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如果說劉振亞董事長的講話，代表了趨勢預(yù)判的專業(yè)聲音;那么阿里巴巴的商業(yè)奇跡無疑是讓一切跟“互聯(lián)網(wǎng)”沾邊的東西都變得誘人起來。其中當然也包括了能源互聯(lián)網(wǎng)，它也被認為是“第三次工業(yè)革命”的重要組成部分。
于是，人們對于能源互聯(lián)網(wǎng)的熱情迅速高漲了起來：一方面，人們對其幫助解決能源領(lǐng)域的一系列棘手問題，寄予了極大希望。仿佛清潔能源的高效普及、可持續(xù)的能源利用、環(huán)境保護等“老大難”，都有了救命稻草。另一方面，人們也對其中蘊藏的財富價值進行了極為大膽的想象，甚至直接喊出了“下一個阿里巴巴一定出在能源互聯(lián)網(wǎng)”的口號。
但如果我們冷靜的對比各界對于能源互聯(lián)網(wǎng)的預(yù)期，與當下能源產(chǎn)業(yè)中科學(xué)技術(shù)、商業(yè)模式等軟硬條件的現(xiàn)狀，也許將得出一個較悲觀的結(jié)論：我們離真正建成一張能解決實際問題的能源互聯(lián)網(wǎng)，在各方面條件上都還欠缺甚多。建成在規(guī)模、商業(yè)價值上也堪比信息因特網(wǎng)的能源互聯(lián)網(wǎng)，更是難上加難。
如果將信息互聯(lián)網(wǎng)看做網(wǎng)絡(luò)本身(包括了它的硬件基礎(chǔ)和運行規(guī)則，作為一個平臺)與“信息”這一主要“有效載荷”(或者說“主要內(nèi)容”)的結(jié)合。那么可以說其系統(tǒng)化程度、調(diào)配分發(fā)效率、個體間交流效率、普及程度等等方面，已經(jīng)達到了相當?shù)母叨?。?ldquo;能源互聯(lián)網(wǎng)--能量”這對組合，離到達這一高度還有一系列障礙需要克服。這些障礙中有一些是技術(shù)性的，可以隨著我們科學(xué)技術(shù)的發(fā)展被逐漸解決。但還有很多障礙是根源性的，搭建一個能源互聯(lián)網(wǎng)本身就比信息互聯(lián)網(wǎng)要困難。
本文將嘗試從建立一個具有理想功能的能源互聯(lián)網(wǎng)模型入手，提煉一些能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中需要滿足而尚未能夠滿足的關(guān)鍵需求。希望有助于大家更好的了解能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)狀，并明確建設(shè)過程中亟待攻關(guān)的諸多問題。
首先，我們談?wù)摰牡哪茉椿ヂ?lián)網(wǎng)，到底什么樣?
由于能源互聯(lián)網(wǎng)這一概念還有相當大的前瞻性，其定義、架構(gòu)、組成和主要功能都還在逐漸完善，業(yè)界對此尚沒有統(tǒng)一的標準。本文選擇美國學(xué)者杰里米·里夫金的著名著作《第三次工業(yè)革命》中的設(shè)想作為藍本。里夫金是最早提出“能源互聯(lián)網(wǎng)”的專家之一，他的理論基本覆蓋了當下人們對于能源互聯(lián)網(wǎng)各個方面的設(shè)想。
里夫金認為能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具有以下四大特征：
①以可再生能源為主要一次能源
②支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲能系統(tǒng)接入
③基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)廣域能源共享
④支持交通系統(tǒng)的電氣化，即由燃油汽車向電動汽車轉(zhuǎn)變
沿用上文中的思路，我們嘗試直接將這些應(yīng)用場景中的“能量”替換成“信息”。也就是說，我們假設(shè)信息互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)在功能需求上是高度相似的，只不過“載荷”由信息換成了能量。在對這些場景的模擬中，我們可以發(fā)現(xiàn)哪些過程，尚無法用我們目前掌握的技術(shù)支撐。
這樣假設(shè)的合理性在于，我們對于能源互聯(lián)網(wǎng)的功能預(yù)期，就是系統(tǒng)化的解決間歇式可再生能源的調(diào)節(jié)與接入、能量生產(chǎn)和存儲的合理調(diào)配、定制化需求的響應(yīng)等問題。這和信息互聯(lián)網(wǎng)對于信息的主要作用顯然是基本一致的。
所以，我們不妨將這四大特征與“信息互聯(lián)網(wǎng)-信息”模型中的一些場景進行對比，看看問題在哪?
