第三节 基于资源劣势及开发利用难题的可再生能源开发利用理论

一 可再生能源资源劣势及开发利用面临主要问题的衍生理论

国内外在开发利用可再生能源过程中，都面临诸多问题与挑战。例如，阿尔及利亚开发利用可再生能源面临的挑战主要来自公共意识及接受度、研究与发展、教育与推广、政府的参与、技术转移、金融优惠政策。再比如，沙特阿拉伯开发可再生能源资源的障碍主要包括：对化石燃料能源（包括石油天然气和电力等）的巨大补贴，公众对可再生能源认知的缺乏，可再生能源技术的高成本，微型可再生能源系统能力问题，可再生技术方面缺乏政策和补贴或金融激励，缺乏可靠的气象数据，缺乏性能、耐用等方面的可靠信息和具有成本效益的可再生技术，在审美方面缺少可接受的可再生能源应用，缺乏私人部门的利益相关者或可再生能源企业家。

这些问题有些是可再生能源资源自身弱点导致的，有些则是尚处于初级阶段的可再生能源开发利用难以避免的。

从可再生能源资源禀赋特点角度来看，可再生能源中的风能、太阳能、潮汐能等能源具有资源供给不稳定、能源密度低、无法运输与存储等弱点；生物质能也存在难以运输、难以存储等缺点；水能面临资源开发殆尽问题；地热能主要受区域地质条件限制，并不是任何地方都有可供利用的地热资源。

可再生能源具有能量密度小、供给不稳定的缺点，给城市的能源安全供给带来不确定性，这就催生了可再生能源安全供给理论；由于资源密度低，可再生能源资源的实际可开发量同理论储量往往有巨大的差距，这便产生了可再生能源理论储量与实际可开发量理论、资源弱势理论等；可再生能源密度低、不便运输催生了分布式与集中式能源理论。要应对这些缺点，关键是实施能源多元化，重视可再生能源的存储、转化，重视发展智慧能源，这又产生了转化与存储理论、多能互补理论、综合开发理论、智慧能源与能源互联网理论等。

绝大部分可再生能源及其开发利用过程都是清洁的，但也有一些可再生能源的开发利用（如垃圾发电等）存在环境污染问题及风险，因此，就产生了相对清洁理论。应对这些问题，需要积极应用生态理论、环保理论、低碳理论等。

传统能源应用体系是基于化石能源的，开发利用可再生能源就必然遭到原有系统的排斥，这就产生了系统排斥理论、能源替代理论、柔性与硬性替代理论及系统集成理论等。

目前，可再生能源开发利用主要面临成本、技术与政策三大问题与挑战。在成本方面，由于目前可再生能源开发利用的成本高，其相对于化石能源缺乏市场竞争力，处于“市场失灵”状态，要从“市场失灵”发展到“市场机制主导”，就要降低可再生能源开发利用成本。降低成本则主要依赖技术的进步，这就产生了技术领先理论。在技术方面，中国可再生能源技术水平同国外接近，难以采取常规的跟踪发展模式，需要加大自主创新力度。在政策方面，体系不完善、政策执行效果差等，也都属于长期存在的问题。

专栏1-1 可再生能源开发利用面临的悖论

近年来，世界各国都在大力开发利用可再生能源，主要是出于能源价格、能源安全和环境保护、增加就业等方面的考虑。但在开发过程中，这些理由同现实之间存在一些悖论。

（1）理论储量与实际可开发利用量的差异。理论上讲，单单是太阳能就可以满足全世界2850倍的能源需求，风能可满足全世界200倍的能源需求，水力可以满足全世界3倍的能源需求，生物质能可以满足全世界20倍的能源需求，地热能可满足全世界5倍的能源需求。但由于可再生能源资源分散，实际的可开采量远远低于理论储量。

（2）前些年的观点认为，常规化石能源（特别是石油）价格不断上涨，光伏、风电等可再生能源最终会成为质优价廉的能源。但近年来，石油价格的快速下跌，以及页岩气的出现，使这一观点的立足点面临挑战。

（3）传统观点认为，常规能源依赖进口，而且总有枯竭的一天，开发利用本国的可再生能源可保障能源安全。但实际上，可再生能源本身存在的供给不稳定等因素，给大规模开发利用可再生能源区域的能源安全带来不确定性。

（4）一般观点认为，因为可再生能源是低排放甚至零排放的清洁能源，因此其有利于减少温室气体排放，但可再生能源产品（如多晶硅）的生产过程会消耗大量能源并带来一些污染。特别是树木有着碳固定的作用，如果大规模开发利用生物质能，会导致碳排放的大量增加。

（5）一些观点认为，开发利用可再生能源，能带来大量绿色就业岗位。但同时，也有观点认为，这些绿色就业岗位的成本是很高的，而且由于绿色电力等可再生能源产品价格较高，本身也会造成大量失业。

（6）能源效率与分布式能源。根据传统效率理论，规模化有利于提高能源利用效率，而一般情况下分布式能源规模相对较小，不利于提高能源利用效率。

二 可再生能源理论储量与实际可开发量理论

对于一座城市或一个区域来说，可再生能源资源的理论储量往往很大，但受城市或区域规划建设等因素的影响，实际可开发量大都又很有限。因此，在开发利用可再生能源时，一定要科学测算当地可再生能源的实际可开发量，而不应片面受理论储量诱导。

1．资源量评价

对可再生能源资源量采用三类指标来评价。

第一类是实物量指标，直接衡量资源物理存量和现有技术经济条件下的可利用量。

第二类是市场指标，利用市场指标因子反映可再生能源资源量的利用情况。

第三类是综合经济指标，反映多因素对可再生能源资源利用状况的协同影响。

（1）实物量指标。该指标主要包括以下几种。

一是理论蕴藏量，指理论上地区每年可能拥有的可再生能源资源量。

二是可获得量，指通过现有技术条件可以转化为有用能的可再生能源资源数量，因此，可获得量是一个与技术密切相关的实物量指标。同一种可再生能源资源因转换的技术路线不同而有不同的可获得量。为此，用资源最大可获得量和技术基准可获得量两个指标来反映技术对资源利用的影响。

资源最大可获得量＝满足现有能最大限度转换资源技术参数要求的理论资源量×收集系数

技术基准可获得量＝满足某一技术路线的基本参数要求的理论资源量×收集系数

技术基准可获得量与资源利用的具体技术路线密切相关，反映的是某一技术对资源的利用能力。

三是可利用量，指实际可以用来进行能源生产的可再生能源资源量。

可利用量＝可获得量×可利用系数

四是能量密度，能量密度＝可再生能源资源的区域总资源量/区域面积。

这是一个用于反映资源丰度的指标。这一指标越高，表明区域内的能源资源越丰富。当资源量分别取理论蕴藏量、可获得量和可利用量时，对应有理论能量密度、可获得资源能量密度和可利用资源能量密度。合理确定区域面积是这一指标准确反映资源质量的保证。

