倪維斗：協同利用中國可持續能源系統芻議

　　■ 節能是能源可持續發展的根本出路，人類要抑制自身用能的“胃口”，要使節能成為一種先進文化，一種社會道德，一種世界觀，一種生活方式。

　　■ 從現在到2050年，中國需利用1000億～1100 億噸標準煤，這龐大的煤炭總量如何利用好將是嚴重挑戰，必須作好頂層設計的戰略安排。

　　■ 調動一切可用能源，以能源多樣性來應對挑戰。根據能源產業鏈，要發展各種能源資源自身及和其他能源資源的協同，轉換過程的協同，儲運和供應過程的協同，以及在終端利用中的協同。

　　■ 在中國現有條件下，以煤為核心的高碳能源協同利用并和各種能源的協同是低碳發展的關鍵。就目前來看，“IGCC+多聯產+CCUS”是一個戰略方向。

　　■ 協同的指導思想是：把合適的能源放在合適的地方，在合適的系統中與其他能源有合適的協同，發揮合適的作用（即5個“合適”）。

　　■ 協同將開啟新的思路，在能源系統中開辟基礎研究、應用研究和工業示范的廣闊創新空間。

　　我國能源消費總量急劇增長，在新形勢下，本文提出作為我國主力能源——煤的協同利用以及和其他能源協同才能更有效地應對新的挑戰，是我國低碳發展的關鍵。

　　協同（synergy）是各種能源根據自身的特點綜合利用，包括與其他能源相互配合，發揮最大的效益。本文將重點描述煤本身的協同利用，進而分析和其他能源之間的協同，提出要達到這個目的所要解決的科學技術問題。由于要得到更好的協同，必須建立智能能源網絡，使發達的信息技術和能源技術融合，以達到我國和世界能源的可持續發展。

　　由于我國能源消費總量的急劇增長，可再生能源（主要是風能、太陽能和生物質能）在2020年以前很難在總能源平衡中占有一定份額的比例，因此2020年以前可再生能源在份額上難以解決我國能源的主要問題。

　　目前，以美國為代表的高耗能國家，人均能耗為11噸標準煤左右；以歐洲和日本為代表的中等耗能國家，人均能耗為5~6噸標準煤。從可持續發展的角度，以及2050年我國要達到中等發達國家水平的目標考慮，我國人均能耗的穩定值應爭取控制在更低水平以及更加節儉的生活方式，例如將人均能耗定位于4～4.3噸標準煤。

　　在最可能情景下，2050年我國人口達到15億左右，則總能耗65億噸標準煤左右，取65億噸標準煤作為2050年一次能源消費總量的“天花板”。按新的國家能源規劃，“十二五”的能源總耗量是45億噸標準煤。即使考慮了各種可再生能源、核電、天然氣、石油需求等較快發展，并充分考慮節能的潛力和節儉的生活方式，2050年煤炭在一次能源構成中仍占約40%，而年煤炭需求量不會低于25億噸標準煤，未來40年（2010~2050）累計消耗的煤炭總量將在1000億～1100億噸標準煤以上。

　　目前中國年CO2排放總量已超過70億噸，中國正處于CO2排放的上升期，在哥本哈根會議上，中國承諾2020年單位GDP的CO2排放比2005年降低40%~45%。國際上更加感興趣的是：未來中國的CO2年排放峰值何時出現，絕對值是多少，80億噸、90億噸、還是100億噸？什么時候會開始下降？

　　從現在到2050年，中國累計耗煤將達1000億~1100 億噸標準煤，如何利用好這1000億～1100 億噸標準煤是我國能源工作者面臨的大問題。對這個問題必須要有創新的思路和詳細的規劃。

　　超超臨界燃煤發電（USC）不一定是煤高效利用的唯一重點方向

　　自1998年歐盟國家重點發展超超臨界燃煤發電（USC），至今10余年過去了沒有實現商業化，計劃可能還要延時。

　　我國600 ℃、28 MPa超超臨界參數鍋爐所用的材料主要是靠進口，1000 MW級機組鍋爐成本約5億，其中2.5億用于進口材料（應用于高蒸汽參數的鍋爐）。但是，目前已運行的超超臨界鍋爐已發生過熱器管汽側較嚴重的腐蝕和氧化皮脫落等問題。

