1.2 能源系统与国家战略
1.2.1 国际能源发展战略
为了推动信息能源系统的利用，1983年，国际能源署（IEA）率先开展区域供热冷及热电联产的研发与实证项目（IEA DHC/CHP），涵盖美国、英国、德国、加拿大、芬兰、韩国、瑞典、丹麦等国家。同时，从1990年起，各国对气候变化的重视程度越来越高，相继提出了多项政策和号召。联合国所发起的《气候变化框架公约》（UNFCCC）提出将热电联产作为节能减排的关键技术进行渗透并由此衍生出了国际热电联产联盟（ICA）。2002年，ICA将联盟改名为国际分布式能源联盟（WADE），以发展太阳能、风能等分布式能源为重要主旨。
近些年，在信息技术和能源技术的高速发展下，信息能源系统被越来越多的国家重视和支持。早在2008年，美国北卡罗来纳州立大学提出能源互联网理念雏形，并开展“未来可再生电能传输与管理系统”项目以实现能源的高效利用；同年，德国联邦经济和技术部提出E-Energy理念和能源互联网计划。2010年，日本经济产业省启动“智慧能源共同体”计划，从能源、社会基础设施、智能电网等方面，开设了包含智慧城市示范项目、智慧能源网示范项目在内的能源发展战略实践，覆盖了横滨、东京、丰田、关西等多座城市，旨在协调电力、热能、运输范畴的能源使用，降低城市运行过程中碳排放量，并在2030年实现二氧化碳排放量削减40%的目标；日本在2016年发布的《能源环境技术创新战略》中提出利用大数据分析、人工智能、先进传感和IoT技术构建多种智能能源集成的管理系统。欧盟在2018年提出了综合能源系统2050愿景，即建立低碳、安全、可靠、灵活、经济高效、以市场为导向的泛欧综合能源系统。2019年，全球能源互联网发展合作组织发布了欧洲能源互联网规划研究报告，提出了欧洲能源互联网的发展规划方案、重点互联互通工程，并进行了效益评估；澳大利亚可再生能源署发布了新的可再生能源资助计划，把电网消纳、氢能和减少工业碳排放作为可再生能源优先发展领域。
近年来，信息能源系统成为能源领域发展的重要趋势之一，科研领域和工业领域都在此基础上进行了诸多研究和应用，尤其在欧洲等西方国家得到了大力发展。丹麦为了在2050年实现100%可再生能源的目标，特别强调电力、天然气及供暖的融合；德国有“电制氢”（Power to Gas）、“柏林区域能源系统”（Berlin District Energy System）项目、创新英国（Innovate UK）成立“能源系统弹射器”（Energy Systems Catapult），以用于为英国企业所研究和开发的信息能源系统课题提供支持等。除此之外，美国也相继推出了科研项目，其国家可再生能源实验室（NREL）在2013年成立了“能源系统集成”（Energy Systems Integration）研究组，IBM也拥有Smart City等项目，美国拜登总统推出一揽子清洁能源政策，如重返《巴黎协定》，成立白宫国内气候政策办公室制定气候政策，停止新的石油及天然气项目，以及在未来几年内拨款350亿美元用以“解决气候危机并使美国成为清洁能源技术领域全球领导者”等，并于2021年2月又提出2035年实现无碳发电、2050年碳中和。美能源部（DOE）加大对太阳能、生物燃料、地热能、碳捕集技术、耦合能源系统技术等项目的投资。欧洲理事会、欧洲议会及欧盟各成员国议会就《欧洲气候法》达成临时协议，拟通过立法实现2050年碳中和的承诺。日本国会参议院通过《全球变暖对策推进法》，以立法的形式明确了日本到2050年实现碳中和的目标。韩国设立了总统直属机构碳中和委员会，将在社会、经济等领域统揽气候环境政策。截至2021年4月，超过130个国家和地区提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标，包括：已实现碳中和的2个国家，已立法的7个国家，处于立法中状态的欧盟（作为整体）和其他国家。另外，有20个国家（包括欧盟国家）发布了正式的政策宣示；提出目标但尚处于讨论过程中的国家和地区近100个。
