近日，歐洲能源研究聯(lián)盟（EERA）宣布新推出“能源數(shù)字化”（DfE）聯(lián)合研究計(jì)劃，旨在通過(guò)信息技術(shù)和能源數(shù)字化支持實(shí)現(xiàn)零碳?xì)W洲目標(biāo)。EERA是歐洲最大的低碳能源研究非營(yíng)利性國(guó)際協(xié)會(huì)，是歐盟戰(zhàn)略能源技術(shù)規(guī)劃（SET-Plan）的研究支柱，此前共開(kāi)展了17個(gè)低碳能源技術(shù)領(lǐng)域的聯(lián)合研究計(jì)劃，本次新增的DfE聯(lián)合研究計(jì)劃是在能源和數(shù)字技術(shù)交叉領(lǐng)域的研發(fā)部署，是EERA的首個(gè)跨領(lǐng)域聯(lián)合研究計(jì)劃。該計(jì)劃發(fā)布了《能源數(shù)字化戰(zhàn)略研究與創(chuàng)新議程》，確定了到2024年能源數(shù)字化的研發(fā)目標(biāo)和關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)，重點(diǎn)關(guān)注2個(gè)特定領(lǐng)域：高性能計(jì)算，數(shù)據(jù)科學(xué)與人工智能；以及4個(gè)交叉領(lǐng)域：能源系統(tǒng)集成交叉領(lǐng)域技術(shù)，材料、工藝和設(shè)備多尺度建模，水電數(shù)字化技術(shù)，核材料物理模型、健康監(jiān)測(cè)和無(wú)損顯微結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)。關(guān)鍵內(nèi)容如下：
一、高性能計(jì)算
1、目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)
該領(lǐng)域的目標(biāo)是設(shè)計(jì)可利用百億億次（Exascale）超級(jí)計(jì)算機(jī)的軟件、工具和服務(wù)，以解決能源領(lǐng)域新科學(xué)挑戰(zhàn)。主要包括兩個(gè)子目標(biāo)：
（1）通過(guò)高性能計(jì)算實(shí)現(xiàn)變革性的能源科學(xué)發(fā)現(xiàn)。將重點(diǎn)完成如下任務(wù)：①利用百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)低碳能源科學(xué)的突破性進(jìn)展，將識(shí)別EERA低碳能源技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)挑戰(zhàn)，確定各領(lǐng)域最新技術(shù)、瓶頸、成本、領(lǐng)域間協(xié)同作用、差距分析，并設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域適用軟件；②設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)最先進(jìn)的計(jì)算方法和高性能計(jì)算軟件，使數(shù)值模擬工具能用于百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)并可管理生成的數(shù)據(jù)。
（2）推進(jìn)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)服務(wù)。將重點(diǎn)進(jìn)行如下活動(dòng)：促進(jìn)協(xié)同設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)方法并在能源業(yè)界中使用數(shù)值工具，將設(shè)計(jì)一個(gè)“軟件即服務(wù)”（SaaS）門戶，作為EERA高性能計(jì)算服務(wù)的主要入口。
2、研究主題及預(yù)期產(chǎn)出
本議程已確定了至2023年的部分研究主題及預(yù)期產(chǎn)出，包括：①識(shí)別科學(xué)挑戰(zhàn)，預(yù)期產(chǎn)出為評(píng)估相關(guān)低碳能源技術(shù)所需開(kāi)展的計(jì)算活動(dòng)，并確定其科學(xué)優(yōu)先級(jí)和協(xié)同作用（到2021年）；②識(shí)別技術(shù)挑戰(zhàn)，預(yù)期產(chǎn)出為確定能源領(lǐng)域適用的高性能計(jì)算工具和服務(wù)（到2021年）；③用于能源領(lǐng)域的高性能計(jì)算開(kāi)發(fā)方案，預(yù)期產(chǎn)出為EERA和能源百億億次計(jì)算卓越中心（EoCoE-2）合作發(fā)布的立場(chǎng)文件（到2021年）；④開(kāi)發(fā)SaaS門戶，預(yù)期產(chǎn)出為設(shè)計(jì)和實(shí)施SaaS門戶，包括服務(wù)和代碼（到2022年）；⑤建立能源高性能計(jì)算社區(qū)，預(yù)期產(chǎn)出為建立一個(gè)大型歐洲平臺(tái)，以協(xié)調(diào)高性能計(jì)算在能源領(lǐng)域的部署，并實(shí)施具有挑戰(zhàn)性的舉措（到2023年）。
二、數(shù)據(jù)科學(xué)與人工智能
1、目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)
該領(lǐng)域目前處于啟動(dòng)階段，主要包括三個(gè)子目標(biāo)：