五是有效供能时间，能源资源供应在时间维度上的持续性是反映资源质量的另一项重要参数，在风能资源的评价中其作用尤为显著。

（2）经济可承受量。对特定地区，结合当地的实际情况（如不同的资源获得代价、不同的补贴政策等），同一种技术路线可能会带来不同的产品成本，进而导致不同的产品价格。这些都影响用户对可再生能源资源产品的接受度。如果按照某一种技术路线开发的资源产品超出了本地消费者的承受范围或愿意承受范围（接受水平），该种资源实际上不会得到开发利用。经济可承受量便是在成本、价格指标的基础上结合当地的实际情况建立的衡量指标。它只反映用户的接受度对资源开发的影响，并不反映生产的经济性。

经济可承受量＝可利用量×接受系数

接受系数＝接受水平以上的能源产品数/总的可能能源产品开发数

（3）综合经济指标。综合经济指标与实物量指标和经济可承受量指标不同，它不是一个标量，而是一个向量。它用一组数字表明一种状态，反映多因素制衡下的资源利用情况，故较之经济可承受量指标更为稳定。

2．生产率分析

可再生能源资源的可再生性并非等同于无限制地利用，影响其生产率的参数主要包括转换技术的效率、可利用资源量和潜在用户市场。对可再生能源资源的利用率具有决定影响的是生产条件，包括设备技术性能和现实条件下实际可被利用的资源量等。在进行规划时必须弄清这些限制因素，以避免过高估计可再生能源资源的利用率。

3．经济性分析

经济性分析主要是从边际成本、生命周期成本、资源租金、合理经济规模的确定等角度进行分析。

边际成本的确定。可再生能源生产的经济性评价也要借助边际成本的概念。但区别于不可再生能源边际成本是能源生产累计量的函数，可再生能源的边际成本与生产技术及市场条件有关。受生产规模及市场开拓率的影响，其边际成本并不是单调上升的。一般初期投资高昂，随着生产规模的扩大，成本逐渐下降，到达最低成本后，在条件最有利的地区该技术将被广泛采用，以后要想超过这一规模扩大市场供应，就要将技术应用于条件不太有利的地区，这会导致成本上升。

生命周期成本。由于可再生资源技术具有初期投资高、运行费用低、燃料费实际等于零的特点，在评价其经济性时，使用生命周期成本显得尤为重要。

资源租金。资源租金在不可再生资源评价中表现为矿山使用费或贫化租金。对可再生资源而言，虽然一块地上的资源可以定期再生不会枯竭，但不同区域的资源状况和开发条件有差别。一些生产者由于使用了优质或中等资源，生产成本低于竞争者，因此获得的超额利润应转移给资源所有者，作为资源所有权在经济上的部分体现，这就形成了可再生能源的资源租金来源。

合理经济规模的确定。合理的生产规模对可再生能源生产的经济性有较大的影响。借助最小经济获利开发量和最大经济获利开发量确定形成规模开发的区间，并对此进行定量描述和评价。

三 市场失灵理论

1．概念与特点

市场失灵理论认为，完全竞争的市场结构是资源配置的最佳方式，但在现实经济中，完全竞争市场结构只是一种理论上的假设，理论上的假设前提条件过于苛刻，现实中是不可能全部满足的。由于垄断、外部性、信息不完全和在公共物品领域仅仅依靠价格机制来配置资源无法实现效率——帕累托最优，市场失灵出现了。

传统狭义的市场失灵理论认为，垄断、公共物品、外部性和信息不完全或不对称的存在使得市场难以解决资源配置的效率问题，市场作为配置资源的一种手段，不能实现资源配置效率的最大化，这时市场就失灵了。当市场失灵时，为了实现资源配置效率的最大化，必须借助于政府的干预，这实际上已经明确了政府干预经济的边界。不过现代广义的市场失灵理论又在传统狭义的市场失灵理论的基础上提出市场不能解决的社会公平和经济稳定问题也需要政府出面化解，从而使得政府的调控边界突破了传统的市场失灵领域而大大扩张。一方面政府干预经济领域的扩张说明政府在市场经济中的作用越来越大，另一方面政府的企业性质又要求必须对政府的行为加以规范，以提高政府的管理效率。

当前，可再生能源的开发利用成本普遍高于化石能源，如果完全依赖于市场，可再生能源的开发利用很难取得进展。

2．理论基础

一般来说，“导致市场失灵的因素主要有缺乏需求、价格波动性和风险、协调失败等”。而目前可再生能源市场失灵的主要原因是成本因素。当前，除核能、水能外，其他类型可再生能源的开发成本普遍高于化石能源，导致可再生能源的市场竞争力较弱，成本成为制约可再生能源大规模普及的重要因素。

3．理论应用

目前，大量研究都倾向于认为，到2020年，太阳能、风能将取得竞争优势。这一分析主要是基于化石能源成本逐步上升或不变得出的，但如果化石能源成本出现大幅度下滑，例如，国际原油、煤炭价格持续下跌，美国大规模利用页岩气导致天然气价格大幅度下降，可再生能源取得成本优势的时间将大幅度后延。因此，在可再生能源开发过程中，成本问题将是长期需要优先考虑的问题。

根据市场失灵理论，当市场失灵时，政府应主动出来治理市场的失灵。但在降低成本的路径上，政府需要引导可再生能源企业降低成本，而不是一味帮助企业降低成本。这样的成本降低才具备可持续性。

当可再生能源在未来取得市场竞争优势时，市场失灵理论将逐步被市场驱动理论所取代。根据目前的发展趋势，这个时间区间应该为2020～2030年。

专栏1-2 可再生能源竞争力持续提升

彭博新能源财经（BNEF）指出，风能和太阳能的经济优势已超越化石燃料。在德国和英国，即使没有政府补贴支持，风电也已成为目前最经济的发电能源。2014年，依赖政府补贴的风电首次成为美国最便宜的发电能源；太阳能发电虽稍有落后，但其成本也迅速下降，特别是那些与融资相关的新项目。

过去两年里，全球可再生能源比化石燃料和核工业提供了更多的新发电能力，绿色工业革命迅速在世界各地展开。

国际能源署（IEA）最新发布的报告预计，未来5年（从2015年开始），可再生能源将成为最大的电力增长单一市场，预计将新增700吉瓦。可再生能源发电技术成本大幅下降，新兴经济体不断加大这方面的投入是促进全球可再生能源快速发展的主要原因。

