11.1智慧能源概述
能源是国民经济重要的物质基础，也是人类赖以生存的基本条件。国民经济发展的速度和人民生活水平的提高都有赖于提供能源的多少。从历史上看，人类对能源利用的每一次重大突破都伴随着科技的进步，从而促进生产力大大发展，甚至引起社会生产方式的革命。如18世纪瓦特发明了蒸汽机，以蒸汽代替人力畜力，在能源的消费结构上转向以煤炭代替木柴的时代，开始了资本主义工业革命。从19世纪70年代开始，电力逐步代替蒸汽作为主要动力，从而实现了资本主义工业化。到了20世纪50年代，随着廉价石油、天然气大规模开发，世界能源的消费结构从以煤炭为主转向以石油为主，因而使西方经济在60年代进入了“黄金时代”。
每一次新能源的开发和利用，都必然引起世界能源结构的变化，促进经济的大发展。而能源的利用程度和能源的人均占有量是衡量各国经济发展和人民生活水平的一项综合性指标，是一个国家技术进步程度的体现。
当今世界对能源的消费数量急剧增加，人们感到常规能源的开发和供应已难以满足社会对能源的需求，能源危机的阴影笼罩着整个世界。显然，如今能源不足对一个国家的国民经济发展的影响是很大的。赖以生存的主要能源供应不上，经济发展就要减慢，甚至停滞，人民生活也会受到严重影响。所以，能源是保证社会稳定和发展国民经济的重要物质基础。不仅如此，能源问题还是当今世界影响政治形势的一个重要问题，1990年的海湾战争就是一个典型。可见，能源问题已成为当今人类社会的热门话题之一。
能源按其生成方式，分为天然能源和人工能源两大类。天然能源是指自然界中以天然的形式存在并没有经过加工或转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、核燃料、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等；人工能源则是指由能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，如煤气、汽油、煤油、柴油、电力、蒸汽、热水、氢气、激光等。其中，已被人类广泛利用并在人类生活和生产中起过重要作用的能源，称为常规能源，通常是指煤炭、石油、天然气、水能等四种。而新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科学技术水平情况下，新能源有不同的内容。在科技日益发达的今天，信息将成为一种特定意义的全新的能源形式，它将依附于各种节能理念、节能知识、节能机制和节能技术的进步上，大幅度提高人类的能源使用效率，节约更多的能源以满足新的需求。
金融危机之后，“智慧能源”成为政治家和商界领袖的“新宠”，在救市措施、经济和能源振兴规划、能源长期发展规划及各种演讲中都闪现着“智慧能源”的光芒。金融危机迫使人们面对这样的选择：是要一种普通生活还是智慧生活？相信大多数人会选择智慧生活。但智慧生活是需要智慧能源来支撑的。
目前，我们通过IBM实施的智慧地球可以看出人类使用的任何能源都可以实现数字化和互联。于是，人们就想到了能源互联，将各种能源连接起来，并进行智能化开发、开采、输送及使用。对于这样的能源系统，被国际社会称之为“智慧能源（intelligent energy）”，与之相关的技术就是“智慧能源技术——IET（intelligent energy technology）”。这是一个包含各种形式的能源资源，特别是低碳的天然气和可再生能源，各种形式的能源转换技术和各种各样的能源使用终端设施，在智能化信息系统的控制下联成一个整体，调动全社会多元的创造性，共同解决人类面临的问题。而最终需要实现的目标是将能源效率不断提高，有效控制全球气候变化的趋势，从经济、社会、环境和资源上实现真正意义的可持续发展，而这一技术革命将不可避免地影响人类未来的社会经济、政治。
11.2智慧能源的类型