　　若要進一步提高蒸汽溫度（如720 ℃或以上）和相應壓力，材料的腐蝕可能有新的問題。此外，材料的價格將進一步攀升。同時，由于環保要求越來越高，尾部煙氣所需脫除的污染物標準越來越嚴，除SO2、NOX，還有Hg和PM2.5，溫室氣體CO2在用空氣直接燃燒條件下脫除要耗費較大能源和成本。

　　因此，從長遠看，燃煤超超臨界蒸汽發電從技術上、經濟上、常規污染物的脫除上、CO₂減排上都存在先天性的缺陷，其主力軍的位置可能會逐漸遇到挑戰。

　　整體煤氣化聯合循環（IGCC）具有大幅度提高效率和減排CO₂的優勢

　　燃用天然氣的燃氣/蒸汽聯合循環（NGCC）近年來在技術上有很大進展，燃氣初溫從1100 ℃提高到1430 ℃，并且還在向更高溫度前進。NGCC的熱效率已從52%提高到了58%~60%。

　　燃氣輪機是最具有循環最高溫度潛力的動力機械。若把燃氣溫度提高到1700 ℃，則由其組成的NGCC的聯合循環發電效率可達62%以上。

　　大功率高初溫燃氣輪機是IGCC、也是煤高效清潔利用的核心動力裝備，真正要做到燃氣初溫達1700 ℃或以上，還有大量的科學和技術問題需要解決。此外，從IGCC的發展趨勢看，在氣化爐、氧氣制備、凈化工藝等多個方面還有大量的改進余地，熱效率還有提高4~5個百分點的潛力。IGCC最大的優勢是在燃燒前，在較高CO2濃度、較高壓力（4~7 MPa）條件下，通過變換過程捕捉CO2。顯然，IGCC電站和煤粉電站相比，由CO2捕捉所引起的建造成本和發電成本的增加要小得多。

　　隨著燃氣輪機技術的發展，低碳排放的煤基能源系統也已初見端倪，它將是2020~2030年以后解決中國核心能源問題的戰略措施，即先進燃氣輪機透平前溫1700 ℃以上，壓比35以上，合成氣事先脫碳處理，含氫60%~70%以上。捕捉后的CO2或利用或埋存，使煤這類高碳燃料實現低碳利用。

　　煤基多聯產是我國高效協同利用煤的重要戰略方向

　　煤的協同利用包括生產產品之間的協同，如電、液體燃料、化工產品，也包括工藝手段的協同，如干餾、裂解、氣化、合成、燃燒以及目前世界眾所關注的CO2最佳脫除點、CO2利用的協同。

　　經過多年的示范、商業化實踐，IGCC的可用率逐步提升，其主要問題是發電裝機容量單位基本投資大，且不適宜于經常變負荷運行。煤作為一次能源，它具有更好的全價利用的“天性”，完全可以根據需求采取協同的工藝路線，互相配合，簡化流程，簡化設備，降低成本，提高效率，生產出各種產品，如電力、化工產品……在成本上，由于這種協同，使電力生產和化工產品生產優勢互補，從而克服了純發電IGCC的缺點。

　　以煤氣化為核心的多聯產能源系統（煤基多聯產）就是以煤、渣油或石油焦為原料，經氣化后成為合成氣（CO+H2），凈化以后可用于實現電力、化工、熱、氣的聯產，即在發電的同時，聯產包括液體燃料在內的多種高附加值的化工產品、城市煤氣等。其中的清潔煤發電技術被稱為整體煤氣化聯合循環發電，是潔凈的煤氣化技術與高效的聯合循環技術的結合。

