能源互聯網與國家能源安全

國防科學技術大學 張濤 李潔

能源安全是非傳統安全中的一種，是指為保障一國經濟社會和國防安全，使能源特別是石油可靠而合理供應，規避對本國生存與發展構成重大威脅的軍事、政治、外交和其他非傳統安全事件所引起的能源供需風險狀態。能源安全是國家安全的重要組成內容，能源安全直接關系到經濟的平穩快速發展，國防的鞏固和國家的穩定。保證我國的能源安全，對于維護國家安全，經濟安全，提高人民物質和精神生活水平，促進社會發展，構建社會主義和諧社會具有十分重要的現實意義。

現階段，我國的能源安全主要面臨以下幾方面的問題。

1．人均占有量低，能源資源分布不均衡

中國人口眾多，人均能源資源擁有量在世界上處于較低水平。我國煤炭、石油和天然氣的人均占有量僅為世界平均水平的67%、5.4%和7.5%。近幾年中國能源消費增長較快，但人均能源消費水平僅為發達國家平均水平的三分之一。能源資源分布不均衡表現在：煤炭資源與能源資源主要分布在華北、西北地區；水利資源主要分布在西南地區：石油、天然氣資源主要分布在東、中、西部和海域。而中國主要的能源消費集中在東南沿海經濟發達地區，資源分布與能源消費地域存在明顯差別，因而形成了北煤南運、西氣東輸和西電東送等長距離輸送的基本格局。

2．能源結構不合理，環境污染嚴重

中國是世界上唯一以煤為主的能源消費大國。《2015年國民經濟和社會發展統計公報》公布，在現有的能源消費結構中，全年煤炭消費量占能源消費總量的比重為64.0%。而煤的燃燒會產生大量的二氧化碳、二氧化硫，造成嚴重的大氣污染。目前，中國二氧化硫和二氧化碳排放量居世界前列，大部分的煙塵和二氧化碳排放量、二氧化硫排放量、氮氧化物排放量均來自燃煤，不僅造成環境污染，也帶來了經濟損失。隨著現代工業和社會經濟的逐漸發展，石油具有煤炭無法比擬的優越性，石油替代煤炭是必然的發展趨勢。早在20世紀60年代中期，美國、日本和英國等發達國家就基本完成了石油替代煤炭的能源結構轉換，石油、天然氣在能源消費中所占比重超過了煤炭。而我國隨著工業的新一輪增長、居民消費結構的升級、城市化進程的加速，尤其是汽車使用的增加，石油消耗也正在加速。石油（天然氣）替代煤炭的結構轉換在我國才剛剛開始，將延續相當長的時期，這一結構轉換的滯后，給我國今后的石油需求增加了更大的壓力。

3．能源對外依存度上升較快

石油對外依存度正在挑戰我國的能源安全。石油對外依存度是一個國家石油凈進口量占本國石油消費量的比例，是衡量一個國家和地區石油供應安全的重要指標。我國目前處于工業化階段的中后期，能耗較大的汽車、家電等產品在經濟中的比重急劇上升，國內對于石油需求大幅提升，石油消費還將持續較快增長。但是，我國國內石油產量當前還滿足不了如此巨大的需求，使得在面臨國內外市場供需失衡、市場供給不足時，難以短時間內保障油品的供應。并且，國內石油價格容易受到外部因素的影響，如金融，政治、自然災害等因素，從而造成石油價格的暴漲或暴跌，不利于社會的穩定。并且，對進口石油的嚴重依賴，容易受制于國外，這將成為中國能源安全的軟肋。未來，中國經濟將繼續保持較快增長勢頭，能源消費還會不斷增長，能源保障存在巨大壓力。此外，煤炭、油氣儲備能力不足，能源對外依賴性還會增大。