可再生能源得以广泛利用并使化石燃料利用率被降低，当属首次。追溯成因，一旦太阳能或风能项目建成，其发电的边际成本几乎为零，而煤、天然气等发电项目仍需要不断消耗化石燃料。随着越来越多可再生能源设施的建成，煤电和天然气发电将逐步被替代，而在减少使用煤和天然气的同时，它们的发电成本又进一步上升。电力公司毫无疑问会倾向于成本更低的选择，随之而来的是更多的可再生能源项目上马，自我强化的良性循环由此形成。

BNEF分析称，可再生能源和传统化石燃料利用率发生逆转，有两大因素不可忽视。其一，这证实了可再生能源在发电市场的崛起不可抵挡。风能、太阳能以及新电池系统可以搭配可再生能源来代替一些燃料发电工厂。另据BNEF的统计，风电和太阳能发电只占美国总电力的一小部分——在2014年大约为5%，但其产量一直在以指数级速度增长。其二，这种转变揭示出电力公司投资煤炭和天然气发电的风险大大提高。过去一直以固定的高利用率计算成本，但是现在，任何人在考虑投资数十亿美元电厂时还必须考虑到，随着时移世易，电厂的使用率也许会日趋下降。

可再生能源的进一步推广，使得传统使用化石燃料的电厂开工率出现下降，化石燃料的利用率也随之下降。在这种情势下，最终的结果是，煤电和天然气发电变得越来越昂贵，利润也将难以预测。

IEA表示，在过去几年中，太阳能与风电等可再生能源的发电成本大幅下降，其与化石燃料或核电厂的发电成本差距日渐缩小。这种发电成本的下降，以及新核电厂的价格趋于稳定，有助于控制过去几年内发电成本的上涨。

BNEF2015年6月发布的一份报告指出，风能将率先成为最便宜的能源，随后将会被太阳能超越。BNEF预期，到2040年，风力发电开发成本将会在现阶段成本的基础上下跌32%，太阳能发电开发成本则将下跌48%。由于目前风电价格已经相当有竞争力，10年之内，风能将会成为全球范围内最便宜的能源。不过，到2030年，太阳能将取而代之，成为最便宜的能源。

根据IEA发布的数据，2015年，利用天然气、煤炭和核能发出的基荷电力的平均成本约为0.1美元/度，而太阳能发电的成本则从2010年的0.5美元/度降低至0.2美元/度。这些成本考虑了发电设施在全生命周期内的投资、燃料、维修和拆除费用，以及在不同的国家和工厂之间的广泛差异。例如，调查结果显示，商业化的屋顶太阳能装置在比利时的成本约为0.31美元/度，而在西班牙则约为0.17美元/度。

IEA总干事比罗尔指出：“正因为水电、太阳能发电和风电等成本的不断下降，再加之国家政策的支持，能源供应危机最严重的非洲地区才迎来了解决当地电力危机的新机遇。因为，只有具有价格竞争力的可再生能源才可能替代传统的化石燃料，成为全球能源供应的主角。”

四 邻避现象

1．概念与特点

邻避现象的英文是“Notin My Back Yard”，简称为“NIMBY”，即一般所谓的“不要在我家后院”，指的是当国家推行某些对社会整体而言是必要的政策时，政策的目标地区却强烈反对把当地作为政策目标的草根运动。邻避现象展现出特定的大众自我矛盾的态度：原则上赞成政府的施政目标，但该目标的预定地不能与“我家后院”相邻。邻避现象广泛存在于兴建监狱、工业区、游民收容所、核电厂等许多领域。

在对待可再生能源问题上，公众也普遍存在邻避心态。尽管公众都认识到开发利用可再生能源的重要性，但如果涉及个人的使用（如可再生能源汽车），则犹豫观望。有研究表明，“即使政府做了大量的工作，包括大量公共领域的示范应用，但对个人行为的影响极其有限”。

最典型的就是对待城市垃圾焚烧发电的态度，几乎每个人都认为，垃圾焚烧发电有利于解决城市面临的“垃圾围城”问题，但几乎每个人都希望不要建在自己家旁边。再比如，在对待可再生能源汽车的态度上，也出现了“叫好不叫座”的悖论。

2．理论基础

在可再生能源开发利用领域，导致邻避现象的原因主要有两方面：一是可再生能源成本高，目前参与开发利用不合算；二是可再生能源虽然属于绿色能源，但自身依然存在污染问题。

水能方面。最被诟病的是大水电的兴建，其对生态、人文以及社会结构的破坏是极为惊人的。所以在全世界对“可再生能源”定义中，水力是只有小水力（小于20兆瓦）。

风能方面。在风力发电的过程中，最为人诟病的是噪声。同时，规划不当的风机也可能会危害其外围栖息鸟类或途经候鸟。

生物质能方面。若利用生物质能的方式是燃烧，则在燃烧过程中，可能会释放出有害健康的物质，如氮氧化物、二氧化硫以及粉尘等。此外，针对种植供给生物质能的经济作物，其所使用的农地可能会与种植粮食作物的农地产生冲突，也可能会跟需要保护的生态敏感地冲突。

3．理论应用

要打破公众对待可再生能源的邻避心态——理念上认可可再生能源，但不愿意亲身实践这一问题，关键是要让公众从中获益，至少自身利益不受到损害。

首先，要降低可再生能源成本，依据市场规律引导公众接受可再生能源；其次，在开发利用可再生能源初期，要重视发挥公共事业单位的示范作用；最后，重视生态理论、环保理论，不能因为可再生能源是绿色能源就忽视环保问题。

五 资源弱势理论

1．概念与特点

可再生能源资源具有分散性的特点，对于一个区域或一座城市来说，相对于能源消费需求来说，如果当地可再生能源资源的可开发量严重不足，该地就属于资源弱势区域或城市。

尽管每座城市都拥有可再生能源资源，但对于很多可再生能源资源不太丰富的城市来说，可再生能源如同“鸡肋”，不开发可惜，开发利用后却难以大规模发展，且需要付出较大的成本。

对于中国绝大多数城市政府来说，能源安全是一个遥远的话题，低碳主要是一种姿态，经济效益及环境改善才是切实的目标。开发可再生能源目前在经济上不合算，但城市又需要开发可再生能源，一是国家总体战略的推动，二是城市改善环境的需要。面对如同“鸡肋”的可再生能源，绝大多数城市选择了“雷声大、雨点小”的策略。口号喊得很响，但实际工作又做得很少。

2．理论基础

可再生能源不仅能源密度低、分布范围大，而且分布不均匀。下文以中国的太阳能、风能为例进行阐述。

中国太阳能资源分布的主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；关于太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，全国基本上表现为南部低于北部；由于南方多数地区云、雾、雨多，在北纬30°～40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，辐射总量高于586k J/（cm2·a），是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件。在四、五类地区太阳能资源虽然仍有一定的利用价值，但价值不大，对这些区域的城市来说，开发利用太阳能如同“鸡肋”。

