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構建全球能源互聯網 占領第三次工業革命制高點——訪中國工程院院士陳清泉

中國電力網發布時間:2016-04-21 00:00:00


  全球能源互聯網落實,需要科學家、工程師與政治家們的協作,也需要社會公眾的認可與支持,這也是我之前一直強調的,我們一定要解放思想,要站在全球視角統籌考慮相關問題。

  全球能源優化配置這個問題越來越迫切

  能源是影響全球與地方可持續發展的核心問題之一。我們必須注意到,自工業革命以來,能源不但是社會經濟發展的重要驅動力,同時也是環境污染物的主要來源。

  近三百年來,世界能源消耗量激增,受制于現狀能源結構和技術水平,能源結構以化石能源為主,主要包括煤、油、氣等,超過全球一次能源消耗總量的70%以上,而水電及風電等可再生能源消耗比例僅占10%左右。這種不合理的能源結構,造成了今天的氣候變化和空氣污染等。全球可持續發展目標的實現離不開能源結構的優化配置,必須使能源消費從以煤、石油、天然氣為主,逐漸向風能、太陽能等清潔能源轉變。

  而風能、太陽能等清潔能源的高效利用,一定要站在全球的視野,在全球范圍內優化配置。為什么?一是氣候變化問題,不是一個國家、一個地區的問題,是全球的問題,解決這個問題就需要突破地區的局限。二是清潔能源的地域分布具有明顯的空間差異性,但在時間尺度上卻又具有互補性。例如,對于優質的太陽能和風能資源比較集中的地區,應在全球協作下提高能源大范圍配置的能力,進而利用好時間差實現全球用電的峰谷調配。

  如今,全球能源優化配置這個問題越來越迫切。當前全球重大挑戰包含氣候變化、能源革命、信息安全、快速城鎮化、人口老齡化等,而其中氣候變化和能源可持續,是重中之重,對其他問題具有交互影響,因此迫切需要能源互聯網。打個比方,從能源生產方來說,應用越來越廣泛的風能、太陽能是隨機性與地區性的;從需求側來說,隨著新能源汽車的普及,家家戶戶等不同消費者在什么時候什么地方充電,也具有隨機性。對于能源互聯網而言,其核心意義之一,即為不確定性的供給側與具有隨機性的消費側之間,搭建可持續的橋梁。

  通過能源全球互聯,實現能源的優化配置,具有多重潛在利益。一是環保效益,促進清潔能源的全球化共享,提升應對氣候變化與環境污染的能力;二是經濟效益,低成本電力輸送到發電成本較高的地區,降低能源生產與消費成本;三是社會效益,全球能源互聯可以提高能源可靠性,促進經濟社會全球化均衡發展,改善民生;四是政治效益,降低資源匱乏國家能源對外依存度,保障國家的能源安全。

  建設全球能源互聯網,一定要解決兩項關鍵技術,一個是了解能源和信息的交互關系,另外一個是創新儲能系統

  為什么要了解能源和信息的交互關系?有人說,第三次工業革命就是3D打印機,也有人說是先進機械制造。但我個人認為,這些都是導火線,不是核心。我認為,無論是哪次工業革命,其核心都是能源和信息。

  這個道理很簡單:人類生活水平的提高需要能源作為基礎支撐,而想要更有效地利用能源,就需要信息進行優化配置。

  回顧前兩次工業革命,第一次工業革命瓦特發明蒸汽機,英國搶占機遇。能源從木材轉向煤炭,煤炭成為全球能源的主流,而信息發展的代表則是電報。第二次工業革命是電氣化,發生在美國,能源主流從煤炭轉向石油,而信息載體的創新則是電視。

  第三次工業革命就是走向新能源,從本質上改變以化石能源為主的消耗結構,就必須依賴全球能源互聯網,其信息載體則是移動互聯網與大數據。能源和信息的結合,也是全球能源互聯網一定要解決的問題。

  信息技術最大的進步,就是優化配置的能力更強。以前電話機只能聽到聲音,電報機只能看到文字,而如今,一個小小的手機通過開放的操作系統就能實現打電話、發信息、視頻通話乃至移動辦公等集成與融合,同步呈現語言、文字、視頻等各種信息。這就是最大的優化配置。

  能源也需要類似的優化配置。電、熱、氣等都是能源,如何將這些電、熱、氣一般化、數字化,進而開發能源操作系統,是我們迫切需要占領的技術創新領域。例如,在新能源汽車中,如何開發能源操作系統,從單點動力控制,到多點動力聯通,到多點能量聯通,到多點能源服務,到嵌入式計算機,并實現實時大數據計算?這個問題的難度比信息系統大,因為能源的地域性、隨機性,消費的隨機性等,但這個方向是應該要堅持的。在實現實時大數據計算時,還要請注意網路的高度安全性和可靠性。

  破解新能源隨機性特征、解決新型負荷如電動汽車的隨機性、提升電力系統的穩定性,都需要儲能裝置。除了傳統的儲能裝置,諸如儲水能電站、化學電池、機械飛輪等,我們要探索與研發新型儲能裝置。創新型的儲能裝置應具有高能量密度、高功率密度、長壽命、安全環保、經濟可靠等基本特點。要探索新型材料,甚至考慮探索物理量子電池等。

