兩大(da)(da)技術(shu)革(ge)命(ming)正在引(yin)領著21世(shi)紀:互聯(lian)網(wang)的(de)發展和致力(li)于減(jian)少(shao)碳排放(fang)的(de)全(quan)球能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統轉型。2015年,G7峰會在德國南部小鎮埃爾毛舉行之(zhi)后,全(quan)世(shi)界就開始聚焦一(yi)個(ge)共同的(de)目(mu)標:減(jian)少(shao)使用化石能(neng)(neng)源(yuan),將(jiang)電力(li)作(zuo)為通用能(neng)(neng)源(yuan),到2100年實(shi)現零碳排放(fang)。隨著物聯(lian)網(wang)時代的(de)到來(lai),這(zhe)兩大(da)(da)技術(shu)革(ge)命(ming)迅速會師。最終(zhong),我們將(jiang)迎來(lai)能(neng)(neng)源(yuan)互聯(lian)網(wang)時代。
減少碳排放、分布式(shi)和(he)數字(zi)化技術正(zheng)在(zai)(zai)改(gai)變能(neng)源(yuan)領域(yu)。這三大(da)全(quan)球(qiu)性(xing)(xing)趨勢造成的聯(lian)合性(xing)(xing)影響,我們將其稱之(zhi)為“3D能(neng)源(yuan)模型”,正(zheng)在(zai)(zai)改(gai)變著我們的發電、輸電和(he)用電方式(shi)。由此產生的結果是(shi),由大(da)型發電站及集中式(shi)輸配電系統(tong)構成的傳統(tong)能(neng)源(yuan)模式(shi)正(zheng)在(zai)(zai)改(gai)變。
我(wo)們需(xu)要(yao)一個全(quan)新(xin)的(de)方式(shi)來加速可再生能(neng)源轉型。現在(zai),數以(yi)百萬計(ji)的(de)小型分(fen)布式(shi)發電(dian)機組(zu)(zu)正(zheng)在(zai)被接入能(neng)源系統,需(xu)要(yao)我(wo)們用新(xin)的(de)方式(shi)去組(zu)(zu)織和管理。此外,“產銷者(zhe)(zhe)”開始脫穎而出——他們既是(shi)生產者(zhe)(zhe)也(ye)是(shi)消費者(zhe)(zhe),在(zai)售賣(mai)電(dian)力(li)的(de)同時也(ye)在(zai)購買電(dian)力(li)。
在隨后的(de)能源(yuan)轉型過程中,網(wang)絡技(ji)術也將(jiang)發生(sheng)重要作用。未來(lai),為了實現能源(yuan)互聯網(wang),電(dian)網(wang)將(jiang)不僅僅承(cheng)擔輸(shu)配電(dian)的(de)功能。
誘因:對清潔能源的持續需求導致解決方案變得復雜
根據聯合(he)國(guo)“人(ren)人(ren)享有可持續能源”倡(chang)議的(de)報告(gao),全球(qiu)有超過10億人(ren)口(kou)仍(reng)未用上電。例如,在人(ren)口(kou)增長迅猛的(de)撒哈(ha)拉以南(nan)的(de)非(fei)洲國(guo)家就深受(shou)缺電困擾。據聯合(he)國(guo)預(yu)測(ce),到2040年全球(qiu)人(ren)口(kou)數量(liang)將增加(jia)近20億,且以發展中(zhong)國(guo)家為主。無論是(shi)(shi)政(zheng)治領袖(xiu)、工業界還(huan)是(shi)(shi)援助性組織都一致認(ren)為,讓(rang)所有人(ren)都能用上電,無論從道德層面還(huan)是(shi)(shi)經濟層面都是(shi)(shi)非(fei)常(chang)必要的(de)。
但并非(fei)所有(you)人(ren)都意識到的這樣(yang)的困境:如果(guo)這部分新(xin)增的人(ren)口還采用與(yu)我(wo)們(men)一樣(yang)的生活方式和用電(dian)方式,我(wo)們(men)會面臨怎樣(yang)的問題?如果(guo)發達國家和這些地(di)區(qu)的電(dian)力有(you)一半來自于化石燃(ran)料,我(wo)們(men)的環(huan)境將會發生怎樣(yang)的變(bian)化?
