近年來，移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字信息技術得到迅猛發(fā)展，全球經(jīng)濟社會正在形成新的發(fā)展圖景，世界各國和企業(yè)紛紛開啟數(shù)字化轉型之路。當前互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術浪潮下，數(shù)字經(jīng)濟作為新生業(yè)態(tài)正在深刻改變著人們的生產(chǎn)和生活方式，成為經(jīng)濟社會發(fā)展的新動力。華為發(fā)布的《2018全球聯(lián)接指數(shù)（GCI）報告》預測，到2025年，全球數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模將達23萬億美元，這相比2017年12.9萬億美元的規(guī)模，增長接近一倍。
數(shù)字化技術日益融入能源產(chǎn)業(yè)，重大創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。國際范圍看，能源數(shù)字化已初顯光芒，將重塑能源發(fā)展業(yè)態(tài)。能源數(shù)字化是數(shù)字經(jīng)濟的重要組成部分，也是趨勢，國際能源企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)密切合作，提前布局。本文圍繞區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術方向，選取了30余個國外典型能源企業(yè)的相關技術應用案例，以反映近幾年國際上數(shù)字化技術在能源生產(chǎn)、輸送、交易、消費及監(jiān)管等環(huán)節(jié)的應用進展和方向，為國內(nèi)能源數(shù)字化發(fā)展提供借鑒。
一、區(qū)塊鏈技術應用
隨著比特幣的出現(xiàn)，區(qū)塊鏈（blockchain）技術開始被人們知曉。區(qū)塊鏈技術作為一種新的數(shù)據(jù)庫技術，可增加能源互聯(lián)網(wǎng)中多利益主體的相互信任，其去中心化、公開、透明等特性與能源互聯(lián)網(wǎng)的理念相符，并且在能源領域獲得了越來越多的關注。區(qū)塊鏈在能源領域的應用，目前主要集中在分布式能源系統(tǒng)、能源交易平臺建設、電動汽車充電、碳追蹤、智能設備連接和能源生產(chǎn)來源證書等方面。
從全球角度來看，目前世界上較為成型的能源區(qū)塊鏈項目主要集中在歐美國家和澳大利亞。大觀點研究公司（Grand View research）預計，到2024年，全球區(qū)塊鏈科技市場規(guī)模預計將達到75.9億美元。根據(jù)行業(yè)調(diào)研機構GTM Research最新發(fā)布的《2018能源領域區(qū)塊鏈發(fā)展》報告，能源已經(jīng)成為區(qū)塊鏈技術應用最為廣泛的領域之一。報告顯示，在其統(tǒng)計調(diào)查范圍內(nèi)，已經(jīng)有122家區(qū)塊鏈初創(chuàng)公司活躍在能源領域，其中有54家公司是2017年成立的。GTM Research的統(tǒng)計顯示，僅2017年一年，就有超過9億美元的風險投資進入能源行業(yè)的區(qū)塊鏈應用領域。而截至目前，全球范圍內(nèi)僅在電力行業(yè)內(nèi)就有超過70個區(qū)塊鏈相關示范項目正在部署或是規(guī)劃之中。
（一）促進分布式能源直接交易
分布式被視為區(qū)塊鏈技術在能源中最具前景的應用方向。現(xiàn)有的集中式多級管理能源系統(tǒng)不僅復雜，而且消耗資金。而區(qū)塊鏈技術可以將能源生產(chǎn)商和能源消費者（首先是電力生產(chǎn)商和電力消費者）直接聯(lián)系起來，從而簡化各方的相互關系和相互影響。預計在這種新型的能源系統(tǒng)中，小型分布式電源（通常是指可再生能源的分布式電源）生產(chǎn)的電力將直接通過微電網(wǎng)供應給終端電力用戶。利用區(qū)塊鏈技術，發(fā)電量和用電量將通過智能電表計量，交易業(yè)務和支付業(yè)務將通過智能合同的控制以數(shù)字貨幣的形式實現(xiàn)。如此一來，電力公司或代理商將無需參與其中。能源大宗商品交易和分布式能源電力交易（P2P交易）是目前區(qū)塊鏈在能源行業(yè)的主要應用場景，尤其是對于分布式光伏發(fā)電，由于其電壓等級較低無法遠距離傳輸，通過區(qū)塊鏈可以實現(xiàn)用戶和發(fā)電者之間的點對點交易。
