劉振亞：智能電網與第三次工業革命
2017-01-12 14:53:16
摘要：黨的十八屆三中全會對全面深化改革作出重大戰略部署，將進一步解放和發展我國社會生產力和創造力，也將對能源和電力工業創新發展產生深遠影響。
黨的十八屆三中全會對全面深化改革作出重大戰略部署，將進一步解放和發展我國社會生產力和創造力，也將對能源和電力工業創新發展產生深遠影響。貫徹落實三中全會精神，關鍵要把握時代特征，立足行業實際，以改革創新精神，推動我國能源安全發展、清潔發展、環保發展、友好發展。當前，隨著新能源技術、智能技術、信息技術、網絡技術的創新突破，第三次工業革命正在孕育發展。在前兩次工業革命中，中華民族都落后了，追趕了二百多年。以全球視野和系統思維，深刻認識工業革命的內在規律和發展趨勢，對于我們深入貫徹落實三中全會精神，在新一輪工業革命中把握歷史機遇、搶占發展先機、贏得競爭優勢，推動能源電力工業科學發展，全面建成小康社會，實現中華民族偉大復興的中國夢，具有十分重要的意義。
智能電網承載并推動第三次工業革命
能源是人類生存和發展的物質基礎。近二百多年來，人類社會已經先后經歷了兩次工業革命。縱觀工業文明的發展歷程，有一個突出特征，就是能源變革對工業發展具有決定性、全局性影響，推動著工業文明不斷向更高層次和水平演進。
1.能源變革是第三次工業革命的根本動力
始于18世紀中期的第一次工業革命，由于蒸汽機的發明與廣泛應用，煤炭迅速取代柴薪，推動了近代工業的建立和大發展。在這次變革中搶占先機的英國，從1770年到1860年的90年中，建立了世界上規模最大的煤炭工業，到19世紀中期，英國煤炭產量已占全球的2/3以上，并以此為基礎加快發展近代紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸等工業，率先在世界上建立近代工業體系。
始于19世紀中后期的第二次工業革命，由于電力的發明及廣泛應用，推動了現代工業的建立和大發展，不僅產生了電力、電器、石油、化工、汽車、通訊、信息等新的工業部門，而且推動了紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸等舊的工業部門升級。在這次變革中搶占先機的美國，從1910年到2010年的100年中，電力裝機、用電量、電網規模一直位居世界第一，美國也率先在世界上建立現代工業體系。如今電能已成為全球最重要的能源之一，從全球范圍看，以電為中心的能源開發利用格局正在加快形成，并成為全球能源發展的戰略方向。1980年—2012年，全球電力消費增長200%左右，而石油、天然氣、煤炭消費只分別增長40%、130%、110%左右，全球一次能源用于發電的比重從30%提高到40%左右，電能占終端能源消費的比重從10%上升至20%左右。
從兩次工業革命可以看出：能源變革對工業發展具有決定性的影響，沒有蒸汽機技術的突破，就不會有近代工業，沒有電力的廣泛應用，現代工業也無從談起；同時能源變革對工業發展又具有全局性的影響，既推動新的工業行業出現，也推動舊的工業行業升級。總之，能源變革與工業革命有著很強的內在聯系，是工業革命的根本動力。
進入新世紀后，大規模開發利用化石能源帶來的能源危機、環境危機凸顯，建立在化石能源基礎上的工業文明逐步陷入困境，新一輪能源變革正在世界范圍內蓬勃興起。這一輪能源變革，是以電為中心、以新能源大規模開發利用為特征的能源變革。2000年—2012年間，全球風電、太陽能發電裝機分別由1793萬千瓦、140萬千瓦增長到2.8億千瓦、1億千瓦，分別增長了15倍和71倍。隨著新一輪能源變革的到來，新能源技術、智能技術、信息技術、網絡技術不斷突破，與智能電網全面融合，正在承載并推動第三次工業革命。新一輪能源變革與新一輪工業革命再次相伴發生，這不是歷史的巧合，而是因為能源變革是工業革命和工業發展的根本動力，誰能牢牢把握能源變革這個根本，誰就能在第三次工業革命中搶占先機。
