随着社会的快速发展，能源 需求越来越大。大量使用化石能 源造成了严重的环境污染，影响 可持续发展。无碳、清洁的风能 和太阳能等可再生能源的作用越 来越重要，可以满足经济社会对 能源的需求。能源互联网的构建， 可以实现能源的区域配置与协同 调节。可再生能源与能源互联网 相结合，可以实现社会的可持续 发展。

世界能源利用现状
    随着能源消耗越来越多，化 石燃料已不能够满足人类生存发 展的需求，世界能源消费总量在 今后很长一段时期内将始终保持 高速增长。随着经济发展，世界 一次能源需求量已经从1965年的 53.8亿吨标准煤增加到2013年的 181.9亿吨标准煤，预计到2030年 可达到230亿吨标准煤，2050年达 到250亿～270亿吨标准煤。化石 能源储量有限，大规模的开发必 然导致储量迅速减少，随着后期 开采成本的增加，运输配置时的安全性、政治性与经济性压力增 大，能源的开发、配置和利用方 式将面临巨大的挑战。随着化石 能源的减少，资源需求和供应之 间的矛盾将制约人类经济社会的 可持续发展。
    北美洲、欧洲和大洋洲，能 源消费增长较慢，消费量占全球 比重持续下降，但却是人均能源 消费水平最高、能源消费最密集的地区。随着亚洲、南美洲和非 洲人口规模较快增长及工业化、 城镇化不断发展，其能源消费占 全球比重将较快增加。自2003年 后，亚太地区能源消费总量已超 过欧美地区，成为全球能源消费 总量巨大、增速最快的地区。就 中国而言，由于经济和社会处于快 速发展期，化石资源消耗与电力需 求迅速增加，据统计，1990—2013 年间，中国能源消费量年均增长 6.0%，新增能源消费量约占同期 世界新增能源消费总量的47.4%， 预计到2020年，中国电力总装机 容量将达到1186吉瓦。
    化石能源的大量使用会引起 环境污染和气候变化。全球平均 温度升高，酸雨、空气污染、水 污染、土地污染等已成为不争的 事实。化石燃料燃烧是温室气体 排放的主要来源，因化石燃料而 产生的二氧化碳占人类活动排放 的温室气体的56.6%，由此造成的 温室效应对人类的生存发展和生 态环境构成极大的威胁。1850— 2010年，大气中二氧化碳的浓度 越来越高，增长的速度越来越快 （图1），因此需要采取有效措施， 降低二氧化碳排放。
    化石能源的燃烧除了引起 温室效应外，还会导致严重的雾 霾(PM2.5)污染和二氧化硫等污染 物。2014年底，环保部、中科院、 中国工程院联合发布了北京、上 海、哈尔滨、济南、石家庄和天 津等六个重点城市的PM2.5来源解 析，研究显示六个城市PM2.5来源 的60%~70%与化石能源密切相 关。中国、印度和四个发达国家 的PM2.5情况对比（图2），可以发 现中国的雾霾污染情况相当严重。 二氧化硫等酸性污染气体的排放会 导致酸雨，酸雨会对生态环境和 人们正常生产生活造成破坏，2013 年对中国降雨pH值进行统计发现， 中国国内的降雨普遍呈酸性。

清洁替代
    2016年11月4日《巴黎协定》 正式生效，要求将全球平均气温 较工业化前水平升高控制在2摄氏 度之内，并为把升温控制在1.5摄 氏度之内而努力。因此，各国必 须努力减少温室气体排放，坚持 走绿色、低碳、可持续发展的道 路，所以，必须改变能源利用结 构，采用可再生能源作为替代能 源是减少碳排放、改善环境质量 的关键举措。
    风能和太阳能具有绿色、清 洁和可再生性，资源总量丰富， 能够满足人类和社会发展的需要， 是重要的可再生能源。风能和太 阳能转化为电能之后，可以实现 能源的高效利用。
   
    风能
    风电具有众多优点。它是一 种干净清洁的可再生能源；风电 技术日益成熟，产品可靠性高， 能源可用率达95%； 风电成本 低，投资规模灵活，适合单台和 多台机组安装。现阶段风电装备 制造技术日益成熟，风能利用效 率、技术水平和系统友好性等不 断增加。随着风电技术不断进步 和开发规模的持续增加，风电成 本有望接近甚至低于化石能源发 电成本。
    中国地域广阔，海岸线长， 风力资源丰富。风电技术可开发 量每年约20万亿千瓦时。中国的 风能资源主要集中在两个地带： 一是“三北地区丰富带”，包括东 北、华北、西北地区；二是东部 沿海风带，主要是沿海数十公里的海岸和海道。2012年6月，中国 超过美国，成为世界上最大的风 电装机大国。
    但是电场位于偏远的地区， 远离经济发展快、工业发达和人 口密集的地区，因此需要解决电 能的输运和就地消纳问题。由于 风电的不稳定性和不可控性，所 以需要解决风电对电网的冲击和 稳定性问题。

