云能源——云计算理念的延伸

作者:韩晓平

时间:2011年04月11日   来源:科学时报  

http://www.qstheory.cn/kj/kj/201104/t20110411_76161.htm

　　云计算将使人类在信息文明的征途中长驱直入，持续进步的信息技术和这一技术所建立起的理念正在牵引着人类文明的走势。云计算对呈爆炸形态的信息数据实现“无处不在的运算，无处不在的储存，无处不在的交互”，信息技术不仅更加高效地改变着我们的生活，也将改变我们能源工业的形态和理念。

　　2010年春节，在全国对智能电网的一片热情中，我写了一篇《当能源充满智慧》，希望大家将视野从智能电网扩展到“智慧能源”系统：信息将成为一种特定意义的全新的能源形式，它将依附于各种节能理念、节能知识、节能机制和节能技术的进步，大幅度提高人类的能源使用效率，节约更多的能源以满足新的需求。但现在看，随着这一年能源信息技术的高速发展，智能技术的长足进展，显然上述视角过于狭窄。

　　世界在这一年中各种新技术不断进步，新产品层出不穷，特别是各种新能源技术的突飞猛进，如智能天然气分布式能源技术、建筑一体化太阳能技术、微风发电技术、低温废热利用、电动汽车与蓄能等技术，资源更丰富和分布更广泛的页岩气、煤层气、生物质沼气等非常规天然气资源等，以及多能互补和能源系统智能技术融合，正为人类展现一个广泛参与的、可持续发展的新兴能源系统的新蓝图。我们看到，不仅世界可以是平的，支撑这个世界的能源系统也可以是扁平的。

　　奥巴马在竞选之初曾写过一本书——《无畏的希望》，他写道：“一个控制不了自己能源的国家也控制不了自己的未来。”他认为，“增加美国竞争力最后一个关键投资是能源基础设施，这一投资可以帮助美国走向能源独立”。从“信息独立”到“云计算”的过程，我们似乎感受到“能源独立”的新寓意。奥巴马说者似乎无心，但是我们在研究人类能源进程中却受到一种新的启迪。“能源独立”或许不仅仅在一个国家，按照目前的技术，一座城市、一个小区域、一个工厂、一个村镇、一座办公大楼或一个公共建筑群，甚至一个家庭为什么不能实现能源的独立？而我们说的能源独立不是“村村点火，户户冒烟”的小农经济式的自给自足；而是一种新境界的“互联网”式的参与和相互连接，是一种用户与能源供应者之间真正平等而相互渗透的、取长补短的和相互参与的新模式，是互联网革命在能源领域的翻版。

　　远大公司参与了印度最大房地产商DLF公司的一座新城建设的能源系统供货和设备安装服务，为一些分布式能源站的燃气轮机和燃气内燃机机组提供余热吸收式制冷机组，利用发电机组废热向建筑供冷和提供生活热水。印度基础设施落后，电源建设滞后，电网供电能力不足，这个新建的城市将服务于软件外包业务，只能用昂贵的进口天然气来解决全区能源供应。软件服务建筑的计算机密度大，建筑单位平方米的用电量和制冷量都非常大，同时对供电可靠性要求极高。该新城安装了53台容量2兆瓦的燃气发电机组，组成了数个分布式冷热电能源站，余热制冷量为51.3兆瓦，其模块化、阵列化的构筑特色完全像是一个网络服务器中心。DLF公司还建设了连接全城所有建筑的智能化的电网、冷网和生活热水管道系统。整个区域的电力和制冷全部由这些机组承担，与外部电网完全分离，二次能源实现了能源独立，综合能源利用效率高达84%，每年减排二氧化碳78万吨，投资仅在1.2年就能全部回收，真正实现了高效、节能、经济、环保和低碳的可持续发展目标。印度将自己的弱势转变为优势，在分布式能源技术和智能多维能源网络系统的支持下实现了跨越式的发展。

　　同样的技术在中国也非常适用，研究机构对一些区域全部采用分布式能源系统，全部满足用户对电、热、冷和生活热水的需求进行了经济技术评价，研究结果证明这一技术非常可行，像DLF公司一样高效、节能、经济、环保和低碳。整个项目投资基本可以靠节省下的供电公司、热力公司收取的增容费和制冷机组的投资来解决，供电可靠性比电网更高，运营更经济。北京燃气集团大楼靠天然气独立供电多年，安全经济。在中石油的油田利用石油伴生气自发自用解决油田供电的模式早已非常成熟，非常可靠。

