云能源——云計算理念的延伸
云計算將使人類在信息文明的征途中長驅(qū)直入,持續(xù)進步的信息技術(shù)和這一技術(shù)所建立起的理念正在牽引著人類文明的走勢。云計算對呈爆炸形態(tài)的信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)“無處不在的運算,無處不在的儲存,無處不在的交互”,信息技術(shù)不僅更加高效地改變著我們的生活,也將改變我們能源工業(yè)的形態(tài)和理念。
2010年春節(jié),在全國對智能電網(wǎng)的一片熱情中,我寫了一篇《當能源充滿智慧》,希望大家將視野從智能電網(wǎng)擴展到“智慧能源”系統(tǒng):信息將成為一種特定意義的全新的能源形式,它將依附于各種節(jié)能理念、節(jié)能知識、節(jié)能機制和節(jié)能技術(shù)的進步,大幅度提高人類的能源使用效率,節(jié)約更多的能源以滿足新的需求。但現(xiàn)在看,隨著這一年能源信息技術(shù)的高速發(fā)展,智能技術(shù)的長足進展,顯然上述視角過于狹窄。
世界在這一年中各種新技術(shù)不斷進步,新產(chǎn)品層出不窮,特別是各種新能源技術(shù)的突飛猛進,如智能天然氣分布式能源技術(shù)、建筑一體化太陽能技術(shù)、微風發(fā)電技術(shù)、低溫廢熱利用、電動汽車與蓄能等技術(shù),資源更豐富和分布更廣泛的頁巖氣、煤層氣、生物質(zhì)沼氣等非常規(guī)天然氣資源等,以及多能互補和能源系統(tǒng)智能技術(shù)融合,正為人類展現(xiàn)一個廣泛參與的、可持續(xù)發(fā)展的新興能源系統(tǒng)的新藍圖。我們看到,不僅世界可以是平的,支撐這個世界的能源系統(tǒng)也可以是扁平的。
奧巴馬在競選之初曾寫過一本書——《無畏的希望》,他寫道:“一個控制不了自己能源的國家也控制不了自己的未來。”他認為,“增加美國競爭力最后一個關(guān)鍵投資是能源基礎(chǔ)設(shè)施,這一投資可以幫助美國走向能源獨立”。從“信息獨立”到“云計算”的過程,我們似乎感受到“能源獨立”的新寓意。奧巴馬說者似乎無心,但是我們在研究人類能源進程中卻受到一種新的啟迪。“能源獨立”或許不僅僅在一個國家,按照目前的技術(shù),一座城市、一個小區(qū)域、一個工廠、一個村鎮(zhèn)、一座辦公大樓或一個公共建筑群,甚至一個家庭為什么不能實現(xiàn)能源的獨立?而我們說的能源獨立不是“村村點火,戶戶冒煙”的小農(nóng)經(jīng)濟式的自給自足;而是一種新境界的“互聯(lián)網(wǎng)”式的參與和相互連接,是一種用戶與能源供應(yīng)者之間真正平等而相互滲透的、取長補短的和相互參與的新模式,是互聯(lián)網(wǎng)革命在能源領(lǐng)域的翻版。
遠大公司參與了印度最大房地產(chǎn)商DLF公司的一座新城建設(shè)的能源系統(tǒng)供貨和設(shè)備安裝服務(wù),為一些分布式能源站的燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機機組提供余熱吸收式制冷機組,利用發(fā)電機組廢熱向建筑供冷和提供生活熱水。印度基礎(chǔ)設(shè)施落后,電源建設(shè)滯后,電網(wǎng)供電能力不足,這個新建的城市將服務(wù)于軟件外包業(yè)務(wù),只能用昂貴的進口天然氣來解決全區(qū)能源供應(yīng)。軟件服務(wù)建筑的計算機密度大,建筑單位平方米的用電量和制冷量都非常大,同時對供電可靠性要求極高。該新城安裝了53臺容量2兆瓦的燃氣發(fā)電機組,組成了數(shù)個分布式冷熱電能源站,余熱制冷量為51.3兆瓦,其模塊化、陣列化的構(gòu)筑特色完全像是一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中心。