案例1：LO3 Energy搭建居民P2P電力交易微網(wǎng)
2016年4月美國能源公司LO3 Energy與西門子數(shù)字電網(wǎng)以及比特幣開發(fā)公司Consensus Systems合作，建立了布魯克林微電網(wǎng)——基于區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可交互電網(wǎng)平臺TransActive Grid。該項目是全球第一個基于區(qū)塊鏈技術的能源市場。這個微網(wǎng)項目實現(xiàn)了社區(qū)間居民的點對點電力交易，允許用戶通過智能電表實時獲得發(fā)電、用電量等相關數(shù)據(jù)，并通過區(qū)塊鏈向他人購買或銷售電力能源。用戶可以不需要通過公共的電力公司或中央電網(wǎng)就能完成電力能源交易。用戶通過手機APP在自家智能電表區(qū)塊鏈節(jié)點上發(fā)布相應智能合約，基于合約規(guī)則，通過西門子提供的電網(wǎng)設備控制相應的鏈路連接，實現(xiàn)能源交易和能源供給。為了提高整個系統(tǒng)的效率，該平臺不僅要對生成的和存儲的能量進行管理，而且還要處理消費者的靈活性選擇。
案例2：Power Ledger構建太陽能發(fā)電余電上網(wǎng)交易系統(tǒng)
Power Ledger成立于澳大利亞的珀斯，由澳大利亞的區(qū)塊鏈軟件公司Ledger Assets創(chuàng)立。Power Ledger使用基于區(qū)塊鏈的軟件構建一個P2P的太陽能發(fā)電余電上網(wǎng)交易系統(tǒng)。不同于比特幣采用的POw（工作量證明）機制，Power Ledger采用的是POS（權益證明）機制，區(qū)塊鏈由Ledger Assets公司開發(fā)，名為Ecochain。該區(qū)塊鏈技術的應用使得在電能產(chǎn)生時系統(tǒng)就能確定電能的所有者，然后通過一系列交易協(xié)議完成電能所有者和消費者之間的交易，住戶可以直接將余電賣給其他住戶，出售價格也高于直接出售給電力公司的價格，電能的生產(chǎn)者獲得了更大的收益，電能的消費者也獲得了更低的用電成本。
Power Ledger計劃通過P2P電力交易業(yè)務模式及其軟件獲得營業(yè)收入。Power Ledger于2017年上半年在珀斯市區(qū)推出覆蓋80個家庭的正式版交易系統(tǒng)，這是歷史上首個投入使用的P2P電力交易系統(tǒng)。Power Ledger目前已經(jīng)進行了三次電力交易實驗，但總體上還處于示范階段，交易系統(tǒng)的穩(wěn)定性尚未得到認證。同時，未來大規(guī)模推廣時可能遇到的技術問題將成倍出現(xiàn)，Power Ledger的技術團隊將面臨極大的挑戰(zhàn)。
（二）優(yōu)化能源大宗商品交易流程
能源產(chǎn)品交易可以作為信息打包成為區(qū)塊，區(qū)塊內(nèi)的電力、油氣交易基于共同市場機制完成。數(shù)字化貫穿整個能源價值鏈，越來越多大型能源公司和大宗商品交易商紛紛進軍區(qū)塊鏈領域。以石油交易為例，石油交易長期以來主要通過生產(chǎn)商、供應商、承包商、分包商、煉油商和零售商進行，追蹤原油的實時轉移基本無法實現(xiàn)。引入?yún)^(qū)塊鏈技術不僅能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)前所未有的效率，同時降低交易成本和風險。
案例1：VAKT能源貿(mào)易
