构建全球能源互联网 占领第三次工业革命制高点——访中国工程院院士陈清泉

发布时间:2016-04-21   来源:国家电网报


  全球能源互联网落实,需要科学家、工程师与政治家们的协作,也需要社会公众的认可与支持,这也是我之前一直强调的,我们一定要解放思想,要站在全球视角统筹考虑相关问题。

  全球能源优化配置这个问题越来越迫切

  能源是影响全球与地方可持续发展的核心问题之一。我们必须注意到,自工业革命以来,能源不但是社会经济发展的重要驱动力,同时也是环境污染物的主要来源。

  近三百年来,世界能源消耗量激增,受制于现状能源结构和技术水平,能源结构以化石能源为主,主要包括煤、油、气等,超过全球一次能源消耗总量的70%以上,而水电及风电等可再生能源消耗比例仅占10%左右。这种不合理的能源结构,造成了今天的气候变化和空气污染等。全球可持续发展目标的实现离不开能源结构的优化配置,必须使能源消费从以煤、石油、天然气为主,逐渐向风能、太阳能等清洁能源转变。

  而风能、太阳能等清洁能源的高效利用,一定要站在全球的视野,在全球范围内优化配置。为什么?一是气候变化问题,不是一个国家、一个地区的问题,是全球的问题,解决这个问题就需要突破地区的局限。二是清洁能源的地域分布具有明显的空间差异性,但在时间尺度上却又具有互补性。例如,对于优质的太阳能和风能资源比较集中的地区,应在全球协作下提高能源大范围配置的能力,进而利用好时间差实现全球用电的峰谷调配。

  如今,全球能源优化配置这个问题越来越迫切。当前全球重大挑战包含气候变化、能源革命、信息安全、快速城镇化、人口老龄化等,而其中气候变化和能源可持续,是重中之重,对其他问题具有交互影响,因此迫切需要能源互联网。打个比方,从能源生产方来说,应用越来越广泛的风能、太阳能是随机性与地区性的;从需求侧来说,随着新能源汽车的普及,家家户户等不同消费者在什么时候什么地方充电,也具有随机性。对于能源互联网而言,其核心意义之一,即为不确定性的供给侧与具有随机性的消费侧之间,搭建可持续的桥梁。

  通过能源全球互联,实现能源的优化配置,具有多重潜在利益。一是环保效益,促进清洁能源的全球化共享,提升应对气候变化与环境污染的能力;二是经济效益,低成本电力输送到发电成本较高的地区,降低能源生产与消费成本;三是社会效益,全球能源互联可以提高能源可靠性,促进经济社会全球化均衡发展,改善民生;四是政治效益,降低资源匮乏国家能源对外依存度,保障国家的能源安全。

  建设全球能源互联网,一定要解决两项关键技术,一个是了解能源和信息的交互关系,另外一个是创新储能系统

  为什么要了解能源和信息的交互关系?有人说,第三次工业革命就是3D打印机,也有人说是先进机械制造。但我个人认为,这些都是导火线,不是核心。我认为,无论是哪次工业革命,其核心都是能源和信息。

  这个道理很简单:人类生活水平的提高需要能源作为基础支撑,而想要更有效地利用能源,就需要信息进行优化配置。

  回顾前两次工业革命,第一次工业革命瓦特发明蒸汽机,英国抢占机遇。能源从木材转向煤炭,煤炭成为全球能源的主流,而信息发展的代表则是电报。第二次工业革命是电气化,发生在美国,能源主流从煤炭转向石油,而信息载体的创新则是电视。

  第三次工业革命就是走向新能源,从本质上改变以化石能源为主的消耗结构,就必须依赖全球能源互联网,其信息载体则是移动互联网与大数据。能源和信息的结合,也是全球能源互联网一定要解决的问题。

  信息技术最大的进步,就是优化配置的能力更强。以前电话机只能听到声音,电报机只能看到文字,而如今,一个小小的手机通过开放的操作系统就能实现打电话、发信息、视频通话乃至移动办公等集成与融合,同步呈现语言、文字、视频等各种信息。这就是最大的优化配置。

  能源也需要类似的优化配置。电、热、气等都是能源,如何将这些电、热、气一般化、数字化,进而开发能源操作系统,是我们迫切需要占领的技术创新领域。例如,在新能源汽车中,如何开发能源操作系统,从单点动力控制,到多点动力联通,到多点能量联通,到多点能源服务,到嵌入式计算机,并实现实时大数据计算?这个问题的难度比信息系统大,因为能源的地域性、随机性,消费的随机性等,但这个方向是应该要坚持的。在实现实时大数据计算时,还要请注意网路的高度安全性和可靠性。

  破解新能源随机性特征、解决新型负荷如电动汽车的随机性、提升电力系统的稳定性,都需要储能装置。除了传统的储能装置,诸如储水能电站、化学电池、机械飞轮等,我们要探索与研发新型储能装置。创新型的储能装置应具有高能量密度、高功率密度、长寿命、安全环保、经济可靠等基本特点。要探索新型材料,甚至考虑探索物理量子电池等。