　　煤基多聯產打破不同行業之間的界限，按照系統最優原則對如發電、化工、冶金等生產中的物質流、能量流和火用流（Exergy）進行充分集成與優化，改變傳統的工藝過程，實現氣體成分（如氫碳比）、壓力、溫度、物質、燃料“品質”等的梯級利用，這種多聯產系統在化工產品、液體燃料和電力之間可以按市場需求或是發電的“峰－谷”差進行適當調節，有很好的靈活性，可以達到系統的能源、環境、經濟效益最優的目的。

　　目前，我國由于資源特點，現代煤化工發展迅速，新過程、新技術、新催化劑不斷出現和掌握，為煤的協同利用提供新的動力和技術支撐。我國應有充分信心，在煤的協同利用方面引領世界潮流。

　　中國減排CO₂應從煤化工開始逐步過渡到“IGCC+多聯產+CCUS”

　　如果煤直接燃燒，因為煙氣中CO₂濃度低（濃度大約13~14%，70~80%都是氮氣）、壓力低、處理的煙氣體積流量大，收集起來很困難，而且以目前的技術，將發電廠煙囪里的CO₂分離出來，處理后埋入地下，整個燃煤發電效率會降低11個百分點。

　　在IGCC多聯產系統中，從煤氣化后的合成氣中捕捉高濃度、高壓的CO₂，相對較容易，雖然也要耗能，但是效率降低大概為6~7個百分點。所耗費的能量與成本比常規電站煙氣中捕捉CO₂低得多，且IGCC多聯產系統有多種產品，在成本方面可以實現互補，單位電能耗水少，能量可以得到綜合利用，又能夠提供較低成本的CO₂的減排辦法。因此“IGCC+多聯產+CCUS（CO2的捕捉、利用和埋存）”是中國CO₂減排的戰略方向。

　　中國應當按照國情走自己的路，從現在開始考慮分階段逐步推進減排CO₂的問題。目前我國正大力發展煤化工（甲醇、二甲醚、MTO、MTP、直接煤變油、間接煤變油等），在煤化工過程中排放的CO₂已經具有很高的濃度和壓力，而實際的情況是這些“現成”的CO₂都直接排放到大氣中。如我國每年僅甲醇生產排放CO₂ 4000余萬噸，總量巨大。因此，我國的CO₂減排應從煤化工做起，國家應予以政策支持，如碳稅、補貼等，在此過程中，對CO2的處理（化學、物理應用，輸運、埋存等）積累經驗。

　　考慮未來清潔煤發電，“IGCC+多聯產”應盡快地示范，逐步走向大規模發展，按CO₂減排需要逐步過渡到“IGCC+多聯產+CCUS”。從直接燃煤電廠煙氣中捕捉CO₂，在目前技術條件下需要耗費大量的能源資源和投資，在這方面我們也需要作研究和小規模示范，但是大規模的商業實施還需要觀察一段時期。

　　實施“IGCC+多聯產”能源戰略刻不容緩

　　盡管目前IGCC發電電價成本較高，但是考慮到將來對污染物二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、汞的控制要求，以及下一步要進行CO₂的捕捉、利用和埋存，目前可行的是可以通過多聯產化工產品來降低成本。

　　近年來，新建的幾億kW的火電裝機采用的基本上是煤直接燃燒的超臨界、超超臨界發電機組。如不及時考慮IGCC+多聯產的發展，從某種意義上來說，這就意味著今后一段時期內我國電力發展的技術路徑將被鎖定在煤直接燃燒發電的模式上。一個能源系統的發展與成熟需要多年時間，現在不推進IGCC多聯產示范就會延誤時機，將來再做要付出更大的代價。

　　煤基多聯產所生產的液體燃料，尤其是甲醇和二甲醚是絕好的煤基車用替代燃料，可以有份額地緩解我國石油的短缺。同時，甲醇還可以用來生產烯烴和丙烯，用煤化工去“替代”一部分傳統的石油化工，以減少石油消耗。