①“以可再生能源為主要一次能源”：
以數(shù)據(jù)形式存在于信息互聯(lián)網(wǎng)上的信息，其實是非常廉價，而且?guī)缀鯚o窮無盡的。因為信息除了可以從現(xiàn)實世界中“挖掘”(如攝制照片和視頻、撰寫或轉(zhuǎn)載新聞及其他文學(xué)作品等等)，還可以“創(chuàng)造”(如網(wǎng)絡(luò)社區(qū)和網(wǎng)絡(luò)游戲的用戶每天都在產(chǎn)生大量的信息，并引起其他人樂此不疲的進行消費)。更何況，信息本身的可傳遞性和可共享性就很強。
這是信息互聯(lián)網(wǎng)能夠迅速普及，并發(fā)展出成熟商業(yè)模式的重要前提。在網(wǎng)絡(luò)上運行的“主要載荷”或“有效內(nèi)容”，其本身如果不是無窮無盡的，至少也不能“供應(yīng)緊張”。網(wǎng)絡(luò)的展不能在這一步就遇到瓶頸。
但是，能源互聯(lián)網(wǎng)的主要載荷--能量(顯然電流或壓縮天然氣只是它的一個載體)，卻只能從自然界中開采。而且還存在著存量年限、成本高(相比信息而言)等等問題。
所謂巧婦難為無米之炊，要保障我們精心構(gòu)建的“能源互聯(lián)網(wǎng)”有米下鍋，必須讓它能消化基本“無窮盡”供應(yīng)的風能與太陽能。但由于這些渠道的能量供應(yīng)有非常強的隨機性、間斷性和模糊性。目前將它們成功的并入電網(wǎng)，或用其他形式高效利用起來，還是一件很困難的事情。
有人認為德國電力產(chǎn)業(yè)的成功，已經(jīng)說明了這個問題可以比較好的克服。但我們必須正視這樣的事實：《法蘭克福匯報》今年5月報道，德國以26.36歐分/千瓦時的平均電價高居世界各工業(yè)國電價之首。這個價格比北京市的商業(yè)電價還高兩倍左右，世界上絕大多數(shù)經(jīng)濟體是走不起這條路的。
②“支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲能系統(tǒng)接入”
依靠PC、智能移動設(shè)備的等個人接入者，在信息互聯(lián)網(wǎng)接入者的數(shù)量上占絕大多數(shù);而且由于UGC(用戶生成內(nèi)容)等模式的普及，他們在信息(數(shù)據(jù))生產(chǎn)量上的份額優(yōu)勢也越來越大。
這種小散用戶的高參與水平，是建立在一個成熟的信息調(diào)度、整合、存儲系統(tǒng)上的。信息互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是一個錯綜復(fù)雜，同時規(guī)模巨大的信息吞吐平臺。IT業(yè)者用了幾十年時間構(gòu)建了一套由通訊協(xié)議、路由器、交換機、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器等等一系列軟硬件設(shè)施組成的龐大系統(tǒng)。以遍布全球的13個根服務(wù)器為支柱的高速信息網(wǎng)絡(luò)，是人類文明迄今為止最偉大的成就之一。
如果能源互聯(lián)網(wǎng)想要達到這樣的運籌水平和運轉(zhuǎn)效率，需要的技術(shù)準備只多不少：首先需要一個極強的信息流處理能力，用來預(yù)測和監(jiān)視消費者的需求變化、極端不穩(wěn)定的能量生產(chǎn)供應(yīng)變化(因為接入了大量風能、太陽能等“不靠譜”的清潔能源)。在供應(yīng)側(cè)，這個網(wǎng)絡(luò)有大量分布式能源的接入，它們小、散且波動很大;另一方面，能源互聯(lián)網(wǎng)消費者的數(shù)量也有著天文級的規(guī)模，他們彼此之間的消費特征同樣千差萬別。同時它還要指揮相應(yīng)的能量調(diào)配部門完成上載與下載能源的分流與整合。僅實時掌握供應(yīng)功率和需求功率的動態(tài)，加上短期預(yù)測，工作量就不會亞于重建一張信息互聯(lián)網(wǎng)。
然后，還需要一個極強的能量流處理能力。以目前被置于能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)地位的智能電網(wǎng)為例，在設(shè)想中，它需要7*24小時完成功率以億千瓦計的電流變、輸、配調(diào)節(jié)(如果我們想要一張國際能源互聯(lián)網(wǎng)，則需要以十億千瓦計)，而且還必須滿足實時的供需平衡(由電能特性決定)。還要再引入分布式清潔能源和市場競爭兩個超復(fù)雜的變量……
