分布式能源——智能电网的PC

PC和互联网的启示
 
是制造大型计算机，将一条条数据电缆通道每一个办公桌和每一个家庭；还是发展个人计算机（Personal Computer）是20世纪70~80年代的一场激烈争论。1973年法国工程师制造了实际上第一台个人计算机，此后IBM、苹果相继也制造出了自己的PC并不断演进了这一技术。PC虽远不如大型计算机速度快，功能强大，但它便捷、灵活、安全，同时为人们提供了一个极其广阔的技术扩展空间。
 
80年代末，工程师开始将多台PC连接在一起，形成了一个个小型局域网，提高了数据安全和工作效率；90年代中期工程师利用美国的军用技术将电话线网路与PC连接，通过数据包交换技术并建立了全球统一的‘传输控制协议’和‘互联网协议’（TCP/IP），将所有的计算机，包括PC和大型技术机连接在了一起。至此之后，人类推开了信息时代的大门。
 
几乎是与此同时，1973年石油危机之后，人们开始尝试改造内燃机或采用小型的飞机发动机通过管道天然气进行发电，并利用余热供暖，以解决因石油短缺造成的电力供应短缺。这种技术高效清洁，不仅可以发电，还可以利用余热供暖、制冷、供应生活热水，满足了用户对于多种能源的需求，也大大提高了能源利用效率和经济性。
 
由于用户发现自己发电供热更为经济、可靠，越来越多大学、医院、工厂和商业建筑等能源用户开始采用这一新技术，这无疑会影响到电力公司的既得利益。所以电力公司想方设法，千方百计地以所谓“供电安全”等理由，遏制这一新技术的应用和普及。是提高能源效率？还是保障电力公司的既得利益？成为了当时人们道德和良心的博弈。

直到1978年美国卡特总统突破阻力，签署了著名的《公用事业管制政策法（PURPA）》，对合格的热电联产、小型水电站等分布在用户端的电源接入电力系统和并网售电，以及由电力公司提供备用电力保障等细节进行了明确规定，并对能源利用效率高的分布式能源首次引用了“强制购买原则”。也就说，只要用户的能源设施效率高于电力公司现行系统，电力公司就必须让用户的发电机组并入电网，提供安全备用复合，并参考电力公司出售给用户的电价由电力公司收购多余的电量，真正现行了“节能优先，效率为本”的理念。
尽管如此，强势的电力公司仍然会对用户设置种种制约，同样也是为进一步提高能源、投资效率，使用户不得不对自己的能源系统进行信息化改造和不断的技术升级，用户从热电联产逐步转向效率更高、功能更多、自动化程度更先进和规模更小的分布式能源系统，渐渐形成了类似于局域网模式的“微电网”系统，对用户的用电、用能进行越来越智能化的需求侧管理。

2003年8月14日下午4时，美国的纽约市、底特律市和克利夫兰市以及加拿大的多伦多、渥太华等地突发大面积停电事故，大约5000万人受到影响。一些地区停电时间长达29小时，造成数百亿美元的经济损失。大停电造成地铁停运，飞机停飞，工厂停产，商店停业，通讯中断，居民不得不在高温、闷热、漆黑一片的城市街头战战兢兢地徘徊，深切感受着大电网、大电厂带来的大麻烦。事故之后，一个独立的调查委员会研究认为，就目前的这个电网，无论进行什么样的改造，投入多少资金，都难以避免发生类似的事故，解决问题的方法是大力发展微电网技术和分布式能源。
 
近十几年来，信息革命以前所未有的飞速发展影响着我们的观念，改变着我们的生活，服务于我们的社会。十年前，我们还很难想象互联网会对人类文明进程产生如此巨大而深远的影响，甚至对于互联网的形态都难以描述定义。但是今天，我们的工作，我们的学习，我们的生活，我们的彼此的交流都被互联网为核心的信息革命所改变。无论工业、商业、金融、农业、交通，还是娱乐、学校等等，无处不在的数字芯片，无处不在的数字化信息，无处不在的通讯网路使我们生活更加方便，使我们社会的效率不断提高，也使我们的文明程度长足进取。