　　煤基多聯產系統組成部件的絕大部分技術是成熟的，如大型煤氣化裝置、各種化學反應器和相應的催化劑、燃用合成氣的燃氣/蒸汽聯合循環等。中國已掌握多聯產的“龍頭”技術——大型煤氣化技術，并且已有成功的工業化應用：兗礦集團在山東的IGCC發電與甲醇聯產裝置屬于世界首創，已實現長周期穩定運行，并實現了連續贏利。兗礦的煤基甲醇—電聯產系統總能利用效率達到了57.16%，較同比甲醇、電獨立生產系統提高了3.14個百分點，供電效率折算達39.5%（同比自備電廠為29%）。只要我國各部門（煤炭、化工、電力）打破行業界線，通力合作，加上國際合作，推廣多聯產在中國的應用，可以深入挖掘提高能源利用效率、減少環境污染的潛力。

　　2010年我國風機裝機容量達4182.7萬kW，位居世界第一。據統計，我國已安裝的風機大約有30%沒有并網，即使有些風場已并網，也由于種種原因被限制發電，形成能力的浪費。

　　我國大規模風電如何應用？怎樣和其他能源協同考慮是中國比較特殊的問題。是否大型風電場并網運行是唯一的出路？

　　中國有大量的耗能工業，如氯堿（每噸耗電3000 kWh）、電解鋁（每噸耗電15000~16000 kWh），這些工業都由電網供電，且要從高壓交流通過降壓、整流轉換成低壓、直流電。經過科技部“十一五”“973”項目“非并網風電”，提出風電和網電的協同利用。根據實際情況，可以是風電為主，網電為輔，或反之，或是兩者之間有其他的分配比例，已初步得到成果的有電解鋁（采取保溫和調節電解液成分）、氯堿工業、海水淡化、電解水生成氫氣和氧氣以及為油田大量抽油機供電等。

　　還可以仔細研究和開拓其他的用途，只要用電對象對電的波動性沒有嚴格要求，網電可用來對風電進行互補和支撐。

　　另一個值得深入探討的是風電和我國迅速發展的煤化工的協同。由于我國風電豐富的邊遠地區，恰好煤炭資源也十分豐富，輸煤、輸電都有一定難度。并且面臨著如何利用這些資源給全國提供清潔能源和發展地方經濟的問題。

　　其中一個例子是風電和甲醇生產的協同。風電和甲醇協同生產系統的主要思想是：非并網風電電解水產生氧氣和氫氣；其中氧氣作為提供氣化爐所需的氧氣；氫氣與氣化爐生產的富碳合成氣摻混，將氫氣和一氧化碳的比例（H2/CO）調整至甲醇生產的合適比例。與傳統的煤基甲醇生產系統相比：此協同系統省去了昂貴且高能耗的空分裝置；大大減少了變換的氣體量；同樣的煤量，兩者協同方案，甲醇的產量增加約1倍；煤中大部分碳元素進入甲醇產品而被利用，大大減少了CO₂的排放，從而達到能量和資源利用整體最優的效果。這是結合我國資源分布特點，現代煤化工與風能協同的一個范例，既解決風電的應用，又解決了受人們詬病的煤化工大量排放CO₂的問題。

　　近年來，由于很多大城市渴望得到更多的清潔能源，很多煤資源豐富地區（尤其是邊遠的新疆）和大企業都把眼光投向合成天然氣（SNG）的新產業鏈。雖然從煤轉換成SNG能效只有60%左右，但長輸氣管線在遠距離輸運方面更為高效，在終端應用上，由于是清潔氣體燃料，可以采用各種先進用能系統、技術與設備（如分布式供能，熱、電、冷三聯供）加以高效應用。這樣，從整個產業鏈考慮可能得到提高總體能源利用效率和減排CO2的好處。這里，一個關鍵問題仍是煤制SNG時CO₂的排放和處理。若把風電和SNG兩者協同起來，通過風電電解水得到氫氣和氧氣，則可像上面甲醇生產一樣，成倍地增加每單位煤量SNG的產出，大大減少CO2的排放。

　　從整個能源系統看，這類的協同值得從系統高度進行深入研究，解決必要的科學問題和技術關鍵。盡快地進行示范，并在此基礎上進一步應用推廣。對這類地區的戰略安排應及早規劃，否則，會形成技術路線鎖定，將來要改變不得不付出更大的代價。