智能電網(wǎng)目前已經(jīng)有了不少成功的案例，學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界也積累了很多技術(shù)和經(jīng)驗。但如果將其應(yīng)用規(guī)模和功率再擴大成百上千倍，估計又要遇到數(shù)不盡的麻煩。就算技術(shù)上的問題都解決了，能否以可接受的價格在世界范圍內(nèi)普及，又是一個問題。
在某些設(shè)想中，如果未來社會的電氣化程度不如預(yù)期，則需要再加上一個包括了油氣管道、煤炭運輸線路在內(nèi)的億噸級物質(zhì)流。
③“基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)廣域能源共享”
信息互聯(lián)網(wǎng)的一大魅力就在于它能夠打破地域的限制，真正的實現(xiàn)“天涯若比鄰”。這是因為信息傳輸?shù)拈T檻和成本都相對比較低。當我們以電磁場傳遞信息時，無論傳遞過程中發(fā)生了怎樣的衰變，只要接受方還能分辨出“1”或“0”的二元狀態(tài)就沒有問題;當我們以光信號(光纖)傳遞信息時抗衰變的能力就更強了。
但當我們開始依靠現(xiàn)有的技術(shù)輸送能量的時候，損耗問題就相當嚴重了。于是人們在運輸能量時，不得不十分原始的搬運化石燃料;或者采用特高壓等技術(shù)手段來降低損耗。這些方法要么單位成本極高(如直接運輸，這個過程本身就要消耗大量的燃料)，要么建設(shè)成本和科研成本極高(如特高壓輸電技術(shù))。
我們目前可能覺得這筆“損耗稅”尚在可承受范圍內(nèi)。但能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，會使得對于長途能量調(diào)劑的需求成幾何式增長，到時這個窟窿就會大的嚇人了。
相對于信息的傳播，能量成本還是高了太多。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，除了視頻網(wǎng)站等少數(shù)企業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人為帶寬不足或網(wǎng)絡(luò)擁堵頭疼。畢竟鋪一條跨越太平洋的海底光纜，也不過幾億美元就可以搞定。但在能源領(lǐng)域內(nèi)，油氣管道、運煤交通線、特高壓輸電等話題永遠不會離開話題榜的前幾名。這樣的設(shè)施建設(shè)往往伴隨著龐大的資金規(guī)模，數(shù)年的建設(shè)周期，艱難的科研攻關(guān)。
總之，現(xiàn)在的能源互聯(lián)網(wǎng)基本還停留在延遲極高、資費嚇人的跨洋長途時代，離Skype或QQ視頻的境界還差的遠。
④“支持交通系統(tǒng)的電氣化，即由燃油汽車向電動汽車轉(zhuǎn)變”
移動互聯(lián)是目前互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的一個重要趨勢。移動互聯(lián)這個新興領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展基于三項技術(shù)的突破：1.智能芯片小型化技術(shù)的普及。2.固態(tài)存儲設(shè)備小型化技術(shù)的普及。3.無線通訊技術(shù)的普及。
但是類比到能量上，就完全是另一回事了。
1.可以便攜的能量轉(zhuǎn)換裝置，要么效率太低(如內(nèi)燃機)，要么太貴且用起來麻煩(如燃氣機)，要么就是我們“喂不飽”(如電機);2.儲能問題是老生常談的老大難;3.無線充電技術(shù)雖然在已經(jīng)能夠給很多小的智能設(shè)備充電了，但是大規(guī)模應(yīng)用上仍然問題多多，最簡單的一問：那么多電磁能量散播到空間里，輻射誰受得了?
話再說回電動車：我們給與特斯拉再多的期許與鼓勵，它的航程、可靠性等等，真能和同價位傳統(tǒng)的汽油車一比了么?