2017年，BP、殼牌和挪威國家石油公司（Equinor）等大型石油公司已與大型銀行和貿(mào)易公司聯(lián)合推出了一個基于區(qū)塊鏈的能源大宗商品交易平臺VAKT。該平臺打破了油氣公司和大宗商品交易商長久以來的“紙質”交易模式，進而轉向更透明、更便捷、更便宜的“電子”模式。美國第二大石油公司雪佛龍、法國石油巨頭道達爾以及印度信實工業(yè)集團也宣布加入VAKT。這是VAKT自2018年11月底投入使用以來迎來的首批客戶，也是引入的新一批戰(zhàn)略投資股東。VAKT順利投入使用后，創(chuàng)始股東公司隨即利用該平臺進行了北海原油交易。
據(jù)了解，VAKT通過有效利用區(qū)塊鏈技術優(yōu)勢，能夠簡化傳統(tǒng)對賬業(yè)務流程，消除紙質文件，繼而提高整個貿(mào)易生命周期效率，并創(chuàng)造更多全新的貿(mào)易融資機會。VAKT的目標是在2019年將業(yè)務擴展到美國原油管道和歐洲西北部的成品油駁船，旨在逐步實現(xiàn)支持所有實際交易能源市場的目標。
案例2：BP、殼牌等石油巨頭開發(fā)油氣交易平臺
2017年11月，BP、殼牌和挪威國家石油公司宣布，將聯(lián)合開發(fā)一個基于區(qū)塊鏈的實時能源交易平臺，并稱之為是石油和天然氣市場中的“第一個企業(yè)級”區(qū)塊鏈解決方案。目前該平臺已經(jīng)啟動，旨在幫助貿(mào)易公司用智能合約取代紙質文件，通過自動化流程幫助企業(yè)降低成本，減少錯誤并提高交易后流程的效率。
2018年9月，殼牌、BP、挪威國家石油公司和銀行業(yè)巨頭花旗銀行推出新的區(qū)塊鏈平臺komgo SA，以促進石油和天然氣交易。該平臺以區(qū)塊鏈技術為基礎，開發(fā)者預計交易操作能夠在數(shù)分鐘內(nèi)得到執(zhí)行。同時，該平臺還能提高商品交易的透明度，降低詐騙的風險。原油及其他商品供應鏈的眾多參與者無需互相發(fā)送大量文件以確認每一個交易步驟。相反，交易者能夠使用數(shù)字信用證，從而更快地完成交易的執(zhí)行。komgo SA首個操作是北海的原油運輸。2019年初，通過平臺的交易將會拓展至新領域，金屬和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品供應合同將得到落實。此后，平臺的適用范圍將不斷擴大。
（三）便利電動汽車充電與共享
在綠色、低碳、節(jié)能交通的背景下，越來越多的購車消費者選擇電動汽車。但目前在電動汽車的即時充電應用場景中，面臨著多家充電公司支付協(xié)議復雜、支付方式不統(tǒng)一、充電樁相對稀缺、充電費用計量不精準等問題。區(qū)塊鏈在解決這些問題上提供了技術方案。將其用于充電站運營平臺，有利于改善電動汽車充電的不便之處，對充電基礎設施進行有效管理，強化安保系統(tǒng)，促進共享電池和共享能量的共同作用。
案例1：德國Innogy共享充電樁
德國能源巨頭Innogy和物聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)Slock.it合作推出基于區(qū)塊鏈的電動汽車點對點充電項目。用戶無需與電力公司簽訂任何供電合同，只需在智能手機上安裝Share&Charge APP，并完成用戶驗證，即可在Innogy廣布歐洲的充電樁上進行充電，電價由后臺程序自動根據(jù)當時與當?shù)氐碾娋W(wǎng)負荷情況實時確定。由于采用了區(qū)塊鏈技術，整個充電和電價優(yōu)化過程是完全可追溯和可查詢的，因此極大地降低了信任成本。需要充電時，從APP中找到附近可用的充電站，按照智能合約中的價格付款給充電站主人。不過，這種收費方式目前還沒有得到普及，即使在德國，以太坊錢包只是一部分人的選擇。
案例2：JuiceNet軟件平臺P2P充電模式
