能源4.0：産業能源互聯網重塑中國經濟結構 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

能源4.0戰略的實施，將推動一個高效、綠色、共享、可持續發展、零邊際成本、高效率時代的到來。

內容簡介

本書是未來中國能源、環境、食品安全和經濟結構等重大挑戰的前瞻性、實證性、啓發性論著。這本著作中，用能源4.0的理論作為工業4.0的原動力，引導未來中國完成城市化、工業化、城鄉現代勞動保障體係進程；實現途徑是以能源4.0産業能源互聯網這一新係統，突破人類工業革命以來傳統經濟學的禁痼，全麵釋放（引爆）改革開放特彆是近年來一係列經濟政策和科學技術成果積聚的生産力，推動中國乃至世界經濟走齣低迷，開始新一輪效率優先、兼顧速度的新常態、新發展。本書可供政府部門、能源行業、互聯網行業及金融行業的從業人員和高校相關的專業師生、研究人員參考。

作者簡介

顧為東，博士、教授，南京大學首席研究員，江蘇省非並網風能與高載能工程實驗室主任，江蘇省宏觀經濟研究院院長。先後畢業於江蘇大學和南京農業大學，獲博士學位。

目錄

第一章 能源的曆史沿革 / 1
第一節 工業1．0和工業2．0：從煤炭到石油 / 2
一、工業1．0：煤炭與蒸汽機 / 2
二、工業2．0：石油與內燃機 / 3
第二節 工業3．0：互聯網與可再生能源大融閤 / 4
一、第三次工業革命：新經濟模式改變世界 / 4
二、製造業數字化革命與3D打印 / 5
第三節 工業4．0：互聯網與能源協同化 / 11
一、工業4．0：德國國傢戰略 / 12
二、一個網絡、兩大主題、三項集成 / 14
三、智慧工廠與機器人 / 16
第二章 重塑世界經濟結構：從工業4．0到能源4．0 / 28
第一節 能源是工業革命的基礎 / 29
一、工業革命的動力來源 / 29
二、能源4．0的模式和超越 / 31
第二節 互聯網是能源4．0的基礎 / 32
一、産業能源互聯網顛覆瞭傳統電網供電模式 / 33
二、能源4．0的五大特徵 / 34
第三節 能源4．0和産業能源互聯網革命 / 36
一、改革：打破原有平衡，建立新的平衡 / 37
二、能源4．0：建立産業能源新平衡 / 39
第四節 工業4．0引發全球格局調整 / 42
一、美日工業4．0較量：工業互聯網和人工智能 / 42
二、德日工業4．0比較：從曆史到今天 / 48
三、中國工業4．0戰略：“中國製造2025” / 55
第三章 能源理論體係 / 61
第一節 能源研究與社會變革 / 62
一、科學傢成長記：夢想照進現實 / 62
二、永不停歇的追夢人：數十年如一日的研究曆程 / 64
三、一脈相承理論體係：從非並網風電到能源4．0 / 68
第二節 我國能源現狀和思考 / 73
一、全球風電發展的指數時代 / 73
二、中國風電快速發展背後隱藏危機 / 77
三、中國棄風限電現象的理性思考 / 89
第三節 當前睏境和阻礙 / 94
一、能源結構和電網構造對煤的過度依賴 / 94
二、新能源發展對電網、經濟和環境的負效益 / 97
三、産業層次對産業發展的路徑依賴 / 99
第四章 能源4．0的智慧體現 / 101
第一節 認知誕生理論 / 102
一、構想：風能資源開發蘇北灘塗 / 102
二、理論：走嚮世界的非並網風電係統 / 104
三、應用：非並網理論與海上風能開發 / 108
四、非並網風電在中國 / 111
五、非並網風電在美國 / 117
六、非並網風電在非洲 / 120
第二節 邏輯産生智慧 / 123
一、新理念催生新科技：智能供電係統特性 / 123
二、新科技催生新成果：智能供電係統開發 / 125
第三節 協同演化多元化 / 127
一、能源4．0的非並網多能源協同供電係統 / 127
二、能源4．0的智慧能源體係 / 128
第五章 能源平衡與構建高效零邊際成本社會 / 132
第一節 傳統電網適應能力遇到嚴重挑戰 / 133
一、一個挑戰：電網調峰能力嚴重不足 / 133
二、一個思路：開發大規模蓄能技術裝備 / 136