（1）實(shí)施FAIR[1]和開(kāi)放原則，即基于FAIR和開(kāi)放原則構(gòu)建開(kāi)發(fā)能力，同時(shí)考慮數(shù)據(jù)安全性、隱私和主權(quán)要求，以支持開(kāi)發(fā)有價(jià)值的可利用數(shù)據(jù)治理基礎(chǔ)架構(gòu)。將重點(diǎn)完成如下任務(wù)：①建立一個(gè)EERA跨聯(lián)合研究計(jì)劃論壇，討論公平和開(kāi)放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；②為所有聯(lián)合研究計(jì)劃開(kāi)展FAIR相關(guān)活動(dòng)和研討，建立FAIR和開(kāi)放能源數(shù)據(jù)的成熟標(biāo)準(zhǔn)，包括元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；③建立EERA以外的FAIR和開(kāi)放能源數(shù)據(jù)社區(qū)，形成足夠規(guī)模以開(kāi)發(fā)和正式批準(zhǔn)建立能源領(lǐng)域的FAIR和開(kāi)放（元）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；④匯集用于FAIR和開(kāi)放數(shù)據(jù)的平臺(tái)服務(wù)，長(zhǎng)期目標(biāo)是使EERA成為歐洲能源研究人員和能源數(shù)據(jù)企業(yè)查找、訪問(wèn)和交換能源（元）數(shù)據(jù)的樞紐。
（2）開(kāi)發(fā)人工智能方法。將重點(diǎn)進(jìn)行如下活動(dòng)：①實(shí)現(xiàn)FAIR和開(kāi)放數(shù)據(jù)服務(wù)與AI工具所需協(xié)議的數(shù)據(jù)格式和擴(kuò)大服務(wù)過(guò)程的無(wú)縫連接；②在能源系統(tǒng)管理中應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，如確定能源價(jià)格、需求和存儲(chǔ)的最佳平衡方案，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，智能電網(wǎng)，故障預(yù)防等；③應(yīng)用深度學(xué)習(xí)方法，如開(kāi)發(fā)確定性和概率預(yù)測(cè)方法，以及利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理大規(guī)模能源數(shù)據(jù)集的非線性復(fù)雜關(guān)系。
2、研究主題及預(yù)期產(chǎn)出
本議程已確定了至2024年的部分研究主題及預(yù)期產(chǎn)出，包括：①識(shí)別技術(shù)挑戰(zhàn)，預(yù)期產(chǎn)出為確定能源社區(qū)感興趣的資源庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)（到2021年），確定EERA需要的AI工具和服務(wù)（到2021年），確定低碳能源社區(qū)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（到2021年），確定將數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)縫連接到AI工具和服務(wù)需實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法（到2022年）；②實(shí)現(xiàn)FAIR數(shù)據(jù)論壇和平臺(tái)服務(wù)，預(yù)期產(chǎn)出為網(wǎng)站、資料庫(kù)等（到2023年）；③正式批準(zhǔn)FAIR和開(kāi)放能源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（到2024年）。
三、能源系統(tǒng)集成交叉領(lǐng)域技術(shù)
1、目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)
該領(lǐng)域的目標(biāo)是收集、存儲(chǔ)和處理來(lái)自各種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)和信息，并將各種方法和工具結(jié)合起來(lái)，以優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)，提高系統(tǒng)效率、經(jīng)濟(jì)性和彈性，同時(shí)確保用戶側(cè)的易用性、隱私性和環(huán)境友好性。主要包括三個(gè)子目標(biāo)：
（1）收集相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，以對(duì)綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。將重點(diǎn)完成如下任務(wù)：①確定建模和預(yù)測(cè)所需的最少數(shù)據(jù)和信息，該任務(wù)將確定所需使用的傳感器數(shù)量和理想的采樣率；②集成非傳感器來(lái)源的數(shù)據(jù)和信息，此類信息可能來(lái)自能源系統(tǒng)中的服務(wù)及維護(hù)和/或組件升級(jí)，以及與發(fā)電和需求的潛在變化相關(guān)信息。
（2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的建模和預(yù)測(cè)相關(guān)混合工具和方法。將重點(diǎn)完成如下任務(wù)：開(kāi)發(fā)并提供必要的專有知識(shí)和技術(shù)，以在所有時(shí)空尺度上進(jìn)行匯總、預(yù)測(cè)、控制和優(yōu)化。
（3）建模和數(shù)據(jù)集成。將重點(diǎn)完成如下任務(wù)：開(kāi)發(fā)一種新方法、技術(shù)和解決方案，采用考慮不同能源網(wǎng)絡(luò)（電、氣、石油、熱力、交通）之間潛在協(xié)同作用的綜合方法，確保系統(tǒng)各參與者和組件之間的有效交互。
2、研究主題及預(yù)期產(chǎn)出
