他的软件一年省N亿

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在《科技创业》杂志（Technology Review）2012年TR35（全球35岁以下35位顶尖发明家）评选中，来自清华大学电机系的陈启鑫，因开发电力预测软件和优化电厂运行软件而当选。《科技创业》由麻省理工学院创办，自2005年以来，每年都会开展TR35评选。前往麻省理工学院。参加颁奖典礼的前一天晚上，陈启鑫接受了本刊的专访。

碳预测

《科技创业》介绍陈启鑫所取得的成就时，标题相当显赫——《解决中国电力问题》（Solving China’s power problem）。对此，陈启鑫说，他的研究重点是降低中国电力行业的碳排放和煤耗，所采取的主要方法是优化火力发电厂的开停机次数和运行水平。为了向工商业和居民送电，火力发电厂需要经常开停发电机组，而每开停一次，需要燃烧大量的燃料，“机组启动一次要花几十万元，启动阶段电厂不向电网送电，等启动结束了才能与电网连接、送电。这个过程往往要花上大半天的功夫。”也就是说，开停机次数越多，火力发电厂会消耗越多的能源。

陈启鑫的研究就是在满足用电量的情况下，尽量降低开停机次数。为此，他首先要准确预测用电量。

为什么火力发电厂要开停发电机组呢？因为，白天和晚上的用电量不一样；即使在白天，用电量在不同的时间段也有差别。火力发电厂启动了发电机组就要发电，这些电很难被大规模地储存起来，这就要求发电量与用电量之间的差距越小越有效，“在用电量上，工业和商业占80%以上，通过分析各行业用电量之间的内在联系，可以更准确地预测用电量。”

预测了用电量和开停发电机组的次数，陈启鑫所在的研究团队设计了软件，“帮助省电网公司做决策，确认各火力发电厂开停机的次数和时间点。”陈启鑫强调，他们的软件并不是针对火力发电厂，而是被安装在省电网公司内部，“通过省电网公司控制省内的各家火力发电厂。”为了让预测和决策达到最佳效果，陈启鑫的软件还有自我修复功能，“比如，一直以来预测都挺准，突然有一天不准了，那么，系统会把这个不准信息自动反馈给系统本身，自我修正系统的常数。这个修复工作完全靠系统本身，不需要人工操作。”

除了通过减少开停机次数达到减少能耗外，陈启鑫的软件也能优化火力发电厂的运行，从而减少能耗。据陈启鑫介绍，火力发电厂的运行与家用电冰箱的运行有相似之处。每台家用电冰箱都有额定功率，并且有一个最佳值，在这个最佳值上运行，电冰箱属于节能运行，超出了一定的界限，冰箱的用电量就高。而火力发电厂也是如此，比如一家每小时发60万千瓦的火力发电厂，最佳的运行点往往为55万千瓦左右，“我们尽量减少开关机次数，但是，不能让电厂总在较低水平上运行，这样会产生更高的能耗。”

近几年，风力发电日益增长，给火力发电用电量的预测带来了不小的麻烦，“风电不可控，现在的用电量=风电+火电。风电的波动也带动火电的波动。”陈启鑫直言，他的软件在理论上可以预测风电，离实际运用却存在差距，“我们做过实验，效果不错。但是，还没有运用到实际工业中。一项技术不可能一招鲜吃遍天，运用到其他领域需要进行改变。”预测风电，陈启鑫认为要考虑气象等复杂因素，这是一个新课题，“气象不稳定，而用电量的波动往往有规律，它与人们的用电习惯，以及与各行业的需求波动、宏观经济形势和CPI等相关。虽然天气变化也影响用电量，但影响的幅度远小于天气对于风电的影响。”为了减少能耗，陈启鑫要对用电量和火力发电厂的开停机次数进行更精确的预测。

准确预测、设计软件帮助电网公司做出决策和优化火力发电厂的运行，陈启鑫团队的软件替电网公司创造了效益，同时也减少了煤的消耗，“从而减少了碳排放。”

碳排放

2001年进入清华大学学电力，至今，在电机系任教的陈启鑫已算“老清华”了。他真正关注碳排放，是2008年的事儿。虽说这与他的专业和课题组的研究方向相关，更重要的是，陈启鑫有过在英国的工作经历以及我国有关碳排放的政策让他淘到了“金砖”。