可(ke)以確(que)定的是(shi),國際社會(hui)雄心勃勃的環境保護(hu)目標(biao)會(hui)因此面臨(lin)挑戰。更為嚴(yan)重的是(shi),將全球升溫幅度控制在(zai)2度之內的目標(biao)也(ye)會(hui)立刻變得岌岌可(ke)危(wei)。
毫(hao)無(wu)疑問,使用化石(shi)能源與全球氣候(hou)變(bian)暖有著直接的(de)聯系。如(ru)果(guo)有人認為,溫(wen)度(du)(尤其是海(hai)洋(yang)溫(wen)度(du))的(de)上升(sheng)和發生自然災害的(de)頻率及(ji)強度(du)無(wu)關,那他們(men)不(bu)過(guo)是在逃避現實罷(ba)了。
如(ru)果所有人都效仿工(gong)(gong)業發達國家(jia),交通業就是一個很(hen)好的全球性案例(li)。如(ru)今,交通工(gong)(gong)具的尾氣排(pai)放量(liang)(liang)(liang)已經比1990年高出了(le)約(yue)60%,主要的原因就是發展中國家(jia)和新興國家(jia)汽車數量(liang)(liang)(liang)的急劇增(zeng)長。僅僅在中國,過去10年汽車數量(liang)(liang)(liang)就翻了(le)兩番,達到(dao)了(le)2億輛(liang)。
全(quan)球(qiu)電(dian)力需(xu)求也在不斷增(zeng)(zeng)長。專(zhuan)家預(yu)計(ji),到2040年全(quan)球(qiu)發電(dian)量將增(zeng)(zeng)加(jia)約80%。這不僅源于(yu)發展中(zhong)國家和(he)新興(xing)國家對電(dian)力供應(ying)的潛在需(xu)求,還包括(kuo)工業化國家由信息(xi)和(he)通信技術的應(ying)用帶來的用電(dian)需(xu)求增(zeng)(zeng)長。
這些發展趨勢帶來的(de)(de)影響顯(xian)而易見(jian):人人都需要電力(li)(li)——最好利(li)(li)用(yong)可(ke)再(zai)生能(neng)源,并(bing)以環(huan)保的(de)(de)方式發電。從使用(yong)化石燃料和利(li)(li)用(yong)大型(xing)發電站進行(xing)集(ji)中(zhong)供電,向利(li)(li)用(yong)數(shu)量更多(duo)且(qie)更分散(san)的(de)(de)可(ke)再(zai)生能(neng)源(如風力(li)(li)、太陽能(neng))發電轉型(xing),不可(ke)能(neng)一蹴而就。除了政治和經濟問題(ti),這種根(gen)本性變革還會(hui)給我們(men)帶來巨大的(de)(de)技術挑戰(zhan)。
管理日益增加的復雜性
無論從時間還是空(kong)間上來(lai)看,發(fa)電側(ce)和用(yong)電側(ce)都正在變得(de)(de)越(yue)來(lai)越(yue)獨立,這顯然會使能源系(xi)統(tong)(tong)更加復(fu)雜(za)。而(er)隨(sui)著其集成(cheng)的配電單(dan)元不斷增加,系(xi)統(tong)(tong)則會變得(de)(de)越(yue)來(lai)越(yue)復(fu)雜(za)。
可用(yong)性接近100%的(de)德(de)國(guo)電(dian)(dian)網(wang)被視(shi)為是工業化國(guo)家的(de)典范(fan),但能(neng)源類型的(de)轉換卻給(gei)德(de)國(guo)電(dian)(dian)網(wang)造成了負擔。近年來,為了保證(zheng)電(dian)(dian)網(wang)穩(wen)定(ding),需要電(dian)(dian)網(wang)運營商進(jin)行干(gan)預的(de)次數越來越多。
去年的一(yi)項初步調(diao)查顯示,電(dian)網(wang)運營商TenneT為了(le)保證電(dian)網(wang)穩定,在(zai)緊急干預方面投(tou)入(ru)的成(cheng)本就達到了(le)10億歐元。而這些(xie)成(cheng)本以電(dian)網(wang)管(guan)理(li)費的形式被分攤進電(dian)費,最(zui)終(zhong)由消費者買單(dan)。