eMotorWerks發(fā)布了雙向JuiceNet軟件平臺。JuiceNet是一個由市場主導的物聯(lián)網(wǎng)平臺，該平臺組織了電動汽車充電站的分布式網(wǎng)絡，結合了共享和充電兩大特點，允許充電站用戶在其他電動車司機使用時收取費用。該合作伙伴關系標志著在北美地區(qū)啟用第一個基于區(qū)塊鏈技術的P2P充電網(wǎng)絡。通過合作，使用者可以在地圖上查看可用充電樁的地點，還可以進行評論打分。調(diào)查顯示，在美國有大約一半的電動汽車車主都會在家里安裝家用充電器，而這就可以帶來額外30萬套充電設備（目前美國的電動汽車保有量為70萬輛）。eMotorWerks創(chuàng)始人Val Miftakhov指出，家庭安裝充電設備要比公共場所成本低很多。家用充電設備安裝成本在600～1000美元之間，如果想要在公共場所安裝，最少也需要1萬美元。
案例3：電動汽車創(chuàng)造區(qū)塊鏈電子錢包
2016年，瑞士銀行、德國電力公司萊茵集團（RWE）與汽車技術公司采埃孚（ZF）合作，為電動汽車創(chuàng)造區(qū)塊鏈電子錢包，令車主可以在電力收費、停車收費、甚至高速公路收費時都能自動完成身份驗證和支付過程。應用區(qū)塊鏈電子錢包可以使用戶身份信息得到認證。當車主不需用車時，將其租出，通過電子形式就車的使用達成協(xié)議，再將協(xié)議編碼成智能條約，用車完成后，自動向用車人收取費用，完成對車主的支付。無人駕駛電動汽車共享服務的車主和用戶間的結算、交易信息將同時更新，這將最大程度地降低從租車到付費的交易成本，而這一切操作都沒有第三方參與。
（四）促進智能設備連接和智能化調(diào)控
通過區(qū)塊鏈技術，可以實現(xiàn)智能化調(diào)控，智能設備與互聯(lián)網(wǎng)信息可以由區(qū)塊鏈連接在一起。當前，部分地區(qū)現(xiàn)有電力設施存在安全隱患和電能浪費，尤其一些偏遠地區(qū)停電是常事。利用區(qū)塊鏈智能合約搭建新的電網(wǎng)成為可行的解決方案，目前一些初創(chuàng)企業(yè)正在嘗試和應用這一技術，如美國LO3公司開發(fā)的基于微電網(wǎng)、鄰居間在區(qū)塊鏈上的電能交易系統(tǒng)。此外，區(qū)塊鏈技術還能夠使公司建立一個生產(chǎn)者的等級制度并使能源分配過程自動化，如追蹤可再生能源，該技術通過消除中間商幫助行業(yè)提高透明度，降低運營成本。
案例1：Filament“龍頭”試驗
美國公司Filament在澳洲實施區(qū)塊鏈技術和電力網(wǎng)狀網(wǎng)絡的結合，用點對點物聯(lián)網(wǎng)來保證電力安全，同時充分利用了現(xiàn)有網(wǎng)狀網(wǎng)絡閑置的容量。美國公司Filament在澳大利亞偏遠地區(qū)的電線桿上進行所謂的“龍頭”（taps）試驗，這些“龍頭”可以在10英里之內(nèi)直接通訊，因為電線桿的間距一般大約是200英尺，故障電線桿上的動作探測器會通知200英尺外的電線桿。假設這個探測器存在故障，會按順序通知10英里內(nèi)的其他電線桿，然后通過120英里內(nèi)最近的回程網(wǎng)絡與公司通訊?？蛻艨梢詫⑹謾C、平板或計算機直接連接到設備，這個“龍頭”包含了很多傳感器——溫度、濕度、光和聲音，客戶可以用這些傳感器長期監(jiān)測和分析電網(wǎng)狀況。他們可以獲取相關數(shù)據(jù)信息，并通過授權將數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈傳輸給其他用戶——政府、廣播員、電線桿制造商、環(huán)保部門。
案例2：韓國電力改善能源基礎設施
2018年11月，韓國最大的電力公用事業(yè)公司韓國電力公司（KEPCO）宣布，他們正在利用區(qū)塊鏈技術開發(fā)名為“未來微電網(wǎng)”的微電網(wǎng)項目。公司新的“KEPCO Open MG”框架將創(chuàng)建一個“開放能源社區(qū)”，通過現(xiàn)有微電網(wǎng)技術的元素與區(qū)塊鏈相結合來改善能源基礎設施，特別是當?shù)氐臍淠芙?jīng)濟。該公司早期微電網(wǎng)主要包括小型光伏、風力渦輪機和儲能系統(tǒng)，在提供穩(wěn)定電力方面面臨障礙。而KEPCO的開放式微電網(wǎng)將利用“額外的燃料電池”作為電源，以提高能源的自立性和效率，并且不會排放溫室氣體。
案例3：Iberdrola利用區(qū)塊鏈跟蹤可再生能源