4．石油運輸困難重重

我國運輸石油的進口路線缺少選擇性，85%以上需要經過印度洋-馬六甲海峽-南中國海航線，極易遭到封鎖和控制。當前中東、非洲等世界石油主要產地局勢不穩，馬六甲海峽海盜經常出沒，并且馬六甲海峽是極具戰略地位的海上咽喉要道之一。二戰后，馬六甲海峽歸馬來西亞、印尼和新加坡共同管理，而有些國家卻一直染指并試圖控制該地區的航運通道，試圖遏制住中國的能源通道。如果馬六甲海峽這條黃金通道存在問題，中國的石油進口就會受到嚴重威脅。除此之外，石油的長距離運輸還要承擔高額的運輸成本，運送大量燃料也對人員的安全帶來了巨大的風險，而且后勤組織的復雜性和成本也越來越高。由此可見，過度依賴海外進口其風險十分巨大。

5．石油儲備量少

戰略石油儲備的真正意義是為了應付突發事件，保障國家、社會與企業的石油安全供應。

建立完善的石油儲備也是確保國家石油安全，尤其是應對因戰爭等因素影響石油進口的途徑之一。國際經驗表明，戰略石油儲備是石油安全戰略的核心內容，建立必要的戰略石油儲備，不僅可以防止石油供應中斷時對國民經濟造成的損失，還可以在油價暴漲的情況下，起到穩定市場的作用。美國戰略石油儲備庫從1977年開始注入石油，其質量上高于市場上一般的原油，而且成本更低。即使國際石油供應全部中斷，美國戰略石油儲備也可供全國消費一百天以上。日本從1978年開始推進國家石油儲備，其目前的石油儲備量可供其消費169天，居世界第一。對于我國這樣一個能源消費大國，石油戰略儲備是十分重要的，而我國目前的石油儲備還處于生產性儲備階段，常規儲備量不到美國、日本等國家儲備量的二十分之一，難以承擔補充國家石油儲備和調節油價的作用。低儲備量嚴重影響我國的石油安全及經濟安全。

由此可見，能源安全對中國的經濟發展和國家安全有著不容忽視的影響。為了保障國家能源安全，解決現階段存在的主要問題，應推進能源互聯網的建設。

能源互聯網是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態，具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征。在全球新一輪科技革命和產業變革中，互聯網理念、先進信息技術與能源產業深度融合，正在推動能源互聯網新技術、新模式和新業態的興起。能源互聯網是推動我國能源革命的重要戰略支撐，對保障國家能源安全，提高可再生能源比重，促進化石能源清潔高效利用，提升能源綜合效率，推動能源市場開放和產業升級，提升能源國際合作水平具有重要意義。

《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》中明確提出“多能協同”，其為能源互聯網劃清了產業邊界。從煤、油、氣管網智能化到冷、熱、電多能融合，均在能源互聯網產業發展規劃中，而不僅僅局限于電力。從系統運行的角度來看，包含多種能源相互補充、互為備用的能源互聯網體系，可以有效提升能源系統運行的安全性和可靠性；從能源互聯網企業的角度來看，意味著市場規模份額的擴大，由于能源智慧化技術在基礎技術架構層面是相似的，因此能源互聯網企業就有了跨界的可能，從而有了更廣闊的發展空間。

能源互聯網的推廣有效解決了以下問題。

1．提高可再生能源比重，保障能源來源

發展使用清潔能源的能源互聯網，未來世界能源可實現低成本、充足供給。全球配置的能源市場將建立秩序井然的能源供需調節機制，健全的能源互聯網系統將較少地受到金融操控、商業投機、地緣政治、自然災害等因素的影響，保證能源來源，避免能源價格暴漲暴跌。能源互聯網通過建設智能風電場、智能光伏電站等設施及基于互聯網的智慧運行云平臺，實現可再生能源的智能化生產，推動對散燒煤等低效化石能源的清潔替代，實現化石能源綠色、清潔和高效生產；建設與化石能源配套的電采暖、儲熱等調節設施，發展天然氣分布式能源，增強供能靈活性、柔性化，實現化石能源高效梯級利用與深度調峰。加快化石能源生產監測、管理和調度體系的網絡化改造，建設市場導向的生產計劃決策平臺與智能化信息管理系統，完善化石能源的污染物排放監測體系，以互聯網手段促進化石能源供需高效匹配、運營集約高效。水電、風電、太陽能發電等集中式和分布式電源的大規模接入，實現供用電關系的靈活轉換。依托大電網控制技術、信息通信技術等，可精確預測用電負荷，動態調整電力系統結構，保障跨國跨洲電網安全穩定運行。可以看出，能源互聯網抵御風險的能力更高，能夠更高效地應對臺風、地震等災害及外力破壞。并且，通過發展能源互聯網，用可再生能源代替化石能源，降低石油依存度，減輕了我國對國外進口能源的依賴程度，實現自給自足。

