随着工业4.0的到来，传统工业的很多概念都被颠覆，工业结构发生根本性变化。同样，此时煤炭、化石等传统能源的利用方式也已经难以为继，而以美国页岩气革命为代表的“新能源”的开发和利用，获得了一定的成功，此时中国正力图用国家“973”计划实现能源的4.0，这是一场“能源赛跑”!
工业4.0是工业和信息的深度融合，那么能源4.0就是能源跟信息的深度融合。前所未有的信息技术正在渗透世界的每一个角落，世界上的能源结构将出现重大转型，这就是我们所说的能源4.0。就好像工业4.0并不是某种新设备、新机器的发明，而是整个工业系统在运作方面的升级一样，能源4.0在不在于某种“新能源”的开采和运用，而在于整个能源系统的升级。
早在2014年召开的2014第六届世界非并网风电与能源大会上，国家发改委产业经济与技术经济研究所、国家发展改革委能源研究所、国家“973”计划大规模非并网风电项目组就共同举行了新能源技术创新与产业化助推高耗能产业转型升级重大研究成果新闻发布会，发布非并网多能源协同供电和能源互联网高耗能产业技术的重大突破。世界风能学会麦加德主席，国家发展改革委宏观经济研究院马晓河副院长、能源研究所韩文科所长、产业经济研究所王昌林所长、国家“973”计划大规模非并网风电项目首席科学家顾为东院长及其团队骨干、世界风能领域及相关领域专家学者和企业代表共计200多人出席发布会。
一、项目背景回顾
2007年7月，以江苏省宏观经济研究院顾为东院长为首的团队，申报我国重点基础研究发展计划(“973”计划)能源领域“大规模非并网风电系统的基础研究”项目，经过三轮答辩，获得科技部立项(编号：2007CB210300)，顾为东院长为首席科学家，这是我国 “973”计划能源领域第一个风电项目。
项目主要研究风电不并网，使之应用于经过改造能够适应风电波动的高耗能产业。这是首席科学家顾为东1980年开始研究，并建立模型，1984年连续发表论文，历经30多年不懈研究完善，上升为国家“973”计划重点研究项目。
在顾为东带领下，项目组经过7年研究及产业化工作，基础理论取得重要突破，揭示了风电应用于海水淡化、油田抽油、电解铝、制氢等生产过程运行规律，把握了内部机理以及新能源与高耗能产业之间的耦合关系，拥有完整的自主知识产权，并建立了示范工程。如在江苏大丰建成非并网风电日产百吨和万吨海水淡化示范项目;在辽河油田、大庆油田建成非并网风电抽油示范项目;风电电解铝方面，通过实验室小试和中试，模拟新疆达坂城风电炼出第一块铝锭，目前正在着手建设年产1000吨铝的风电电解铝示范工程，为年产40—60万吨/年风电铝一体化项目奠定基础;风电制氢方面，在江苏沿海成功以风电直接制氢，进行氢燃料电池和氢内燃机汽车运行。
二、项目的战略意义
项目构建的非并网风电-高耗能产业集成系统，将风电与海水淡化、电解铝、制氢、煤制天然气等相结合，是一次全新的探索和尝试，在世界范围内属于技术首创。如非并网风电应用于海水淡化，既能解决风电上网、脱网、弃风等难题，又能将绿色能源直接应用于电解铝、制氢、煤制天然气等高耗能产业，可以减少网电所用燃煤消耗，减少温室气体排放量，不但具有可观的经济效益、而且具有良好社会和环境效益。
此外，非并网风电项目组根据研究，提出将大规模高耗能产业进行技术改造、功能转变，对电网调峰的新思路，即建立“能源互联网产业体系”，为我国大电网配套，大幅度提高能源效率和经济效益，也使传统的高耗能产业转变为绿色、低碳的新型产业。这一转变，使原来相对固化的产业结构发生了质的改变，为实现产业结构转型升级奠定了基础。
三、项目的创新与成果
项目在非并网风电系统基础理论、非并网风电系统负载适应性理论、风力发电机系统集成以及社会科学和自然科学相融合的研究方法等方面取得了创新成果。
这些成果的基础理论研究、实验验证及配套的技术转化工作已全部完成。在电解铝、氯碱工业、海水淡化、制氢、煤化工、冶金、新能源汽车等高耗能产业的重点项目与企业合作建设了一批示范工程。
