隨著工業(yè)4.0的到來，傳統(tǒng)工業(yè)的很多概念都被顛覆，工業(yè)結構發(fā)生根本性變化。同樣，此時煤炭、化石等傳統(tǒng)能源的利用方式也已經難以為繼，而以美國頁巖氣革命為代表的“新能源”的開發(fā)和利用，獲得了一定的成功，此時中國正力圖用國家“973”計劃實現(xiàn)能源的4.0，這是一場“能源賽跑”!
工業(yè)4.0是工業(yè)和信息的深度融合，那么能源4.0就是能源跟信息的深度融合。前所未有的信息技術正在滲透世界的每一個角落，世界上的能源結構將出現(xiàn)重大轉型，這就是我們所說的能源4.0。就好像工業(yè)4.0并不是某種新設備、新機器的發(fā)明，而是整個工業(yè)系統(tǒng)在運作方面的升級一樣，能源4.0在不在于某種“新能源”的開采和運用，而在于整個能源系統(tǒng)的升級。
早在2014年召開的2014第六屆世界非并網風電與能源大會上，國家發(fā)改委產業(yè)經濟與技術經濟研究所、國家發(fā)展改革委能源研究所、國家“973”計劃大規(guī)模非并網風電項目組就共同舉行了新能源技術創(chuàng)新與產業(yè)化助推高耗能產業(yè)轉型升級重大研究成果新聞發(fā)布會，發(fā)布非并網多能源協(xié)同供電和能源互聯(lián)網高耗能產業(yè)技術的重大突破。世界風能學會麥加德主席，國家發(fā)展改革委宏觀經濟研究院馬曉河副院長、能源研究所韓文科所長、產業(yè)經濟研究所王昌林所長、國家“973”計劃大規(guī)模非并網風電項目首席科學家顧為東院長及其團隊骨干、世界風能領域及相關領域專家學者和企業(yè)代表共計200多人出席發(fā)布會。
一、項目背景回顧
2007年7月，以江蘇省宏觀經濟研究院顧為東院長為首的團隊，申報我國重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”計劃)能源領域“大規(guī)模非并網風電系統(tǒng)的基礎研究”項目，經過三輪答辯，獲得科技部立項(編號：2007CB210300)，顧為東院長為首席科學家，這是我國“973”計劃能源領域第一個風電項目。
項目主要研究風電不并網，使之應用于經過改造能夠適應風電波動的高耗能產業(yè)。這是首席科學家顧為東1980年開始研究，并建立模型，1984年連續(xù)發(fā)表論文，歷經30多年不懈研究完善，上升為國家“973”計劃重點研究項目。
在顧為東帶領下，項目組經過7年研究及產業(yè)化工作，基礎理論取得重要突破，揭示了風電應用于海水淡化、油田抽油、電解鋁、制氫等生產過程運行規(guī)律，把握了內部機理以及新能源與高耗能產業(yè)之間的耦合關系，擁有完整的自主知識產權，并建立了示范工程。如在江蘇大豐建成非并網風電日產百噸和萬噸海水淡化示范項目;在遼河油田、大慶油田建成非并網風電抽油示范項目;風電電解鋁方面，通過實驗室小試和中試，模擬新疆達坂城風電煉出第一塊鋁錠，目前正在著手建設年產1000噸鋁的風電電解鋁示范工程，為年產40—60萬噸/年風電鋁一體化項目奠定基礎;風電制氫方面，在江蘇沿海成功以風電直接制氫，進行氫燃料電池和氫內燃機汽車運行。
二、項目的戰(zhàn)略意義
項目構建的非并網風電-高耗能產業(yè)集成系統(tǒng)，將風電與海水淡化、電解鋁、制氫、煤制天然氣等相結合，是一次全新的探索和嘗試，在世界范圍內屬于技術首創(chuàng)。如非并網風電應用于海水淡化，既能解決風電上網、脫網、棄風等難題，又能將綠色能源直接應用于電解鋁、制氫、煤制天然氣等高耗能產業(yè)，可以減少網電所用燃煤消耗，減少溫室氣體排放量，不但具有可觀的經濟效益、而且具有良好社會和環(huán)境效益。