第二節 高耗能産業浴火重生，用戶側管理成為新型蓄電池 / 137
一、華麗轉身、用戶側管理：高耗能産業成為電網的大型
調峰電站 / 137
二、戰略意義：高耗能産業功能升級推動供應側改革 / 140
第三節 新型智能産業調峰與零邊際成本時代的到來 / 147
一、能源4．0的“三個顛覆、兩個重塑” / 147
二、産業能源互聯網與零邊際成本社會 / 149
三、創新要有文化基礎，要形成學派 / 152
第六章 能源4．0時代，開放型經濟放飛新夢想 / 155
第一節 突破美日TPP、TTIP、TISA全麵競爭和扼製的利器 / 156
一、“修昔底德陷阱”下的中美關係 / 156
二、中美“最惠國待遇”的十年較量 / 158
三、WTO框架下的中國國際化進程 / 161
四、加入WTO的成功要素：中美關係微妙變化 / 164
五、重返亞太：美國二次全球化的序幕 / 167
六、TPP、TTIP、TISA：對中國的連續扼製和製衡 / 168
七、中國對策：“一帶一路”外部突破、練好內功，實現全球
價值鏈再分工 / 171
八、“一帶一路”戰略：中國已成淨投資國，外部戰略框架
必須重構 / 175
九、能源4．0戰略：中國練好內功的關鍵 / 177
第二節 新35年改革構建開放型經濟新機製 / 178
一、“大包乾”星火燎原的啓示 / 179
二、全麵深化改革急需戰略突破口 / 181
三、兩個弊端轉化為比較優勢 / 183
四、能源4．0與工業4．0的協同、協調關係 / 185
五、能源4．0水滴石穿的作用 / 188
第三節 能源4．0，“一帶一路”的路條和護身符 / 192
一、“一帶一路”構建長效閤作機製 / 193
二、“一帶一路”的風險要素和風險規避 / 194
三、“一帶一路”的能源互聯互通戰略和機製 / 195
四、“一帶一路”背景下的産業能源互聯網 / 199
第四節 能源4．0時代，霧霾將自生自滅 / 201
一、霧霾産生於中國能源現狀 / 202
二、美國新能源：頁岩氣革命 / 203
三、能源4．0時代的霧霾將自生自滅 / 204
第七章 中國能源4．0塑造全球産業、能源新格局 / 206
第一節 智能供電大型鋁電池零邊際成本調峰電站 / 207
一、智能供電大型鋁電池零邊際成本調峰電站的新理念 / 207
二、經濟效益、社會效益、環境效益三位一體 / 219
三、從實驗室到産業化，從中國到世界 / 222
第二節 氯堿工業實現電網零邊際成本調峰 / 225
一、氯堿工業零成本調峰原理和機製 / 225
二、真理易被勇於實踐者所掌握 / 232
第三節 風生水起：海水淡化零邊際成本與零排放 / 236
一、淡水危機睏擾全球 / 236
二、取之不盡+用之不竭=風生水起 / 241
三、政府對新能源海水淡化的垂青和支持 / 256
四、非並網風能海水淡化一體化成套裝備的實現和人類夢想 / 263
第四節 新能源汽車係統與零電費 / 268
一、零邊際成本的高效智能供電製氫係統 / 269
二、新能源汽車與中國沿海氫能高速公路 / 277
三、新能源汽車將迎來零電費時代 / 290
第五節 綠色冶金清潔化 / 292
一、快速增長的産業與日益嚴重的汙染 / 292
二、新思維推動産業綠色化、清潔化轉型 / 295
第六節 城市汙泥取暖製冷與汙水迴用 / 301
一、全球汙泥、汙水治理形勢與趨勢 / 301
二、濕式空氣氧化法汙泥處理工藝 / 308
三、汙泥、汙水和新能源智能一體化利用新係統 / 312
第七節 新能源嫁接傳統能源與溫室氣體“零”排放 / 317
一、新能源+煤化工=綠色加工材料産業 / 317
二、開闢一條非石油的烯烴産業路綫 / 336
第八節 城市牧場、城市糧倉與農業生物大革命 / 341
一、有機農業引領生態地球的重要基礎：微生物工程 / 341
二、城鎮化、人口增長與糧食安全 / 344
三、SCP，人類蛋白質的新來源 / 346
四、城市牧場、城市糧倉：新理念推動農業工業化大革命 / 353
後 記 / 361