西班牙可再生能源巨頭伊維爾德羅拉（Iberdrola）正在利用區(qū)塊鏈技術追蹤可再生能源，第一次試驗項目是與Kutxa銀行合作完成的，測試很成功。在試點期間，Iberdrola的技術平臺監(jiān)控了可再生能源從兩個風電廠和一家發(fā)電廠輸送到位于巴斯克地區(qū)和南部城市科爾多瓦的銀行辦公室的過程。該公司使用了能源網(wǎng)絡基金會的一個開源區(qū)塊鏈平臺，旨在在試點項目中滿足能源部門的監(jiān)管、運營和市場需求。Iberdrola認為區(qū)塊鏈將對能源產(chǎn)地證書的簽發(fā)流程作出貢獻，該證書能夠使客戶了解所使用能源的來源。這一去中心化的解決方案無需中間商，可以幫助能源產(chǎn)業(yè)增加透明度，同時削減運營開支。上面提到的試點可以改進石化產(chǎn)品的認證過程，提高產(chǎn)品的安全認證質量，此舉每年可節(jié)省高達40萬歐元的成本。
（五）支持氣候行動 改進碳排放交易
對于氣候行動，通過區(qū)塊鏈能夠改進碳排放權交易、促進清潔能源交易，如跟蹤和報告減少溫室氣體排放和避免重復計算、開發(fā)點對點的可再生能源交易平臺等。在全球氣候金融創(chuàng)新領域，消費者可以用代表一定數(shù)量的能源生產(chǎn)的代幣或可交易的數(shù)字資產(chǎn)相互購買、銷售或交換可再生能源。區(qū)塊鏈技術還可以加強氣候融資流動，如幫助發(fā)展眾籌和P2P金融交易，以支持氣候行動，同時確保融資以透明的方式分配給項目。
●案例：Poseidon 消費者利用區(qū)塊鏈支持氣候行動
波塞冬基金會（Poseidon Foundation）在倫敦推出全球首個零售平臺，能夠讓消費者改變自身的碳足跡。Poseidon的平臺使用區(qū)塊鏈技術，將碳市場整合到銷售點交易中，讓零售商及其客戶在買賣日用品的同時，有機會為全球森林保護項目提供支持，繼而為針對氣候變化的行動提供支持。該零售平臺于2018年5月1日推出，已在美國冰淇淋巨頭BEN&JERRY'S位于倫敦沃德街的新設的冰淇淋店開展試運行，試點非常成功，到目前為止已經(jīng)保護了4000多棵樹。Poseidon的Stellar區(qū)塊鏈網(wǎng)絡將碳積分分解為微交易，微交易可以附加到BEN&JERRY'S在倫敦Soho商店的每一勺冰淇淋里，BEN&JERRY'S和客戶因而可以在銷售點了解每次購買的碳排放量，而且可以提供實時彌補碳排放量影響的機會。另外，Poseidon還與利物浦市議會有合作，參與建設基于區(qū)塊鏈的碳信用體系（Cardbon Creidts System），目的是要在2020年時彌補該城市110%的碳排放量。
二、大數(shù)據(jù)與人工智能技術應用
近幾年，人工智能AI技術應用于生產(chǎn)、生活的各個場景，人工智能+家居、人工智能+醫(yī)療、人工智能+教育等隨處可見。而智能化離不開大數(shù)據(jù)的支撐，在“大數(shù)據(jù)時代”，數(shù)據(jù)將成為最有價值的資源。能源行業(yè)未來的發(fā)展主要在于優(yōu)化和預測，人工智能在能源領域可以進行需求管理，通過對大量消費數(shù)據(jù)進行學習，了解消費者的習慣、價值觀、動機和個性，預測消費行為，制定更有效的策略。對于能源企業(yè)來說，人工智能基于海量大數(shù)據(jù)分析可以為行業(yè)提供有價值的技術、經(jīng)驗和指導信息，大幅度提高能源效率和降低成本，從根本上提升行業(yè)競爭力。
（一）石油勘探開發(fā)領域
人工智能是傳統(tǒng)能源行業(yè)的重要技術領域，石油勘探開發(fā)自然也受到了這一波新技術革命浪潮的影響。通過使用由人工智能支持的傳感器以及物聯(lián)網(wǎng)實時處理收集數(shù)據(jù)和系統(tǒng)控制，可以降低現(xiàn)場作業(yè)的運營成本。一旦人工智能在石油領域應用成熟，將解禁地球上大量在過去無法開采的油氣田。一些開采成本較高的油氣田，也有望因此實現(xiàn)開采成本的大幅下降。