2.發展智能電網是推動能源變革和第三次工業革命的必由之路
從歷史進程看，建立在化石能源傳統利用方式基礎上的工業文明已經難以為繼，第三次工業革命應建立在可持續供應的能源基礎上。以電為中心轉變能源開發利用方式，已成為全球能源發展的戰略方向，今后的能源變革都將圍繞更清潔更經濟的發電、更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用電展開，由可再生能源轉換而來的電能全面取代化石能源只是時間問題。
電力廣泛應用，必須依靠電網來實現。1886年，美國西屋公司建成了世界上第一個交流輸電系統，從此世界電網遵循電壓等級由低到高、聯網規模由小到大、配置能力由弱到強、自動化程度越來越高的客觀規律快速發展，可劃分為三個階段。一是初級電網階段（從19世紀后期到20世紀中期），主要是基于早期控制技術、小機組發電技術，以低電壓、弱聯系為特征，以城市或局部區域電力配置為主的小型孤立電網。二是互聯電網階段（從20世紀中期到20世紀末），主要是基于現代控制技術、大機組穩定發電技術、大規模遠距離輸電技術，以高電壓、強互聯為特征，具有全國或跨國電力配置能力的大型同步電網。三是智能電網階段（從本世紀初開始），基于新能源技術、分布式發電技術、大規模儲能技術、超遠距離超大規模輸電技術、信息網絡技術和智能控制技術的快速發展，世界電網進入智能電網發展階段。
未來的智能電網，是網架堅強、廣泛互聯、高度智能、開放互動的“能源互聯網”。網架堅強，是指電網規劃科學、結構合理、安全可靠、運行靈活，適應風電、光伏發電、分布式電源大規模接入，適應供用電關系靈活轉換，具有強大的資源配置能力。主網架的電壓等級包括特高壓、超高壓、高壓等。廣泛互聯，是指互聯既跨地域，也跨行業。洲際骨干網架、國家骨干網架、地區電網、配電網、微電網協調發展、緊密銜接，構成廣泛覆蓋的電力資源配置體系；電網、互聯網、物聯網等相互融合，構成功能強大的社會公共服務平臺。互聯的廣泛性帶來了資源配置的廣泛性，既廣泛配置電力資源，也廣泛配置其他公共服務資源。高度智能，是指廣泛使用信息網絡、廣域測量、高速傳感、高性能計算、智能控制等技術，發電、輸電、變電、配電、用電和調度六大環節高度智能化、自動化運行，自動預判、識別大多數故障和風險，具備故障自愈功能。開放互動，是指發揮電網的網絡市場功能，構建開放統一、競爭有序，在能源資源配置中起決定性作用的電力市場體系，促進用戶與各類用電設備廣泛交互、與電網雙向互動，能源流在用戶、供應商之間雙向流動。
智能電網是承載第三次工業革命的基礎平臺，對第三次工業革命具有全局性的推動作用。
一是推動能源開發方式變革。地球的可再生能源資源十分豐富。世界能源理事會估算，全球陸地風電資源超過1萬億千瓦，太陽能資源超過100萬億千瓦，還有豐富的海洋風能、水能、生物質能、潮汐、地熱資源，都可以轉化為電能加以利用。智能電網基于新能源發電技術和大規模儲能技術，對間歇式、不穩定電源大規模接入的適應性更強，能支撐風能、太陽能大規模開發，推動能源開發從化石能源向清潔能源轉變。同時，在智能電網中，千家萬戶都可以開發利用風能、太陽能，能源生產模式從以集中生產為主，向集中生產與分布式生產并重轉變。
二是推動能源配置方式變革。經過上百年開發，世界許多國家的能源基地與負荷中心的距離越來越遠，風能、太陽能資源也主要集中在遠離負荷中心的嚴寒、酷熱及沙漠、戈壁等地區。智能電網基于超遠距離超大規模輸電技術，能源配置范圍更廣、能力更強，只有通過智能電網才能實現這些能源基地的大規模開發，實現能源從就地平衡向大范圍優化配置、更大范圍統籌平衡轉變。
三是推動能源消費方式變革。隨著分布式電源加快發展，越來越多的用戶擁有能源供應商與消費者的雙重身份，發用電關系靈活轉換。智能家電廣泛普及后，用戶的智能用電和互動服務需求越來越高。傳統電網的電力流只能從供應側向需求側單向傳輸，難以適應這些新的需求。只有基于信息網絡技術和智能控制技術的智能電網，才能適應能源消費的新變化，推動能源消費從單向接收、模式單一的用電方式，向互動、靈活的智能化用電方式轉變。
