電網是如何演變為能源互聯網的

在「人人享受可持續能源」倡議之下，未來的電網將會發生怎樣的變化？減少碳排放、分散式和數字化技術這三大全球性趨勢，將對我們的發電、輸電和用電方式產生怎樣的影響？

最近，西門子股份公司管理委員會成員奈柯（Cedrik Neike）在領英上發表專欄文章《聚沙成塔，成就電力星球》，闡述了電網將在未來演變為能源互聯網的大趨勢。在此與知友們分享本文。

兩大技術革命正在引領著21世紀：互聯網的發展和致力於減少碳排放的全球能源系統轉型。2015年，G7峰會在德國南部小鎮埃爾毛舉行之後，全世界就開始聚焦一個共同的目標：減少使用化石能源，將電力作為通用能源，到2100年實現零碳排放。隨著物聯網時代的到來，這兩大技術革命迅速會師。最終，我們將迎來能源互聯網時代。

減少碳排放、分散式和數字化技術正在改變能源領域。這三大全球性趨勢造成的聯合性影響，我們將其稱之為「3D能源模型」，正在改變著我們的發電、輸電和用電方式。由此產生的結果是，由大型發電站及集中式輸配電系統構成的傳統能源模式正在改變。

我們需要一個全新的方式來加速可再生能源轉型。現在，數以百萬計的小型分散式發電機組正在被接入能源系統，需要我們用新的方式去組織和管理。此外，「產銷者」開始脫穎而出——他們既是生產者也是消費者，在售賣電力的同時也在購買電力。

在隨後的能源轉型過程中，網路技術也將發生重要作用。未來，為了實現能源互聯網，電網將不僅僅承擔輸配電的功能。

誘因：對清潔能源的持續需求導致解決方案變得複雜

根據聯合國「人人享有可持續能源」倡議的報告，全球有超過10億人口仍未用上電。例如，在人口增長迅猛的撒哈拉以南的非洲國家就深受缺電困擾。據聯合國預測，到2040年全球人口數量將增加近20億，且以發展中國家為主。無論是政治領袖、工業界還是援助性組織都一致認為，讓所有人都能用上電，無論從道德層面還是經濟層面都是非常必要的。

但並非所有人都意識到的這樣的困境：如果這部分新增的人口還採用與我們一樣的生活方式和用電方式，我們會面臨怎樣的問題？如果發達國家和這些地區的電力有一半來自於化石燃料，我們的環境將會發生怎樣的變化？

可以確定的是，國際社會雄心勃勃的環境保護目標會因此面臨挑戰。更為嚴重的是，將全球升溫幅度控制在2度之內的目標也會立刻變得岌岌可危。

毫無疑問，使用化石能源與全球氣候變暖有著直接的聯繫。如果有人認為，溫度（尤其是海洋溫度）的上升和發生自然災害的頻率及強度無關，那他們不過是在逃避現實罷了。

如果所有人都效仿工業發達國家，交通業就是一個很好的全球性案例。如今，交通工具的尾氣排放量已經比1990年高出了約60%，主要的原因就是發展中國家和新興國家汽車數量的急劇增長。僅僅在中國，過去10年汽車數量就翻了兩番，達到了2億輛。

全球電力需求也在不斷增長。專家預計，到2040年全球發電量將增加約80%。這不僅源於發展中國家和新興國家對電力供應的潛在需求，還包括工業化國家由信息和通信技術的應用帶來的用電需求增長。

這些發展趨勢帶來的影響顯而易見：人人都需要電力——最好利用可再生能源，並以環保的方式發電。從使用化石燃料和利用大型發電站進行集中供電，向利用數量更多且更分散的可再生能源（如風力、太陽能）發電轉型，不可能一蹴而就。除了政治和經濟問題，這種根本性變革還會給我們帶來巨大的技術挑戰。