　　由于太陽能、風能分布的間歇性及隨機性，給其利用帶來很大的困難。一些隨機電源接入電網，當份額較小時，不會對電網造成大的不利影響；但大規模、大比例份額的隨機電源接入，仍是一個技術上未解決的難題。所以，隨著可再生能源的發展，非并網利用和能量存儲問題顯得越來越重要。

　　電的儲存雖經過多年努力，大規模儲存還沒有技術上的根本性突破。將來，由于可再生能源的應用，一些中小型的分布式電網在整個電力系統中也會占一席之地，蓄能（也包括蓄電）裝置也是一個關鍵。此時，蓄能以什么為載能介質是一個值得探討的問題。

　　根據各個國家的具體條件，各種能源應從可持續發展能源系統的高度協同發展，各自“揚長避短”。不連續、隨機性較強的能量（各大型發電裝置的多余電量、風力發電、太陽能發電）變成大規模高效利用、可調度的能量，是現代電力系統面臨的重大戰略課題，高效大、中、小規模儲能問題越來越突出。大規模蓄能系統中，除抽水蓄能外，有發展潛力的是壓縮空氣蓄能（如與不穩定風電的協同），Brayton和Rankine整體化循環（與核電和超超臨界的谷電協同）。

　　壓縮空氣蓄能

　　壓縮空氣蓄能是在用電低谷或不穩定的風電，用電能驅動壓縮機工作，將空氣由大氣壓壓縮到貯藏室。在用電高峰時，利用外界附加熱量（如天然氣燃燒）加熱空氣，然后熱空氣通過透平做功，驅動發電機發電。

　　德國的Huntorf電站建于1978年，Huntorf電站系統的效率在42%左右。若在高壓燃燒室前配置廢熱回收裝置，利用經過低壓膨脹后的廢氣來加熱剛離開空氣儲藏室的冷空氣，可以提高效率。這種系統的典型代表為美國的McIntosh電站，建于1991年，其效率達54%。

　　Brayton和Rankine整體化循環系統——用于火電、核電在儲能的協同

　　目前由于人民生活質量的提高，尤其是大中城市，用電負荷的峰谷差越來越大，有時達50%。為保證可靠的電力供應，削峰填谷是電力系統和電源十分頭疼的問題。一方面對火電“上大壓小”政策的實施，關停20萬kW以下的機組，甚至30萬機組，使越來越多的大型機組不得不承擔調峰任務，大型機組在穩定和滿負荷運行有較好的經濟和環境效益。另一方面，核電正快速發展，核電要求穩定和基本負荷運行。

　　再者，可再生能源發展迅速，尤其是風電，而可再生能源電隨機性和波動性大，其消納也是面臨的重要問題。所以，電網調峰和大規模蓄能一直是未解決的難題，需要發展先進的大規模調峰、蓄能系統。基于Brayton—Rankine整體化循環的調峰加力系統是有潛力的解決方式之一。

　　Brayton和Rankine整體化循環系統中，作為主要燃料煤和H2的熱能作為“原料的‘梯級利用’”，循環的前半部分從給水加熱到600 ℃的過熱蒸汽由煤“負責”，通過外燃來達到。循環的后半部分，過熱蒸汽溫度要提升到1400℃~1500℃，外燃已無法完成，只能通過氫氧在燃燒室中內燃完成。即在常規汽輪機發電系統上加氫氧燃燒加力裝置，經初步分析，在這個系統中，H2的能量轉換效率可達62%，并使整個系統的熱效率從常規的超臨界蒸汽發電44%的熱效率提升到52%以上。

　　這樣可以說，兩種燃料各司其職，氫氣“站”在煤的“肩膀”上發揮作用。此系統把內燃和外燃結合起來，克服常規的Brayton和Rankine循環固有的缺點，發揮它們的長處。最有效地利用氫氣起到削峰填谷的作用。

　　這種循環如若只為了提高效率，由于功率大，要求連續運行，氫、氧的存儲是個大問題。所以，最好是從大規模儲電角度加以應用，作為常規超超臨界汽輪發電機組的“加力裝置”。在用電高峰時，“加力”裝置投入，可以增加輸出功率約100%。