由于互联网的成功，进一步拓展了“节能志士”们的“鸿志”。他们认为如果将比邻的分布式能源系统向互联网一样连接起来，系统的安全性、能源综合利用效率和经济性将会向跃上楼台。2003年“智能电网”的理念被提出，将互联网的模式应用在电力能源系统上，让分布式能源向互联网的PC一样发挥作用。
进入21世纪第二个“十年”， “低碳经济”再次引发了起全球对于智能电网技术和分布式能源系统的热切关注，大电网、大电厂为标志的工业化电力生产模式正面临着来自互联网式的新能源系统所带来的历史性挑战，就像当年帆船不得不面对蒸汽船；蒸汽机不得不面对内燃机；煤气灯不得不面对电灯泡一样，时代正在发生历史性的更替。
 
随着各种分布式的发电技术的进步，以天然气为燃料的小型微型能源梯级利用系统；各种可以与建筑融为一体的太阳能发电技术；小型微型的水电和生物质发电装置；工业设施的各种废热余热和废弃资源、能量的回收发电设备等等，都对能源资源的就地转化和就近利用提出了要求。特别是人们环保意识和资源忧患意识的提高，企业和家庭参与节约能源和增加新能源供应的意愿越发强烈，更多国家的电网公司不得不面对这一新文明的浪潮，谁也不愿意成为逆时代潮的“反动派”。
 
所以，分布式能源就像互联网中的PC，没有PC何谈互联网，没有分布式能源又何谈智能电网？

取势、明道、优术各国都看到了智能电网技术将改变人类文明进程的力量，相信它将是一次新的互联网式的革命。中国也对此也非常重视，各个部门，各个企业都雷厉风行，迅速展开研究工作。国家电网公司提出建设“统一坚强智能电网”，电力系统关于发展智能电网的研究和讨论越来越广泛，越来越深入，中国的电力专家们不断到世界各国与电网专家进行探讨，研究智能电网的定义、形态、关键技术和建设规划等等，似乎对于智能电网的概念正在形成共识，定义正在“水落石出”？但是，这种认识上的渐渐明晰，似乎让人隐隐感到我们理解的智能电网与世界的潮流似乎大相径庭，认识的差距正在南辕北辙认识的差距似乎南辕北辙。
国家电网认为，美国、欧洲等发达国家电网格局已基本稳定，负荷增长很小，智能电网的研究及应用重点放在配电和用电领域。而我国电网格局还将快速发展，负荷增长很快，输电网建设也在快速发展。因此，在智能电网的研究和应用方面，应围绕输电网的安全运行、可靠经济、自愈性等要求开展智能化技术研究，在目前阶段应将重点放在输电网智能化领域。由于我国的可再生能源分布不同，使得系统的接入方式有所不同。欧洲天然气管网发达，风能资源便利，大力发展了分布式发电，作为智能电网中主要的可再生能源接入方式。我国的风能、太阳能资源集中分布在我国电网的边远地区，因此，不能完全采用国外的发展模式，而应发展大容量、远距离可再生能源输电，综合考虑水火、水风、水光结合等输电方式，同时应加强储能技术研究和应用。国网公司“正在全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。”

“取势、明道、优术”是长江商学院教授每一个学员的基本理念是长江商学院传授每一个学员的核心理念，势、道、述是不同层面的问题术是不同层面的问题，“取势”就是要取时代大势，大方向正确才能决定走那条道路，探清道路后才是优化快速前行的技术。势不清，道何明？道不明，优何术？如果我们以自己的所精之术，反推来决定走什么道路，并将自己所走的道路定为“大势所趋”，我们真的能够与世界的潮流殊途同归吗？研究智能电网的大势，要从信息革命的层面建立新视角，如果我们继续沿用工业时代金字塔式的法则去审视它，或许会“差之分毫，谬之千里”。

在当初发展互联网的时候，就曾发生过一次类似的“理念”之争，互联网究竟是工程师技术层面的事情互联网究竟是工程师技术层面研发的技术，还是全人类共同参与的事情还是全人类共同参与的创新？发展互联网应该秉承一个什么样的理念？一些专注工程技术的专家和官员，一直希望就互联网给予他们一个明确的定义、清晰的分类、严谨的规范和准确的归属。向传统的工业分类、行业分工一样，钢铁就是钢铁、石油就是石油、电话线就是电话线、计算机就是计算机。这一问题在中国尤其严重，为互联网究竟该归邮电部、电子工业部、科技部、新闻出版署、国务院新闻办公室，还是中宣部、公安部管理？发展互联网究竟应该在电话线网络上、有线电视网络上、专线网络上，还是在无线网络上？用什么法律体系、政策体系、管理体系、技术体系和标准体系来规范、监管和控制它？