　　美国能源部认为天然气分布式能源系统调节灵活，可以融入更多的不确定的分布式可再生能源，例如屋顶晶硅太阳能电池，玻璃幕墙太阳能薄膜电池，低温废热发电，微风发电和地源、水源或污水源热泵等系统，未来还可以融入各种充电式电动汽车系统。所以决定到2020年，将在2010年9200万千瓦装机规模的基础上，再增加9500万千瓦，占整个发电装机容量从14%增加到29%，而未来将不再建设大型发电设施。

　　但遗憾的是，我们中国却一边说要代表先进生产力，对世界承诺要节能减排，并给各地和企业下达难以完成的节能减排目标；一边却又无力让这样一种科学、清洁、高效、环保的能源设施得到合法普及。中国业已建立的大电厂、大电网、超高压系统正在成为中国能源技术创新，节能减排和追赶世界潮流的沉重包袱。

　　中国工程院院士倪维斗质疑，阳光普照大地，我们为什么非要从千里之外的中西部地区去集中利用可再生能源，再遥遥数千公里输送回东部？这算不算“折腾”？现在一些微风发电设备的研发企业制造出2米风速可以启动，2.5米可以切入，6米可以满发的10~50千瓦微风发电机组，一年中70%~80%时间可以供电，设备利用小时大幅度提高，对于电网的影响明显降低，而这样的风无处不在。

　　中国科学院电工所所长肖立业最近提出“云电力”是受到云计算形态的启发判定未来电力发展形态。能源可以实现“云”态模式的还不仅仅是电力，天然气网、热网、冷网等未来都可能呈现云状态。

　　最近，在非常规天然气研究中发现页岩气、煤层气、致密砂岩气、生物质沼气，以及深层天然气等资源遍布在各地，由于不是大规模集中的矿藏资源，更加适合分布式的开发和就地化的利用。这些项目的气量也许不能满足一个超大型城市，但至少可以满足一些中小城镇的能源供应。中国每年关闭数以万计的小煤窑，欧洲当年关闭煤矿时，利用煤矿巷道布设煤层气抽排管道，将一个个废矿井变为煤层气井，这些资源至少可以解决周围小城镇或村镇的燃料供应，减少他们烧煤烧柴污染环境，避免小煤窑死灰复燃，也使煤老板得到一定的绿色补偿。如果我们将这些气态能源分别处理成为统一标准，建立一个广泛连接的智能管网系统，我们就可能建立天然气的云系统，将多元的资源和多元的用户融合于一个统一的系统之中。

　　目前一些低温废热利用技术得到快速发展，他们可以利用不到90度的废热制冷，用110度的废热发电，回收30度的热水发展地板辐射供暖。每一个工厂中这样的废热随处可见，如果都能回收利用，我们就可以回收大量能源。还有，太阳能薄膜技术发展迅速，这一技术正在和建材工业整合，人们用各种薄膜电池制造透光的玻璃，用这样的会发电的玻璃替换建筑的玻璃幕墙或窗户，甚至用它建设太阳能玻璃大棚种植蔬菜，将建筑变为电站。未来，电力的生产或各种能源供应将呈现无处不在的形态，而且热力也可能成为这一形态。在一个热力管网系统中统一配置资源，实现分级分层的梯级供热，大大提高系统效率和能源利用效率。冷源、冷网同样如此。

　　如何将这些无处不在的能源收集整合利用？现在全世界正在建设的智能电网和进一步延伸的智慧能源网络系统，就是要解决这一难题。智能电网、智能燃气网、智能热网、智能冷网、智能供水、智能排水系统与我们各种分布式的能源系统融合成为一个智慧能源网络体系，再与信息物联网系统融合，以此实现以最低的环境资源代价，最优的投资运营效益，最安全的多元化供能方式，最智慧的个性化服务体系解决人类能源的可持续发展问题。

　　分布式能源实现系统的相对“能源独立”，而各种能源网络又将独立的供能设施连接在一起，实现能源的相互支援，相互平衡，相互保障和相互弥合。这种能源生产形态与云技术的理念和形态极其相似，而云计算的技术也将会融入这一智慧能源体系。云计算不仅可以整合各个能源系统，还可以将用能及控制整合在同一系统之中，实现全系统的优化控制平衡，将节能更上一个台阶。中国科学院院士徐建中一直渴望将各种能源和能源供需融合在一个平台之上，他提出“分布式能源系统”的概念，让能源生产与需求互动；并提出了“多能互补”的理念，让各种能源和各种需求实现多维度整合互动，实现导师、中国最著名的工程热物理学家吴仲华院士确立的提高能源效率的科学途径：“分配得当，各得所需，温度对口，梯级利用。”

（作者：中国能源网首席信息官）