2015年，中國政府實現(xiàn)經(jīng)濟增長6.9%，也就是說中國經(jīng)濟進入發(fā)展新常態(tài)后，仍將保持較高速度增長。而隨著“一帶一路”和“亞投行”的成立，中國也將擁有一個國際化的大舞臺，那么究竟是什么可以支撐起中國的新一輪發(fā)展呢?
首先，我們應(yīng)該明白：按照目前中國的能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，中國經(jīng)濟的增長速度同能源消耗是成正比的。而長期以來，由于中國能源的過度消耗，已經(jīng)給我們的環(huán)保帶來很大壓力，“霧霾”已經(jīng)成為中國經(jīng)濟發(fā)展高速的副產(chǎn)品，并且非常深刻的影響到了人們生活的方方面面。
因此，我們在轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的同時，怎么樣能夠更加充分、健康的利用既有能源，也將是我們應(yīng)該考慮的重大問題!
2015年，習(xí)近平總書記兩次提及“能源革命”，將其與科技革命、產(chǎn)業(yè)革命并列為新一輪全球性的“革命”。李克強總理也提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”的嶄新概念，這是一個經(jīng)濟與社會發(fā)展的一個大平臺，在這個平臺上將演繹一場波瀾壯闊大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)的現(xiàn)代史詩，一定要充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”這一概念，“互聯(lián)網(wǎng)+”的本質(zhì)其實就是把互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成像水和電一樣的基本工具。在這種思想的指導(dǎo)下，將自己的思考凝煉，提出第四次能源革命(即：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng))的戰(zhàn)略定位和理論思想，簡稱“能源4.0”。
令人欣慰的是，歷史又給了中國新的機會。在能源4.0方面，中國走在了世界前沿。隨著第四次工業(yè)革命的到來，互聯(lián)網(wǎng)化、協(xié)作化、智能化是世界工業(yè)發(fā)展的大勢所趨，而中國能源事業(yè)的發(fā)展也在這一過程中找到了立足點，并且引領(lǐng)了世界能源事業(yè)的大方向，能源4.0是“互聯(lián)網(wǎng)+”這一指導(dǎo)思想在能源領(lǐng)域的重大應(yīng)用，也可稱為“智慧能源”。
該怎么認識能源4.0呢?
能源跟工業(yè)是一對兄弟，我們先從世界工業(yè)史說起。
縱觀人類歷史上的工業(yè)革命，每一次工業(yè)革命均有重大的能源革命與之伴生，并成為推動工業(yè)革命的原動力。在18世紀(jì)中葉，人類開始大規(guī)模使用煤炭替代薪柴，實現(xiàn)了第一次能源革命，可稱之為能源1.0，它促使主要以煤炭為動力源的蒸汽機得以推廣和普及，并促成了第一次工業(yè)革命，可稱之為工業(yè)1.0。到19世紀(jì)中后期，人類開始大規(guī)模使用石油，人類社會實現(xiàn)了第二次能源革命，即能源2.0，促使以石油為動力源的內(nèi)燃機得以推廣和普及，并促成了第二次工業(yè)革命，即工業(yè)2.0。進入21世紀(jì)以來，人類通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與可再生能源融合，將分散式的新能源和可再生能源進行集中使用，人類社會進入能源3.0時代，由此掀起了第三次工業(yè)革命浪潮，即工業(yè)3.0。簡言之，能源1.0，使煤炭和蒸汽機結(jié)合，促成了工業(yè)1.0;能源2.0，使石油和內(nèi)燃機結(jié)合，促成了工業(yè)2.0;能源3.0，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源結(jié)合，促成了工業(yè)3.0。
如今，德國提出第四次工業(yè)革命，即工業(yè)4.0，是利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與先進的精密機械工業(yè)相結(jié)合的手段，實現(xiàn)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。作為以智能制造為特征的工業(yè)4.0，必然需要可持續(xù)的綠色能源和節(jié)能、環(huán)保、低成本的基礎(chǔ)材料作支撐。
我們知道工業(yè)4.0的顛覆性在于“智能化”生產(chǎn)，這種智能依靠的是數(shù)據(jù)、運算和連接，實現(xiàn)了機器和材料、機器和機器、機器和產(chǎn)品“無縫協(xié)作”，發(fā)揮了1+1遠遠大于2的綜合性效應(yīng)。那么不同性質(zhì)的能源之間，是否可以通過互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一協(xié)作起來，并實現(xiàn)這種效應(yīng)呢?就好像工業(yè)4.0并不是某種新設(shè)備、新機器的發(fā)明，而是整個工業(yè)系統(tǒng)在運作方面的升級一樣，能源4.0并不在于某種“新能源”的開采和運用，而在于整個能源系統(tǒng)的升級!