前言/序言

2015年，中國政府實現經濟增長6.9%，也就是說，中國經濟進入發展新常態後，仍將保持較高速度增長。而隨著“一帶一路”和“亞投行”的成立，中國也將擁有一個國際化的大舞颱，那麼究竟是什麼可以支撐起中國的新一輪發展呢？

首先，我們應該明白：按照目前中國的能源結構現狀，中國經濟的增長速度與能源消耗是成正比的。而長期以來，由於中國能源的過度消耗，已經給我們的環保帶來很大壓力，霧霾已經成為中國經濟高速發展的副産品，並且非常深刻地影響到瞭人們生活的方方麵麵。

因此，在轉變經濟發展方式的同時，怎麼樣能夠更加充分、健康地利用既有能源，也將是我們應該考慮的重大問題！

2015年，習近平總書記兩次提及“能源革命”，將其與科技革命、産業革命並列為新一輪全球性的“革命”。李剋強總理也提齣瞭“互聯網+”的嶄新概念，這是一個經濟與社會發展的大平颱，在這個平颱上將演繹一場波瀾壯闊、大眾創新、萬眾創業的現代史詩。因此，我們要充分利用 “互聯網+”這一概念，“互聯網+”的本質其實就是把互聯網當成像水和電一樣的基本工具。在這種思想指導下，筆者將自己的思考凝煉，提齣第四次能源革命（産業能源互聯網）的戰略定位和理論思想，簡稱“能源4.0”。

令人欣慰的是，曆史又給予瞭中國新的機會。在能源4.0方麵，中國在基礎理論研究和探索實踐方麵走在瞭世界前沿。隨著第四次工業革命的到來，互聯網化、協作化、智能化是世界工業發展的大勢所趨，而中國能源事業的發展也在這一過程中找到瞭立足點，並且引領瞭世界能源事業的大方嚮。能源4.0是“互聯網+”這一指導思想在能源領域的重大應用，也可稱為“智慧能源”。

該怎麼認識能源4.0呢？

能源與工業是一對兄弟，我們先從世界工業史說起。

縱觀人類曆史上的工業革命，每一次工業革命均有重大的能源革命與之伴生，並成為推動工業革命的原動力。在18世紀中葉，人類開始大規模使用煤炭替代薪柴，實現瞭第一次能源革命，可稱為能源1.0；它促使主要以煤炭為動力源的蒸汽機得以推廣和普及，並促成瞭第一次工業革命，可稱為工業1.0。到19世紀中後期，人類開始大規模使用石油，人類社會實現瞭第二次能源革命，即能源2.0，促使以石油為動力源的內燃機得以推廣和普及，並促成瞭第二次工業革命，即工業2.0。進入21世紀以來，人類通過互聯網技術與可再生能源融閤，將分散式的新能源和可再生能源進行集中使用，人類社會進入能源3.0時代，由此掀起瞭第三次工業革命浪潮，即工業3.0。簡言之，能源1.0，使煤炭和蒸汽機結閤，促成瞭工業1.0；能源2.0，使石油和內燃機結閤，促成瞭工業2.0；能源3.0，使互聯網技術和可再生能源結閤，促成瞭工業3.0。

如今，德國提齣第四次工業革命，即工業4.0，它利用互聯網信息技術與先進的精密機械工業相結閤的手段，實現製造業嚮智能化轉型。作為以智能製造為特徵的工業4.0，必然需要可持續的綠色能源和節能、環保、低成本的基礎材料做支撐。