　　現代化的能源系統，不僅要求高效率，而且需要足夠的靈活度和安全性，此外能源供應和終端能源需求在形式和距離上，也應當更加靠近，減少轉換、輸運、存儲的環節和消耗。因此，當前人們又開始探討如何從集中式的能源系統向轉集中和分布式能源系統的協同問題。

　　分布式能源系統直接安裝在用戶端，通過現場的能源生產，輔以各種控制和優化的技術，實現能量的梯級利用，同時減少中間輸送環節損耗，達到資源利用最大化。分布式能源系統的一次能源以氣體燃料（天然氣等）為主，可再生能源為輔，可以利用一切當地可獲得的資源。

　　分布式能源系統有許多集中能源系統所不能實現的優勢，主要體現在：（1）能量利用效率高。（2）就地生產，就地利用，能量輸配的損失小。（3）各種能源來源的協同配合，使利用效率發揮到最優狀態。（4）能源系統的安全性高。

　　由于分布式能源的這些優勢可以彌補集中式能源系統在效率和可靠性上的不足，將來的能源系統應當是分布式能源和集中式能源協同供應的能源系統，以及在分布式能源系統內部，各種能源的協同利用。分布式能源系統在歐洲已經有大規模的發展，尤其是丹麥、荷蘭、芬蘭等國，分布式能源的發展水平居世界領先水平。美國、加拿大、英國、澳大利亞等國在經歷了大停電事故后也意識到了建立分布式能源系統的重要性，促使它們推進分布式能源系統的建立。

　　在中國，關于分布式能源技術應用的經驗較少，缺乏系統科學的解決方案和符合中國實際的優化決策控制體系。但是，目前也已經有一些成功的案例，比如北京燃氣集團的三聯供項目通過燃氣內燃機和余熱直燃機對接，為3.2萬平方米的樓宇提供全部的冷熱電，已經安全運行5年。中國應該給分布式能源系統的發展投入更大的支持，最主要的是要在系統控制和優化上進行更多的探索。

　　近年來由美國發起，全世界各國都在進行智能電網的發展。建設智能電網，最主要的是調動各種電源點的潛力和“積極性”，尤其是不同規模的可再生能源的接入，大到GW級的大風電場，小到個人屋頂發電。各種余熱、余壓發電，各種生產過程的聯產發電，各種分布式微電網都能發揮應有的作用。從發展角度來看，電源與用戶一體化的傾向越來越強。

　　但是，正如上一節分布式供能系統所說，對電力的需求只是人們對能源服務的一個方面（是最主要的），除此之外，還有供熱、供冷、氣體燃料、用水的需求。所以隨著電力網的發展，城市天然氣網、城市熱網和城市用水網，近年來也得到相應的發展。這些網從本質上是相互協同、相互耦合、相互支撐的，可以統稱為能源網。隨著電網的智能化，必然會帶動天然氣網、熱網、水網的智能化，使其成為一個智能整體。

　　在熱網方面，一個明顯的例子是北方城鎮的冬季采暖能耗1.5 億噸標煤，占中國城鎮民用建筑能耗的40%，隨著大型城市的發展，目前面臨熱源嚴重不足和現有熱網輸送能力不足的嚴峻挑戰。其出路是發電與供熱協同，一方面采用300 MW或更大容量的汽輪發電機組作為核心推廣熱電聯產、集中供熱，另一方面利用吸收式熱泵技術“拉大”供回水溫差，（例如供水130 ℃，回水15℃~20 ℃），使原通過發電廠冷卻水塔排入大氣的熱量（約占汽輪機最大供熱量的20%~50%）被利用起來，同時也使已建成的城市熱網輸送能力提高近一倍，形成一個新的供熱網絡。