如何聰明地解決難題:利用數字化技術
為了應(ying)對能源(yuan)(yuan)系(xi)統的復雜(za)性,我們需要挖掘(jue)數(shu)字(zi)化能力(li),讓(rang)電(dian)網變(bian)得(de)更(geng)智(zhi)能。每個(ge)能源(yuan)(yuan)生(sheng)產者都是這個(ge)復雜(za)系(xi)統的一員,他們將電(dian)力(li)接入電(dian)網時必須確保電(dian)網穩定和供電(dian)可靠。
分布式(shi)供電(dian)指的(de)(de)是,打(da)破原有固定的(de)(de)系統架(jia)構和(he)(he)過程邊界(如公共設施與消(xiao)費者之間(jian)的(de)(de)邊界)。全(quan)新(xin)的(de)(de)產銷網絡逐(zhu)步發展為新(xin)型的(de)(de)市(shi)場主(zhu)體和(he)(he)服務供應商,他們將構建出全(quan)新(xin)的(de)(de)售電(dian)和(he)(he)購電(dian)模式(shi)。這些變(bian)化將使人們對于(yu)產業、技術、價值鏈(lian)和(he)(he)商業過程的(de)(de)想法趨于(yu)一致(zhi)。
此(ci)外(wai),數(shu)字(zi)化(hua)還是提(ti)高可再生能源競(jing)爭(zheng)性的(de)(de)杠桿。以(yi)我們最近簽訂(ding)的(de)(de)德國首家(jia)大型海上風電(dian)場合同為例(li),這(zhe)座風電(dian)場無(wu)需(xu)公共(gong)資(zi)金(jin)投入,而(er)是通過市(shi)場電(dian)價獲(huo)得資(zi)金(jin)。而(er)這(zhe)離不開數(shu)字(zi)化(hua)帶來的(de)(de)效益(yi)收(shou)益(yi)。
數字化驅動(dong)效(xiao)率提升(sheng),效(xiao)率驅動(dong)競爭(zheng)力(li)提升(sheng),可再(zai)生能源的(de)競爭(zheng)力(li)又幫忙人類(lei)應對氣(qi)候變化。
有效利用海量數據
應對(dui)能源(yuan)系統(tong)產(chan)生的(de)(de)(de)日益(yi)增長的(de)(de)(de)海量數據,是工業領域面臨的(de)(de)(de)一大挑(tiao)戰。日益(yi)復(fu)雜的(de)(de)(de)能源(yuan)系統(tong)是引(yin)發數據量增長的(de)(de)(de)主要原因。
我們(men)可以參考已聯網設備(bei)的(de)數(shu)(shu)量(liang)。2003年(nian),全球(qiu)有63億(yi)人,聯網設備(bei)5億(yi)臺。據(ju)美(mei)國思科(ke)公司的(de)預(yu)測,這一數(shu)(shu)字(zi)(zi)在2020年(nian)有望(wang)增(zeng)至(zhi)500億(yi)。整體的(de)數(shu)(shu)據(ju)量(liang)則會呈(cheng)同(tong)比率增(zeng)長。市場研究公司IDC最新發布(bu)的(de)報告顯(xian)示,到2025年(nian),全球(qiu)數(shu)(shu)據(ju)量(liang)預(yu)計將從(cong)當前的(de)16澤(ze)字(zi)(zi)節(jie)增(zeng)至(zhi)163澤(ze)字(zi)(zi)節(jie)——達到10倍增(zeng)幅。
人工智能和量子計算變不可能為可能
我們(men)必(bi)須意識到,僅憑借當前的技(ji)術,我們(men)是無(wu)法有效利用這些(xie)(xie)海量數據的。必(bi)須打破陳規,去探索(suo)此前僅在(zai)科幻小說中(zhong)(zhong)才會出現(xian)的那(nei)些(xie)(xie)技(ji)術。人工(gong)智(zhi)能就是其(qi)中(zhong)(zhong)之一(yi),而現(xian)在(zai)它已經被廣泛應用于項目和(he)產品開發(fa)中(zhong)(zhong)。