最后，不仅在中国，全世界通过争论逐步形成了共识，互联网要实现的目标是“人与人沟通的革命”，“全世界计算机连接起来，因特网就一定要实现”。发展互联网首先是要有一个开放的理念，包容的理念和不断创新的理念。应该是开放的心态、开发的视野和开放的胸襟。不能拘泥于传统的我们对工业化的认识。因为人类正从工业文明的时代走向信息文明的新时代，这如同农耕时代的理念不能适用工业文明一样。
互联网最基本的理念就是自由开放，最大限度地调动更多人的积极性、主动性和参与性。互联网对与每一个人，既是使用者，也是信息的发布者，同时还可以是新技术的创造者。谁都可以使用，谁都可以创造，谁都能够借助这个平台进行创新。对所有人的平等，让每个终端可以自由接入，让每个人可以通过终端进行彼此间的沟通。尽管互联网已经普及了十余年，我们能够感受到它，至今仍很难给予一个清晰、准确和一致的定义。

麻省理工学院电脑科学实验室的高级研究员戴维•克拉克（David Clark）曾表述：“把网络看成是电脑之间的连接是不对的。相反，网络把使用电脑的人连接起来了。互联网的最大成功不在于技术层面，而在于对人的影响。电子邮件对于电脑科学而言也许不是什么重要的进展，然而对于人们的交流来说则是一种全新的方法。互联网的持续发展对所有的人都是一个技术上的挑战，可我们永远不能忘记我们给更大的电脑群体带来的巨大变化，也不能忘记我们为将来的变化所拥有的潜力。”他对于互联网的描述，使我们对于智能电网有了更多的认识。智能电网是我们从互联网走向“物联网”的平台之一，信息革命在把电脑后面的人连接之后，它将通过各种信息和物理网络将芯片后面的“物”进行连接，而智能电网将能够把各种供电和用电设备连接一体，将能源的使用者、生产者和中间服务者连为一体。

在互联网革命之前，人们追求的是工业化的法则——规模效益，追求规模、追求大、追求系统的独立完整性。工厂越造越大、机器越造越大、系统越造越大、企业也越来越大。以大为美，以大为优，以大为尊，大的就是好的。“规模效益”成为唯一的放之四海的真理和准则。IBM、王安电脑等公司曾经热衷制造大型超级计算机，然后用专用电缆和终端将每一个用户和中央计算机连接起来，建立一个工业时代的金字塔式的信息系统。但是这样的系统一但出现故障就会中断所有人的工作，损失所有的计算数据，计算机越大影响的范围越大，造成的后果越严重。所有工业化的弊病集中暴露在这样的系统上，工业时代规模效益的法则正在逐步失灵工业时代规模效益的法则显然失灵了。

信息时代与工业时代的一个根本转变是从“规模效益”，转向“效益规模”。在工业时代，由于信息技术的局限，当我们无法知道需求者是如何消费的，无法管理终端消费的方式时，我们唯一能选择的就是不断扩大产能规模和系统规模，靠更大的规模覆盖来弥补每一个终端消费的差异性和不确定性。但是信息革命不仅使我们有可能知道终端是如何消费，而且有可能去影响、引导和控制这些消费，我们生产、配送、销售和售后服务的盲目性被逐步改善。我们可以针对性的提供各种产品和服务，也可以调动消费者的积极性去创建某种自我服务的弥合机制，并根据需求、原料供应等诸多因素来优化配置资源，最终达到资源、能源、环境、资本、市场和经济效益不断的协同优化，实现全新的“效益规模”理念。

扁平化与多元参与互联网通讯技术≠互联网，前者是精英工程师们解决的问题，后者是每一个人参与的平台，它不仅能解决互联网自身的技术相关问题，也能解决互联网以外的各种问题。创造的不仅是技术和技术的延伸，还能创造各种新的商业模式、经营形态和社会组织结构等等。而互联网通讯技术又是在互联网理念之下，与互联网相互促进，相互发展，相互进化。

智能电网与互联网是同一个层面的问题，是将互联网的理念应用于能源领域，应用在电力系统上，它的核心也是它的理念。在互联网理念的影响下，人们认为在一个自由链接在一起的网络下地球是平的，无论在管理，还是组织体系或未来的各种工业系统上致力建立一个个 “扁平结构”，从而提高效率，尊重每一个人的意愿，充分发挥每一个人的创造性。强调用户主权，强调每一个人有参与和解决问题的权利。

