发展智能能源网是构建21世纪新型能源结构的基石(图)

　　编者的话

　　中国国际经济交流中心智能能源研究组组长武建东在国际上首次提出了综合网架为基础的智能能源应用学说，明确了智能能源网的概念、从传统能源结构到新型能源结构的四大系统、智能能源网的八大子网络、智能能源网的十要素流程模型，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结论。武建东也被国际业界誉为智能能源学说的创始者，是新能源结构架构的设计者。

　　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公司的坚强智能电网概念，都有更加创新性的提升，是一个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。

　　2010年8月5日在北京召开的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。全国政协经济委员会副主任、中国国际经济交流中心（CCIEE）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。全国政协经济委员会副主任、国家电监会原主席、中国能源研究会理事长柴松岳明确表示，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。

　　国际智能电网产业联盟（Gridwise Alliance）主席圭特·巴特尔（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，“武建东教授和他的团队以先进理念被高端业界广泛认可，武教授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特别代表根特博士（Eckardt Guenther）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。

　　2009年，中国最高智库国经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，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。通过此次成果发布会，国经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。

　　武建东业已获任国际智能电网产业联盟理事会理事，将参与制定国际智能能源网络标准与规范。另悉，武建东9月下旬将赴美国华盛顿参加“全球智能电网联盟”（Global Smart Grid Federation）大会。

刘建平 制图

　　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？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？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？应用本人提出的智能能源与人类能源优化配置的路线图这一新型能源学说，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？没有市场化就没有能源的智能化，没有市场化就没法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提高能效15%，由此将构成新的利润来源。

　　四大核心系统

　　本人在国际上首次对智能能源网作出定义。

　　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。

　　发展智能能源网对人类能源体系的创新意义在于，“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。”

　　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

　　智能化集中分层式能源生产输送系统

　　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，是具有柔性性质的网络化、智能化、生态化能源设备集群。

　　智能化的集中分层式能源生产和输送系统的发展方向：推动不同能源网架之间更加智能化的配置；推动能源从单网架的运转演进为综合网架的协同运转；推动能源从分层式由上而下的方式进化为互动化链式运转；推动能源系统的设备从自动化、机械化的专业适应性演进为网络化、智能化、生态化的柔性能源设备集群；推动能源设备从高耗能材料转向低耗能材料；尤为重要的是，它将推动能源从地球内部的工厂化生产和管网输送提升到兼容外太空的能源生产和微波、激光等能源输送；推动不同能源网络之间实现互操作性和安全性协同；推动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。

　　b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？

　　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。

　　建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。

　　构建智能终端能源系统的目标：智能终端能源系统不是孤立能源系统的简单回归，而是采用了智能技术构造的与集中分层式能源生产和输送网络有机结合的产业体系, 它可以灵活连接和智能断开等方式, 实现能源系统更高效的运行。

　　终端能源系统的产业发展方向：机动（例如：车船飞机等）能源终端 、固定能源终端（例如：工厂住宅和写字楼等）构成新的能源价值链，形成与集中式能源生产并列的产业体系，可将其称为终端能源系统，这个新的产业体系目前需要加快构造，使之独立形成新产业的标准、流程、网络、商业模式和发展空间。

　　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、过度依赖垄断、资源浪费性高、囿于化石能源等不足，亟须转型。

　　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。

　　十大流程要素

　　智能能源网的概念有广义和狭义之分。

　　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。

　　智能能源网包括十要素：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，以将中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至能量管理的水平，继而可将能量管理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。并且，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。

　　十要素论是国际首创，具有重要的实践价值，可以使现有的能源网架在更高模式下实现统一。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。

　　十大变革应用

　　接下来，介绍一下智能能源网的十个战略要害及其应用。

　　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。这主要是因为，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的主要供应者，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。

　　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，未来五年，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；未来十年，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，中国能效能够至少提高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，相当于行将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：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！

　　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，我们用水规模太大了，我们水资源在减少，但是中国又是一个大洋大海的国家，如果通过多联产的形式，通过海水淡化的方式，将可以重构中国的水利来源。

　　我建议中国未来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年日处理量达到6000万吨。咸水在国内是很丰富的，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。

　　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。基于这样一个研究，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。

　　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。

　　根据我的统计，中国城镇房屋面积大约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%至40%，相当于减少3亿-6亿吨的标准煤的消耗，由此发展绿色建筑反而可以推动中国增长能力。

　　如把强制性将国内每年新建的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（国内生产总值）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。

　　以上海为例，每年大约竣工5000万平方米，目前施工的面积大约2亿平方米，倘若大部改造为智能建筑、绿色建筑，将使上海成为新的国际智能城市改造的领航城市，也可为上海带来巨大的内需组构机遇，分期十年实现上海智能建筑改造是上海低碳社会建设的最大本钱。

　　五 城市是智能能源网建设的突破口

　　智能能源网行业可以电力、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，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问题、有效平衡改革的成本问题。

　　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2010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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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

　　建议在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，继而可将能量管理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，我认为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。

　　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，没有市场化就没法以网络化的管理实现能源交易和服务的优化。