西門子的(de)燃氣輪機(ji)可(ke)(ke)以很好地詮釋人工(gong)智能(neng)的(de)工(gong)作方式。人工(gong)智能(neng)通(tong)過機(ji)器算法(fa)來幫助延長(chang)燃氣輪機(ji)的(de)檢修(xiu)周期。與人類專(zhuan)家相比,這種(zhong)算法(fa)可(ke)(ke)以更好地自動分析運營數(shu)據、環境條件和元件性(xing)能(neng)。
量(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)是另一個開創性(xing)的(de)技術,在(zai)業內已經(jing)得(de)到了全(quan)(quan)面應(ying)用(yong)。量(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)采用(yong)的(de)是完全(quan)(quan)不同于傳(chuan)統的(de)架構:它(ta)以量(liang)子(zi)理論為工作原理。量(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)直接采用(yong)亞原子(zi)粒(li)子(zi),通過控制量(liang)子(zi)屬性(xing)進行數據存儲和數據處理。因此(ci),一分一毫都很重要。
組成世界(jie)的(de)小粒(li)子,幫助我(wo)們(men)解決這個世界(jie)上(shang)的(de)大(da)問題。我(wo)們(men)利(li)用它(ta)們(men)為地球發電,提高可再生能(neng)源的(de)利(li)用率,在全球人(ren)口(kou)不斷增多(duo)的(de)同時,讓電力(li)惠及(ji)越來(lai)越多(duo)的(de)人(ren)。
結論:新技術能幫助我們應對能源挑戰
與(yu)通信(xin)和(he)(he)互聯網領(ling)域(yu)(yu)一樣,能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統中每位新成員的(de)加(jia)入都(dou)會給這個(ge)大家庭帶(dai)來更多的(de)可能(neng)(neng)(neng)(neng)性(xing)和(he)(he)機(ji)會。當簡單的(de)電網發展為綜合性(xing)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)網絡,富余的(de)電力(li)就會通過耦合區(qu)域(yu)(yu)為其他形式的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)提(ti)供基礎,能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統的(de)價值(zhi)也(ye)會相應得到提(ti)升(sheng)。當電力(li)轉化為熱能(neng)(neng)(neng)(neng)或(huo)用于提(ti)取熱能(neng)(neng)(neng)(neng),當電力(li)成為能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)流動的(de)基礎,或(huo)者當它被用于生產氫(qing)或(huo)甲烷時,能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統就可以獲得全新且靈(ling)活的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)。
在能(neng)源(yuan)轉(zhuan)型的(de)過程中,網絡技術將被賦予新的(de)意(yi)義。未來,能(neng)源(yuan)網絡將不僅僅是輸電和(he)配電,它的(de)角色、能(neng)力(li)和(he)功能(neng)都將得到進一步(bu)拓展(zhan),并(bing)隨著新成員的(de)加入實(shi)現增值。最(zui)終,電網將演(yan)變為能(neng)源(yuan)網絡,即能(neng)源(yuan)互聯網。