——将我国占全球48.5%的电解铝产业功能实现转变，让电解铝企业扭亏为盈，其生产成本下降40%，经济效益提高4-8倍以上。并可形成全球化的万亿元新型铝电解槽的市场，占领新型电解铝高端装备制造业高地。
——大规模实现氯碱工业的功能转变，经济效益提高2-4倍;形成完整自主知识产权的万亿元市场的新型氯碱电解槽高端装备制造业高地。
——新能源海水淡化可以风生水起，实现人类的梦想，100%使用风光等新能源实现大规模海水淡化，解决我国淡水缺乏的世纪难题。海上大规模风电场将变输电上岸为直接输淡水上岸，所有海水淡化装备全部高度集约化、一体化和国产化装进风机塔筒之中，装备成本下降40%，节省土地50%以上，商业化后实现每吨淡水成本3-4元人民币;形成完整自主知识产权、面向全球形成万亿元市场的新能源海水淡化的高端装备制造业高地,也将为我国发展海洋产业和海岛建设提供淡水保障。
—— 发展大规模新能源直接制氢(氧)产业，用超低风速直驱风机和太阳能光伏直接电解水制氢，为我国新型加氢天然气和氢内燃机汽车、氢燃料电池(技术储备)汽车及船舶提供强大的绿色动力;
——通过非并网多能源协同供电，实现煤炭多能源系统的清洁化利用，用新能源“嫁接”传统能源，用新能源大幅度提升传统能源的效率，可实现在同样的煤制气(油)的产量时，节煤50%、节水38%、二氧化碳几乎零排放。简言之，汽车烧的油、家里烧的气，有一半是“风吹、日晒”而来;
——走出一条中国特色、与高耗能产业功能转型相配套的大规模太阳能热发电之路，系统运行成本可降低40%，度电成本远低于目前的光伏电池，达到世界领先水平。
通过高耗能产业的功能转变，使高耗能产业成为”柔性”负载, 实现为国家大电网配套调峰，将我国以煤电为主的“刚性”电网转变“柔性”电网，将覆盖我国全境的电网利用率从30%提高到55%-60%，达到世界先进水平(美国电网每提高10%的利用率，年经济效益增加1千亿美元)，使全国60万千瓦火力发电机组发电量增加30%，经济效益增长2倍以上，同时, 彻底解决我国所有大规模风电和太阳能的100%、低成本全部利用的难题。使我国具有全球重大比较优势的大规模风电和光伏电100%、低成本进入电网,实现风、光产业绿色、高效、爆发性增长，使可再生能源对电网的贡献率轻松达到40%以上，彻底解决我国的能源与环境的后顾之忧并全面达到世界先进水平,实现全国10年基本不需要再建大型火电厂,20年不需再建核电站。
四、今后打算
项目组还在进行以下技术和应用工程研究，按照产业化方向发展：
——通过风光沼网电等与煤化工协同，实现工厂化大规模新能源煤基动物蛋白生产，走出一条彻底转变我国食品结构与安全的特色之路，摆脱千百年来靠天吃饭的窘境，解决食品安全瓶颈，并为我国实现城镇化和城乡一体化提供重要食品安全保障(在此基础上探索高仿真型人工猪、牛、羊、鱼肉工厂化生产，最终让“动物走下餐桌”)。同样，生产的动物蛋白中有一半是“风吹、日晒“而来。这为我国真正实现大规模退耕还林、退耕还草、退耕还牧和还我碧水、蓝天、白云奠定基础。
——用新能源(风光沼网)协同供电实现镍铁等铁合金的绿色冶炼，节能减排、提高经济效益;
——通过新能源(风光沼网等)协同供电与我国城镇化公共事业发展相结合，走出一条中国特色城市(镇)污泥、污水的自然高压、高效处理和废水高效回用、余热回收(供热、供冷)的新路。节省土地40%，为实现市场化、商业化、产业化自负盈亏发展城市大型基础性公共事业奠定基础;
——通过新能源/煤多能源系统整合发展，走出一条中国特色非石油的烯烃产业路线，为下游近千种经济建设和人民生活必需品生产提供优质基础原料。同样，这些产品有一半也是“风吹、日晒”而来;
我们将坚持科技创新、开放合作，组建产业联盟，完善产业链条，全力打造国家级新能源关键技术研发和装备制造基地，为我国的新能源技术创新与产业化助推高耗能产业转型升级做出更大贡献。
正是因为国家“973”计划，在能源4.0方面，中国走在了前列。此次大会的召开也说明了中国已经拥有了能源4.0方面的发言权。
(关键字：电解铝 能源成本 风电)