在风能资源方面，除一、二、三类地区的城市外，其他区域的城市要么根本不具备开发风能的条件，要么开发风能如同“鸡肋”。另外，在地热、生物质能等可再生能源的开发利用方面，也普遍存在这一问题。

3．理论应用

对于大多数在可再生能源资源方面处于弱势的城市来说，在建设新能源与可再生能源城市时，不宜建设“太阳能城市”“风能城市”等资源型城市。而应将重点放在应用上，建设“可再生能源建筑应用城市”“可再生能源交通应用城市”等。

对于资源弱势城市来说，其可以通过外购可再生能源电力、氢能等二次可再生能源成为可再生能源城市。同时，综合开发各种可再生能源，也是资源弱势城市建设可再生能源城市的重要路径。

专栏1-3 中国太阳能、风能资源分类

1．中国太阳能资源分类

根据太阳能辐射量，全国大致上可分为五类地区。

一类地区。全年日照时数为3200～3300小时，辐射量为670～837×104k J/（cm2·a），相当于225～285千克标准煤燃烧所发出的热量。一类地区主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区，与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏，地势高，太阳光的透明度也好，太阳辐射总量最高值达921k J/（cm2·a），仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位，其中拉萨是世界著名的“日光城”。

二类地区。全年日照时数为3000～3200小时，辐射量为586～670×104k J/（cm2·a），相当于200～225千克标准煤燃烧所发出的热量。二类地区主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。这些地区为我国太阳能资源较丰富区。

三类地区。全年日照时数为2200～3000小时，辐射量为502～586×104k J/（cm2·a），相当于170～200千克标准煤燃烧所发出的热量。三类地区主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。

四类地区。全年日照时数为1400～2200小时，辐射量为419～502×104k J/（cm2·a），相当于140～170千克标准煤燃烧所发出的热量。四类地区主要包括长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。

五类地区。全年日照时数为1000～1400小时，辐射量为335～419×104k J/（cm2·a）。相当于115～140千克标准煤燃烧所发出的热量。五类地区主要包括四川、贵州两省。这些地区是我国太阳能资源最少的地区。

2．全国风力资源分类

2009年，国家发改委出台的《关于完善风力发电上网电价政策的通知》（发改价格〔2009〕 1906号），按风能资源状况和工程建设条件，将全国分为四类风能资源区。

Ⅰ类资源区：内蒙古自治区除赤峰市、通辽市、兴安盟、呼伦贝尔市以外其他地区；新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市、伊犁哈萨克族自治州、昌吉回族自治州、克拉玛依市、石河子市。

Ⅱ类资源区：河北省张家口市、承德市；内蒙古自治区赤峰市、通辽市、兴安盟、呼伦贝尔市；甘肃省张掖市、嘉峪关市、酒泉市。

Ⅲ类资源区：吉林省白城市、松原市；黑龙江省鸡西市、双鸭山市、七台河市、绥化市、伊春市，大兴安岭地区；甘肃省除张掖市、嘉峪关市、酒泉市以外其他地区；新疆维吾尔自治区除乌鲁木齐市、伊犁哈萨克族自治州、昌吉回族自治州、克拉玛依市、石河子市以外其他地区；宁夏回族自治区。

Ⅳ类资源区：除Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类资源区以外的其他地区。

六 系统排斥理论

1．概念与特点

系统排斥理论是指，原有的化石能源供给系统与消费系统对可再生能源的开发利用将产生排斥。

如果可再生能源系统同原有化石能源系统兼容性高，受到的排斥将较小，反之，受到的排斥就越大。可再生能源电力可以利用原有电网系统，受到的排斥就小些。而在交通领域，由于新能源汽车难以通过原有化石燃料汽车改造而成，受到的排斥就大得多。

2．理论基础

国家、区域及城市原有化石能源系统由于有完整的体系，要利用可再生能源，原有的基础设施、产品往往需要经过大规模的改造，甚至淘汰，这必然带来大量成本问题。同时，原有化石能源系统的既得利益者一般也会本能地产生排斥反应。

从供给侧来看，在电力、热力、燃料三个领域中，电网公司出于对成本、安全等问题的考虑，将对绿色电力产生排斥。在燃料领域，由于可再生能源燃料供给不足，市场需求不足，石油公司也大都抵制可再生能源燃料。在热力领域，供暖公司即使被迫采用清洁燃料，也往往优先选择天然气，而排斥生物质能等可再生能源。

从需求侧来看，在建筑、交通、工业三个领域中，由于成本问题，可再生能源建筑一体化一直举步维艰。在交通领域，大量的现有化石能源交通工具对可再生能源产生较大的排斥。在工业领域，由于绿色电力成本较高，绝大多数企业并不愿意接受。

3．理论应用

在建设新能源城市过程中，为减少原有化石能源系统的排斥，需要尽量利用现有化石能源系统，避免完全淘汰现有基础设施及设备。

在选择城市类型时，那些原有化石能源系统薄弱的城镇更容易被建成可再生能源城镇。因此，在新型城镇化建设过程中，应积极按照开发利用可再生能源的需要进行规划布局，以免又形成对可再生能源产生巨大排斥的化石能源系统。

七 多能源互补（综合）开发理论

1．概念与特点

多能源互补（综合）开发理论是指，在可再生能源开发过程中，要重视能源的多元化，通过多能互补开发利用、综合开发利用等模式，保障能源的安全供给。

一是多能互补开发利用（又称组合开发利用、混合开发利用）。由于一些可再生能源存在资源供给不稳定的缺点，为弥补这一劣势，在开发利用可再生能源时，可以把几种可再生能源组合起来开发利用。主要包括两种类型：一是从输入能源的角度来看，同时输入两种及两种以上可再生能源资源，如风光互补路灯、风光互补发电厂、太阳能沼气池等；二是从输出能源的角度来看，同时输出两种或两种以上能源类型，如热电联供、冷热电联供等。

多能互补开发利用不仅能稳定能源供给，而且能提高能源利用效率。如Claudia Palmas等的研究认为，太阳能和风能的混合使用能提高每公顷能源的产量。

二是综合开发利用（又称能源多元化）。综合开发利用是指一个区域要同时开发利用多种可再生能源，原因就在于，在有限的空间内，可再生能源开发利用的规模一般较小，单一的可再生能源开发利用难以满足当地的需求。

2．理论基础

一个区域要大规模开发利用可再生能源，将面临能源安全供给问题，并且其不同于传统化石能源的安全供给风险。原因在于，太阳能、风能等主要可再生能源资源供给不稳定，需要能源的时候可能没有能源，不需要的时候可能产生大量能源。

太阳能的缺点主要有：分散性，到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高；不稳定性，由于太阳能受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模开发利用增加了难度，使得太阳能开发利用不仅效率低，而且成本高。

