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访中国工程院院士陈清泉:以“四网四流”融合 推动能源革命

北极星电力会展网 来源:能源评论杂志 作者:王伟 2020-12-01 09:50:00

释放数字经济价值

《能源评论》:如今数字化技术几乎已经融入经济社会的每个环节,您认为什么是数字经济,其价值何在?

陈清泉:数字经济是通过数据化的知识与信息,实现经济高质量发展。全球经济越来越呈现数字化特征,中国在这方面走在了世界前列,正在越来越多地从数字经济中汲取发展新动能。

“数字”的价值主要体现在人的数字化、物的数字化以及二者互通互联后形成的信息流,并产生人机融合的智能产业。释放数字经济价值需要将具有技术特征的机器智能与具有人文特征的认知智能相融合。我目前提出的“四网四流”融合就是这样一种模式。

《能源评论》:您所说的“四网四流”融合与数字经济是什么关系?

陈清泉:“四网四流”融合和数字经济是相辅相成的。“四网四流”融合是数字经济的积极活动,也会推进数字经济发展。数字经济不仅驱动着“四网”,即能源网、交通网、信息网和人文网的发展,还驱动着“四流”的融合,即能源流、信息流、物质流、价值流的融合。

“四网四流”融合体系既有经济基础也有上层建筑。人文网是上层建筑,人的行为、思想意识、法规、法制都是上层建筑。信息网、交通网、能源网都是经济基础,所以“四网”融合也体现了上层建筑和经济基础之间的互相关联、互相交织、互相促进、互相弥补,可产生更大的经济、社会效益和绿色、高质量发展的潜力。

《能源评论》:您认为,在数字经济背景下,能源革命的本质和关键是什么?

陈清泉:基于数字经济的能源革命,其本质就是能源和信息的内在关系:能源通过信息化实现智能化,智能化是可持续能源发展的基础。其关键是能源和信息的互动:能源数据通过信息化实现知识化,数据与知识相互融合实现能源的智能化。

《能源评论》:您曾提出,“四网四流”融合实际上是将能源革命、汽车革命、信息革命联动起来,产生更大的效果,后者的核心内涵分别是什么?

陈清泉:能源革命的主要内涵是低碳化、智能化,终端能源以电气化为主、氢能为辅。汽车革命的内涵是电动化、智能化、网联化和共享化。信息革命的核心内涵是智能化,信息时代走过数字化、网络化和智能化几个阶段,目前已经进入人工智能时代。

促进能源供给侧革命

《能源评论》:您能否介绍一下“四网四流”融合的理论基础和产业化情况?

陈清泉:“四网四流”融合理论基础的核心就是将多元能源系统的熵增(无序的能源、无用的能源)转化为熵减或㶲增(有序的能源、可用的能源),也就是将废弃的能源变成有用的能源,并叠加储能系统助力智慧能源系统发展。以此理论为基础,国家能源集团北京低碳清洁研究院经过示范与验证,采用端边云结构,开发了能源操作系统。

《能源评论》:您认为,“四网四流”融合最核心的机理是什么?

陈清泉:2012年,我在德国波茨坦市的可持续发展先进研究院任资深研究员时,发现了人的行为、能源和信息的互动关系并发表了论文。其核心思想是:在人的先进思想(上层建筑)指导下,可以采用先进的信息(经济基础)技术,即将信息和云、5G、人工智能技术结合,从数据变信息,再通过数字化变知识、智能,然后将此智能和能源(经济基础)融合,就可产生智能能源,也就是将废弃的能源变成有用的能源,同时做到碳平衡,提高经济效益和生态效益。这也是人—信息—物理系统三位一体的融合创新。

《能源评论》:这一跨界融合有哪些更为广泛的领域和载体?

陈清泉:其主要载体是智慧综合能源服务、智能网联汽车和智能网联建筑。

智慧综合能源服务将是实现“四网四流”融合的新的有效载体,是电力市场改革出现的新空间,也是未来能源服务领域新的增长点和制高点。

智能网联汽车不仅是交通工具,而且是物联网的节点、大数据的源泉、宽带移动的智能终端、5G通信的推动者。智能网联汽车本身又是移动的计算机和分布式能源。

智能网联建筑不仅是建筑物,而且会变成智能发电厂,因为其安装太阳能发电组件后,除了供给建筑本身的电力,还可以用多余的电能制氢,成为光伏、储能、氢能、充电的载体和微网、纳米网的组成部分。

《能源评论》:近年来,我国新能源汽车产业呈现快速发展态势,但用户反映突出的老问题如里程焦虑、基础设施不足一直并未真正解决。您认为,应当如何创新推动产业的可持续健康发展?

