一個多月以來，兩件大事讓“能源互聯網”概念持續高熱。 先是在9月2日的APEC能源部長會議中，國家電網董事長劉振亞作了主旨為“構建全球能源互聯網，服務人類社會可持續發展”的發言。之后，中國互聯網巨頭阿里巴巴于9月19日在紐交所上市，融資近220億美元，成為全球有史以來規模最大的IPO。

如果說劉振亞董事長的講話，代表了趨勢預判的專業聲音;那么阿里巴巴的商業奇跡無疑是讓一切跟“互聯網”沾邊的東西都變得誘人起來。其中當然也包括了能源互聯網，它也被認為是“第三次工業革命”的重要組成部分。

于是，人們對于能源互聯網的熱情迅速高漲了起來：一方面，人們對其幫助解決能源領域的一系列棘手問題，寄予了極大希望。仿佛清潔能源的高效普及、可持續的能源利用、環境保護等“老大難”，都有了救命稻草。另一方面，人們也對其中蘊藏的財富價值進行了極為大膽的想象，甚至直接喊出了“下一個阿里巴巴一定出在能源互聯網”的口號。

但如果我們冷靜的對比各界對于能源互聯網的預期，與當下能源產業中科學技術、商業模式等軟硬條件的現狀，也許將得出一個較悲觀的結論：我們離真正建成一張能解決實際問題的能源互聯網，在各方面條件上都還欠缺甚多。建成在規模、商業價值上也堪比信息因特網的能源互聯網，更是難上加難。

如果將信息互聯網看做網絡本身(包括了它的硬件基礎和運行規則，作為一個平臺)與“信息”這一主要“有效載荷”(或者說“主要內容”)的結合。那么可以說其系統化程度、調配分發效率、個體間交流效率、普及程度等等方面，已經達到了相當的高度。而“能源互聯網--能量”這對組合，離到達這一高度還有一系列障礙需要克服。這些障礙中有一些是技術性的，可以隨著我們科學技術的發展被逐漸解決。但還有很多障礙是根源性的，搭建一個能源互聯網本身就比信息互聯網要困難。

本文將嘗試從建立一個具有理想功能的能源互聯網模型入手，提煉一些能源互聯網建設過程中需要滿足而尚未能夠滿足的關鍵需求。希望有助于大家更好的了解能源互聯網建設的現狀，并明確建設過程中亟待攻關的諸多問題。

首先，我們談論的的能源互聯網，到底什么樣?

由于能源互聯網這一概念還有相當大的前瞻性，其定義、架構、組成和主要功能都還在逐漸完善，業界對此尚沒有統一的標準。本文選擇美國學者杰里米·里夫金的著名著作《第三次工業革命》中的設想作為藍本。里夫金是最早提出“能源互聯網”的專家之一，他的理論基本覆蓋了當下人們對于能源互聯網各個方面的設想。

里夫金認為能源互聯網應具有以下四大特征：

①以可再生能源為主要一次能源

②支持超大規模分布式發電系統與分布式儲能系統接入

③基于互聯網技術實現廣域能源共享

④支持交通系統的電氣化，即由燃油汽車向電動汽車轉變

沿用上文中的思路，我們嘗試直接將這些應用場景中的“能量”替換成“信息”。也就是說，我們假設信息互聯網和能源互聯網在功能需求上是高度相似的，只不過“載荷”由信息換成了能量。在對這些場景的模擬中，我們可以發現哪些過程，尚無法用我們目前掌握的技術支撐。

這樣假設的合理性在于，我們對于能源互聯網的功能預期，就是系統化的解決間歇式可再生能源的調節與接入、能量生產和存儲的合理調配、定制化需求的響應等問題。這和信息互聯網對于信息的主要作用顯然是基本一致的。

所以，我們不妨將這四大特征與“信息互聯網-信息”模型中的一些場景進行對比，看看問題在哪?

①“以可再生能源為主要一次能源”：

以數據形式存在于信息互聯網上的信息，其實是非常廉價，而且幾乎無窮無盡的。因為信息除了可以從現實世界中“挖掘”(如攝制照片和視頻、撰寫或轉載新聞及其他文學作品等等)，還可以“創造”(如網絡社區和網絡游戲的用戶每天都在產生大量的信息，并引起其他人樂此不疲的進行消費)。更何況，信息本身的可傳遞性和可共享性就很強。

這是信息互聯網能夠迅速普及，并發展出成熟商業模式的重要前提。在網絡上運行的“主要載荷”或“有效內容”，其本身如果不是無窮無盡的，至少也不能“供應緊張”。網絡的展不能在這一步就遇到瓶頸。