风能利用也存在一些限制因素及弊端，主要包括：风速不稳定，产生的能量大小不稳定；风能利用受地理位置限制严重；风能的转换效率低；风能是新型能源，相应的使用设备也不是很成熟。只有地势比较开阔、障碍物较少的地方或地势较高的地方才适合用风力发电。

3．理论应用

多能互补开发利用能通过发挥协同效应克服可再生能源自身供给不安全的缺点。在可再生能源的开发利用过程中，要重视以下几个方面：一是多种能源混合开发利用，充分发挥各种能源的协同效应，如风电互补；二是能源来源多元化；三是低密度能源与高效率能源相结合。其中，比较常见的混合开发模式有“太阳能-生物质能混合开发模式”“太阳能-氢能混合开发模式”“风能-太阳能-生物质能混合开发模式”“地热-生物质能混合开发模式”等。

4．可再生能源与化石能源互补开发

公众对于“绿色革命”的理解通常有一些偏差，以为“绿色革命”就是指新能源，如太阳能、风能等。事实上，“绿色革命”还包括“绿色的生产方式”或者“地球更能承载的方式”，如洁净煤技术，即利用“绿色技术”对传统能源进行“绿色革命”。对于人类而言，在未来很长一段时间内，新能源和传统化石能源不是取代和被取代的关系，而是互相补充的关系。

当前，在人们所生活的环境和人类的日常生活中，化石能源仍然是产生电能的首选。在实现完全利用清洁能源之前，人类仍然需要传统能源，并需将其改良。

在可以预见的时间内，在世界的大部分地方，无论是传统的化石能源还是可再生能源，二者都很难单独满足人类的能源需求。因此，将二者对立起来是一种错误，应该将二者结合起来进行开发利用。未来太阳能和煤、天然气以及其他能源构成一个多能互补的体系就是一个发展方向。

以热水器为例。由于电能热水器漏电、燃气热水器通风不好，二者都会产生危险，太阳能热水器也有自身的缺点，采取“多能互补能源集成”就能有效弥补各种不足。从发展趋势来看，将来的热水器产品将是燃气、电能、太阳能和空气能等多种能源合一的产品，这既可以解决各种能源热水器本身的短板，又符合节能环保的要求。

多能互补能源集成的热水器并非简单地将燃气、电能、太阳能和空气能进行叠加，当阴天的时候太阳能不好使就使电能，停电的时候就使燃气。而是要将这些能源有机整合，促使它们优势互补，这需要在技术层面做出新突破。

八 转化与存储理论

1．概念与特点

可再生能源资源的主要缺点是不便运输、存储，主要应对措施是立足于本地化开发，重视转换与存储路径，并采取组合开发技术，以弥补可再生能源的这些弱点。

转换就是针对可再生能源不便存储、不便运输的缺点，把可再生能源转换成其他类型或形态。

类型转换是指能源的化学形态发生变化，例如，将风能、太阳能转换成电能，利用可再生能源电力制氢气。江苏省一项目自主研发并应用了世界首套（台）大规模风电直接提供负载的孤岛运行控制系统，在没有任何网电支撑的情况下，由1台风力发电机、3组储能蓄电池及1台柴油发电机构成的微网系统，能为海水淡化系统直接提供稳定电源，有利于解决海岛等偏远地区的淡水供应问题。

形态转换是指可再生能源的物理属性发生变化。例如，生物质能具有密度小且较松散，运输和贮存、使用不方便的缺点。由于能源密度低，远距离运输成本很高，因此，生物质能的开发利用都有一个距离半径问题，一般要求在50公里以内。而转变生物质能的物理形态，把农林废弃物加工成生物质固体颗粒，就有利于运输。

存储与转换是密切相关的，要存储不便于存储的可再生能源资源，往往需要先转换其物理或化学形态。例如，利用可再生能源制氢气，既是对可再生能源类型的转换，又是对可再生能源的存储。

存储、转换技术是可再生能源开发利用的核心技术。因此，近年来，出现了大量的相关研究，如丹麦索伦森教授所著的《可再生能源的转换、传输和存储》，同时，相关技术也取得了很大的进步。

2．理论基础

可再生能源资源普遍存在能量密度小、不便运输、供给不稳定等缺点，需要转化成二次能源。尽管二次能源的产生不可避免地要伴随着加工转换的损失，但是它们比一次能源的利用更为有效、更为清洁、更为方便。因此，人们在日常生产和生活中经常利用的能源多数是二次能源。电能是二次能源中用途最广、使用最方便、最清洁的一种，它对国民经济的发展和人民生活水平的提高起着特殊的作用。

对于可再生能源电力来说，转换与存储的价值更加明显。尽管国家一再出台政策强调国家电网全额接入可再生能源电力，但由于电网接纳能力及经济等因素，可再生能源电力并网一直是一大难题，导致风电“弃风”、光伏发电“弃光”、水电“弃水”问题突出。把不能上网的电力就地转换成氢能等二次能源存储起来，能有效缓解可再生能源电力的并网压力。

以氢能的转化与存储问题为例。利用多余的可再生能源电力制氢，是可再生能源开发利用的重要途径。在德国，这种将氢储能应用到可再生能源电网的策略已经开始执行。目前，德国采用低于兆瓦规模的小型电解槽来储存过剩的风电。

除了德国外，美国也在研究和测试氢储能技术。目前美国还没有将该技术正式应用到商业市场里，但美国多数发电公司和研究所都在对该技术进行研究和改进。美国能源部通过虚拟电网对氢储能技术的测试已经持续了很多年。美国国家可再生能源实验室（NREL）携手卓越能源公司（Xcel Energy）共同研究的“风能与氢”项目就是对氢储能技术进行研发的一个典型案例。该示范项目设在美国国家风能技术中心，同时结合风力涡轮机和光伏方阵以及电解器系统来生产氢。

3．理论应用

要克服可再生能源不便存储、运输的缺点，就需要把可再生能源转换成便于运输、容易存储的新形态。比如，把太阳能、风能转换成电能，把生物质加工成固体燃料颗粒，利用富裕的可再生能源电力把水转换成氢能等。

同时，还要重视可再生能源存储技术的发展。没有高效率、低成本、小型化的存储技术，风电、太阳能发电将长期受并网难等问题的困扰，从而制约相关行业的快速发展。例如，为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但蓄能是当前太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

在未来的智慧能源体系中，随着可再生能源的大量装机并网，新一代的智能配电网的应用，储能技术本身成本的快速下降，中国的可再生能源存储领域也会得到快速发展。

专栏1-4 如何解决可再生能源不稳定性

随着价格的不断下降，可再生能源发展潜力受到其不稳定性的限制，因为发电在很大程度上依赖天气变化，要是没有采取合理的措施来改善这种波动性，可再生能源的未来发展趋势将令人担忧。