智慧能源不仅指自然界中可再生与清洁能源（太阳能、地热能、风能、海洋能等可再生能源以及氢能等清洁能源），更指利用先进的技术构建新的能源发展开发利用模式，包括能量转换利用新概念、工程热物理过程新机理、热力循环新构思以及能源动力发展新模式。在传统科学基础上不断开拓新的研究热点，将先进的IT概念引入化学能及化学能向物理能转化的阶段，实现化学能与物理能的综合梯级利用，即通过多层次不同品位能梯级利用的总能系统，来达到更高能源利用率与排放标准的目标，这是实施可持续发展战略的重要途径，是提高能源利用率和改善生态环境的关键，也是开拓能源利用新渠道和实施绿色能源战略的突破口，旨在建立可持续发展的绿色能源体系，尝试解决能源利用与环境协调相容的难题。
11.2.1智慧电力
智慧电力的一个重要表现就是智慧电网的建设，目前智慧电网已经经历了三个重要事件：第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。第二个是奥巴马上任后提出的能源计划。第三个是中国能源专家武建东提出的互动电网。所谓的智慧电网必须包含以下四个特点：
1.可靠。不管用户在何时何地，都能提供可靠的电力供应。智能电网能够经受物理（自然灾害）的和网络的攻击而不会出现大面积停电或者不会付出高昂的恢复费用，以使电网用户免受供电中断的影响。
2.经济。智能电网运行在供求平衡的基本规律之下，价格公平且供应充足。
3.高效。利用投资，控制成本，减少电力输送和分配的损耗，电力生产和资产利用更加高效。
4.环保。通过在发电、输电、配电、储能和消费过程中的创新来减少对环境的影响。电网可以称得上是上个世纪工程科技发展的奇迹。它们带来的廉价、充裕的电力彻底改变了人们的生活，为家庭、街道、企业、城镇以及城市提供了电能。
但是，当今的现状是：能源价格低廉，人们不关心其对自然环境的影响，消费者也仅仅是被动的购买者。以前电力系统是由一小部分大型发电厂集中封闭管理的。那仅仅是为了单向分配电力，而不是管理一个动态的全球能源供求网络。
由于几乎没有平衡负载或监控能流的智能系统，每年损失的电力足够印度、德国和加拿大使用一年。如果美国的电网效率提高5％那么它将能永久性消除5300万车辆排放的燃气和温室气体。每天浪费的能源造成的损失高，达几十亿美元。幸运的是，能源使用可以实现智能化。我们可以像管理复杂的全球系统一样管理能源。
根据美国能源部的研究结果，由于电网效率低下而造成的电能损失高达总电能的67％。为此，美国得克萨斯州、丹麦、澳大利亚和意大利的公共事业公司正在建设新型数字式电网，以便对能源系统进行实时监测。这不仅有助于他们更迅速地修复供电故障，而且有助于他们更“智慧”地获取和分配电力。消费者也能够更“智慧”地加强他们对能源消耗的掌控――每户最多可减少25％的能源花费，而且“智慧能源”管理还能够改善可靠性、服务、效率乃至法令的透明度。借助智能电网，电力公司可轻松了解用户用电情况，还能以远程的方式监视和控制各种智能设施。用户也能了解电网供应，还可以通过智能电表得到节能建议，也不再担心停电，因为智能电网有自动恢复的本事。总之，电网效率提高了。另外还有可能合并传统能源和新能源风能、插电式混合动力车、太阳能等，以提供对一个社区、一个国家乃至世界范围内涉及的所有能源利用形式的端到端互联。
2007年，美国《能源独立与安全法案》就曾安排了45亿美元用于智能电网的补贴基金。在《2009年美国复苏与再投资法案》中，有11亿美元是用于“智能电网投资计划”的研发。奥巴马的能源顾问在一份科技投资对就业增长影响的报告中分析，投资100亿美元建设智能电网，可创造23.9万个岗位。对于智能电网的特性，埃森哲公司定义的关键词是清洁、坚强、自愈、优化、交互和经济。