读博期间，陈启鑫曾在英国曼彻斯特大学工作了七个月，“我们的课题组与对方有合作项目，2008年曼彻斯特大学聘我为助理研究员。”在英国，陈启鑫接触了低碳经济，“这个概念首先由英国提出来的，我出国前，中国尚未提过低碳经济的概念。”陈启鑫发现，英国的工业界和政界都重视低碳经济，英国的报纸和学术界也经常讨论这个概念，“还有碳捕集技术——火力发电厂在排放气体前把其中的二氧化碳收集起来，给我的触动挺大的。”陈启鑫便思索：中国电力行业应如何实现低碳化发展？回国后，陈启鑫与导师夏清教授、康重庆教授讨论了以“低碳”作为博士论文主题的想法，“我的想法得到了导师们的大力支持。”当时，国内已经开始讨论低碳话题，“2007年，中国提倡节能，国家出台了一些政策，对电网提出了很高的节能减排的要求。”陈启鑫指出，“中国碳排放总量的百分之四十多来自于电力行业。”

在国家政策的指引下，陈启鑫对中国电力行业未来数十年的二氧化碳排放规模、发展趋势、来源和解决途径进行了综合分析，“分析的结果是：挺有发展前景的。如果把电机系现有的技术运用于电网中，会产生很好的结果。”

陈启鑫指出，他和团队的软件技术并不是凭空得来的，而是建立在清华大学电机系及其课题组已有的研究和技术之上。此前，他的研究方向是如何确保电网运行的安全性，“火力发电厂一旦开停发电机组，就涉及到生产安全。比如，居民开灯，发电厂就要供给足够的用电量。要是送电量小于居民的用电量，家里的灯会忽暗忽明，这种状态会对家用电器产生伤害。如果送电量和用电量之间的差距过大，会导致停电。”发电、电网和用电三者是相关的，这就要求对火力发电厂的开停机次数进行安排，其中就涉及到安全，“但是，之前我们还没有将其与碳减排联系起来。”

陈启鑫和团队对原有的技术进行了升级、改造，“了解火力发电厂的碳排放，掌握影响两者之间关系的各项因素。”之后，陈启鑫通过合适的数学方式和工具，对大量的数据进行优化，设计了软件。从理论上分析，陈启鑫认为通过预测、优化，可减少中国电力系统碳排放总量的5～10%，“这个数字很大，相当于中国碳排放总量的2～4%，这个规模几乎达到了法国一年的碳排放总量。”

近年来，陈启鑫的软件已在我国电力系统中得到了广泛的应用，“实际减少的碳排放量与理论上的减少量，两者之间还是有差距的，但是，成效非常明显。”迄今，陈启鑫团队的软件在河北、河南、山西、陕西、山东、江西、广西、广东、云南等十个省份二百个城市运行，“仅在山东省，一年就节约成本3000多万美金（约2亿人民币），相当于减少了24万吨的煤炭损耗（约60万吨碳排放）。”至于其他省份所创造的效益，“我们没有进行严谨的统计，无法给出量化估计。但是，也达到了相似的效果。”

碳捕集

陈启鑫的另一个关注点是碳捕集技术。

火力发电厂排放的气体，类似于汽车排放的尾气，“发电厂排放的气体中大多数是氮气，剩下的是氧气和二氧化碳。碳捕集技术就是把二氧化碳从混合气体中单独拿出来。”其实，二氧化碳本身不算污染，只是它的排放会引起温室效应，导致了全球气候变化。如何从混合气体中单独提出二氧化碳，陈启鑫认为有多种方法，“这里面涉及化学、材料工艺，比如通过加热把二氧化碳逼出来，之后压缩、储存二氧化碳。”但是，这并不是陈启鑫的研究重点，“发电厂是一套系统，碳捕集是另一套系统，两套系统结合时，会发生各种复杂关系。”这些关系就是陈启鑫的研究重点。更确切地说，如何提高火力发电厂的运行效率、减少碳排放量仍是他的关注点。比如，从火力发电厂的排放气体中提取二氧化碳需要消耗能源，“这个能源很大，占到发电厂发电量的近百分之二十。我不研究碳捕集技术本身，研究重点是它与发电厂之间的关系，借此提高发电厂的运行效率。”

在碳捕集技术方面，陈启鑫认为，现在的研究工作大多都处于理论研究阶段，他也不例外。但是，他看好碳捕集技术的前景，“理论上可以实现电力行业70%的碳减排，这个数字相当于中国碳排放总量的30%。目前，英国与欧盟已经出台相关政策，规定2012年以后新建的燃煤发电厂必须具有碳捕集能力。”