這就如同在工業(yè)4.0時代，工廠需要直接對接消費者，隨時需要滿足消費者的要求進行生產(chǎn)，而在能源4.0時代，能源端也需要直接對接用戶端，根據(jù)用戶端的需求進行調(diào)節(jié)能源供給。
無論是太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、還有核能，每種能源都有它自己的比較優(yōu)勢和不足。如果能夠通過一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)將這些能源平衡起來，制衡能源彼此間的差異，那么這些能源的能量就能累加起綜合效應(yīng)，勢必爆發(fā)一場能源大革命!這就是能源4.0!
移動互聯(lián)網(wǎng)的去中心化，大數(shù)據(jù)的可預(yù)見性、互聯(lián)網(wǎng)的無縫連接、云計算的超級運算，等等組合在一起，會將碎片化、多元化的能源組成一個“能源互聯(lián)網(wǎng)”，其中互聯(lián)網(wǎng)是“智慧能源”的基礎(chǔ)：它利用先進的傳感器和軟件程序?qū)⒛茉瓷a(chǎn)端、傳輸端、消費端等數(shù)以億計的設(shè)備連接起來，形成一個大能源生態(tài)系統(tǒng)。而大數(shù)據(jù)分析、云計算則使“智慧能源”具備了獨立思考能力，它可以整合資源數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)等，統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)分析和運算。包括：負荷運算、儲備運算，轉(zhuǎn)化運算、平衡運算，使能源系統(tǒng)成為一個有機整體。
能源4.0不僅實現(xiàn)了多種能源累加綜合效應(yīng)，還實現(xiàn)了能源從消耗到產(chǎn)生之間的環(huán)環(huán)相扣。它將具備“智慧、協(xié)作、進化”的生命體特征，因此也就成為“智慧能源”。
能源4.0的提出，我想多用一些筆墨，這是基于我40多年來持續(xù)研究為基礎(chǔ)的，常言“性趣和愛好是最好的老師”，我自小熱愛科學(xué)，對科學(xué)充滿憧憬，上世紀(jì)70年代在農(nóng)村插隊克服重重困難進行了十余項項科學(xué)實驗，1978年獲得江蘇省政府“先進科技工作者”殊榮。“非并網(wǎng)風(fēng)電”也是1980年在家中做實驗時，無意中發(fā)現(xiàn)的一種自然現(xiàn)象，即在特定條件下多種電流不僅可以共融而且互不干擾，當(dāng)給予特定的信號源時可以實現(xiàn)按序輸出電能的現(xiàn)象，當(dāng)時根據(jù)實驗做的線路圖，后經(jīng)我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠基人戴昌輝教授、農(nóng)村能源(新能源)吳專家湘淦教授的指導(dǎo)，構(gòu)建了多能源協(xié)同供電原理性模型，首次提出了“非并網(wǎng)風(fēng)電”的概念。
當(dāng)時確定學(xué)術(shù)名稱為“多能源協(xié)同”，但為了便于和“離網(wǎng)”、“并網(wǎng)”的區(qū)別和內(nèi)在聯(lián)系，就簡稱為“非并網(wǎng)”。經(jīng)多年研究、宣傳和實踐，“多能源協(xié)同”已在世界廣為傳播，成為目前分布式電源和智能微網(wǎng)的理論基礎(chǔ)。
1980—1986年期間，我先后在《中國風(fēng)能》、《江蘇工學(xué)院學(xué)報》、《太陽能學(xué)報》等刊物上發(fā)表論文，直至2006年3月25日，這一原創(chuàng)理論在清華大學(xué)原副校長倪維斗院士、錢易院士以及電力電子實驗室主任柴建云教授的支持、協(xié)調(diào)下，在清華大學(xué)電力電子實驗室用現(xiàn)代化的設(shè)備儀器和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法，重新演示了1980年顧為東研究員在家的實驗。實驗過程中，倪維斗院士、柴建云教授等反復(fù)實驗，重復(fù)實現(xiàn)、驗證了多能源協(xié)同效果，實驗報告認為：“該實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，方法科學(xué)，結(jié)果可信。非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于高耗能產(chǎn)業(yè)是一個值得探討的方向。可在此基礎(chǔ)上進一步進行工業(yè)性中試”。
這次清華園的驗證圓滿成功，為發(fā)展具有中國特色的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)走出了一條創(chuàng)新之路，也為構(gòu)建能源4.0：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。
非常慶幸在2007年，我作為項目首席科學(xué)家承擔(dān)了國家973計劃“大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究”(2007CB210300)，這是經(jīng)過數(shù)十年的研究已經(jīng)取得產(chǎn)業(yè)化成果，促使我國在宏觀經(jīng)濟和能源科技發(fā)展的結(jié)合上，在能源4.0的戰(zhàn)略框架下，對全球能源發(fā)展改革和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整開始了思考，并將重塑我國乃至世界經(jīng)濟結(jié)構(gòu)!