小結(jié)一下：能源互聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)儲備上還差五個半諾貝爾獎級成果
(1)能源的光纖：大容量、低成本的能量輸送通道
華裔科學(xué)家高錕以及美國科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯，因在有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面(即光纖技術(shù))取得了突破性成就，榮獲2009年諾貝爾獎。光纖的偉大之處就在于它讓信息的遠距離高效傳播成為可能。因為光信號在光纖中損耗低，衰變小，很適合遠距離傳播信息。而且其本身成本并不高。2014年8月，谷歌與中國移動等其他5家公司投資的一個跨太平洋光纜工程，投資不過三億美元，兩年即可完工。
光纖系統(tǒng)的意義就好比鐵軌之于鐵路，柏油之于公路。對于能源互聯(lián)網(wǎng)來說，目前還沒有這樣低損耗、低成本的傳輸方式。當下被人們給予厚望的特高壓輸電系統(tǒng)耗資巨大，技術(shù)上也不完善。同時建設(shè)周期長，桿塔、線路體積大。真正能在損耗比例上和光纖系統(tǒng)輸送信息媲美的超導(dǎo)輸電技術(shù)，更是尚處于科幻范疇。
能夠真正讓能量的傳輸，達到光纖系統(tǒng)傳輸信息一樣便捷、廉價的技術(shù)突破，斬獲一個諾貝爾獎并不為過。
(2)大容量、低損耗的儲能設(shè)施(硬盤)
沒有巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，人類就不可能將海量的數(shù)據(jù)壓縮在一塊名叫硬盤的小方盒子內(nèi)。信息本身無法匯總貯存，信息革命也就無從談起。這也就是為什么2007年的諾貝爾物理學(xué)獎授予了發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)的費爾和格林，這一自然現(xiàn)象正是大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的基礎(chǔ)。但是對于能量，人們還沒有好的辦法來對它進行高密度的壓縮儲存。以至于只能以大自然原本贈與我們的形態(tài)來保存它：修建一座座巨大的煤倉、天然氣儲氣罐。
人類最夢寐以求的高密度電能存儲設(shè)備，目前還遙不可及。無論是傳統(tǒng)的化學(xué)電池還是新興的燃料電池，其轉(zhuǎn)換效率或儲存密度都遠遠達不能令人滿意。
如果這項技術(shù)能夠獲得突破，至少兩個能源領(lǐng)域的難題能夠迎刃而解。1.隨機性很強的光伏、風電等清潔能源將可以先被集中收集起來，然后再均勻的對外供出。2.電動車普及的最大障礙將被掃除。
(3)能源的海量、廉價供應(yīng)方法
標題里說我們至少還差五個半諾貝爾獎，那為什么小標題只有四個?因為一個“能源的海量、廉價供應(yīng)方法”，至少值三個“諾大頭”獎牌。
2007年度諾貝爾化學(xué)獎授予了德國化學(xué)家格哈德·埃特爾(Gerhard Ertl)，理由是他發(fā)現(xiàn)了哈伯-博施法合成氨的作用機理。而之前，1918年，德國化學(xué)家弗里茨·哈伯已經(jīng)因為發(fā)明合成氨方法而獲得諾貝爾化學(xué)獎。1931年，卡爾·博施又因為改進合成氨方法獲得諾貝爾化學(xué)獎。
合成氨正是化肥生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。這項技術(shù)突破顛覆性的提升了人類糧食生產(chǎn)的效率水平(糧食生產(chǎn)本身就是一個能量收集、轉(zhuǎn)化的過程，從太陽能到生物質(zhì)能)。
而能量的大規(guī)模、高效率的生產(chǎn)搜集技術(shù)，其意義比化肥只高不?。喝绻f化肥只是讓農(nóng)作物的生長速度、光合作用水平提升了;那么能源量的大量廉價供應(yīng)將使得農(nóng)業(yè)完全脫離“靠天吃飯”的尷尬狀態(tài)。在工業(yè)、物流業(yè)和服務(wù)業(yè)中占比巨大的能源成本也將被大幅削減，直接提升人類社會發(fā)展的速度和加速度。
雖然目前最被看好的能量來源是光伏與風電等清潔能源，他們在理論上是“廉價、海量”供應(yīng)的。但從“生物能(牲畜、人力)-化學(xué)能(燃燒化石能源)-物理能(聚變與裂變核能)”的科技史規(guī)律來看，以后真正能擔起重任的將會是核能。因為它寓于更高層次的物質(zhì)規(guī)律，在宇宙空間中的基礎(chǔ)也更廣泛。畢竟光伏和風能歸根結(jié)底都來自太陽的能量，而太陽的能量來自其內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。
(4)智能、可靠的能量調(diào)度、分配機制(路由器與通訊協(xié)議)
對于一個智能且可靠的能量調(diào)度、分配機制，最重要的可能不是其硬件設(shè)施。而是規(guī)范它運行的數(shù)學(xué)模型、運行邏輯。它需要雄厚的數(shù)學(xué)和其他自然科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)來支撐。
就像前文提到的那樣，能源互聯(lián)網(wǎng)需要整合的信息資源碎片化、隨機化嚴重;對處理的效率和可靠性也要求極高;同時規(guī)?？涨?。諾獎的評獎規(guī)則可能很難照顧到這方面的重大突破，但是一旦出現(xiàn)能夠真正解決問題的成果，一個菲茲獎、高斯應(yīng)用數(shù)學(xué)獎或圖靈獎，一定不用愁。