2．發展儲能，優化資源配置

帶有儲能的分布式能源網絡是能源互聯網的重要組成部分，儲能應用于電力系統中，將改變電能生產、輸送和使用同步完成的模式，彌補電力系統中缺失的“儲放”功能，以達到優化電力資源配置、提高能源利用效率的目的。儲能技術進步還帶動了電動汽車的迅速發展。

能源互聯網通過開發儲電、儲熱、儲冷、清潔燃料存儲等多類型、大容量、低成本、高效率、長壽命儲能產品及系統，推動在集中式新能源發電基地配置適當規模的儲能電站，實現儲能系統與新能源、電網的協調優化運行。通過整合小區、樓宇、家庭應用場景下的儲電、儲熱、儲冷、清潔燃料存儲等多類型的分布式儲能設備，及社會上其他分散、冗余、性能受限的儲能電池、不間斷電源、電動汽車充放電樁等儲能設施，建設儲能設施數據庫，可將存量的分布式儲能設備通過互聯網進行管控和運營。建設基于電網、儲能、分布式用電等元素的新能源汽車運營云平臺，將促進電動汽車與智能電網間能量和信息的雙向互動，應用電池能量信息化和互聯網化技術，探索無線充電、移動充電、充放電智能導引等新運營模式。積極開展電動汽車智能充、放電業務，探索電動汽車利用互聯網平臺參與能源直接交易、電力需求響應等新模式。充分利用風能、太陽能等可再生能源資源，可在城市、景區、高速公路等區域因地制宜建設新能源充、放電站等基礎設施，提供電動汽車充、放電及換電等業務，實現電動汽車與新能源的協同優化運行。儲能技術的提高可以提升整個電網的穩定性，使能源使用更具有靈活性。

3．因地制宜，保證能源供應

隨著軍隊信息化的加速推進和信息化武器裝備的不斷增多，軍事基地、軍事部署及軍事行動對電能的依賴程度越來越高。為了提高電能供應的穩定可靠，建立微電網勢在必行。部隊建立軍事微電網，就是就地利用軍事基地（設施）所在地區的太陽能、風能、地熱能及其他分布式能源，構建的可以獨立運行的供電網絡系統，這樣可以降低能源開支，就地取材，就地使用，減少運輸開銷，還可以擺脫對商業電網的依賴。軍事微電網相對獨立，自給自足，即使在商業電網被破壞的情況下，使用軍事微電網的軍事基地也可以通過可再生能源發電，從而維持數星期或數月的關鍵業務“離網”運行，保障了軍事作戰的能源供應安全。另外，微電網可以有效解決海島的電力供應問題。海島的發展需要安全、可靠的能源動力和充足的水資源作為保障，而多數海島電力供應緊張，供電可靠性不高。建設海島微電網，利用可再生能源發電為島上居民及海水淡化提供電力供給，可以解決傳統能源危機和淡水資源短缺兩大問題。近年來海島的保護、開發成為海洋事業的熱點，有關國家都在積極研究和建設海島微電網，其技術裝備水平、裝機規模均不斷提升，我國也建設了多個不同規模的海島微電網工程。海島微電網從大類上可以分為并網型和離網型，主要構成基本相同，充分利用島上豐富的風能、光能等清潔能源，一般以最小化投資運行成本和最大化可再生能源利用效率和可靠性為目標，為海島提供清潔、穩定、安全的電力。未來的海島微電網可以實現對綠色能源發電、多元化儲能系統、不同能量轉換裝置以及冷、熱、電多樣性負荷的精確和人性化控制，最大程度地利用可再生能源，最大限度地降低各類損耗和災害影響，最大化地提升運行可靠性和靈活性，滿足海島可持續發展的多樣性功能需求。海島微電網將成為未來能源互聯網中的一個閃亮節點。