在国际和国内能源系统发展战略的大力推进下，智慧能源的建设势在必行，而以信息驱动的能源系统高度清洁化、高效化、智能化发展是其至关重要的研究课题。
1.2.2 国内能源发展战略
2011年2月，由中国能源中长期发展战略研究项目组研究发布的《中国能源中长期（2030和2050）发展战略研究》由科学出版社出版，该研究从中长期能源战略的角度，结合大能源体系的发展，分析了国内外各类可再生能源的技术、产业和市场发展现状，在分析我国能源的现实与长远需求、资源保障、技术发展和产业支撑条件的基础上，提出了我国可再生能源中长期和长远期的发展愿景、目标、路线图、保障政策措施和建议等。针对新能源开发技术较为成熟的风力发电技术，国家发改委能源研究所与IEA（2011）研究发布了《中国风电发展路线图2050》，设立了中国风电未来40年的装机容量目标。2015年9月26日，习近平主席在联合国发展峰会上宣布，“中国倡议探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”，为世界绿色低碳发展提供了重要思路。到2017年底，有87个国家制定了适应经济发展的可再生能源发电目标，而我国政府也针对信息能源系统先后出台了一系列支持政策，开展重大研发项目进行技术研究，并部署了一批多能互补集成优化示范工程和“互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目。其主张大力发展能源科技，加快技术创新，充分开发和利用可再生能源，尤其是在新能源并网和储能、微电网等技术上的突破，提升电-热-气等系统的调节能力，增强新能源消纳能力，发展先进高效节能技术，实现资源优化配置，最终达到能源生产和消费的高度自动化、智能化。
随着全球气候变化对人类社会构成重大威胁，越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略，并提出了无碳未来的愿景。2020年9月，中国基于推动实现可持续发展的内在要求和构建人类命运共同体的责任担当，明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。中国正陆续构建和发布“1+N”政策体系（即1个顶层设计文件，N个分领域分行业实施方案），确保如期实现“双碳”目标，绿色低碳将成为中国未来数十年内经济社会发展主线之一。“双碳”目标提出有着深刻的国内外发展背景，必将对经济社会产生深刻的影响；“双碳”目标的实现也应放在推动高质量发展和全面现代化的战略大局和全局中综合考虑和应对。2020年11月3日，“十四五”规划中提到，“加快壮大新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等产业。推动互联网、大数据、人工智能等同各产业深度融合”“推动能源清洁低碳安全高效利用”。因此，集中发展能源系统中的智能技术至关重要。
1.2.3 “双碳”目标和实现路径
2021年4月22日，习近平主席以视频方式出席领导人气候峰会并发表重要讲话时指出，这是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求作出的重大战略决策。中国承诺实现从碳达峰到碳中和的时间，远远短于发达国家所用时间，需要中方付出艰苦努力。实现“双碳”目标和路径以及面临的挑战方面概括如下。
1.实现“双碳”面临的挑战