但是，能源互聯網的主要載荷--能量(顯然電流或壓縮天然氣只是它的一個載體)，卻只能從自然界中開采。而且還存在著存量年限、成本高(相比信息而言)等等問題。

所謂巧婦難為無米之炊，要保障我們精心構建的“能源互聯網”有米下鍋，必須讓它能消化基本“無窮盡”供應的風能與太陽能。但由于這些渠道的能量供應有非常強的隨機性、間斷性和模糊性。目前將它們成功的并入電網，或用其他形式高效利用起來，還是一件很困難的事情。

有人認為德國電力產業的成功，已經說明了這個問題可以比較好的克服。但我們必須正視這樣的事實：《法蘭克福匯報》今年5月報道，德國以26.36歐分/千瓦時的平均電價高居世界各工業國電價之首。這個價格比北京市的商業電價還高兩倍左右，世界上絕大多數經濟體是走不起這條路的。

②“支持超大規模分布式發電系統與分布式儲能系統接入”

依靠PC、智能移動設備的等個人接入者，在信息互聯網接入者的數量上占絕大多數;而且由于UGC(用戶生成內容)等模式的普及，他們在信息(數據)生產量上的份額優勢也越來越大。

這種小散用戶的高參與水平，是建立在一個成熟的信息調度、整合、存儲系統上的。信息互聯網本質上是一個錯綜復雜，同時規模巨大的信息吞吐平臺。IT業者用了幾十年時間構建了一套由通訊協議、路由器、交換機、數據庫、服務器等等一系列軟硬件設施組成的龐大系統。以遍布全球的13個根服務器為支柱的高速信息網絡，是人類文明迄今為止最偉大的成就之一。

如果能源互聯網想要達到這樣的運籌水平和運轉效率，需要的技術準備只多不少：首先需要一個極強的信息流處理能力，用來預測和監視消費者的需求變化、極端不穩定的能量生產供應變化(因為接入了大量風能、太陽能等“不靠譜”的清潔能源)。在供應側，這個網絡有大量分布式能源的接入，它們小、散且波動很大;另一方面，能源互聯網消費者的數量也有著天文級的規模，他們彼此之間的消費特征同樣千差萬別。同時它還要指揮相應的能量調配部門完成上載與下載能源的分流與整合。僅實時掌握供應功率和需求功率的動態，加上短期預測，工作量就不會亞于重建一張信息互聯網。

然后，還需要一個極強的能量流處理能力。以目前被置于能源互聯網基礎地位的智能電網為例，在設想中，它需要7*24小時完成功率以億千瓦計的電流變、輸、配調節(如果我們想要一張國際能源互聯網，則需要以十億千瓦計)，而且還必須滿足實時的供需平衡(由電能特性決定)。還要再引入分布式清潔能源和市場競爭兩個超復雜的變量……

智能電網目前已經有了不少成功的案例，學界和產業界也積累了很多技術和經驗。但如果將其應用規模和功率再擴大成百上千倍，估計又要遇到數不盡的麻煩。就算技術上的問題都解決了，能否以可接受的價格在世界范圍內普及，又是一個問題。

在某些設想中，如果未來社會的電氣化程度不如預期，則需要再加上一個包括了油氣管道、煤炭運輸線路在內的億噸級物質流。

③“基于互聯網技術實現廣域能源共享”

信息互聯網的一大魅力就在于它能夠打破地域的限制，真正的實現“天涯若比鄰”。這是因為信息傳輸的門檻和成本都相對比較低。當我們以電磁場傳遞信息時，無論傳遞過程中發生了怎樣的衰變，只要接受方還能分辨出“1”或“0”的二元狀態就沒有問題;當我們以光信號(光纖)傳遞信息時抗衰變的能力就更強了。

但當我們開始依靠現有的技術輸送能量的時候，損耗問題就相當嚴重了。于是人們在運輸能量時，不得不十分原始的搬運化石燃料;或者采用特高壓等技術手段來降低損耗。這些方法要么單位成本極高(如直接運輸，這個過程本身就要消耗大量的燃料)，要么建設成本和科研成本極高(如特高壓輸電技術)。

我們目前可能覺得這筆“損耗稅”尚在可承受范圍內。但能源互聯網的應用，會使得對于長途能量調劑的需求成幾何式增長，到時這個窟窿就會大的嚇人了。

相對于信息的傳播，能量成本還是高了太多。在互聯網領域，除了視頻網站等少數企業，現在已經很少有人為帶寬不足或網絡擁堵頭疼。畢竟鋪一條跨越太平洋的海底光纜，也不過幾億美元就可以搞定。但在能源領域內，油氣管道、運煤交通線、特高壓輸電等話題永遠不會離開話題榜的前幾名。這樣的設施建設往往伴隨著龐大的資金規模，數年的建設周期，艱難的科研攻關。