此外，非并網風電項目組根據研究，提出將大規(guī)模高耗能產業(yè)進行技術改造、功能轉變，對電網調峰的新思路，即建立“能源互聯(lián)網產業(yè)體系”，為我國大電網配套，大幅度提高能源效率和經濟效益，也使傳統(tǒng)的高耗能產業(yè)轉變?yōu)榫G色、低碳的新型產業(yè)。這一轉變，使原來相對固化的產業(yè)結構發(fā)生了質的改變，為實現(xiàn)產業(yè)結構轉型升級奠定了基礎。
三、項目的創(chuàng)新與成果
項目在非并網風電系統(tǒng)基礎理論、非并網風電系統(tǒng)負載適應性理論、風力發(fā)電機系統(tǒng)集成以及社會科學和自然科學相融合的研究方法等方面取得了創(chuàng)新成果。
這些成果的基礎理論研究、實驗驗證及配套的技術轉化工作已全部完成。在電解鋁、氯堿工業(yè)、海水淡化、制氫、煤化工、冶金、新能源汽車等高耗能產業(yè)的重點項目與企業(yè)合作建設了一批示范工程。
——將我國占全球48.5%的電解鋁產業(yè)功能實現(xiàn)轉變，讓電解鋁企業(yè)扭虧為盈，其生產成本下降40%，經濟效益提高4-8倍以上。并可形成全球化的萬億元新型鋁電解槽的市場，占領新型電解鋁高端裝備制造業(yè)高地。
——大規(guī)模實現(xiàn)氯堿工業(yè)的功能轉變，經濟效益提高2-4倍;形成完整自主知識產權的萬億元市場的新型氯堿電解槽高端裝備制造業(yè)高地。
——新能源海水淡化可以風生水起，實現(xiàn)人類的夢想，100%使用風光等新能源實現(xiàn)大規(guī)模海水淡化，解決我國淡水缺乏的世紀難題。海上大規(guī)模風電場將變輸電上岸為直接輸?shù)习?，所有海水淡化裝備全部高度集約化、一體化和國產化裝進風機塔筒之中，裝備成本下降40%，節(jié)省土地50%以上，商業(yè)化后實現(xiàn)每噸淡水成本3-4元人民幣;形成完整自主知識產權、面向全球形成萬億元市場的新能源海水淡化的高端裝備制造業(yè)高地,也將為我國發(fā)展海洋產業(yè)和海島建設提供淡水保障。
——發(fā)展大規(guī)模新能源直接制氫(氧)產業(yè)，用超低風速直驅風機和太陽能光伏直接電解水制氫，為我國新型加氫天然氣和氫內燃機汽車、氫燃料電池(技術儲備)汽車及船舶提供強大的綠色動力;
——通過非并網多能源協(xié)同供電，實現(xiàn)煤炭多能源系統(tǒng)的清潔化利用，用新能源“嫁接”傳統(tǒng)能源，用新能源大幅度提升傳統(tǒng)能源的效率，可實現(xiàn)在同樣的煤制氣(油)的產量時，節(jié)煤50%、節(jié)水38%、二氧化碳幾乎零排放。簡言之，汽車燒的油、家里燒的氣，有一半是“風吹、日曬”而來;
——走出一條中國特色、與高耗能產業(yè)功能轉型相配套的大規(guī)模太陽能熱發(fā)電之路，系統(tǒng)運行成本可降低40%，度電成本遠低于目前的光伏電池，達到世界領先水平。
通過高耗能產業(yè)的功能轉變，使高耗能產業(yè)成為”柔性”負載,實現(xiàn)為國家大電網配套調峰，將我國以煤電為主的“剛性”電網轉變“柔性”電網，將覆蓋我國全境的電網利用率從30%提高到55%-60%，達到世界先進水平(美國電網每提高10%的利用率，年經濟效益增加1千億美元)，使全國60萬千瓦火力發(fā)電機組發(fā)電量增加30%，經濟效益增長2倍以上，同時,徹底解決我國所有大規(guī)模風電和太陽能的100%、低成本全部利用的難題。使我國具有全球重大比較優(yōu)勢的大規(guī)模風電和光伏電100%、低成本進入電網,實現(xiàn)風、光產業(yè)綠色、高效、爆發(fā)性增長，使可再生能源對電網的貢獻率輕松達到40%以上，徹底解決我國的能源與環(huán)境的后顧之憂并全面達到世界先進水平,實現(xiàn)全國10年基本不需要再建大型火電廠,20年不需再建核電站。