陈清泉:对于充电问题,应该认识清楚的是,我们需要建设的不仅是充电桩,更应该是充电网。充电桩和充电网的区别在于,前者是配电网下面的设备,受配电网的控制;而充电网是一群充电桩形成的网络,是微网的组成部分,充电网可以和配电网交互,利用晚上电网低谷充电,也可以利用太阳能、风能、储能设备充电。对电网来说,新能源汽车是柔性的负荷,可以通过新能源汽车削峰填谷,从而调节和改变能源的结构。

至于新能源汽车行驶里程的顾虑,不仅需要依靠动力电池技术和燃料电池技术的不断进步来解决,也要依靠分析优化人的行为、能源和信息三者的相互关系,基于用户消费习惯,将能源网络和超算信息网络结合,融合各种充电技术(固定式充电、移动式充电、机器人充电、无线充电以及换电),探索各方都能接受的车网互动的技术策略、商业模式。例如,利用智能化技术,让用户通过手机了解离自己最近的充电桩,逐渐消除用户的焦虑。

我们也看到,目前不少充电站利用率低、运营亏损,所以应充分发挥互联网思维,创新商业模式,挖掘增值服务潜力,将充电站打造成智能运营中心,让用户在充电的同时,可以享受各种增值服务(理发、美容、购物、阅读等),以提高充电站的利用率和效益,打造可持续发展的生态链。

《能源评论》:您认为,“四网四流”融合的终极用途是什么?

陈清泉:“四网四流”融合可以解决四大矛盾——新能源和化石能源的矛盾、一次能源和二次能源的矛盾、集中式能源和分布式能源的矛盾、电力能源和化工能源的矛盾。不同能源结构间的耦合优化,可以将废弃的能源变得有用,提升能源效率,同时可以实现零碳发展。

《能源评论》:“四网四流”具体怎么解决您说的四大矛盾?

陈清泉:“四网四流”融合最核心的是能源网,具有互动的特征,其特点包括跨行业、数据化、服务化等,通过解决上述矛盾,能够产生更大的经济效益和生态效益。

比如,当多余的太阳能和风能无法被电力系统接收时,可以利用电解水技术,将信息流变成物质流——氢气,电力系统需要的时候再将氢气与氧气结合,变成燃料电池。通过能源互联网,将能源流和物质流进行耦合,一方面能够形成智慧能源系统,提高能源效率;另一方面,可以通过碳捕获技术实现碳平衡,在提高经济效益的同时提高生态效益,在实现能源价值流的同时做到低碳化发展。

现在是最好的时机

《能源评论》:自2016年以来,国家能源主管部门公示了多批次的智慧能源示范项目、多能互补项目,您如何评价其未来发展?

陈清泉:判断这些项目是不是真正的智慧能源,不仅要看其是否注重信息化,还要看它能不能把没用的能源变成有用的能源,有没有把能源和物质进行融合与转化。实际上,智慧能源系统一定要能够把能源转化为物质来储存。这种储存不仅仅是依靠电池来储能,而且要通过各种能源交互优化,比如通过电制氢将能源变成物质。基于这一思路,下功夫分析出其产业机理和商业逻辑,才能推动相关项目真正落地。

《能源评论》:如此庞大复杂的系统,您如何评价其未来前景和发展节奏?

陈清泉:实现四网融合、四流融合,将孵化出许多融合性技术和产业。比如能源和信息的网格化相结合、分布式能源和超算相结合,将形成绿色的产业链和生态链等新的增长点。我们目前已经在北京示范,将在福州等地试点,不久我们即将出版白皮书,希望白皮书能够促进能源产业和信息产业的战略合作,对新基建的科学实施产生影响。

对于“四网四流”融合项目,尤其是能源与互联网的融合发展,现在是最好的时机。我们要抓住机遇,把智慧能源产业真正做起来。建议在国内外有条件的地方,在演示项目的基础上去建设示范项目,再逐步推广应用成果。

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