  在追求解决解决方案的过程中,我们一定要解放思想,切实破解难题,那具体应该怎么做呢?我认为:

  一是发扬易经的思想,在变化中解析道理。如果我们只看到黑就是黑,白就是白,那只是机械地一成不变地的固执思维。但易经的太极图示显示,黑白的分界线是弯曲的曲线,而且黑中有白,白中有黑,这就是辩证的思想,就是价值共生的思想。易经的思想核心是辩证的思想,全局的思想,对立统一的思想,讲究变化的规律性,以及变化发展中的平衡。全球能源互联建设,也有要有整体的辩证的思想,跨越时间与空间的约束,例如,若干年后,将遥远的非洲太阳能送到我的家庭,供我使用。

  二是运用文艺复兴启示。我们应该注意到,文艺复兴的深层表现不仅是绘画艺术,而是解放思想。文艺复兴式的科学家和工程师的特征是思考全球而非局限于某些事物。科学家主要解答为什么,工程师则解答怎么做,因此,第三次工业革命需要科学家和工程师的共同协作,基于全球的视野,不但要解答为什么,还要解答怎么做。 

  总的来说,我们需要运用全球视角、天人合一思维、环形思考(全局)、闭环思维(听其反馈)等方式,推动全球能源互联网建设。

   ◎ 第一次工业革命,英国抢占机遇。第二次工业革命,美国占主导地位。第三次工业革命,中国应该抓住历史机遇,占领制高点。为什么这么说?作为全球最大的发展中国家与全球第二大经济体,全球重大挑战的主战场都与中国息息相关,尤其是在应对气候变化、可持续能源、清洁水、快速城镇化等等。

   ◎ 如果说主战场在中国,中国为什么不能成为工业革命的主导力量和先进地区?为什么不能产生一流的科学家、一流的工程师、一流的企业家、一流的企业?

   ◎ 目前,就全球而言,高端人才还聚集在欧美,所以我在不同场合都一直呼吁:我们必须有更强的使命感,我们的科学家、工程师、企业家应该努力协作!我们要深刻理解在第三次工业革命中能源与信息的交互关系,时不我待地抢占第三次工业革命的制高点。

   ◎ 通过比较研究全世界电力公司的规模实力,国家电网公司不但在中国,在全世界都是举足轻重的,尤其是国家电网公司提出全球能源互联网建设,这个观点是非常正确的。国家电网在全球能源互联网战略规划、跨国电网互联互通项目开发等方面已经迈出了可喜的一步,我相信,国家电网公司利用积累的经验,无论是在创建坚强智能电网,还是在处理能源和信息关系,以及找到更好的储能技术方面,都能做出贡献,起到引领作用。

   ◎ 我需要提醒的是,建设坚强智能的电网,还可以同时寻求其他道路方案,比如,研发利用中温超导技术,实现长距离输电、成本降低、环境友好等综合效益。

  推动全球能源互联网建设,一定要发动群众,让全世界的人明白,全球互联网的效益,包括上面我说过的经济效益、政治效益、民生效益,以及环保效益。

  发动群众,最关键的是多多发动科学家。因为,解决全球能源互联问题,不完全是技术问题,还有政治阻力等相关因素。怎么说服政治家?怎样解决世界利益和本国利益的矛盾?这就需要发动全世界的科学家,让科学家们讲道理、摆事实,说服政治家,逐步取得共识,进而形成共同行动。

  全球能源互联网落实,需要科学家、工程师与政治家们的协作,也需要社会公众的认可与支持,这也是我之前一直强调的,我们一定要解放思想,要站在全球视角统筹考虑相关问题。

  诺贝尔物理学奖获得者卡罗·鲁比亚是我的好朋友,我们在中国共同创建了可持续能源研究院,从3月上旬开始,我们在全球招聘首席科学家,共同讨论与研究低排放或近零排放的新能源系统;长距离、高效率、低损耗、低成本的输电方式;以及新型储能技术等。

  我的另外一个朋友克拉克·盖林思,是美国工程院院士,他十分认同建设全球超级电网的理念,并已经开展了一些相关研究。他们就主张摆脱严重依赖化石能源为主、低效的、互相隔离的电网,将各地区电网互联,形成一个全球性的超级电网。克拉克·盖林思还应我的邀请,成为全球能源互联网大会分论坛的共同主持人,与各国科学家们一同探讨全球能源互联网的未来。

  陈清泉:著名的电机、电力驱动和电动车专家,中国工程院院士、香港工程科学院院士、英国皇家工程院院士、匈牙利工程院荣誉院士、乌克兰工程科学院院士、剑桥大学丘吉尔学院院士,世界电动车协会的创办人及轮值主席。提出电动车研究核心和总体指导思想,将汽车技术、电机技术、电力驱动控制技术、信息网路技术等有机结合起来,为现代电动车学奠定了基础,使这一新兴交叉学科从理论到实践形成了一个完整的体系,多次获得国际性科技杰出成就奖。

 


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