本議程已確定了至2023年的部分研究主題及預(yù)期產(chǎn)出，包括：①確定建模和預(yù)測(cè)所需的最少數(shù)據(jù)和信息，預(yù)期產(chǎn)出為降低安裝、運(yùn)行/服務(wù)和維護(hù)成本（到2021年）；②集成非傳感器來(lái)源的數(shù)據(jù)和信息，預(yù)期產(chǎn)出為改善運(yùn)行或預(yù)測(cè)可靠性以及能源系統(tǒng)可靠性（到2022年）；③在不同時(shí)空尺度上對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、預(yù)測(cè)、控制和優(yōu)化，預(yù)期產(chǎn)出為對(duì)本地和區(qū)域/國(guó)家級(jí)別的能源系統(tǒng)及其相互作用和關(guān)系進(jìn)行建模（到2023年）。
四、材料、工藝和設(shè)備多尺度建模
1、目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)
該領(lǐng)域的目標(biāo)是確定能源領(lǐng)域的材料、工藝和設(shè)備的多尺度建模和仿真面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)，提出通用方法以進(jìn)行新型材料的原子和微觀特征研究，確定通過(guò)百億億次高性能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計(jì)算（包括數(shù)據(jù)挖掘）的新方法，定義能源應(yīng)用相關(guān)的介尺度模型以及能夠耦合離散模型和連續(xù)模型的關(guān)鍵參數(shù)，集成多物理場(chǎng)建模和仿真以解決與能源領(lǐng)域設(shè)備和工藝相關(guān)的工程問(wèn)題。將重點(diǎn)完成如下任務(wù)：①開(kāi)發(fā)材料微尺度（原子及分子）模型和工具；②開(kāi)發(fā)設(shè)備和工藝的介尺度及大尺度模型，如利用輸運(yùn)方程的蒙特卡洛法、有限元法、有限體積法等，通過(guò)介尺度和大尺度建模研究材料結(jié)構(gòu)中的缺陷、裂紋、晶界等，評(píng)估固體和流體能源材料的特定參數(shù)和行為，研究設(shè)備或工藝中的化學(xué)或物質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程，優(yōu)化對(duì)最優(yōu)材料的篩選過(guò)程等；③開(kāi)發(fā)集成仿真平臺(tái)、模型降階方法和應(yīng)用工具；④與高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能相關(guān)的新計(jì)算范式，包括材料模擬、數(shù)據(jù)庫(kù)和材料篩選、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能用于材料發(fā)現(xiàn)和加速計(jì)算、百億億次高性能計(jì)算用于材料設(shè)計(jì)等。
2、研究主題及預(yù)期產(chǎn)出
本議程已確定了至2023年的部分研究主題及預(yù)期產(chǎn)出，包括：①電化學(xué)界面的多尺度建模，預(yù)期產(chǎn)出為批準(zhǔn)該主題相關(guān)的大型歐洲資助計(jì)劃，組織電化學(xué)界面多尺度建模相關(guān)的國(guó)際會(huì)議或座談會(huì)（到2023年）；②基于機(jī)器學(xué)習(xí)的新材料性能識(shí)別，預(yù)期產(chǎn)出為借助歐盟及成員國(guó)的高性能計(jì)算資源投入，資助該主題相關(guān)的大型歐洲計(jì)劃（到2023年）。
五、水電數(shù)字化技術(shù)
1、目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)
水電行業(yè)正處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的開(kāi)始階段，該領(lǐng)域第一階段的目標(biāo)是確定研究重點(diǎn)和主題，包括：確定該領(lǐng)域的最新技術(shù)及其發(fā)展水平；確定水電數(shù)字化的相關(guān)應(yīng)用案例；總結(jié)水電數(shù)字化相關(guān)的國(guó)家級(jí)和國(guó)際研究計(jì)劃；增進(jìn)對(duì)水電站運(yùn)行、負(fù)荷、老化和壽命之間關(guān)系的理解；通過(guò)更多基于數(shù)據(jù)的決策確定未來(lái)挑戰(zhàn)（如安全性）；支持學(xué)術(shù)界和行業(yè)共同參與數(shù)字化計(jì)劃和項(xiàng)目。將重點(diǎn)完成如下任務(wù)：①設(shè)備級(jí)技術(shù)方面，包括：監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和管理；數(shù)據(jù)的質(zhì)量保證和統(tǒng)一；渦輪和發(fā)電機(jī)的數(shù)字孿生；關(guān)鍵設(shè)備的異常檢測(cè)安裝和管理。②系統(tǒng)級(jí)技術(shù)方面，包括：支持輔助服務(wù)的虛擬電廠；網(wǎng)絡(luò)攻擊的安保和預(yù)防；大數(shù)據(jù)基準(zhǔn)；與其他數(shù)字化活動(dòng)的接口。③經(jīng)濟(jì)方面，包括：經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)行和維護(hù)；數(shù)字平臺(tái)的新商業(yè)模式。④環(huán)境方面，包括：根據(jù)新的可用數(shù)據(jù)改進(jìn)水力模型；通過(guò)河床掃描建立河流數(shù)字孿生；基于衛(wèi)星流量監(jiān)測(cè)的模型驗(yàn)證；識(shí)別魚(yú)類行為和魚(yú)梯影響的圖像處理技術(shù)。⑤社會(huì)方面，包括：促進(jìn)對(duì)現(xiàn)有和新技術(shù)的接納；減輕跨學(xué)科合作的復(fù)雜性；維護(hù)和運(yùn)行方面的專有知識(shí)管理。