1）在能源网络方面：能源供应与能源消耗的地域跨度大和传统以煤为主的能源消费模式向绿色可持续发展的转型升级。
① 能源供应与能源消耗的地域跨度大
我国地域辽阔，能源分布不均匀，而改革开放的政策，让东部地区先发展起来，这就造成了我国能源的供需地域差异大：东部地区经济相对发达，但能源贫乏，对能源需求相当大，而西部地区经济相对落后，但蕴藏着丰富的资源。因此我国有着“西气东输”及“西电东送”等重大工程，实现能源的地域转移。能源转移的效率及安全性、能源网络的可靠性等仍是需要改进和解决的问题。
② 石油、天然气对外依赖程度过高
我国石油、天然气占一次能源消费能源比重约27%，受资源条件的限制，生产和消费的缺口不断扩大，对外依赖程度分别达到了72%和43%，过高的对外依赖程度，将对我国油气能源安全造成巨大的威胁。而且我国正处于工业化、现代化、城镇化的发展阶段，作为能源消耗大国和温室气体排放大国，“双碳”目标的实现也面临着双重压力和巨大挑战。因此，要加快信息能源系统的建设步伐，通过信息能源系统，实现清洁能源间接代替油气能源，弥补生产消费缺口。
③ 传统以煤为主的能源消费模式向绿色可持续发展的转型升级困难
化石能源依赖型的能源结构在短期内难以完成结构转型。能源结构调整是应对气候变化的关键，是实现“双碳”目标的重中之重。我国能源供应目前还是以煤炭、石油等不可再生能源为主，在经济快速发展的同时，能源的消耗和碳排放量也不断提升。因此，需要深化能源改革，不断往绿色、低碳方向发展，促进清洁的一次可再生能源的充分利用，使得能源体系“两条腿”走路。可以预见，尽管未来传统化石能源的比例将大幅下降，但我国能源结构的高碳特征无法在短期内彻底改变，我国很有可能仍是煤炭占能源结构比例很高的国家。能源领域短期内难以实现“低碳”或“脱碳”，这是我国实现“双碳”目标面临的巨大挑战。
高昂的碳减排成本是对我国经济社会发展的严峻挑战。我国工业化起步迟，城市化过程短，目前尚未完成碳达峰，而碳中和时点又几乎与欧美发达国家同步。这就导致我国“双碳”目标不能完全通过市场机制调节来实现，整个碳排放呈现倒“U”字形曲线，表现出高度的人为压缩状态。这意味着，相对于欧美国家，我国实现碳中和的碳减排成本会更高。研究表明，我国未来实现碳中和的综合成本可能要比美国高2～3倍。按照2020年清华大学的报告，我国要实现碳中和目标，需要新增约138万亿元投资。对于刚刚完成脱贫攻坚任务的我国而言，如此高昂的碳减排成本无疑是一个严峻的挑战，如果碳减排措施不当很可能会造成企业生产成本增加、商品价格上涨，进而制约经济的平稳增长和社会的转型升级。
2）在信息网络方面：能源网络覆盖广，导致泛在终端不足和不同能源系统的信息难于互联互通。
① 能源网络覆盖广导致的泛在终端不足
目前的能源终端在实际控制操作过程中，仍然是需要接收远程的控制系统集中的调控信息，对于环境与用户，只能实现基本的信息获取。为了应对新的智能管理要求，需要增加终端的智能性，主要体现在：具备数据预处理的功能，实现由数据往知识的转变；终端的态势感知要往自主认知的过程进行转变；同时，在实时控制上能实现自主控制功能，即实现机械自动化向人工智能化的转变。
② 不同能源系统的信息难于互联互通
多能源分属于不同的系统，在网侧实现数据的互联互通困难，并且各个能源网络的数据开发利用程度不够。目前我国的能源企业，针对业务系统的数据开发方式主要以统计分析为主，这就导致源头数据质量不高以及计算颗粒度大等问题。因此，需要建设信息开放共享的交流平台，同时以人的用能行为与设备机械产生的数据为源，共同为能源体系提供持续、高质量、小计算颗粒度的数据。
3）在价值网络方面：能源市场的开放程度和用户参与度还需要增强，以及能源市场用户能源企业的社会公益属性与企业属性之间需要协调发展。