　　雖然中國對天然氣的需求迅速增長，但對天然氣的高效應用仍沒有一個科學的論證和明確的說法。對大型城市來說，除了每天24小時對電、熱、氣的需求各不相同，更為困難的是一年四季的需求差別。兩者都有較大的峰谷，且剛好相反，而儲氣問題和儲電問題到目前仍沒有得到很好解決。若把城市中天然氣應用劃分成若干個層次，從大規模熱電聯產到大小不同的局部分布式能源系統，各個局部之間，各層次之間進行優化、交互和調控，從長遠來看，形成一個智能氣網也是一個趨勢。

　　如何節約用水，如何來規劃不同用途的水（如純凈飲水、生活用水、工業用水、綠化用水）的優化配置，各種水源的合理開發（包括海水淡化，中水高度凈化），以及水的供給、回水處理等……這必然形成網絡，都和能源息息相關，相互促進、相互制約。

　　因此，為了更好地協同利用各種能源，除了電網已逐步向智能電網發展，天然氣網、熱力網、水網也必然向這個方向前進。四網（或更多）協同，形成以智能電網為主干的智能能源網。

　　轉換整合化（Integration of the Processes）

　　轉換整合化就是要打破不同行業之間的界限，按照系統最優原則對如發電、化工、冶金等生產中的物質流和能量流進行充分集成與協同，改變傳統的工藝過程，達到系統的能源、環境、經濟效益最優的目的。

　　需求精細化（Differentiation of the Demand）

　　對終端用戶的用能需求進行精細的分解，按不同的用能需求、需求的不同層次和動態變化，為能源供應、規劃和配置提供指導信息和基礎。只有在終端需求精細化的基礎上，多樣化的供應才能更大程度地滿足能源系統的需求，可再生能源才能在能源系統中起到較大的作用。

　　供給多樣化（Diversification of the Supply）

　　各種能源都具有自身的特性，需要重點研究的不是各種能源能做什么，而是它們在整個協同能源系統中應該做什么，并盡量用較少的能耗代價滿足終端用戶精細化的需求。

　　布局分布化（Decentralization of the Grid），集中和分布的協同

　　在可持續的能源系統中，因地制宜地進行分布式布局，集中電網、分布式電網和離網運行相協同，不同種類的能源應當以互補的方式進行協同，提高能源供應安全性。從目前傳統的電網過渡到“智能電網”（Smart Grid），進而在大城市范圍內將發展成“智能能源網”（Smart Energy Grid）。

　　調度、控制、管理智能網絡化（Network）

　　靈活性、可控性、可靠性、在線靜態和動態的優化都是能源系統面臨的新挑戰。快速發展的信息技術可用于促進新的可持續能源系統的建立，如數據搜集、網絡傳感、在線監測、數據分析、數據挖掘、數據預測等，特別是針對具有較強隨機性和不穩定性的可再生能源；建立起覆蓋面廣的能源信息平臺和多層次優化的網絡；充分利用信息技術，在全國、各省市、各地區全面搜集、整合、細分各種需求和供給信息，進行多層次協同優化。最近迅速發展的云計算將會提供有力的技術支撐。

　　上面這幾點可以簡稱為“IDDD+N”。由于能源供應多元化，轉換多元化，終端需求供應一體化，尤其是氣候變化問題的嚴重性，能源技術（Energy Technology，ET）將要有一個十分大的變化，時間尺度在30~50年左右。且各國都不會一樣，中國更有其特殊性，因為無先例可循。除了能源技術的進步外，信息技術（Information Technology，IT）的深度介入必不可少，因為能源系統是一個龐大的系統工程。ET和IT的融合是必然趨勢。

　　建立各種能源分層次協同的可持續能源系統、實施IDDD+N原則是一個漸變過程，但目標要明確、政策要清晰、措施要果斷。應將IDDD+N的原則和要求，分解成各行業、各地區的實施細則，建立大小不同的可操作的模板和示范工程。弄清現有系統分階段、分層次向IDDD+N靠攏的路線圖。國家應有專門的機構，多方面加以牽引，向這些模板靠攏，如規章制度、鼓勵政策、價格政策、各種國家資助（立項與資金投入）、科研和工程中心建立、人才培養、民間投資引導等。

　　(本文作者倪維斗為中國工程院院士、清華大學教授，陳貞為清華大學博士研究生)