2、研究主題及預(yù)期產(chǎn)出
本議程已確定了至2023年的部分研究主題及預(yù)期產(chǎn)出，包括：①水電應(yīng)用案例，預(yù)期產(chǎn)出為水電數(shù)字化相關(guān)應(yīng)用案例報(bào)告（到2021年）；②水電數(shù)字化研究動(dòng)態(tài)，預(yù)期產(chǎn)出為水電數(shù)字化國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)報(bào)告（到2021年）；③水電站整修，預(yù)期產(chǎn)出為開(kāi)發(fā)一種確定水電站最佳整修時(shí)間的工具（到2023年）。
六、核材料物理模型、健康監(jiān)測(cè)和無(wú)損顯微結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)
1、目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)
該領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注核材料的物理建模、健康監(jiān)測(cè)和無(wú)損檢驗(yàn)，以將材料微觀結(jié)構(gòu)、性能、加工參數(shù)、建模與核電廠組件的在役檢查和狀態(tài)檢測(cè)聯(lián)系起來(lái)。主要包括兩個(gè)子目標(biāo)：
（1）物理建模，開(kāi)發(fā)模型以實(shí)現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推斷安全運(yùn)行條件。該領(lǐng)域考慮的物理模型涵蓋所有范圍，從使用量子力學(xué)和物理數(shù)學(xué)進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，到使用有限元方法求解連續(xù)模型。將進(jìn)行以建模為目的、使用幾種先進(jìn)材料表征技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，在不同尺度下觀察材料微觀結(jié)構(gòu)特征和變化，對(duì)暴露后的材料進(jìn)行檢查以研究物理機(jī)理及不同尺度變化之間的相關(guān)性。
（2）材料健康監(jiān)測(cè)和無(wú)損結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)，開(kāi)發(fā)和優(yōu)化智能無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)，包括用于材料和組件表征以及結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的認(rèn)知自適應(yīng)傳感器技術(shù)。將開(kāi)發(fā)和優(yōu)化用于材料健康監(jiān)測(cè)和無(wú)損結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法，處理和分析生命周期各階段的材料健康監(jiān)測(cè)和無(wú)損結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在核材料數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)字孿生文件中，并開(kāi)發(fā)和應(yīng)用可預(yù)測(cè)材料特性的模型。
（3）與高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能相關(guān)的新范式。將采用多種方法進(jìn)行多尺度建模，包括量子力學(xué)、物理數(shù)學(xué)和有限元法等，通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能來(lái)處理、選擇和分析各種材料性能表征技術(shù)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。
2、研究主題及預(yù)期產(chǎn)出
本議程已確定了至2024年的部分研究主題及預(yù)期產(chǎn)出，包括：①用于材料的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，預(yù)期產(chǎn)出為對(duì)歐洲最新技術(shù)、差距和需求進(jìn)行匯編（到2021年）；②用于材料健康監(jiān)測(cè)和無(wú)損結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，預(yù)期產(chǎn)出為開(kāi)發(fā)和優(yōu)化能夠處理和分析相關(guān)數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法（到2022年）；③數(shù)字孿生數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)期產(chǎn)出為建立核材料全生命周期數(shù)字孿生數(shù)據(jù)庫(kù)（到2024年）；④用于材料性能預(yù)測(cè)的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，預(yù)期產(chǎn)出為開(kāi)發(fā)和應(yīng)用材料特性預(yù)測(cè)模型（到2024年）。
[1] FIAR原則指可發(fā)現(xiàn)（Findable）、可訪問(wèn)（Accessible）、可互操作（Interoperable）和可重用（Reusable）。