四、今后打算
項目組還在進行以下技術和應用工程研究，按照產業(yè)化方向發(fā)展：
——通過風光沼網電等與煤化工協(xié)同，實現(xiàn)工廠化大規(guī)模新能源煤基動物蛋白生產，走出一條徹底轉變我國食品結構與安全的特色之路，擺脫千百年來靠天吃飯的窘境，解決食品安全瓶頸，并為我國實現(xiàn)城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)一體化提供重要食品安全保障(在此基礎上探索高仿真型人工豬、牛、羊、魚肉工廠化生產，最終讓“動物走下餐桌”)。同樣，生產的動物蛋白中有一半是“風吹、日曬“而來。這為我國真正實現(xiàn)大規(guī)模退耕還林、退耕還草、退耕還牧和還我碧水、藍天、白云奠定基礎。
——用新能源(風光沼網)協(xié)同供電實現(xiàn)鎳鐵等鐵合金的綠色冶煉，節(jié)能減排、提高經濟效益;
——通過新能源(風光沼網等)協(xié)同供電與我國城鎮(zhèn)化公共事業(yè)發(fā)展相結合，走出一條中國特色城市(鎮(zhèn))污泥、污水的自然高壓、高效處理和廢水高效回用、余熱回收(供熱、供冷)的新路。節(jié)省土地40%，為實現(xiàn)市場化、商業(yè)化、產業(yè)化自負盈虧發(fā)展城市大型基礎性公共事業(yè)奠定基礎;
——通過新能源/煤多能源系統(tǒng)整合發(fā)展，走出一條中國特色非石油的烯烴產業(yè)路線，為下游近千種經濟建設和人民生活必需品生產提供優(yōu)質基礎原料。同樣，這些產品有一半也是“風吹、日曬”而來;
我們將堅持科技創(chuàng)新、開放合作，組建產業(yè)聯(lián)盟，完善產業(yè)鏈條，全力打造國家級新能源關鍵技術研發(fā)和裝備制造基地，為我國的新能源技術創(chuàng)新與產業(yè)化助推高耗能產業(yè)轉型升級做出更大貢獻。
正是因為國家“973”計劃，在能源4.0方面，中國走在了前列。此次大會的召開也說明了中國已經擁有了能源4.0方面的發(fā)言權。
工業(yè)4.0是工業(yè)和信息的深度融合，那么能源4.0就是能源跟信息的深度融合。前所未有的信息技術正在滲透世界的每一個角落，世界上的能源結構將出現(xiàn)重大轉型，這就是我們所說的能源4.0。就好像工業(yè)4.0并不是某種新設備、新機器的發(fā)明，而是整個工業(yè)系統(tǒng)在運作方面的升級一樣，能源4.0在不在于某種“新能源”的開采和運用，而在于整個能源系統(tǒng)的升級。
早在2014年召開的2014第六屆世界非并網風電與能源大會上，國家發(fā)改委產業(yè)經濟與技術經濟研究所、國家發(fā)展改革委能源研究所、國家“973”計劃大規(guī)模非并網風電項目組就共同舉行了新能源技術創(chuàng)新與產業(yè)化助推高耗能產業(yè)轉型升級重大研究成果新聞發(fā)布會，發(fā)布非并網多能源協(xié)同供電和能源互聯(lián)網高耗能產業(yè)技術的重大突破。世界風能學會麥加德主席，國家發(fā)展改革委宏觀經濟研究院馬曉河副院長、能源研究所韓文科所長、產業(yè)經濟研究所王昌林所長、國家“973”計劃大規(guī)模非并網風電項目首席科學家顧為東院長及其團隊骨干、世界風能領域及相關領域專家學者和企業(yè)代表共計200多人出席發(fā)布會。
一、項目背景回顧
2007年7月，以江蘇省宏觀經濟研究院顧為東院長為首的團隊，申報我國重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”計劃)能源領域“大規(guī)模非并網風電系統(tǒng)的基礎研究”項目，經過三輪答辯，獲得科技部立項(編號：2007CB210300)，顧為東院長為首席科學家，這是我國“973”計劃能源領域第一個風電項目。