DLF公司還建設(shè)了連接全城所有建筑的智能化的電網(wǎng)、冷網(wǎng)和生活熱水管道系統(tǒng)。整個區(qū)域的電力和制冷全部由這些機組承擔,與外部電網(wǎng)完全分離,二次能源實現(xiàn)了能源獨立,綜合能源利用效率高達84%,每年減排二氧化碳78萬噸,投資僅在1.2年就能全部回收,真正實現(xiàn)了高效、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保和低碳的可持續(xù)發(fā)展目標。印度將自己的弱勢轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢,在分布式能源技術(shù)和智能多維能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持下實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。
同樣的技術(shù)在中國也非常適用,研究機構(gòu)對一些區(qū)域全部采用分布式能源系統(tǒng),全部滿足用戶對電、熱、冷和生活熱水的需求進行了經(jīng)濟技術(shù)評價,研究結(jié)果證明這一技術(shù)非常可行,像DLF公司一樣高效、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保和低碳。整個項目投資基本可以靠節(jié)省下的供電公司、熱力公司收取的增容費和制冷機組的投資來解決,供電可靠性比電網(wǎng)更高,運營更經(jīng)濟。北京燃氣集團大樓靠天然氣獨立供電多年,安全經(jīng)濟。在中石油的油田利用石油伴生氣自發(fā)自用解決油田供電的模式早已非常成熟,非?煽。
美國能源部認為天然氣分布式能源系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活,可以融入更多的不確定的分布式可再生能源,例如屋頂晶硅太陽能電池,玻璃幕墻太陽能薄膜電池,低溫廢熱發(fā)電,微風發(fā)電和地源、水源或污水源熱泵等系統(tǒng),未來還可以融入各種充電式電動汽車系統(tǒng)。所以決定到2020年,將在2010年9200萬千瓦裝機規(guī)模的基礎(chǔ)上,再增加9500萬千瓦,占整個發(fā)電裝機容量從14%增加到29%,而未來將不再建設(shè)大型發(fā)電設(shè)施。
但遺憾的是,我們中國卻一邊說要代表先進生產(chǎn)力,對世界承諾要節(jié)能減排,并給各地和企業(yè)下達難以完成的節(jié)能減排目標;一邊卻又無力讓這樣一種科學、清潔、高效、環(huán)保的能源設(shè)施得到合法普及。中國業(yè)已建立的大電廠、大電網(wǎng)、超高壓系統(tǒng)正在成為中國能源技術(shù)創(chuàng)新,節(jié)能減排和追趕世界潮流的沉重包袱。
中國工程院院士倪維斗質(zhì)疑,陽光普照大地,我們?yōu)槭裁捶且獜那Ю镏獾闹形鞑康貐^(qū)去集中利用可再生能源,再遙遙數(shù)千公里輸送回東部?這算不算“折騰”?現(xiàn)在一些微風發(fā)電設(shè)備的研發(fā)企業(yè)制造出2米風速可以啟動,2.5米可以切入,6米可以滿發(fā)的10~50千瓦微風發(fā)電機組,一年中70%~80%時間可以供電,設(shè)備利用小時大幅度提高,對于電網(wǎng)的影響明顯降低,而這樣的風無處不在。
中國科學院電工所所長肖立業(yè)最近提出“云電力”是受到云計算形態(tài)的啟發(fā)判定未來電力發(fā)展形態(tài)。能源可以實現(xiàn)“云”態(tài)模式的還不僅僅是電力,天然氣網(wǎng)、熱網(wǎng)、冷網(wǎng)等未來都可能呈現(xiàn)云狀態(tài)。
