集成技术,构建一个生产输送侧与需求侧相对称、相互动的智能能源运转体系。它包括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、智能能源服务系统等四大系统,涉及智能燃气网、智能电网、智能热力网等八个子网络建设。根据测算,智能能源网将把我国能源效率提高至少15%。
能源互联网的关键技术瓶颈
尽管能源互联网的构想给了我们一个美好的愿景,但要真正实现能源的互联互通,尚需解决众多的技术难题。
(一)高效、低能耗能源采集和转换设备亟待突破
分布式可再生能源系统使得能源采集和生产小型化,并更贴近需求,其实现依赖于低能耗、高转换效率的可再生能源的采集和转换设备。现有设备和技术远不能满足要求。
一是太阳能的采集、转换为电能的效率仍较低。目前,在实验室研发的硅基太阳能电池中,单晶硅电池的最高转换效率为29%,即便采用太阳能电池堆叠技术,也仅实现41.1%的转换率。
二是小容量、低损耗的变压器、稳压器、逆变器等转换设备亟待开发。我国变压器的总损耗占发电量的10%左右,每年有近千亿度电浪费在升压降压转换中。在能源互联网时代,分布式能源系统的普及,尤其是安装在建筑物上的太阳能电池板输出电力均为低电压直流电,需要巨量小容量的转换设备支撑。现有技术条件的大量换转设备将消耗海量能源,这将完全蚕食掉分布式能源系统中微小能源采集单元生产的电力。