項目主要研究風電不并網，使之應用于經過改造能夠適應風電波動的高耗能產業(yè)。這是首席科學家顧為東1980年開始研究，并建立模型，1984年連續(xù)發(fā)表論文，歷經30多年不懈研究完善，上升為國家“973”計劃重點研究項目。
在顧為東帶領下，項目組經過7年研究及產業(yè)化工作，基礎理論取得重要突破，揭示了風電應用于海水淡化、油田抽油、電解鋁、制氫等生產過程運行規(guī)律，把握了內部機理以及新能源與高耗能產業(yè)之間的耦合關系，擁有完整的自主知識產權，并建立了示范工程。如在江蘇大豐建成非并網風電日產百噸和萬噸海水淡化示范項目;在遼河油田、大慶油田建成非并網風電抽油示范項目;風電電解鋁方面，通過實驗室小試和中試，模擬新疆達坂城風電煉出第一塊鋁錠，目前正在著手建設年產1000噸鋁的風電電解鋁示范工程，為年產40—60萬噸/年風電鋁一體化項目奠定基礎;風電制氫方面，在江蘇沿海成功以風電直接制氫，進行氫燃料電池和氫內燃機汽車運行。
二、項目的戰(zhàn)略意義
項目構建的非并網風電-高耗能產業(yè)集成系統(tǒng)，將風電與海水淡化、電解鋁、制氫、煤制天然氣等相結合，是一次全新的探索和嘗試，在世界范圍內屬于技術首創(chuàng)。如非并網風電應用于海水淡化，既能解決風電上網、脫網、棄風等難題，又能將綠色能源直接應用于電解鋁、制氫、煤制天然氣等高耗能產業(yè)，可以減少網電所用燃煤消耗，減少溫室氣體排放量，不但具有可觀的經濟效益、而且具有良好社會和環(huán)境效益。
此外，非并網風電項目組根據研究，提出將大規(guī)模高耗能產業(yè)進行技術改造、功能轉變，對電網調峰的新思路，即建立“能源互聯(lián)網產業(yè)體系”，為我國大電網配套，大幅度提高能源效率和經濟效益，也使傳統(tǒng)的高耗能產業(yè)轉變?yōu)榫G色、低碳的新型產業(yè)。這一轉變，使原來相對固化的產業(yè)結構發(fā)生了質的改變，為實現(xiàn)產業(yè)結構轉型升級奠定了基礎。
三、項目的創(chuàng)新與成果
項目在非并網風電系統(tǒng)基礎理論、非并網風電系統(tǒng)負載適應性理論、風力發(fā)電機系統(tǒng)集成以及社會科學和自然科學相融合的研究方法等方面取得了創(chuàng)新成果。
這些成果的基礎理論研究、實驗驗證及配套的技術轉化工作已全部完成。在電解鋁、氯堿工業(yè)、海水淡化、制氫、煤化工、冶金、新能源汽車等高耗能產業(yè)的重點項目與企業(yè)合作建設了一批示范工程。
——將我國占全球48.5%的電解鋁產業(yè)功能實現(xiàn)轉變，讓電解鋁企業(yè)扭虧為盈，其生產成本下降40%，經濟效益提高4-8倍以上。并可形成全球化的萬億元新型鋁電解槽的市場，占領新型電解鋁高端裝備制造業(yè)高地。
——大規(guī)模實現(xiàn)氯堿工業(yè)的功能轉變，經濟效益提高2-4倍;形成完整自主知識產權的萬億元市場的新型氯堿電解槽高端裝備制造業(yè)高地。
——新能源海水淡化可以風生水起，實現(xiàn)人類的夢想，100%使用風光等新能源實現(xiàn)大規(guī)模海水淡化，解決我國淡水缺乏的世紀難題。海上大規(guī)模風電場將變輸電上岸為直接輸?shù)习?，所有海水淡化裝備全部高度集約化、一體化和國產化裝進風機塔筒之中，裝備成本下降40%，節(jié)省土地50%以上，商業(yè)化后實現(xiàn)每噸淡水成本3-4元人民幣;形成完整自主知識產權、面向全球形成萬億元市場的新能源海水淡化的高端裝備制造業(yè)高地,也將為我國發(fā)展海洋產業(yè)和海島建設提供淡水保障。