四是推動生產生活方式改變。智能電網對未來社會影響的范圍之廣、程度之深，將遠遠超出我們的想象。基于智能電網的清潔能源大規模開發利用，將推動生產生活的低碳化；智能電網與物聯網、互聯網等深度融合后，將構成價值無法估量的社會公共平臺，能源供應、信息通訊、家政醫療、物流交通、遠程教育、電子商務等各方面的服務都可以基于這個平臺，實現公共服務集成化；智能電網將支撐智能家庭、智能樓宇、智能小區、智慧城市建設，推動生產生活智慧化。
五是推動戰略性新興產業發展。與傳統的互聯電網相比，智能電網技術密集型特征更加突出，對新能源、新材料、智能裝備、電動汽車、新一代信息產業，具有很強的帶動作用。歐美發達國家已將發展智能電網納入國家戰略，歐盟將發展智能電網作為新興經濟的重要支柱，估算未來20年的建設投資規模將達到5000億歐元；美國將智能電網作為實現經濟復蘇的戰略性基礎設施，估算未來20年的建設投資規模達到1.5萬億美元。我國規劃確定的20項戰略性新興產業重大工程，絕大多數與智能電網密切相關。
把握戰略機遇，推動我國智能電網創新發展
從英、美兩國在第一、二次工業革命中的成功經驗看，誰能在能源變革中搶占先機，確立競爭優勢，誰就能立于不敗之地。面向第三次工業革命，能源電力行業應當深入貫徹落實黨的十八屆三中全會精神，以全面深化改革為契機，順應發展潮流，把握歷史機遇，加快建設智能電網，牢牢占據新一輪能源變革的制高點，推動我國能源安全發展、清潔發展、環保發展、友好發展，在全面建成小康社會、實現中華民族偉大復興中國夢的進程中發揮重要作用。
1.發展智能電網要凝聚共識、共同推動
智能電網不僅是保障國家能源供應的重要基礎設施，而且聯接多種網絡和基礎設施，對于促進我國基礎設施的跨越式發展具有關鍵作用。同時，智能電網集成了第三次工業革命最為關鍵的新能源技術、智能技術、信息技術、網絡技術，對于促進我國戰略性新興產業發展和經濟轉型升級具有廣泛的帶動作用，發展智能電網的意義十分重大。近年來，我國企業在智能電網的理論研究、技術創新、設備研制、標準制定、工程建設、實驗能力建設等方面開展了卓有成效的工作，取得了一系列重大突破，總體處于世界先進水平。已經建成投運多項特高壓交直流輸電工程，建成中新天津生態城、張北風光儲輸等一批智能電網綜合示范工程，形成了功能齊全、具有世界領先水平的試驗研究體系，智能電網標準制定工作走在世界前列。我國全面建設智能電網的基礎和條件已經具備。要遵循電網電壓等級越來越高、聯網規模越來越大、配置能力越來越強的發展規律，把智能電網作為第三次工業革命的先導產業，放在突出重要的位置優先發展。一要研究制定財稅、價格、投資、金融等配套政策，大力支持智能電網建設。二要強化企業在技術創新中的主體地位，發揮大型企業創新骨干作用，集中力量攻克新能源發電、大規模儲能、多網融合、智能裝備關鍵技術。三要積極參與智能電網國際標準制定，將我國企業已經形成的標準推向世界，為我國智能電網的技術和產品參與全球競爭打好基礎。
2.發展智能電網要戰略引領、科學規劃
要將智能電網納入經濟社會發展總體布局，堅持戰略引領、重點突破，明確智能電網發展的戰略重點。加快推進“一特四大”戰略，在能源資源富集地區，規劃建設一批大型煤電、大型水電、大型核電、大型可再生能源發電基地，通過以特高壓電網為骨干網架的堅強智能電網，向東中部負荷中心地區大規模、遠距離輸電，在全國范圍優化配置能源和電力資源。全面實施電能替代戰略，落實大氣污染防治計劃，解決東中部地區日益突出的霧霾污染。加大向東中部地區跨區送電力度；把工業鍋爐、工業煤窯爐、居民取暖廚炊等用煤改為用電，大幅減少直燃煤污染；大力發展電動汽車、電氣化軌道交通等，減少燃油排放，實施“以電代煤、以電代油、電從遠方來”為主要內容的電能替代戰略。