    太阳能
    太阳能是太阳辐射能，是世 界上资源量最大、分布最广、开 发潜力巨大的清洁能源。太阳每 年辐射到地球表面的能量约116万 亿吨标准煤，远远大于2013年世 界一次能源消耗量181.9亿吨标准 煤。中国太阳资源丰富，太阳能 的开发利用潜力巨大，全国三分 之二的土地年累计日照时间超过 2200小时。西藏、青海、新疆、 甘肃、宁夏和内蒙古高原属世界 太阳资源丰富地区，特别是西藏 西部的年累计太阳总辐照量高达 8399 兆焦/平方米。
    太阳能发电是太阳能高效利 用的最主要方式。太阳能发电技 术包括太阳能光伏发电和太阳能 光热发电技术，其中光伏组件转 换效率约为16.5%，光热电站的转 换效率为14%。光伏发电技术比 较成熟，已经进入大规模商业开 发阶段。根据国际能源署发布的 光伏应用趋势报告，截至2015年 底，全球太阳能光伏装机容量累 计超过228吉瓦，占全球电力需求 的1.2%以上。根据中国国家能源 局数据，2015年，中国新增太阳 能光伏装机容量为15.15吉瓦，累 计总装机容量达到43.5吉瓦，首 次超越德国成为全球最大的太阳 能光伏国家。太阳能光热发电技 术，从2008年开始进入快速发展 期，但与光伏发电相比，发电规 模还很小。2014年全球新能源发 展报告指出，截至2013年底，全 球已建成光热项目363万千瓦，在 建200万千瓦，中国已建光热项目 2.1万千瓦，在建项目17.0万千瓦。 2016年中国公布了光热发电的上 网电价为1.15元/千瓦时，这将有 利于中国光热发电技术发展。

电能替代
    电力是清洁的、高效的二次 能源。电力对于人类的进步和社 会的发展具有重大的促进作用。 随着经济的快速发展，人类对电 力的需求越来越大，1990—2013 年，全世界发电装机总容量由27.6 亿千瓦增加到57.3亿千瓦。2013年 中国发电装机容量达到12.58亿千 瓦，占世界装机总容量的22.0%， 年发电总量5.37万亿千瓦时，占世 界总发电量的23.9%。电能利用率 高达90%，远远高于化石能源的 利用效率。
    电能替代是指在能源的消 费形式上，使用电能代替化石能 源进行直接消费，提高电力作为 二次能源的使用比例。电能替代 的重点是“ 以电代煤、以电代 油、电从远方来、来的是清洁 电”。“以电代煤”和“以电代油” 是从消费终端代替化石能源的消 耗，从而减少环境污染；“电从远 方来”是由于负荷中心和能量资 源逆向分布，所以需要电网的远 距离、高负荷输送；“来的是清洁 电”是使用清洁替代的必然结果， 只有使用清洁能源，电能替代才 会实现低碳化，才是环境变化的 根本出路。电能替代，可以推动 能源向清洁化、便捷性、安全性 方向发展。

构建能源互联网
    能源互联网是由美国经济学 家里夫金提出，他认为可以通过 互联网技术与可再生能源相融合， 将全球的电力网变为能源共享网 络。能源互联网是以电力系统为 核心，以智能电网为基础，以接 入可再生能源为主，采用先进信 息技术、通信技术、电力电子技 术等，实现电能的协调控制，实 现不同区域间的能源互补。在能源互联网中，能源基础设施与信 息网络系统相互耦合，形成信息 物理系统。
    能源互联网的建设需要完成 多个目标任务，即实现可再生能 源供应和消费比重的提升，实现 各市场主体的无差别可靠接入， 实现能源和信息的共享运营，实 现产业体系的全面构建。简而言 之，能源互联网将互联网技术与 可再生能源融合，构建一个新型 的能源网络，实现能源互联互通、 信息实时交换，从而降低能源成 本，提高能源效率，促进能源低 碳化、清洁化、便捷性发展。
    目前，国内外学术界和工业 界对能源互联网的总体架构尚未 达成共识。结合我国实际，能源 互联网的发展应通过学习成功经 验，结合基本国情，反复实践， 探索适合我国的能源互联网架构 方式。在此，笔者认为，我国的 能源互联网首先进行基础设施建 设，包括分布式能源、储能技术、 智能电网等技术的普及和发展， 然后逐步开放电力交易市场，基 本建立电力交易的市场体制，接 着实现电力系统的逐步完善，实 现配电的智能化，在2020—2030 年期间建立一个中级能源互联网， 先实现国内能源互联网的建设。

可再生能源与能源互联网结合
    全球能源互联网是落实全 球能源观、实现“清洁替代”和 “电能替代”的重要载体，在能源 互联网发展过程中，要坚持“清 洁发展”和“全球配置”。为了促 进能源互联网建设，满足日益增 长的能源需求，实现经济、社会、 生态环境的可持续发展，需要增 加风能和太阳能的利用，将风能 和太阳能转换为电能，然后通过 能源互联网进行配置，提高可再 生能源在能源消费结构中的比例。
   为了促进可再生能源与能源 互联网的结合，需要解决两者之 间存在的技术和政策问题：
     （1）需要促进可再生能源发 电技术的创新，包括风能发电、 太阳能发电等技术创新，提高能 源转换效率，降低发电成本。
     （2）促进电网技术的发展和 创新，电网技术是能源互联网的 基础设施。研究适合能源互联网 的特高压输电技术、直流电网技 术、微电网技术、分布式电网技 术等。
     （3）可再生能源具有不稳定 性，因此储能技术是新能源发电 技术的难点。促进储能技术的发 展，提高系统的稳定性和适应性。
     （4）促进信息技术的发展， 实现交互式实时通信，满足能源 的协同控制。
     （5）做好国内和国际间的技 术交流、规划设计和政策支持， 稳步推动可再生能源的发展和能 源互联网的建设。 可再生能源的发展和能源互 联网建设，是解决能源需求问题 和环境污染问题的必由之路。实 现两者的结合发展，必然会实现 经济和社会发展的低碳化、清洁 化和可持续发展的长远目标。
     （作者系中国科学院电工研 究所太阳能热利用研究部博士）