我們知道，工業4.0的顛覆性在於“智能化”生産，這種智能依靠的是數據、運算和連接，實現瞭機器和材料、機器和機器、機器和産品的“無縫協作”，發揮瞭1+1遠遠大於2的綜閤性效應。那麼不同性質的能源之間，是否可以通過互聯網互通互聯統一協作起來，並實現這種效應呢？就好像工業4.0並不是某種新設備、新機器的發明，而是整個工業係統在運作方麵的升級一樣，能源4.0並不在於某種“新能源”的開采和運用，而在於整個能源係統的升級！

這就如同在工業4.0時代，工廠需要直接對接消費者，隨時按照消費者的要求進行生産，而在能源4.0時代，能源端也需要直接對接用戶端，根據用戶端的需求調節能源的供給。

無論是太陽能、風能、地熱能，還是核能，每種能源都有它自己的優勢和不足。如果能夠通過一個調節係統將這些能源平衡起來，製衡能源彼此間的差異，這些能源的能量就能纍加起綜閤效應，勢必爆發一場能源大革命！這就是能源4.0！

移動互聯網的去中心化、大數據的可預見性、互聯網的無縫連接、雲計算的超級運算等組閤在一起，會將碎片化、多元化的能源組成一個“能源互聯網”，其中互聯網是“智慧能源”的基礎，它利用先進的傳感器和軟件程序將能源生産端、傳輸端、消費端等數以億計的設備連接起來，形成一個大能源生態係統。而大數據分析、雲計算則使“智慧能源”具備瞭獨立思考能力，它可以整閤資源數據、環境數據、氣象數據、電網數據、市場數據等，統一進行數據分析和運算，包括負荷運算、儲備運算、轉化運算、平衡運算，使能源係統成為一個有機整體。

能源4.0不僅實現瞭多種能源的纍加綜閤效應，還實現瞭能源從消耗到産生之間的環環相扣。它將具備“智慧、協作、進化”的生命體特徵，因此也就成為“智慧能源”。

對於能源4.0的提齣，筆者在此想多用一些筆墨。人們常說“興趣和愛好是最好的老師”，我自小熱愛科學，對科學充滿憧憬，20世紀70年代在農村插隊時剋服重重睏難進行瞭十餘項科學實驗，並於1978年獲得江蘇省政府“先進科技工作者”殊榮。“非並網風電”也是1980年我在傢中做實驗時，無意中發現的一種自然現象，即在特定條件下多種電流不僅可以共融而且互不乾擾，當給予特定的信號源時可以實現按序輸齣電能的現象。當時我根據實驗做的綫路圖，後經我國風電産業發展奠基人戴昌輝教授、農村能源（新能源）專傢吳湘淦教授的指導，構建瞭多能源協同供電原理性模型，首次提齣瞭“非並網風電”的概念。

當時確定其學術名稱為“多能源協同”，但為瞭便於和“離網”、“並網”相區彆及內在聯係，就簡稱為“非並網”。經多年研究、宣傳和實踐，“多能源協同”已在全世界廣為傳播，成為目前分布式電源和智能微電網的理論基礎。

1980—1986年，我先後在《中國風能》、《江蘇工學院學報》、《太陽能學報》等刊物上發錶論文。直至2006年3月25日，在清華大學原副校長倪維鬥院士、錢易院士及電力電子實驗室主任柴建雲教授的支持、協調下，在清華大學電力電子實驗室用現代化的設備儀器和嚴謹的科學方法，重新演示瞭1980年我在傢中做的實驗。實驗過程中，倪維鬥院士、柴建雲教授等反復實驗，重復實現、驗證瞭多能源協同效果，實驗報告認為：“該實驗數據準確，方法科學，結果可信。非並網風電直接應用於高耗能産業是一個值得探討的方嚮，可在此基礎上進一步進行工業性中試。”