除此以外，在商業(yè)環(huán)境、推廣環(huán)境上，能源互聯(lián)網(wǎng)也會有一些軟性的問題，試舉一例：
互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)目前很喜歡提的一個詞是“顛覆式創(chuàng)新”。意思是通過互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)在技術(shù)、效率上的優(yōu)勢，砸掉傳統(tǒng)行業(yè)中低效運行部門的飯碗。就像余額寶對銀行、淘寶對線下商城、亞馬遜對書籍出版商、網(wǎng)絡(luò)媒體對紙媒那樣。
我們會發(fā)現(xiàn)，這種情況在國內(nèi)發(fā)生的遠比在國外多。因為國內(nèi)社會中有很多很多的行業(yè)，由于歷史原因發(fā)展的并不健全，比如銀行業(yè)、零售業(yè)、山寨手機，所以會很快被支付寶、淘寶、小米式互聯(lián)網(wǎng)手機這樣的后來者嚴重威脅。而在國外，雖然也有亞馬遜重塑出版業(yè)這樣的經(jīng)典案例，但是總的來講還是少得多。這是因為國外如零售、銀行這樣的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)成熟度很高，經(jīng)營水平和科研實力也不俗。
那么這些對于能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意義是什么呢?如果說信息互聯(lián)網(wǎng)帶來的洗牌，威脅的既得利益者是零售、出版等等傳統(tǒng)行業(yè)的巨頭;那么能源互聯(lián)網(wǎng)所帶來的這輪洗牌，將直接針對一些完全不同概念的龐然大物：油氣及其他能源巨頭。
雖然“西方世界的各大油氣巨頭過去幾十年操縱了無數(shù)場戰(zhàn)爭”之類的觀點大多數(shù)被當成了陰謀論。但是一個誰也不能否認的事實是：這些巨頭與我們之前提到的那些零售業(yè)、出版業(yè)或制造業(yè)巨頭，在影響力和資本實力上，要高出不止一個級別。
這就帶來兩個問題。問題一：如果這些巨頭不愿意見到能源互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，甚至主動設(shè)置障礙來阻止其發(fā)展，那么我們對于能源互聯(lián)網(wǎng)的愿景要如何實現(xiàn)?
問題二：如果這些能源巨頭也認可了能源互聯(lián)網(wǎng)的重要意義，那么他們顯然將能夠輕而易舉的獲得游戲規(guī)則的制定權(quán)，甚至能夠完全按照自己的意愿操控這個強大的公共設(shè)施。那么這樣的能源互聯(lián)網(wǎng)還會是我們所憧憬的那種么?
總結(jié)：
經(jīng)過上面這些對比，我們不難發(fā)現(xiàn)：我們所設(shè)想的能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能，很好的切中了能源領(lǐng)域目前的幾個發(fā)展瓶頸，如分布式清潔能源的并網(wǎng)難、儲能難、能量的調(diào)配與輸送難等等。但同時，能源互聯(lián)網(wǎng)這一概念的前瞻性和理想性，也就必然導(dǎo)致它離現(xiàn)實應(yīng)用還有一段距離。
概括來講，能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的難題可以歸結(jié)為三點：
1.多流并行：信息流+能量流。能源互聯(lián)網(wǎng)要同時保證兩種載荷的交錯運行，并且要求必須高效、海量，成本還要控制在可普及的程度。
2.基礎(chǔ)性技術(shù)缺失：對于信息流，大數(shù)據(jù)、云計算等能夠應(yīng)對能源互聯(lián)網(wǎng)需求的先進技術(shù)，多數(shù)還在成熟過程中。對于能量流，能量的儲存、高效運輸技術(shù)，還遠遠達不到普及能源互聯(lián)網(wǎng)所需的程度。
3.市場條件不好：能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本高，周期長，且洗牌效應(yīng)明顯。其節(jié)能環(huán)保的效果預(yù)期遠離很多人的生活，尤其是某些擁有雄厚技術(shù)和資本實力的西方國家。還有一些能源稟賦較好的國家，對現(xiàn)在國際社會上的節(jié)能減排努力都不溫不火，更不要提積極參與能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)這樣耗資巨大、可能削弱自己競爭力的事業(yè)了。
本文列舉了很多能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中的困難和障礙，但筆者并不認為這足以讓我們停下腳步。在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，也有很多重要的突破是伴隨著發(fā)展逐漸展開的。如果我們不去積極的推進，用需求來刺激研究，那滿足所求的可能性只會更小。、
【特約作者，李司陶，華北電力大學(xué)】
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