① 能源市场的开放程度和用户参与度不够
能源市场用户参与程度不够，无法充分发挥用户侧调节能力。比如电价，我国合同电价、峰谷电价、实时电价等定价机制尚未有效形成，导致能源用户难以主动有效地参与能源价格制定。因此，需要不断地加强能源市场改革，提升用户的参与程度，制定更加科学灵活的能源价格，通过价格机制化解用能峰谷差的矛盾。
② 能源市场用户能源企业的社会公益属性与企业属性之间需要协调发展
能源公司的公益属性，使得居民用能能源价格具有倒挂的特色。在计划经济时代，发电厂和电网最初都是国家无偿投资建设，居民用电很大程度上被认为是一种福利政策。居民用电已经习惯低电价，无法理解现行电价是建立在无法满足成本的基础上，并且对电价敏感性较强，因此电价长期处于能源价格倒挂的水平。牺牲企业利益，成就社会公益，我国能源企业必须是国有企业占据主导地位，必须坚持党的领导，依托党的政策方针支持。同时，需要创造新的能源商业模式，降低用能成本，激发能源经济活力。
2.“双碳”面临的机遇
1）为提升国际竞争力带来机遇。“双碳”目标为中国经济社会高质量发展提供了方向指引，是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。快速绿色低碳转型为中国提供了和发达国家同起点、同起步的重大机遇，中国可主动在能源结构、产业结构、社会观念等方面进行全方位深层次的系统性变革，提升国家能源安全水平。若合理布局5G、人工智能等新兴产业，将为自主创新与产业升级带来独特机遇，推动国内产业加快转型，有力提振中国经济竞争力，巩固科技领域国际领先者的地位。
2）为低碳、零碳、负碳产业发展带来机遇。2010—2019年间，中国可再生能源领域的投资额达8180亿美元，成为全球最大的太阳能光伏和光热市场。2020年中国可再生能源领域的就业人数超过400万，占全球该领域就业总人数的近40%。“双碳”背景下，新能源和低碳技术的价值链将成为重中之重，中国也可借此机遇，进一步扩大绿色经济领域的就业机会，催生各种高效用电技术、新能源汽车、零碳建筑、零碳钢铁、零碳水泥等新型脱碳化技术产品，推动低碳原材料替代、生产工艺升级、能源利用效率提升，构建低碳、零碳、负碳新型产业体系。
3）为绿色清洁能源发展带来机遇。在我国能源产业格局中，煤炭、石油、天然气等产生碳排放的化石能源占能源消耗总量的84%，而水电、风电、核能和光伏等仅占16%。目前，我国光伏、风电、水电装机量均已占到全球总装机量的1/3左右，领跑全球。若在2060年实现碳中和，核能、风能、太阳能的装机容量将分别超过目前的5倍、12倍和70倍。为实现“双碳”目标，中国将进行能源革命，加快发展可再生能源，降低化石能源的比重，巨大的清洁、绿色能源产业发展空间将会进一步打开。
4）为新的商业模式创新带来机遇。“双碳”目标有助于中国提高工业全要素生产率，改变生产方式，加快节能减排改造，培育新的商业模式，从而实现结构调整、优化和升级的整体目标。环保产业将从纯粹依赖以投资建设为主要模式的末端污染治理方式，转向以运维服务、高质量绩效达标为考核指标的方式。企业也将加快制定绿色转型发展新战略，借助数字技术和数字业务推动商业模式转型和数字化商业生态重构，以体制与技术创新形成低碳、低成本发展模式及绿色低碳投融资合作模式。
3.“双碳”目标
基于推动生态文明建设的内在要求和构建人类命运共同体的大国担当，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。这一重大战略决策涉及经济社会发展各领域，涉及我国经济社会发展中面临的诸多系统性、关键性、深层次问题。正如习近平总书记在主持召开中央财经委员会第九次会议时强调的，“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”。实现“双碳”目标，既需要经济调节、技术改进、政策引导，也离不开法治固根本、稳预期、利长远的保障作用。