總之，現在的能源互聯網基本還停留在延遲極高、資費嚇人的跨洋長途時代，離Skype或QQ視頻的境界還差的遠。

④“支持交通系統的電氣化，即由燃油汽車向電動汽車轉變”

移動互聯是目前互聯網產業的一個重要趨勢。移動互聯這個新興領域的蓬勃發展基于三項技術的突破：1.智能芯片小型化技術的普及。2.固態存儲設備小型化技術的普及。3.無線通訊技術的普及。

但是類比到能量上，就完全是另一回事了。

1.可以便攜的能量轉換裝置，要么效率太低(如內燃機)，要么太貴且用起來麻煩(如燃氣機)，要么就是我們“喂不飽”(如電機);2.儲能問題是老生常談的老大難;3.無線充電技術雖然在已經能夠給很多小的智能設備充電了，但是大規模應用上仍然問題多多，最簡單的一問：那么多電磁能量散播到空間里，輻射誰受得了?

話再說回電動車：我們給與特斯拉再多的期許與鼓勵，它的航程、可靠性等等，真能和同價位傳統的汽油車一比了么?

小結一下：能源互聯網在技術儲備上還差五個半諾貝爾獎級成果

(1)能源的光纖：大容量、低成本的能量輸送通道

華裔科學家高錕以及美國科學家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯，因在有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面(即光纖技術)取得了突破性成就，榮獲2009年諾貝爾獎。光纖的偉大之處就在于它讓信息的遠距離高效傳播成為可能。因為光信號在光纖中損耗低，衰變小，很適合遠距離傳播信息。而且其本身成本并不高。2014年8月，谷歌與中國移動等其他5家公司投資的一個跨太平洋光纜工程，投資不過三億美元，兩年即可完工。

光纖系統的意義就好比鐵軌之于鐵路，柏油之于公路。對于能源互聯網來說，目前還沒有這樣低損耗、低成本的傳輸方式。當下被人們給予厚望的特高壓輸電系統耗資巨大，技術上也不完善。同時建設周期長，桿塔、線路體積大。真正能在損耗比例上和光纖系統輸送信息媲美的超導輸電技術，更是尚處于科幻范疇。

能夠真正讓能量的傳輸，達到光纖系統傳輸信息一樣便捷、廉價的技術突破，斬獲一個諾貝爾獎并不為過。

(2)大容量、低損耗的儲能設施(硬盤)

沒有巨磁電阻效應的發現，人類就不可能將海量的數據壓縮在一塊名叫硬盤的小方盒子內。信息本身無法匯總貯存，信息革命也就無從談起。這也就是為什么2007年的諾貝爾物理學獎授予了發現巨磁電阻效應的費爾和格林，這一自然現象正是大容量數據存儲技術的基礎。但是對于能量，人們還沒有好的辦法來對它進行高密度的壓縮儲存。以至于只能以大自然原本贈與我們的形態來保存它：修建一座座巨大的煤倉、天然氣儲氣罐。

人類最夢寐以求的高密度電能存儲設備，目前還遙不可及。無論是傳統的化學電池還是新興的燃料電池，其轉換效率或儲存密度都遠遠達不能令人滿意。

如果這項技術能夠獲得突破，至少兩個能源領域的難題能夠迎刃而解。1.隨機性很強的光伏、風電等清潔能源將可以先被集中收集起來，然后再均勻的對外供出。2.電動車普及的最大障礙將被掃除。

(3)能源的海量、廉價供應方法

標題里說我們至少還差五個半諾貝爾獎，那為什么小標題只有四個?因為一個“能源的海量、廉價供應方法”，至少值三個“諾大頭”獎牌。

2007年度諾貝爾化學獎授予了德國化學家格哈德·埃特爾(Gerhard Ertl)，理由是他發現了哈伯-博施法合成氨的作用機理。而之前，1918年，德國化學家弗里茨·哈伯已經因為發明合成氨方法而獲得諾貝爾化學獎。1931年，卡爾·博施又因為改進合成氨方法獲得諾貝爾化學獎。

合成氨正是化肥生產的技術基礎。這項技術突破顛覆性的提升了人類糧食生產的效率水平(糧食生產本身就是一個能量收集、轉化的過程，從太陽能到生物質能)。

而能量的大規模、高效率的生產搜集技術，其意義比化肥只高不?。喝绻f化肥只是讓農作物的生長速度、光合作用水平提升了;那么能源量的大量廉價供應將使得農業完全脫離“靠天吃飯”的尷尬狀態。在工業、物流業和服務業中占比巨大的能源成本也將被大幅削減，直接提升人類社會發展的速度和加速度。