国际能源署（IEA）可再生能源部门的高级分析师塞德里克·菲利伯特，负责聚光太阳能发电（CSP）政策分析，是国际能源署可再生能源技术路线图的主要作者。针对可再生能源资源的不稳定性，塞德里克·菲利伯特指出可通过以下四种途径解决。

能源存储

除了技术复杂性，在理论上能源存储可通过简单方便的机制实现——在晴天或大风天，储能系统会存储过剩的能量，并在能源需求量增长的时候进行释放。

目前储能功能主要是通过抽水蓄能的方法实现的，其能源存储量占世界能源存储容量的99%，目前没有其他的存储方式可进行如此大规模的操作。但是这种情况很可能在未来几年发生改变，因为使用各种智能能源存储技术更节约成本。例如，正在使用的大容量电网规模储能电池能够管理可再生能源对电网贡献的变量，调节电网频率。

全面了解区域电力系统

第二个稳定电力输出的方式就是将一个区域的所有电力系统视为一个整体，不断建设、补充、加强整个电力网络。电站责任人可以建立新的发电设施，以配合整个地区的宏观需求而不只是满足一个特定社区的需求。

智能软件

虽然我们在天气预测方面已经取得了长足进步，但是只要看到当晚天气预报员尴尬地表示天气预测再次出错时，就会意识到其实我们对天气预测的准确性还没有那么高。但好消息是，我们也不会差太远了。西班牙就为我们提供了有力佐证，其天气预测失误率减少了35%。

先进的软件，加上更可靠的天气预报，将使运营人员更好地管理机器，提高电力输出。例如，在风能丰富的情况下，运营人员会被告知要将风力涡轮机“开满档”以充分利用风能。在风力极强的情况下，运营人员反而会被警告关闭机器，以防止机器损坏，从而节省维护和修理成本及减少停机时间。

电网互联

通过对发电厂进行更加多元化的组合可减少波动性：南方的电力可用于北部；西部风力发电可用于东部等。电厂分散在广阔的区域，如果能实现高度互联，一个电站总是能补充另一个电站的电力不足。区域电网互联度越高，电力输出将会越多。

虽然我们将永远无法控制天气，但我们可以更好地预测天气，这反过来又确保了可再生能源的准确性和可持续性，使我们向一个更清洁的能源未来过渡。

九 分布式能源与集中式能源理论

1．概念与特点

分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，是将用户多种能源需求以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

分布式能源的主要特点是平民化（大众化）、个性化、门槛低、交互性、高效、双向，但其质量参差不齐、可靠性低。分布式能源是分布在用户端的能源（电、热、冷）综合利用系统，以小型化和模块化为标志，通过就地生产、就地使用、就地控制，减少对远距离能源的依赖，降低输配送成本，提高能源利用效率。分布式能源的基本内涵是“藏能于民”。

当前，分布式能源系统有五个发展趋势：翻新、升级和扩大现有机构或多用户的分布式能源系统（“遗留系统”），建立单用户系统（如大学或医院），把现有单用户系统升级和扩大到周围机构，为大规模发展新区建立新系统，为现有区域安装新系统。

集中式能源是指，在太阳能、风能、地热能等可再生能源资源丰富地区，进行大规模的开发利用，如集中式风电厂、集中式太阳能发电厂等。集中式能源一般投入大、占地大，同时能源供给规模大，效率也高。

在开发利用可再生能源过程中，需要分布式开发与集中式开发的密切结合。

2．理论基础

分布式能源具有的一些特点能够弥补集中式能源的缺陷，如：通过一次能源的综合利用和梯级利用提高能源利用效率，减少能源消费和污染排放；提高能源供应的可靠性和稳定性；提供用户一种更经济的用能选择。因此，解决能源资源制约问题的根本出路是发展可再生能源，而可再生能源发展的主要途径是分布式结构和能源服务的联结。

尽管可再生能源普遍适用于分布式能源技术，但一些可再生能源资源丰富，且地广人稀的区域，更适宜发展集中式能源。而且，对于一些可再生能源资源相对不足的城市或区域来说，集中式能源（如风力发电厂）是重要的二次能源来源地。因此，需要把城区可再生能源的分布式开发与城郊可再生能源资源丰富区域的集中式开发，或者外购集中式开发的可再生能源等多种途径密切结合起来，以满足建设可再生能源城市的需要。

3．理论应用

分布式能源不仅是应对可再生能源缺点的重要方式，也是公众参与可再生能源开发利用的重要基础及途径。

分布式能源系统是分布在需求侧的能源梯级利用以及资源综合利用的可再生能源设施。因此，需要在需求现场根据用户对能源的不同需求，采取针对性措施，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效率的最大化。

分布式能源采用先进的能源转换技术，有利于减少污染物的排放，并使排放分散化，便于周边植被的吸收。因此，要利用分布式能源污染物排放量小、排放密度低的优势，实现主要排放物资源化再利用，如排放气体肥料化。

建设分布式能源，需要重视先进信息技术的应用，通过采用智能化监控、网络化群控和远程遥控技术，实现现场无人值守。同时，也要重视建设以能源服务公司为主体的能源社会化服务体系，实现运行管理的专业化，以保障各能源系统的安全可靠运行。

分布式开发原理并不意味着把可再生能源的集中式开发和分布式开发对立起来，这两种模式是相辅相成、因地制宜的。太阳能、风能资源分散的大部分地区比较适合分布式能源模式。但甘肃河西走廊、内蒙古等风能、太阳能资源丰富的地区适合走集中式开发之路。

因此，在可再生能源的开发利用方面，需要坚持“集中式与分布式并重、集中送出与就地消纳结合”的原则。

专栏1-5 分布式能源

分布式能源系统的概念是从1978年美国公共事业管理政策法公布后，在美国开始推广，然后被其他发达国家所接受的。分布式能源系统是位于或临近电力负荷中心，功率在几十千瓦到几十兆瓦内模块式地分布在负荷附近的清洁环保发电设施，能够经济、高效、可靠地发电。

分布式能源在英语中对应的专有缩略名词有以下几个：DER、DP、DG。中文文献通常对它们不加区分（个别中文文献将DG、DP、DER分别译成分布式供能、分布电力、分布式能源资源），但在一些美国的报告或文献中，它们所指的范畴是不完全相同的。Anna Monis Shipley和R.Neal Elliott对DG、DP、DER进行了更为详细的定义。

DG是指存在于传统公共电网以外任何能发电的系统，原动机是包括内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池、小型水力发电系统以及太阳能（风能、垃圾及生物能）等在内的发电系统。