“双碳”目标事关中华民族永续发展和人类命运共同体的构建，对于我国实现“两个一百年”奋斗目标、引领全球气候治理具有重大深远的意义。
首先，“双碳”目标是我国引领全球气候治理、推动构建人类命运共同体的必然选择。工业革命以来，全球变暖引发的极端天气频发、海水酸化、海平面上升、生物多样性减少以及其他相关的自然灾害是人类社会迄今为止所面临的最具挑战性的全球问题。联合国研究报告显示，过去20年全球自然灾害的发生频率几乎是1980—1999年间的两倍，因气候变化导致的极端天气事件占了其中一大部分。为了应对气候危机，《巴黎协定》将全球平均温升控制在2℃以下并争取实现1.5℃以下的目标，呼吁各国尽快实现碳排放量达到峰值，争取21世纪下半叶实现净零排放。据此，占世界GDP总量75%和碳排放总量65%的国家纷纷提出了碳排放远景目标。可以说，“碳达峰”和“碳中和”已成为全球气候治理体系的新入场券，是构建人类命运共同体的新基石。我国近年温室气体排放量超过100亿t，是全球实现碳中和、保护全球气候系统的关键。在此背景下，我国应当参与国际气候合作，如期并争取提前实现“双碳”目标，参与并重塑全球气候治理体系。
其次，“双碳”目标也是实现我国绿色低碳发展、经济高质量发展的内在要求。我国仍面临着严重的环境污染和生态破坏问题，同时也是易受气候变化影响的国家。环境污染与温室气体排放同根同源，很多大气污染物质或者其前体物本身就是温室气体或具有增温潜力的气体。因而，我国可以在应对环境污染的同时控制温室气体的排放。环境污染、生态破坏以及气候变化问题源于发展和技术应用，也需要通过高质量发展和科技创新来解决。“双碳”目标实现的唯一路径是绿色低碳和高质量发展。“双碳”目标在本质上就是要推动经济社会发展与碳排放逐渐“脱钩”，而构建绿色低碳发展经济体系则是实现“双碳”目标的关键举措。
4.“双碳”目标实现的路径
党的十八大以来，我国生态环境保护、生态文明建设和全面依法治国取得明显成效，这为“双碳”目标的实现夯实了基础，也为“双碳”目标的实现提供了良好条件。首先，习近平生态文明思想为我国“双碳”目标的实现提供了根本遵循；其次，绿色低碳发展理念为“双碳”目标的实现提供了正确路径；再次，能源结构转型和绿色低碳技术为“双碳”目标的实现提供了重要支撑。
实现碳达峰、碳中和不是一个可选项，而是必选项。中国推进碳达峰、碳中和，应放在推动高质量发展和全面实现现代化的战略大局和全局中综合考虑，按照源头防治、产业调整、技术创新、新兴培育、绿色生活的路径，加快实现生产生活方式绿色变革，推动如期实现“双碳”目标。
推进源头防治。按照“30、60目标”加快推进减碳步伐，加强源头管控，防止经济被高碳发展模式锁定。深入打好污染防治攻坚战，将降碳作为源头治理的“牛鼻子”，坚持源头防治、综合施策，切实转变理念方法，强化多污染物协同控制和区域协同治理。推进精准、科学、依法、系统治污，严控高耗能、高污染“两高”项目，严把新建、改建、扩建高耗能、高排放项目的环境准入关，开展排查清理，协同推进减污降碳，加快推动生态环境治理模式由末端治理向源头防治转变。