雖然目前最被看好的能量來源是光伏與風電等清潔能源，他們在理論上是“廉價、海量”供應的。但從“生物能(牲畜、人力)-化學能(燃燒化石能源)-物理能(聚變與裂變核能)”的科技史規律來看，以后真正能擔起重任的將會是核能。因為它寓于更高層次的物質規律，在宇宙空間中的基礎也更廣泛。畢竟光伏和風能歸根結底都來自太陽的能量，而太陽的能量來自其內部的核聚變反應。

(4)智能、可靠的能量調度、分配機制(路由器與通訊協議)

對于一個智能且可靠的能量調度、分配機制，最重要的可能不是其硬件設施。而是規范它運行的數學模型、運行邏輯。它需要雄厚的數學和其他自然科學技術基礎來支撐。

就像前文提到的那樣，能源互聯網需要整合的信息資源碎片化、隨機化嚴重;對處理的效率和可靠性也要求極高;同時規模空前。諾獎的評獎規則可能很難照顧到這方面的重大突破，但是一旦出現能夠真正解決問題的成果，一個菲茲獎、高斯應用數學獎或圖靈獎，一定不用愁。

除此以外，在商業環境、推廣環境上，能源互聯網也會有一些軟性的問題，試舉一例：

互聯網行業目前很喜歡提的一個詞是“顛覆式創新”。意思是通過互聯網行業在技術、效率上的優勢，砸掉傳統行業中低效運行部門的飯碗。就像余額寶對銀行、淘寶對線下商城、亞馬遜對書籍出版商、網絡媒體對紙媒那樣。

我們會發現，這種情況在國內發生的遠比在國外多。因為國內社會中有很多很多的行業，由于歷史原因發展的并不健全，比如銀行業、零售業、山寨手機，所以會很快被支付寶、淘寶、小米式互聯網手機這樣的后來者嚴重威脅。而在國外，雖然也有亞馬遜重塑出版業這樣的經典案例，但是總的來講還是少得多。這是因為國外如零售、銀行這樣的傳統產業成熟度很高，經營水平和科研實力也不俗。

那么這些對于能源互聯網發展的指導意義是什么呢?如果說信息互聯網帶來的洗牌，威脅的既得利益者是零售、出版等等傳統行業的巨頭;那么能源互聯網所帶來的這輪洗牌，將直接針對一些完全不同概念的龐然大物：油氣及其他能源巨頭。

雖然“西方世界的各大油氣巨頭過去幾十年操縱了無數場戰爭”之類的觀點大多數被當成了陰謀論。但是一個誰也不能否認的事實是：這些巨頭與我們之前提到的那些零售業、出版業或制造業巨頭，在影響力和資本實力上，要高出不止一個級別。

這就帶來兩個問題。問題一：如果這些巨頭不愿意見到能源互聯網蓬勃發展，甚至主動設置障礙來阻止其發展，那么我們對于能源互聯網的愿景要如何實現?

問題二：如果這些能源巨頭也認可了能源互聯網的重要意義，那么他們顯然將能夠輕而易舉的獲得游戲規則的制定權，甚至能夠完全按照自己的意愿操控這個強大的公共設施。那么這樣的能源互聯網還會是我們所憧憬的那種么?

總結：

經過上面這些對比，我們不難發現：我們所設想的能源互聯網應用功能，很好的切中了能源領域目前的幾個發展瓶頸，如分布式清潔能源的并網難、儲能難、能量的調配與輸送難等等。但同時，能源互聯網這一概念的前瞻性和理想性，也就必然導致它離現實應用還有一段距離。

概括來講，能源互聯網建設的難題可以歸結為三點：

1.多流并行：信息流+能量流。能源互聯網要同時保證兩種載荷的交錯運行，并且要求必須高效、海量，成本還要控制在可普及的程度。

2.基礎性技術缺失：對于信息流，大數據、云計算等能夠應對能源互聯網需求的先進技術，多數還在成熟過程中。對于能量流，能量的儲存、高效運輸技術，還遠遠達不到普及能源互聯網所需的程度。

3.市場條件不好：能源互聯網建設成本高，周期長，且洗牌效應明顯。其節能環保的效果預期遠離很多人的生活，尤其是某些擁有雄厚技術和資本實力的西方國家。還有一些能源稟賦較好的國家，對現在國際社會上的節能減排努力都不溫不火，更不要提積極參與能源互聯網建設這樣耗資巨大、可能削弱自己競爭力的事業了。

本文列舉了很多能源互聯網建設過程中的困難和障礙，但筆者并不認為這足以讓我們停下腳步。在互聯網的發展過程中，也有很多重要的突破是伴隨著發展逐漸展開的。如果我們不去積極的推進，用需求來刺激研究，那滿足所求的可能性只會更小。、

【特約作者，李司陶，華北電力大學】