目前，电力系统的工程师们更多地讨论的是电网的信息化、数字化、自动化、互动化，强调电网要靠智能化服务好“大火电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地和特高压电网”，这不是从互联网的视角来探讨审视问题，而是从传统电力系统的视角来面对新时代的技术革命。正像电监会的一个同志所言，他们讨论的似乎不是智能电网，而更像是电网自动化的升级改造。著名的输电专家，清华大学教授，中国科学院卢强院士曾经是特高压输电的支持者，但是他最近直言不讳地告诉电网公司，110KV以上的系统不是智能电网，只能叫输电自动化，智能电网就是指配网，就是要解决节能和分布式能源的接入问题。

互联网的理念是信息时代的精髓，而我们用工业时代的理念来诠释一个信息时代的创新产物，似乎在不知不觉中背离了信息时代的所趋大势。我们让智能电网保障一个工业化的超级金字塔结构的电力系统更加“坚强”、更加“一统”，在面对电力改革时更加“强大”，企业的既得利益更加“安全”。而不是建立一个扁平化结构，多元化参与，调动各方积极因素，共同解决人类面临的来自环境和资源的挑战。

如果“取势”不同，“明道”自然迥异。我们要考虑的是若干“风电三峡”、若干“太阳能三峡”、若干“生物质三峡”的“安全接入”和“合理利用”的难题。建立智能化的特高压电网主要为解决这些不确定、不稳定、不可靠的大型可再生能源能源基地的安全利用，而建立智能电网是要保障特高压系统的安全运行。 “坚强智能电网”的主要目标，是让中国这个13亿人口的全球最大电力市场如何与建设在西部地区数千里之外的超大型可再生能源基地遥相呼应，统一一致，协同优化和坚不可摧。

建设这一系统规模将极为浩大，建设的复杂性、涉及技术的尖端程度和投资规模将是一个极高的门槛，甚至中国自身都难以解决，或不得不求助外国公司的技术解决方案。从安全意义上是不太可能采取一种对社会开放的技术研发模式，因为这不是一个局域网，不是一台PC,一但出问题将会造成极其严重的后果和极为巨大的损失，最终也只能成为少数精英工程师的技术攻关的难关最终也只能成为少数精英工程师和外国高技术公司技术攻克的难关。这与目前国际上要建设的智能电网存在本质上的差异，至多这也只能是中国特色的电网智能化，而不是一个可以将中国的技术优势普及到全球的技术方向。

世界其他国家发展的智能电网关键是要为各种分布式能源提供自由接入的动态平台、为节能和需求侧管理提供智能化控制管理平台、为蓄电汽车和各种新型电器提供创新的应用平台，从而解决供电安全和可持续发展等问题提供共同参与的平台。让所有的机构、企业和家庭有机会参与增加清洁能源供应和减少温室气体排放，充分利用各种废弃资源，不断提高能源利用效率和通过信息技术节约能源、减少浪费、共同投入和优化配置，通过智能电网创造一个全新的、开放的、用户自主的创新平台和参与氛围。

在美国、欧洲和日本，发展智能电网有一个坚实的基础和实实在在的市场，这就是从上世纪七十年代“石油危机”以来逐步发展起来的分布式能源系统，在这些国家分布式能源已经极为普及，他们高效利用天然气、沼气、焦炉煤气等清洁资源进行热电冷联供，因地制宜地利用小水电资源、生物质资源及可再生能源，利用各种废弃的资源、能源来增加电力和其他能量供应。美国和西欧目前基本不再建设大型电源及大型能源设施，正是这些依附于用户终端市场的能源梯级利用系统、可再生能源系统和资源综合利用设施，将他们的能源利用效率不断提高，排放不断减少，能源结构不断优化。这是星罗棋布在用户围墙内、地下室中、工业装置侧的能源综合供应体系，向互联网之前的PC一样为互联网的建立奠定了基础，为下一步用户普及分布式的可再生能源以及蓄电式电动汽车体系建立了依托的基础，为智能电网“明道”，提出了要求，指出了方向。

中国的目标是到西部地区建设的规模的可再生能源基地，而发达国家的重点是发展建筑一体化的可再生能源技术，将可再生能源与建筑、需求融为一体。通过天然气管网和天然气分布式能源系统进行调峰互补，以较低的投资和运行成本解决能源的可持续发展。丹麦是全世界风电比例最高的国家，风电装机容量超过全国发电装机容量的20%，同时丹麦还是全世界分布式能源发展最好的国家，全国没有一个火电厂不供热，也没有一个工业锅炉不发电，全国53%的装机时分布式能源。