——發(fā)展大規(guī)模新能源直接制氫(氧)產業(yè)，用超低風速直驅風機和太陽能光伏直接電解水制氫，為我國新型加氫天然氣和氫內燃機汽車、氫燃料電池(技術儲備)汽車及船舶提供強大的綠色動力;
——通過非并網多能源協(xié)同供電，實現(xiàn)煤炭多能源系統(tǒng)的清潔化利用，用新能源“嫁接”傳統(tǒng)能源，用新能源大幅度提升傳統(tǒng)能源的效率，可實現(xiàn)在同樣的煤制氣(油)的產量時，節(jié)煤50%、節(jié)水38%、二氧化碳幾乎零排放。簡言之，汽車燒的油、家里燒的氣，有一半是“風吹、日曬”而來;
——走出一條中國特色、與高耗能產業(yè)功能轉型相配套的大規(guī)模太陽能熱發(fā)電之路，系統(tǒng)運行成本可降低40%，度電成本遠低于目前的光伏電池，達到世界領先水平。
通過高耗能產業(yè)的功能轉變，使高耗能產業(yè)成為”柔性”負載,實現(xiàn)為國家大電網配套調峰，將我國以煤電為主的“剛性”電網轉變“柔性”電網，將覆蓋我國全境的電網利用率從30%提高到55%-60%，達到世界先進水平(美國電網每提高10%的利用率，年經濟效益增加1千億美元)，使全國60萬千瓦火力發(fā)電機組發(fā)電量增加30%，經濟效益增長2倍以上，同時,徹底解決我國所有大規(guī)模風電和太陽能的100%、低成本全部利用的難題。使我國具有全球重大比較優(yōu)勢的大規(guī)模風電和光伏電100%、低成本進入電網,實現(xiàn)風、光產業(yè)綠色、高效、爆發(fā)性增長，使可再生能源對電網的貢獻率輕松達到40%以上，徹底解決我國的能源與環(huán)境的后顧之憂并全面達到世界先進水平,實現(xiàn)全國10年基本不需要再建大型火電廠,20年不需再建核電站。
四、今后打算
項目組還在進行以下技術和應用工程研究，按照產業(yè)化方向發(fā)展：
——通過風光沼網電等與煤化工協(xié)同，實現(xiàn)工廠化大規(guī)模新能源煤基動物蛋白生產，走出一條徹底轉變我國食品結構與安全的特色之路，擺脫千百年來靠天吃飯的窘境，解決食品安全瓶頸，并為我國實現(xiàn)城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)一體化提供重要食品安全保障(在此基礎上探索高仿真型人工豬、牛、羊、魚肉工廠化生產，最終讓“動物走下餐桌”)。同樣，生產的動物蛋白中有一半是“風吹、日曬“而來。這為我國真正實現(xiàn)大規(guī)模退耕還林、退耕還草、退耕還牧和還我碧水、藍天、白云奠定基礎。
——用新能源(風光沼網)協(xié)同供電實現(xiàn)鎳鐵等鐵合金的綠色冶煉，節(jié)能減排、提高經濟效益;
——通過新能源(風光沼網等)協(xié)同供電與我國城鎮(zhèn)化公共事業(yè)發(fā)展相結合，走出一條中國特色城市(鎮(zhèn))污泥、污水的自然高壓、高效處理和廢水高效回用、余熱回收(供熱、供冷)的新路。節(jié)省土地40%，為實現(xiàn)市場化、商業(yè)化、產業(yè)化自負盈虧發(fā)展城市大型基礎性公共事業(yè)奠定基礎;
——通過新能源/煤多能源系統(tǒng)整合發(fā)展，走出一條中國特色非石油的烯烴產業(yè)路線，為下游近千種經濟建設和人民生活必需品生產提供優(yōu)質基礎原料。同樣，這些產品有一半也是“風吹、日曬”而來;
我們將堅持科技創(chuàng)新、開放合作，組建產業(yè)聯(lián)盟，完善產業(yè)鏈條，全力打造國家級新能源關鍵技術研發(fā)和裝備制造基地，為我國的新能源技術創(chuàng)新與產業(yè)化助推高耗能產業(yè)轉型升級做出更大貢獻。
正是因為國家“973”計劃，在能源4.0方面，中國走在了前列。此次大會的召開也說明了中國已經擁有了能源4.0方面的發(fā)言權。