最近,在非常規(guī)天然氣研究中發(fā)現(xiàn)頁巖氣、煤層氣、致密砂巖氣、生物質(zhì)沼氣,以及深層天然氣等資源遍布在各地,由于不是大規(guī)模集中的礦藏資源,更加適合分布式的開發(fā)和就地化的利用。這些項目的氣量也許不能滿足一個超大型城市,但至少可以滿足一些中小城鎮(zhèn)的能源供應(yīng)。中國每年關(guān)閉數(shù)以萬計的小煤窯,歐洲當年關(guān)閉煤礦時,利用煤礦巷道布設(shè)煤層氣抽排管道,將一個個廢礦井變?yōu)槊簩託饩@些資源至少可以解決周圍小城鎮(zhèn)或村鎮(zhèn)的燃料供應(yīng),減少他們燒煤燒柴污染環(huán)境,避免小煤窯死灰復燃,也使煤老板得到一定的綠色補償。如果我們將這些氣態(tài)能源分別處理成為統(tǒng)一標準,建立一個廣泛連接的智能管網(wǎng)系統(tǒng),我們就可能建立天然氣的云系統(tǒng),將多元的資源和多元的用戶融合于一個統(tǒng)一的系統(tǒng)之中。
目前一些低溫廢熱利用技術(shù)得到快速發(fā)展,他們可以利用不到90度的廢熱制冷,用110度的廢熱發(fā)電,回收30度的熱水發(fā)展地板輻射供暖。每一個工廠中這樣的廢熱隨處可見,如果都能回收利用,我們就可以回收大量能源。還有,太陽能薄膜技術(shù)發(fā)展迅速,這一技術(shù)正在和建材工業(yè)整合,人們用各種薄膜電池制造透光的玻璃,用這樣的會發(fā)電的玻璃替換建筑的玻璃幕墻或窗戶,甚至用它建設(shè)太陽能玻璃大棚種植蔬菜,將建筑變?yōu)殡娬。未來,電力的生產(chǎn)或各種能源供應(yīng)將呈現(xiàn)無處不在的形態(tài),而且熱力也可能成為這一形態(tài)。在一個熱力管網(wǎng)系統(tǒng)中統(tǒng)一配置資源,實現(xiàn)分級分層的梯級供熱,大大提高系統(tǒng)效率和能源利用效率。冷源、冷網(wǎng)同樣如此。
如何將這些無處不在的能源收集整合利用?現(xiàn)在全世界正在建設(shè)的智能電網(wǎng)和進一步延伸的智慧能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),就是要解決這一難題。智能電網(wǎng)、智能燃氣網(wǎng)、智能熱網(wǎng)、智能冷網(wǎng)、智能供水、智能排水系統(tǒng)與我們各種分布式的能源系統(tǒng)融合成為一個智慧能源網(wǎng)絡(luò)體系,再與信息物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)融合,以此實現(xiàn)以最低的環(huán)境資源代價,最優(yōu)的投資運營效益,最安全的多元化供能方式,最智慧的個性化服務(wù)體系解決人類能源的可持續(xù)發(fā)展問題。
分布式能源實現(xiàn)系統(tǒng)的相對“能源獨立”,而各種能源網(wǎng)絡(luò)又將獨立的供能設(shè)施連接在一起,實現(xiàn)能源的相互支援,相互平衡,相互保障和相互彌合。這種能源生產(chǎn)形態(tài)與云技術(shù)的理念和形態(tài)極其相似,而云計算的技術(shù)也將會融入這一智慧能源體系。云計算不僅可以整合各個能源系統(tǒng),還可以將用能及控制整合在同一系統(tǒng)之中,實現(xiàn)全系統(tǒng)的優(yōu)化控制平衡,將節(jié)能更上一個臺階。中國科學院院士徐建中一直渴望將各種能源和能源供需融合在一個平臺之上,他提出“分布式能源系統(tǒng)”的概念,讓能源生產(chǎn)與需求互動;并提出了“多能互補”的理念,讓各種能源和各種需求實現(xiàn)多維度整合互動,實現(xiàn)導師、中國最著名的工程熱物理學家吳仲華院士確立的提高能源效率的科學途徑:“分配得當,各得所需,溫度對口,梯級利用。”
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