能源4.0超越了以太陽能為核心的第三次能源革命的范疇，它構(gòu)建一個有機的高效、低成本、可持續(xù)、可調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。能源4.0核心是產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧能源、智能電網(wǎng)、智能產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，為工業(yè)4.0提供綠色、可持續(xù)的智慧能源和節(jié)能、環(huán)保的加工材料;另一方面，能源4.0為工業(yè)4.0提供清潔原材料，通過生產(chǎn)清潔產(chǎn)品，實現(xiàn)動態(tài)平衡生產(chǎn)，消除以傳統(tǒng)能源實現(xiàn)工業(yè)4.0帶來的“原罪”。
對中國而言，當(dāng)前經(jīng)濟與社會發(fā)展面臨的國際、國內(nèi)環(huán)境已與前35年改革開放發(fā)生了根本性的變化，人口紅利、環(huán)境紅利和資源紅利已基本殆盡，這就要求我們在把握全球經(jīng)濟與社會發(fā)展的全局中，找準(zhǔn)新一輪經(jīng)濟新常態(tài)發(fā)展的戰(zhàn)略定位，并引領(lǐng)經(jīng)濟與社會的發(fā)展，順利實現(xiàn)新常態(tài)。作為科研工作者，有責(zé)任為解決國家重大戰(zhàn)略需求，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢做出貢獻。
能源4.0是與工業(yè)4.0相適應(yīng)、面向全球的能源發(fā)展戰(zhàn)略，也是中國領(lǐng)先世界的原創(chuàng)性科學(xué)技術(shù)成果，更是我國科技工作者的原創(chuàng)性理論貢獻。實施能源4.0戰(zhàn)略，我們具有領(lǐng)先優(yōu)勢，因此要在全球視野下?lián)屨际澜缒茉窗l(fā)展和能源革命的先機，通過能源4.0戰(zhàn)略發(fā)展智慧能源，建立全球化的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)體系，從而推動我國引領(lǐng)全球重塑經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，成為經(jīng)濟優(yōu)化升級、實現(xiàn)新常態(tài)、進行供給側(cè)改革的重要抓手。同時，全面、準(zhǔn)確貫徹落實黨的十八大和十八屆三中、四中全會精神、推動我國全面深化改革，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的“中國夢”做出貢獻。
在能源4.0時代，霧霾失去依附，將自生自滅。而研究能源4.0的價值和意義不僅在于對能源領(lǐng)域的認知，而是在于起原理背后有深刻的生活原理，比如：如何協(xié)作、如何差異化、如何分配資源等，這將對我們今后工作和生活起到一定的指導(dǎo)作用。
這里還需要強調(diào)的是，我們的能源還可以利用“亞投行”進行融資生產(chǎn)，利用“一帶一路”進行產(chǎn)能輸出，這就把能源4.0上升到了國際戰(zhàn)略!