  在追求解決解決方案的過程中,我們一定要解放思想,切實破解難題,那具體應該怎么做呢?我認為:

  一是發揚易經的思想,在變化中解析道理。如果我們只看到黑就是黑,白就是白,那只是機械地一成不變地的固執思維。但易經的太極圖示顯示,黑白的分界線是彎曲的曲線,而且黑中有白,白中有黑,這就是辯證的思想,就是價值共生的思想。易經的思想核心是辯證的思想,全局的思想,對立統一的思想,講究變化的規律性,以及變化發展中的平衡。全球能源互聯建設,也有要有整體的辯證的思想,跨越時間與空間的約束,例如,若干年后,將遙遠的非洲太陽能送到我的家庭,供我使用。

  二是運用文藝復興啟示。我們應該注意到,文藝復興的深層表現不僅是繪畫藝術,而是解放思想。文藝復興式的科學家和工程師的特征是思考全球而非局限于某些事物。科學家主要解答為什么,工程師則解答怎么做,因此,第三次工業革命需要科學家和工程師的共同協作,基于全球的視野,不但要解答為什么,還要解答怎么做。 

  總的來說,我們需要運用全球視角、天人合一思維、環形思考(全局)、閉環思維(聽其反饋)等方式,推動全球能源互聯網建設。

   ◎ 第一次工業革命,英國搶占機遇。第二次工業革命,美國占主導地位。第三次工業革命,中國應該抓住歷史機遇,占領制高點。為什么這么說?作為全球最大的發展中國家與全球第二大經濟體,全球重大挑戰的主戰場都與中國息息相關,尤其是在應對氣候變化、可持續能源、清潔水、快速城鎮化等等。

   ◎ 如果說主戰場在中國,中國為什么不能成為工業革命的主導力量和先進地區?為什么不能產生一流的科學家、一流的工程師、一流的企業家、一流的企業?

   ◎ 目前,就全球而言,高端人才還聚集在歐美,所以我在不同場合都一直呼吁:我們必須有更強的使命感,我們的科學家、工程師、企業家應該努力協作!我們要深刻理解在第三次工業革命中能源與信息的交互關系,時不我待地搶占第三次工業革命的制高點。

   ◎ 通過比較研究全世界電力公司的規模實力,國家電網公司不但在中國,在全世界都是舉足輕重的,尤其是國家電網公司提出全球能源互聯網建設,這個觀點是非常正確的。國家電網在全球能源互聯網戰略規劃、跨國電網互聯互通項目開發等方面已經邁出了可喜的一步,我相信,國家電網公司利用積累的經驗,無論是在創建堅強智能電網,還是在處理能源和信息關系,以及找到更好的儲能技術方面,都能做出貢獻,起到引領作用。

   ◎ 我需要提醒的是,建設堅強智能的電網,還可以同時尋求其他道路方案,比如,研發利用中溫超導技術,實現長距離輸電、成本降低、環境友好等綜合效益。

  推動全球能源互聯網建設,一定要發動群眾,讓全世界的人明白,全球互聯網的效益,包括上面我說過的經濟效益、政治效益、民生效益,以及環保效益。

  發動群眾,最關鍵的是多多發動科學家。因為,解決全球能源互聯問題,不完全是技術問題,還有政治阻力等相關因素。怎么說服政治家?怎樣解決世界利益和本國利益的矛盾?這就需要發動全世界的科學家,讓科學家們講道理、擺事實,說服政治家,逐步取得共識,進而形成共同行動。

  全球能源互聯網落實,需要科學家、工程師與政治家們的協作,也需要社會公眾的認可與支持,這也是我之前一直強調的,我們一定要解放思想,要站在全球視角統籌考慮相關問題。

  諾貝爾物理學獎獲得者卡羅·魯比亞是我的好朋友,我們在中國共同創建了可持續能源研究院,從3月上旬開始,我們在全球招聘首席科學家,共同討論與研究低排放或近零排放的新能源系統;長距離、高效率、低損耗、低成本的輸電方式;以及新型儲能技術等。

  我的另外一個朋友克拉克·蓋林思,是美國工程院院士,他十分認同建設全球超級電網的理念,并已經開展了一些相關研究。他們就主張擺脫嚴重依賴化石能源為主、低效的、互相隔離的電網,將各地區電網互聯,形成一個全球性的超級電網。克拉克·蓋林思還應我的邀請,成為全球能源互聯網大會分論壇的共同主持人,與各國科學家們一同探討全球能源互聯網的未來。

  陳清泉:著名的電機、電力驅動和電動車專家,中國工程院院士、香港工程科學院院士、英國皇家工程院院士、匈牙利工程院榮譽院士、烏克蘭工程科學院院士、劍橋大學丘吉爾學院院士,世界電動車協會的創辦人及輪值主席。提出電動車研究核心和總體指導思想,將汽車技術、電機技術、電力驅動控制技術、信息網路技術等有機結合起來,為現代電動車學奠定了基礎,使這一新興交叉學科從理論到實踐形成了一個完整的體系,多次獲得國際性科技杰出成就獎。

 



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