管理日益增加的複雜性

無論從時間還是空間上來看，發電側和用電側都正在變得越來越獨立，這顯然會使能源系統更加複雜。而隨著其集成的配電單元不斷增加，系統則會變得越來越複雜。

可用性接近100%的德國電網被視為是工業化國家的典範，但能源類型的轉換卻給德國電網造成了負擔。近年來，為了保證電網穩定，需要電網運營商進行干預的次數越來越多。

去年的一項初步調查顯示，電網運營商TenneT為了保證電網穩定，在緊急干預方面投入的成本就達到了10億歐元。而這些成本以電網管理費的形式被分攤進電費，最終由消費者買單。

如何聰明地解決難題：利用數字化技術

為了應對能源系統的複雜性，我們需要挖掘數字化能力，讓電網變得更智能。每個能源生產者都是這個複雜系統的一員，他們將電力接入電網時必須確保電網穩定和供電可靠。

分散式供電指的是，打破原有固定的系統架構和過程邊界（如公共設施與消費者之間的邊界）。全新的產銷網路逐步發展為新型的市場主體和服務供應商，他們將構建出全新的售電和購電模式。這些變化將使人們對於產業、技術、價值鏈和商業過程的想法趨於一致。

此外，數字化還是提高可再生能源競爭性的槓桿。以我們最近簽訂的德國首家大型海上風電場合同為例，這座風電場無需公共資金投入，而是通過市場電價獲得資金。而這離不開數字化帶來的效益收益。

數字化驅動效率提升，效率驅動競爭力提升，可再生能源的競爭力又幫忙人類應對氣候變化。

有效利用海量數據

應對能源系統產生的日益增長的海量數據，是工業領域面臨的一大挑戰。日益複雜的能源系統是引發數據量增長的主要原因。

我們可以參考已聯網設備的數量。2003年，全球有63億人，聯網設備5億台。據美國思科公司的預測，這一數字在2020年有望增至500億。整體的數據量則會呈同比率增長。市場研究公司IDC最新發布的報告顯示，到2025年，全球數據量預計將從當前的16澤位元組增至163澤位元組——達到10倍增幅。

人工智慧和量子計算變不可能為可能

我們必須意識到，僅憑藉當前的技術，我們是無法有效利用這些海量數據的。必須打破陳規，去探索此前僅在科幻小說中才會出現的那些技術。人工智慧就是其中之一，而現在它已經被廣泛應用於項目和產品開發中。

西門子的燃氣輪機可以很好地詮釋人工智慧的工作方式。人工智慧通過機器演算法來幫助延長燃氣輪機的檢修周期。與人類專家相比，這種演算法可以更好地自動分析運營數據、環境條件和元件性能。

量子計算是另一個開創性的技術，在業內已經得到了全面應用。量子計算機採用的是完全不同於傳統的架構：它以量子理論為工作原理。量子計算機直接採用亞原子粒子，通過控制量子屬性進行數據存儲和數據處理。因此，一分一毫都很重要。

組成世界的小粒子，幫助我們解決這個世界上的大問題。我們利用它們為地球發電，提高可再生能源的利用率，在全球人口不斷增多的同時，讓電力惠及越來越多的人。

結論：新技術能幫助我們應對能源挑戰

與通信和互聯網領域一樣，能源系統中每位新成員的加入都會給這個大家庭帶來更多的可能性和機會。當簡單的電網發展為綜合性的能源網路，富餘的電力就會通過耦合區域為其他形式的能源提供基礎，能源系統的價值也會相應得到提升。當電力轉化為熱能或用於提取熱能，當電力成為能源流動的基礎，或者當它被用於生產氫或甲烷時，能源系統就可以獲得全新且靈活的能源。

在能源轉型的過程中，網路技術將被賦予新的意義。未來，能源網路將不僅僅是輸電和配電，它的角色、能力和功能都將得到進一步拓展，並隨著新成員的加入實現增值。最終，電網將演變為能源網路，即能源互聯網。

本文為西門子股份公司管理委員會成員奈柯（Cedrik Neike）發佈於LinkedIn（領英）的專欄文章。點擊這裡閱讀英文原文

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