DP是指包含所有DG的技术，并且能通过蓄电池、飞轮、再生型燃料电池、超导磁力储存设备、水电储能设备等将电能储存下来的系统。

DER涵盖更加广泛的概念，被定义为：在用户当地或靠近用户的地点生产电或热能，提供给用户使用。它包含了DG与DP所有的技术，并且包含那些与公共电网相连接的系统，用户可将本地的多余电能通过连接线路，出售给公共电力公司。

组成分布式能源系统的发电系统具有如下特点：一是高效地利用发电产生的废能生产热和电；二是现场端的可再生能源系统；三是包括利用现场废气、废热及多余压差来发电的能源循环利用系统。

从分布式能源的概念及特点来看，这种能源利用模式比较适合可再生能源。在可再生能源城市规划过程中，要重视利用分布式能源理论，规划建设分布式能源系统。

根据用户的特点可将分布式能源大致分为楼宇型、区域型和产业型三种类型。楼宇型主要针对单一的楼宇型用户，建筑规模相对较小，系统比较简单，用户的用能特点和规律差异不大，用户的负荷随季节和工作生活规律而变化。这类联供系统目前应用数量最多，建筑面积在一般在几十万平方米以内，用户包括办公楼、商场、酒店、医院、学校、居民楼等。在楼宇型系统中，微燃机和燃气内燃机发电机组得到广泛的应用。区域型指在一定区域内多种功能建筑构成建筑群，建筑群内的不同功能建筑的能量需求有显著差异，其负荷种类、用能规律、负荷变化曲线都有所不同，需要考虑负荷的“同时使用系数”，该类型联供系统规模较大，总建筑面积可以为几十万到一二百万平方米，一般应用较大功率的燃气内燃机和燃气轮机发电机组，可采用多台机组并联或若干能源站组成的微网。区域型用户包括商务区（含商场、酒店、办公等）、金融区（金融中心、办公等）、机场、火车站、大学、新城（含部分住宅）、综合社区等。产业型指产业相对集中的工业园区、高新技术区、经济开发区等。产业型区域中有较多的工业企业和蒸汽负荷，更多采用大容量燃气轮机热电联产机组，包括燃气-蒸汽联合循环热电联产装置。

十 智慧能源与能源互联网理论

1．概念与特点

智慧能源就是指拥有自组织、自检查、自平衡、自优化等人类大脑功能，满足系统、安全、清洁和经济要求的能源形式。智慧能源的主要特征是把能源的开发利用同互联网结合起来，构建能源互联网。

能源互联网是指用先进的传感器、控制程序和软件应用程序，将能源生产端、能源传输端、能源消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来，形成能源互联网的“物联基础”。

2．理论基础

能源互联网具有一些能有效应对可再生能源资源弱点的特点：一是支持分布式，鼓励能源就地生产、就地消纳，减少能源远距离输送；二是支持稳定性较差的可再生能源接入；三是双向互动性，相当一部分市场参与者，既是能源的生产者，又是能源的消费者。

近年来，伴随着美国未来学家里夫金《第三次工业革命》一书的出版，能源互联网的概念在国内逐渐被炒热。里夫金认为，第一次工业革命使19世纪的世界发生了翻天覆地的变化；第二次工业革命为20世纪的人们开创了新世界；第三次工业革命同样也将在21世纪从根本上改变人们的生活和工作。未来，每一处建筑都会变成能就地收集可再生能源的迷你能量采集器。将氢和其他可储存能源储存在建筑里，利用社会全部的基础设施来储藏间歇性可再生能源；未来，利用互联网技术将全球的电力网转化为能源共享网络，其工作原理就像互联网一样；未来，汽车、公交车、卡车、火车等构成的全球运输模式，将发展成由以插电式和燃料电池型等可再生能源为动力的运输工具构成的交通运输网；未来，数百万的家庭住房、办公场所、大型商场、工业技术园区既可作为发电厂，又可以作为住所；未来，家庭居民可以在自己的房顶上安装太阳能电池板，这些电池板能生产出足够的电力，满足房子所需的电能，如果有剩余，则可以出售给发电厂。

3．理论应用

能源互联网建设的重点主要集中在三个方面。一是实现多种能源之间、能源供需双侧的充分协调互动，提高能源资源利用效率。二是实现集中式能源开发与分布式能源开发的相互融合，提升对清洁能源的接纳能力，提升传统化石能源开发利用的精细化程度，提升系统的清洁低碳发展水平。三是让用户在不同能源种类上具备自主选择权，在用户端形成更为广泛的需求侧响应行为，配合分布式能源的开发利用，形成新的经济增长点。

2016年3月1日，中国国务院等三部门发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，旨在推进能源互联网发展。该意见提出，营造开放共享的能源互联网生态体系，建设基于互联网的绿色能源灵活交易平台，支持风电、光伏、水电等绿色低碳能源与电力用户之间实现直接交易。其中，新的能源建设供应体系的建设是该文件的重头戏，其具体意见主要有如下三点：一是要推动可再生能源生产智能化，鼓励建设智能风电场、智能光伏电站等设施及基于互联网的智慧运行云平台，实现可再生能源的智能化生产；二是推动集中式与分布式储能协同发展，推动在集中式新能源发电基地配置适当规模的储能电站，实现储能系统与新能源、电网的协调优化运行；三是加快推进能源消费智能化，加强电力需求侧管理，普及智能化用能监测和诊断技术，加快工业企业能源管理中心建设，建设基于互联网的信息化服务平台。

专栏1-6 全球能源互联网对世界能源发展有哪些积极影响？

全球能源互联网对世界能源的供给和保障将产生哪些影响？

全球能源互联网让能源供给更充裕。到2050年，全球每年可生产出66万亿度清洁电能，充沛的电能将照亮世界每一个角落；每个人都能以可接受的成本获取能源供给。在充足的能源支撑下，人类巨大的物质需求得到充分满足，比如，大量收集的雨水、人类排放的污水等都被转化为清洁且价格低廉的淡水，满足社会的用水需求。

全球能源互联网让能源保障更可靠。通过发展清洁能源，未来世界能源可实现低成本、充足供给；全球配置的能源市场将建立秩序井然的能源供需调节机制；能源发展将较少地受到金融操控、商业投机、地缘政治等因素的影响，这可以避免价格暴涨暴跌。

全球能源互联网让能源平台更坚强。特高压和智能电网技术让能源互联网覆盖世界每一个角落，能源供给不再有盲区和空白。水电、风电、太阳能发电等集中式和分布式电源的大规模接入，实现供用电关系的灵活转换。依托大电网控制技术、信息通信技术等，可精确预测用电负荷，动态调整电力系统结构，保障跨国跨洲电网安全稳定运行。电网抵御风险的能力提高，能够更高效地应对台风、地震等灾害及外力破坏。