调整产业结构。电力的脱碳必须先于更大范围的整体经济脱碳，要加快推进电力产业的脱碳和结构转型，加速能源清洁化和高效化的发展，逐步淘汰未采取碳捕集利用与封存（CCUS）技术的燃煤发电，快速增加以可再生能源为主，以核能、碳捕集、利用和封存为辅的多种技术组合发电。大力推进节能降碳重点工程，加快推进电力、钢铁、有色金属、建材、石化、化工等重点行业节能改造。推动终端制造产业电气化、数字化、智能化转型，在无法实现电气化或电气化经济效益不可行的情况下，在制造和交通领域改用氢能、生制质能等燃料。加快固碳等环保产业发展，对于难以脱碳的设施和工艺，采用去碳、固碳技术实现碳中和。着重加强生态农业、生态保护、生态修复等产业扶持力度，深入实施重点生态建设工程，完善碳汇体系，提升生态系统质量和固碳能力。
加强技术创新。支持科研人员对CCUS、等离激元人工光合、微矿分离等关键技术的研发，整合减碳、零碳和负碳技术。采用创新工艺流程、使用热泵技术等改变现有设备、工艺的运作模式，推动节能减排。大力发展电化学储能等新型储能技术，积极推广不依赖化石燃料的关键技术、先进用能技术和智能控制技术，大幅提升资源循环利用效率，推进新型清洁能源回收循环再利用技术的突破和成熟。加快大数据、区块链、人工智能等前沿技术在绿色经济技术中的应用，提升重点行业用能效率，降低用能成本，助力能源高效化、清洁化、可持续化发展。
培育新兴产业。大力发展数字经济、高新科技产业和现代服务业，培育绿色低碳新产业。完善绿色产品推广机制，推广合同能源管理（EMC）服务，扩大低碳绿色产品供给。建设碳排放气候变化投融资政策体系，建立以企业为主体的碳交易市场。支持开发碳金融活动，大力发展绿色信贷、绿色债券、绿色保险等绿色金融产品，建立有利于低碳技术发展的投融资机制，探索碳期货等衍生产品和业务，设立碳市场有关基金，激活碳汇资产。
1.2.4 “双碳”与我们
近年来，世界各地极端天气频现。根据世界气象组织发布的《2020年全球气候状况》报告，2020年是有记录以来三个最热的年份之一，全球平均温度比工业化之前水平高出约1.2℃，2011—2020年是有记录以来最热的10年。导致全球变暖的主要原因是人类活动不断排放的二氧化碳等温室气体。
生态环境具有公共属性，环境治理需要全社会共同参与。只有全社会信仰法治、厉行法治，以高度的社会责任感认识碳达峰、碳中和这场广泛而深刻的经济社会系统性变革，才能真正推动这项工作在法治轨道上运行并取得实效。立法机关、司法机关应积极承担普法责任，实现国家机关普法责任制清单全覆盖，及时普及有关“双碳”目标方面的法律法规及相关国际公约，注重结合执法实践和司法案例增强普法效果。企业要以创新为驱动，大力推进经济、能源、产业结构转型升级，自觉遵守碳排放碳交易领域相关法律法规，特别是要发挥好先行上线交易企业示范引领作用，尽快把一些有益做法推广到更多领域和更广范围。公众要形成绿色低碳生产生活方式，倡导绿色采购、旧物回收、节水节电、“光盘行动”和零碳出行。总之，要形成实现“双碳”目标人人有责的良好氛围，以理念的更新和行为方式的转变为实现“双碳”目标提供坚实基础。
倡导绿色生活，开展碳达峰全民行动，加强政策宣传教育引导，提升群众绿色低碳意识，倡导简约适度、绿色低碳的生活方式，推动生活方式和消费模式加快向简约适度、绿色低碳、文明健康的方式转变。推广使用远程办公、无纸化办公、智能楼宇、智能运输和产品非物质化等技术，开展创建节约型机关、绿色家庭、绿色学校、绿色社区和绿色出行等行动，创建碳中和示范企业、示范园区、示范村镇。不断推广绿色建筑、低碳交通、生活节水型器具，深入广泛开展形式多样的垃圾分类宣传，普及垃圾分类常识，稳步推进垃圾精细化分类。培养市民形成绿色出行、绿色生活、绿色办公、绿色采购、绿色消费习惯，着力创造高品质生活，构建绿色低碳生活圈。
实现碳达峰、碳中和，必须汇聚全社会力量协同推动经济社会的系统性变革。实现碳达峰、碳中和不是政府唱“独角戏”，要促进有为政府与有效市场相结合，构建多元主体间紧密联系、相互配合、协同共进的碳减排利益共同体。应注重多中心多主体参与，构建出政府主导、企业主体、公众共同参与的多元共治新格局。