中國人歷來崇尚是“和而不同”，只有“不同”才能產(chǎn)生“和”。但是在工業(yè)4.0之前，這種情況很難發(fā)生。因為大部分產(chǎn)品都是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的區(qū)別是等級之別，有高有低，三六九等，產(chǎn)品的等級造成各種等級。在一個等級遍布的社會，其實是很難和諧的。但是工業(yè)4.0就會制造出各種“不同”。
同樣，能源4.0時代，各種能源也會彼此協(xié)作，依托互聯(lián)網(wǎng)的連接和大數(shù)據(jù)、云計算的應(yīng)用，形成一個由各種能源組成的能源生態(tài)體系。
在《周易》里，事物的最高境界是“群龍無首”，其實我們往往都是把這個詞曲解了，因為“群龍無首”被理解成混亂而沒有帶頭人的局面。實際上這個詞的意義是：一條條的龍首尾相接，在天上盤旋。既然是首尾相接，也就不再有前后之分，大家地位平等，只是位置不同，彼此協(xié)作但又沒有等級，“群龍無首”被認為是大吉之相，但是需要經(jīng)過前面曲折的過程才能實現(xiàn)，比如“飛空在天”指的是事物發(fā)展的鼎盛階段，“亢龍有悔”指的是事物鼎盛之后的低調(diào)，最后才是“群龍無首”的最高境界。
而能源4.0就是中國能源的最高境界!
能源4.0：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，也為我們建設(shè)低成本或零邊際成本社會”奠定了基礎(chǔ)!
2014年底，《第三次工業(yè)革命》的作者里夫金又出版了《零邊際成本社會》一書，并在書中預(yù)言：“在分布式太陽能和風(fēng)能等得到充分發(fā)展和利用的未來，人們可能可以像今天通過互聯(lián)網(wǎng)近乎免費地生產(chǎn)和消費信息一樣，借助能源互聯(lián)網(wǎng)近乎免費地生產(chǎn)和消費能源。”
能源4.0：產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)讓“零邊際成本”由概念到實踐脫穎而出。在這一系統(tǒng)中可供挖掘的大數(shù)據(jù)和可以共享的豐富資源，提供了近乎免費且充分多樣化和個性化的商品和服務(wù)。所以能夠降低邊際成本，有時甚至接近于零邊際成本。因此，我國廣袤、高耗能的傳統(tǒng)行業(yè)一旦插上移動互聯(lián)網(wǎng)的翅膀，站在風(fēng)口上的“豬”也會飛。
通過對新能源革命研究，科技創(chuàng)新是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)根本性的動力?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的年代讓過去不可想象的事情變得容易，我們需要做的就是進一步拓寬視野，去探索低成本或零邊際成本的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)前，在本文介紹的能源4.0的“產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)體系”中，使用“高載能調(diào)峰工業(yè)”作為錯峰儲能載體，開拓了儲電的新思路。海水淡化、氫能源汽車、電動汽車和污水處理及水回用等10多個高耗能行業(yè)也可以嘗試借助互聯(lián)網(wǎng)調(diào)峰，讓發(fā)電、用電和高耗能產(chǎn)業(yè)降低或接近零邊際成本。也就是說在一些特定時段通過大數(shù)據(jù)、云計算可以實現(xiàn)免費為家庭汽車充電、洗衣、空調(diào)和冰箱冷凍，免費生產(chǎn)淡化海水、氯堿、鋁錠。可以說，能源4.0是一個真正的低成本或零邊際成本的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，隨著“隨時使用，何必擁有”觀念被世人接受，閑置資源的利用和分享，讓“零邊際成本”隨處而出(包括交通、運輸互聯(lián)網(wǎng))，為我們創(chuàng)新讓供應(yīng)商和制造商、消費者和生產(chǎn)者之間得以建立協(xié)同關(guān)系，匯成一個合作共贏的互聯(lián)網(wǎng)新經(jīng)濟時代。
能源4.0是與工業(yè)4.0相適應(yīng)、面向全球的能源發(fā)展戰(zhàn)略，也是中國領(lǐng)先世界的原創(chuàng)性科學(xué)技術(shù)成果，更是我國科技工作者的原創(chuàng)性理論貢獻。隨著能源4.0戰(zhàn)略的實施，將推動一個高效、綠色、共享、可持續(xù)發(fā)展零邊際成本時代的到來。
實施能源4.0戰(zhàn)略，我們具有領(lǐng)先優(yōu)勢，因此要在全球視野下?lián)屨际澜缒茉窗l(fā)展和能源革命的先機，通過能源4.0戰(zhàn)略發(fā)展智慧能源，建立全球化的產(chǎn)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)體系，從而推動我國引領(lǐng)全球重塑經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，成為經(jīng)濟優(yōu)化升級、實現(xiàn)新常態(tài)的重要抓手;也是全面、準(zhǔn)確貫徹落實黨的十八大和十八屆三中、四中、五中全會精神，深入貫徹五大發(fā)展理念，推動全面深化改革，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的“中國夢”做出貢獻。