研究调查表明，通过以上方案，美国国家电网的使用效率每提高5％就相当于减少5300万辆汽车的燃料消耗和碳排放。美国的优势并不在新能源和可再生能源，技术上，而是在信息技术和投资管理上，全球最好的信息技术公司全部聚集在美国，最好的投资管理机构，特别是风险投资和私募股权投资基金也主要集中在美国。而依靠这两个优势，通过信息技术可以借助发展智慧能源，及智能公用设施，包括：智能电网、智能燃气、智能给排水、智能交通、智能气象、智能金融等，通过智能化提高系统效率，实现大幅度的节能减排和资源优化配置。特别是智能电网将解决各种新能源和可再生能源的自由接入，解决电动汽车或插电式混合动力汽车的普及应用，将彻底改变人类的生活方式，使节能成为全新的能源供应方式，使绿色经济成为一种全新的发展模式，使美国的“能源独立”成为现实。
美国发展一系列与智能电网和智慧公共设施系统的信息采集和控制技术，在全球化的今天，这些标准仅靠美国是不够的，需要更大市场的附和。中国不仅是一个巨大的市场，还是一个制造业大国，中国对这些标准的共识是美国能否成功转轨的重要基础，中国应该参与这些标准的制定，并在其中讨价还价，争取分享这些标准资源，以及未来产生的价值。
如果美国依靠先进技术汽车实现了“能源独立”，美国将会降低对国外石油的依赖，会减少在产油地区和主要石油通道的军事存在，美国将会要求其他国家承担更多的义务，中国填补部分空缺将存在可能。如果中国加强与美国和西方的军事合作互信，中国海军舰队在一些利益攸关地区的巡弋和存在将会减少阻力，中国的国际地位将会加强，中国的国家利益也将会外延。
根据智能建筑专家的估计，如果在建筑物中大量采用感应、定位、智能控制和多能源优化等普通信息技术，以及分布式能源、热电冷梯级利用和蓄能等成熟技术，实现了建筑的“精确供能”，就可以在人们需要的地方、需要的时间、需要能源的品种（电、热、冷）针对性地供应能源，以现有1／2能耗就可以维持比现在更加舒适的生活品质。如果进一步进行建筑结构的围护结构节能，并使用更新型的可再生能源、废能回收技术等，建筑能源消耗还会减少1／2，也就是说未来1／4的能源足以让我们生活得更好，更舒适。一个建筑或一座工厂最大的电耗来自电机系统，如电梯、水泵、风机、空调、洗衣机、电冰箱等，一般电动机启动负荷是正常运行时的5至7倍，采用变频控制软启动技术也要1.5倍的电流强度。现在的建筑设计师通常将所有的电机负荷简单相加，再乘以一个巨大的安全系数，结果是变压器容量巨大，输电线路投资巨大，电力系统负荷损耗巨大。如果我们能对每一个电机进行优化控制，避免他们同时开启，就可以将变压器容量缩小到1／3至1／5，变压器的损失随之减少。
“随手关灯”总有关不到的地方和时候，如果采用智能感应照明，只在有人有需求的地方进行精确照明，读者可以环顾一下你的家庭或办公场所，估算一下可以节省多少电能，减排多少二氧化碳。而实现这一技术仅需要为每一个灯口安装一个芯片和控制开关，在适当的地方安装感应器，相关的控制数据信息可以直接从电力线上传送，这已经不是什么“高技术”了。
通过电力线进行数据传送也已是一项较为成熟的技术，一旦实现，一个家庭、一个商店、一座工厂或一座楼宇所有的电器就可以通过数字信息技术联成一体。IBM公司CEO彭明盛最近发表了关于《智慧的地球》演讲，他认为世界正在从互联网，进入到“物联网”（the Internet of things）的时代，全人类的智慧化将实现“无所不在的连接（pervasive connectivity）”。电力线无疑是成本最低、最实用、最方便的连接渠道，终端的电网系统将因此成为一个新的数据交换平台，无数的创新将从这里开始。
北京有1500万人口，约500万台冰箱，如果以每台冰箱120W，合计装机负荷60万kW，如果未来的冰箱可以蓄冰储能，所有冰箱都在夜间用电低谷蓄冰，并根据电网的智能安排分批进行工作，电网就可以因此减少几十万kW的装机和相应输电线路和变电站的建设投资和运行损耗。电热水器、电动汽车也可采用同样模式，在低谷蓄电，并由智能电网进行负荷平衡安排。可见未来的智能电网将会使人类进行各种各样的创造，设计制造各种新的和超出我们目前想象力的新产品，改变我们的生活。