要將智能電網納入經濟社會發展總體規劃，制定國家級智能電網發展規劃，統籌推進。《國民經濟和社會發展“十二五”規劃綱要》和《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》對發展智能電網作出了部署，但目前還沒有制定國家層面的智能電網發展規劃，戰略部署難以落地。應抓緊制定國家級智能電網發展規劃，統籌智能電網與新能源發展，統籌智能電網與戰略性新興產業發展，統籌智能電網與互聯網、物聯網建設。
3.發展智能電網要立足于能源安全、清潔、環保、友好發展
我國能源發展面臨四大問題。一是總量供應問題。2012年我國能源消費總量達到36.4億噸標準煤，石油、天然氣對外依存度分別達到59%、32%左右。要滿足經濟社會發展的需求，今后較長時期能源供應都面臨較大壓力。二是資源配置問題。我國能源資源與生產力分布不均衡，全國70%以上的煤炭、水電、風能、太陽能資源都集中在西部、北部地區，距離東中部負荷中心，一般都在1000公里以上，依靠現有電網，難以實現這些能源基地的大規模開發。三是能源效率問題。我國能源在開發環節，集約化程度偏低；在傳輸環節，過度依賴輸煤，消耗高品質能源來傳輸低品質能源；在使用環節，大量煤炭仍然直接燃燒，整體能效偏低。能源開發利用全過程效率都需要提高。四是生態環境問題。我國能源結構以煤為主，能源發展長期追求就地平衡，帶來土壤、水質、大氣突出污染問題。特別是近年來以PM2.5為主要特征的大氣污染，本質上是我國能源資源稟賦的“先天不足”、能源發展方式的“后天失調”這一對矛盾的長期積累和集中暴露。
發展智能電網，能夠有效解決我國能源發展面臨的四大問題，實現我國能源安全發展、清潔發展、環保發展、友好發展。安全發展，就是以智能電網為市場載體和配置平臺，統籌利用國際國內資源，促進能源大規模集約開發、大范圍優化配置、高效率充分利用，增加供應總量，降低能源強度，減少能源損耗，防止供需失衡，保證能源供應穩定性和可靠性。清潔發展，就是通過智能電網促進新能源和分布式電源發展，改善能源結構，保護自然生態，最大限度降低對化石能源的依賴。環保發展，就是充分發揮智能電網作用，統籌利用全國環境容量，實現以電代煤、以電代油、電從遠方來，提高電氣化水平，有效解決東中部地區大氣（霧霾）、水質、土壤污染問題。友好發展，就是基于智能電網開放互動優勢，靈活適應各類電源發電上網和客戶多樣化用電需求，使能源開發和消費方便快捷，讓生活更加舒適、經濟。
4.發展智能電網要加快推進關鍵環節突破
一是加快建設特高壓網架。以構建華北—華東—華中特高壓同步電網為重點，力爭到2020年建成“五縱五橫”特高壓交流網架和27回特高壓直流工程，具備4.5億千瓦電力大范圍配置能力，滿足5.5億千瓦清潔能源送出和消納的需要。二是加快配電網建設改造。建設技術領先、結構優化、布局合理、高效靈活，具備故障自愈能力的智能配電網，適應分布式電源、微電網加快發展的需要。三是加快提升電網互動能力。建設智能用戶管理與雙向互動平臺，讓普通家庭能夠通過智能電網實現用戶能源管理、移動終端購電、水電氣多表集抄、綜合信息服務、遠程家電控制等，全面提高百姓生活智能化水平。四是加快構建全國電力市場體系。黨的十八屆三中全會明確要求發揮市場在資源配置中的決定性作用，加快完善現代市場體系。要以智能電網為載體，構建集能源輸送、資源配置、市場交易、客戶服務于一體，統一開放、競爭有序的全國電力市場體系。
能否牢牢把握第三次工業革命的歷史機遇，將很大程度上決定我國在未來全球競爭中的地位。與前兩次工業革命不同的是，中華民族已經走上偉大的復興之路，我國新能源、智能電網發展均走在世界前列，在新一輪能源變革中處于有利地位，具備了在第三次工業革命中勇立潮頭、引領發展的條件。歷史不應重演，機遇稍縱即逝。能源電力行業要自覺承擔起歷史重托，加快發展智能電網，鞏固和擴大我國在智能電網領域已經形成的優勢，為實現中華民族偉大復興的中國夢作出積極貢獻。
本文轉載自《科技日報》，發布于2013年12月5日
本文轉載自《科技日報》，發布于2013年12月5日