全球能源互联网对清洁能源利用将产生哪些影响？

全球能源互联网让清洁能源开发更高效。连接大型基地与负荷中心的特高压大通道的建成，使全球可再生能源资源得到充分发掘。世界各地相隔千里的水电、风电、太阳能发电装置联合运行，可以最大限度地提高资源开发利用效率，实现共赢。

全球能源互联网让清洁能源配置更高效。依托全球能源互联网，大规模的电力能够以光速在全球高效传输配置，不再局限在国内、洲内，实现东西半球跨时区补偿、南北半球跨季节调节，大幅减少全球总装机规模。在全球能源互联网的紧密联系之下，未来全球成为一个“能源村”，能源配置更便捷、更高效。

全球能源互联网让清洁能源消纳更高效。未来，依托全球能源互联网，各大洲实现互联互通，大电网突破了清洁能源富集地区当地消纳能力有限的制约，将消纳范围扩大至全球，从根本上消除“弃光”“弃风”“弃水”问题。依托大数据，全球能源互联网搜集、整理、分析各个能源消费终端的信息，实现各种能源优化调配，最大限度地避免浪费和低效利用，能源得到更高效使用，发挥更大作用。

全球能源互联网对能源开发将产生哪些影响？

依托全球能源互联网，“两个替代”得以全面实施，清洁能源实现大发展，清洁电力得到全面应用，绿色低碳能源成为新时尚。到2050年，清洁能源占一次能源消费比重提高至80%，成为世界主导能源。

能源开发实现清洁替代。为应对气候变化，化石能源开发将受到严格控制，并将逐步被清洁能源替代。未来，传统的燃煤电厂逐步退役，集中式、分布式清洁能源得到大规模开发，千万千瓦级的水电、风电、太阳能电站集群在峡谷、高山安家，各种分布式电源广泛分布在城市、农村，以清洁能源为特征的能源生产革命在全球兴起。

全球能源互联网对能源生产消费将产生哪些影响？

依托全球能源互联网，能源消费实现电能替代。到2050年，全球实现电力普及，人人可获得电力，非洲等曾经贫困地区的人们，告别薪柴取能的时代，直接跨入电气化社会。电锅炉、电采暖、电制冷、电炊具和电动交通应用等广泛实现，热水、烹饪、采暖、空调、照明、灌溉等人类生活所需越来越多地通过电力解决，清洁电能基本上可满足绝大部分用能需求，交通、建筑、工业等重点领域的能耗水平显著降低。工业领域大范围推广实施煤炉、油炉改电炉以及电加热设备，告别烟囱林立。公路上奔驰的汽车超过90%由电力驱动。到2050年，电能占据终端能源需求的半壁江山，比重达到52.2%。人类进入了“电力无处不在”的电气化新时代。

依托全球能源互联网，能源生产消费实现双向互动。在全球能源互联网背景下，互联网、物联网、移动终端、云计算、大数据等众多先进的信息通信技术与能源电力技术紧密融合，电网更加智能化，推动能源消费从单向被动接收的用电方式，向双向互动、灵活智能化用电方式转变。电力公司可实时了解每个用户甚至每个用电设备的用电信息并掌握其用电规律，针对用户特点开展灵活、高效的需求侧响应工作，引导用户改变用电行为，提供更加优质的用电服务；用户可以及时掌握自己的用电状况、电力价格等信息，主动参与城市及社区的用电管理，实现对用电的精益化管理。全球成千上万的建筑物、汽车、工厂等传统意义上的能源消费者，也成为能源的生产者，成为全球能源互联网的交易主体。

十一 相对清洁理论

1．概念与特点

清洁能源，即绿色能源，是指不产生污染物、能够直接用于生产生活的能源。清洁能源的含义包含两方面的内容。一是可再生能源：消耗后可得到恢复补充，不产生或极少产生污染物，如太阳能、风能、生物能、水能、地热能、氢能等。二是非可再生能源：在生产及消费过程中尽可能减少对生态环境的污染，包括使用低污染的化石能源（如天然气等）和利用清洁能源技术处理过的化石能源，如洁净煤、洁净油等。

所谓“相对清洁理论”是指，可再生能源之所以被称作清洁能源，主要是相对污染较大的传统化石能源来说的，而不是因为自身的绝对清洁。

2．理论基础

可再生能源在产业化及推广应用过程中也存在一些污染问题，并不是绝对的“清洁”或“零碳”。

（1）水能对生态环境的影响。从总体上看，作为清洁能源的水电的科学利用，本身是对环保的巨大贡献，但水电开发是对自然形态山川的改造，会对植被、河流形态、水生物、水质等环境因素产生不同程度的影响。因此，在小水电开发中，不少地区出现了规划和管理滞后等问题，整体开发规划缺失，不进行规划环评，即使进行了环评，也不完全执行环评的要求，滥占资源、抢夺项目、无序开发，造成江河断流、水土流失和生态破坏等问题。

（2）风能对生态环境的影响。风能对生态环境也有一定的影响，除对原有生态景观造成破坏外，对一些地方的动植物也有不利影响。比如，在草原上，巨大的风车阵有可能杀死大量飞禽，而这些飞禽除路过的候鸟外，也有当地鼠类的天敌，老鼠由于缺少天敌，其危害会大大增加。同时，风车转动时产生的噪声对当地的生态环境也会造成不利影响。

（3）太阳能利用过程中的生态环境问题。太阳能本身是清洁能源，但太阳能电池生产过程中会产生大量污染，特别是多晶硅生产环节会出现副产物四氯化硅，而四氯化硅具有强腐蚀性。如果回收技术不成熟，光伏组件生产过程中产生的这些大量有毒物质会造成污染。同时，由于目前光伏发电系统大多用铅酸蓄电池作为储能设备，如果处置不当，其废弃物对环境有很大的破坏。因此，从某种意义上说，光伏产业属于“高能耗”（提炼一吨多晶硅要消耗16万度电）、“高污染”企业，由于中国光伏产业的技术水平较低、产能较小，处理能耗和污染的能力还很低，带来的污染问题也很明显。

（4）生物质能开发对环境的影响。除生态风险外，生物质能开发也存在排放污染问题。比如，使用生物乙醇燃料时排放到大气中的乙醇，容易变为乙醛，而乙醛非常容易起化学反应，被认为对人体健康有害。再比如，如果发电厂的技术不过关，垃圾焚烧发电过程中排放的二英，将给周围的环境带来很大的危害。

3．理论应用

在开发利用可再生能源过程中，也不能忽略生态环境问题。在一些特殊情况下，环境生态问题也可能严重制约可再生能源的开发利用，比如，城市垃圾发电带来的环境污染问题就导致垃圾发电厂选址困难，往往选址地点一规划，就招致当地民众的抗议。因此，在可再生能源的技术创新、人才队伍建设、资金投入、政策建设等领域，也不能忽略可再生能源的污染问题。