国家电网认为西方国家的天然气管网更发达，所以适合发展配网为核心的智能电网与分布式能源。但是，分布式能源技术在中国发展十几年来，各级电网企业一贯采取了抵触的态度，尽管国务院领导几次批示，至今没有几个分布式能源能够合法接入电网。根据国际经验，分布式能源的发展和天然气管网是相互促进的，只有积极发展分布式能源，鼓励更多用户采用天然气分布式能源技术，天然气使用才能稳定优化，天然气工业才可能得到大发展，这是一个相互相成的关系。其他分布式可再生能源也是如此，电网不允许并网，用户就无法采用，没有人用成本就难以下降，市场就难以打开，技术就不可能普及。

在中国由于行业壁垒和行业垄断，分布式能源发展面临了世界各国绝无仅有的艰辛。北京南站是中国动车组的母港，是北京2008年奥运会的重要配套工程。该项目在地下室安装了3000千瓦燃气热电冷分布式能源系统，在屋顶安装了266千瓦太阳能建筑一体化发电装置，成为我们中国人实现“绿色奥运”承诺的一个标志性建筑。该项目是北京市和铁道部的重点工程，经国家发改委和国家能源局批准，受到国务院法制办、政研室等机构的高度关注，同时也受到全国人大和全国政协相关委员会的特别关注。就是这样一个项目从奥运之前建成至今，快2年了，仍无法接入电网，无法投入运行。难道我们将全世界认同的精髓阉割了，就能建成一个跨越分布式能源系统技术的中国特色的智能电网？

西北地区确实阳光条件更好，但是如果考虑将这些资源转换之后远距离输送到东部沿海地区，经济性一定会比在东部用户的屋顶上建设光电系统更好，更经济？我们不反对大规模利用这些资源，并输送这些清洁能源到内地市场，但是应该清楚这是一个长期复杂的任务，是一个投资巨大的工程，日益加剧的全球气候变化和国际社会咄咄逼人的态势无法等待到我们有能力解决这些问题时再采取行动。

大地阳光普照，清华大学倪维斗院士一直认为，应该尊重自然规律，在人口集中的东中部地区，还是应更多地鼓励发展靠近需求，与建筑融合的分布式可再生能源的利用，通过现有的能源系统提供一些调节和保障，将会更有利于推广和普及更多的新能源技术，鼓励更多的企业进行新能源行业和应用的投资。现在廉价的薄膜太阳能电池阴天薄雾下也能发电，可以像玻璃作为建筑一体化的材料，发电成本可以不断降低与燃煤火电竞争。既不需要建设千里迢迢的特高压输电系统，投资也可以有用户自己承担。未来的能源用户可以向我们今天购置PC机、扫描仪一样未来自我装备各种可再生能源供能体系、智能化节能系统和蓄能削峰平谷装置。

从时间来看，建设“统一坚强智能电网”将是一个漫长的工程，国网公司预计到2020年才能建成这一浩大工程。互联网至今发展不到十几年，已经是翻天覆地几经变化。我们今天怎么能够看清未来10年后的信息技术的发展，我们用怎么长的时间来建立如此的浩大工程，怎么能保证建成之时不是落后之日？而在这一段时间，将是全球以智能电网为核心的创新高潮，如果中国的企业没有一个与世界技术一致的智能电网，如何去研究开发各种能够适应智能电网的新技术、新产品和新标准，我们将如何保持中国制造业的竞争力，如何解决数以亿计人口的就业问题。

解决能源效率和环境资源问题，与实现信息革命是同样的问题，要尽可能调动各种积极性，发动大家共同的创造力，让所有的人、家庭、企业、各级政府都有机会以各种方式参与、投资和分享成果，智能电网就是要完成这样一个历史性的任务。“优术”要靠“道明”之后，才能众人拾柴火焰高，要靠市场来优胜劣汰。我们建立的智能电网就是优先提供一个这样的共同解决问题的平台，而不是依靠少数几个企业，少数的一些精英工程师和少量的政府投资资金了解决问题。

智能电网要依靠众人的参与、支持、投入和创新，不是电网公司一家来统一大家，而是共同的参与来建立一个统一的理念、统一的标准。毛主席1934年曾经说过：“革命战争是群众的战争，只有动员群众才能进行战争，只有依靠群众才能进行战争。”他1955年撰文指出:“人民群众有无限的创造力。他们可以组织起来，向一切可以发挥自己力量的地方和部门进军，向生产的深度和广度进军，替自己创造日益增多的福利事业。”这不仅是互联网的理念，也是智能电网应该遵循的基本法则。