這次清華園的驗證圓滿成功，為發展具有中國特色的風電産業走齣瞭一條創新之路，也為構建能源4.0—産業能源互聯網理論奠定瞭基礎。

非常慶幸，在2007年，我作為項目首席科學傢承擔瞭國傢“973”計劃“大規模非並網風電係統的基礎研究”（2007CB210300），經過數十年的研究已經取得産業化成果，促使我國在宏觀經濟和能源科技發展的結閤上，在能源4.0的戰略框架下，對全球能源發展改革和經濟結構調整開始思考，並將重塑我國乃至世界的經濟結構！

能源4.0超越瞭以太陽能為核心的第三次能源革命的範疇，它構建瞭一個有機的高效、低成本、可持續、可調控的網絡係統。一方麵，能源4.0的核心是産業能源互聯網，是互聯網技術與智慧能源、智能電網、智能産業的結閤，為工業4.0提供綠色、可持續的智慧能源和節能、環保的加工材料；另一方麵，能源4.0為工業4.0提供清潔原材料，通過生産清潔産品，實現動態平衡生産，消除以傳統能源實現工業4.0帶來的“原罪”。

對於中國而言，當前經濟與社會發展麵臨的國際、國內環境已比前35年改革開放時發生瞭根本性的變化，人口紅利、環境紅利和資源紅利已基本消耗殆盡，這就要求我們在把握全球經濟與社會發展的全局中，找準新一輪經濟新常態發展的戰略定位，並引領經濟與社會的發展，順利實現新常態。作為科研工作者，有責任為解決國傢重大戰略需求，為實現中華民族偉大復興中國夢做齣貢獻。

在能源4.0時代，霧霾失去依附，將自生自滅。而研究能源4.0的價值和意義不僅在於對能源領域的認知，更在於其原理背後有深刻的生活原理，如如何協作、如何差異化、如何分配資源等，這將對我們今後的工作和生活起到一定的指導作用。

在這裏還需要強調的是，我們的能源還可以利用“亞投行”進行融資生産，利用“一帶一路”進行産能輸齣，這就把能源4.0上升到瞭國際戰略！

中國人曆來崇尚“和而不同”，隻有“不同”纔能産生“和”。但是在工業4.0之前，這種情況很難發生。因為大部分産品都是標準化産品，標準化産品的區彆是等級之彆，有高有低，有三六九等，産品的等級造成各種等級。在一個等級遍布的社會，其實是很難和諧的，但是工業4.0就會製造齣各種“不同”。

同樣，在能源4.0時代，各種能源也會彼此協作，依托互聯網的連接和大數據、雲計算的應用，形成一個由各種能源組成的能源生態體係。

在《周易》裏，事物的最高境界是“群龍無首”。其實我們往往都把這個詞麯解瞭，將其理解成混亂而沒有帶頭人的局麵。實際上這個詞的意義是：一條條的龍首尾相接，在天上盤鏇。既然是首尾相接，也就不再有前後之分，大傢地位平等，隻是位置不同，彼此協作但又沒有等級。“群龍無首”被認為是大吉之相，但是需要經過前麵麯摺的過程纔能實現，如“飛龍在天”指的是事物發展的鼎盛階段，“亢龍有悔”指的是事物鼎盛之後的低調，最後纔是“群龍無首”的最高境界。

而能源4.0就是中國能源的最高境界！

能源4.0為我們建設低成本或零邊際成本社會奠定瞭基礎！

2014年年底，《第三次工業革命》的作者裏夫金又齣版瞭《零邊際成本社會》一書，並在書中預言：“在分布式太陽能和風能等得到充分發展和利用的未來，人們可能可以像今天通過互聯網近乎免費地生産和消費信息一樣，藉助能源互聯網近乎免費地生産和消費能源。”

能源4.0讓“零邊際成本”由概念到實踐脫穎而齣。在這一係統中可供挖掘的大數據和可以共享的豐富資源，提供瞭近乎免費且充分多樣化和個性化的商品和服務，能夠降低邊際成本，有時甚至接近於零邊際成本。因此，我國廣袤、高耗能的傳統行業一旦插上移動互聯網的翅膀，站在風口上的“豬”也會飛上天。

通過對新能源的革命研究，發現科技創新是實現

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