國際石油巨頭們早已進軍人工智能領域。例如，法國石油巨頭道達爾公司與科技巨頭谷歌和微軟洽談，開發(fā)能源領域的定制人工智能，探索復雜的算法如何應用于石油和天然氣領域。BP利用人工智能技術尋找新能源，已經(jīng)購買了為太空探索開發(fā)的人工智能技術來尋找更多的資源。美國最大的獨立石油生產(chǎn)商Pioneer Natural Resources利用人工智能提高鉆探油井的成功率。意大利石油和天然氣公司埃尼（Eni）通過運營新的超級計算機來提高地震成像和地質建模的準確性。
（二）智能電網(wǎng)領域
電網(wǎng)的能量來源通常有很多，除了傳統(tǒng)的發(fā)電以外，還有來自風能、太陽能等可再生能源的能量供應，這使得運營電網(wǎng)系統(tǒng)的過程變得更加復雜。借助人工智能技術實現(xiàn)智能電網(wǎng)的升級版，使電網(wǎng)具有更高級、更深層的人工智能，通過對大規(guī)模數(shù)據(jù)集進行分析，促使這個多源收集的過程更加穩(wěn)定和高效。未來，人工智能將成為智能電網(wǎng)的大腦，通過接入數(shù)以百萬計的傳感器數(shù)據(jù)，可對電力進行實時分配、分析和決策，使能源分配與使用效率實現(xiàn)最大化。
案例1：西門子“主動網(wǎng)絡管理”
智能電網(wǎng)能夠在同一時間更好地管理不同類型的能源。西門子公司發(fā)布了一個軟件包來操作網(wǎng)絡，即所謂的“主動網(wǎng)絡管理”（ANM，active network management）。ANM的原理是通過跟蹤電網(wǎng)如何與不同能量負載相互作用，來調(diào)整其可調(diào)節(jié)的部件，從而達到提高效率的目的。雖然這之前是手動調(diào)整的，但當新的能源生產(chǎn)者（比如太陽能發(fā)電廠）開始工作時，或者新的能源消耗者開始接入網(wǎng)格時，ANM會對電網(wǎng)做出相應調(diào)整。因此，ANM也為電動汽車利用智能電網(wǎng)進行充電奠定了基礎。
案例2：英國電力系統(tǒng)的預測模型
2017年3月，被谷歌收購的人工智能公司DeepMind與英國國家電網(wǎng)聯(lián)合宣布，他們計劃將DeepMind的人工智能技術添加到英國的電力系統(tǒng)中。該項目將處理天氣預報、互聯(lián)網(wǎng)搜索等海量信息，以開發(fā)需求激增的預測模型。
案例3：Grid Edge電力管理軟件服務
英國Grid Edge公司提供基于云計算的電力管理軟件服務。該公司利用人工智能技術對能源配置進行預測和優(yōu)化，將控制權交還給電力使用者。具體的方法是，Grid Edge操作一個VPN，通過它來連接和分析用戶所在建筑的能源消耗數(shù)據(jù)，利用這些信息，Grid Edge與連接的電網(wǎng)進行通信，并制定相應的調(diào)度策略。這些策略的目的是節(jié)約能源、避免超載。
案例4：美國能源部利用人工智能改善電網(wǎng)穩(wěn)定性
2017年9月，美國能源部向斯坦福大學的SLAC研究人員頒發(fā)了一項研究獎，獎勵他們利用人工智能技術改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性。通過用過去的數(shù)據(jù)來對電力波動和電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)進行編程，新的智能電網(wǎng)將自動對重大事件做出快速而準確的反應。
（三）故障監(jiān)測
2017年11月，印度北部的一座燃煤電廠發(fā)生爆炸，原因是煤氣管道堵塞導致鍋爐爆炸。導致事故的原因是沒有對設備進行經(jīng)常性的檢查，而且世界上許多地方都沒有嚴格的監(jiān)管規(guī)定，因此設備故障是很常見的。使用人工智能和傳感器去監(jiān)測每一個設備的運營情況，結合以往機器出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)，可以更好地分析和決定應該在何時更換零部件，從而節(jié)約成本。目前，許多創(chuàng)業(yè)公司正在試圖將這項服務提供給能源行業(yè)。
案例1：美國通用電氣GE智能檢測業(yè)務
美國通用電氣公司GE成立了人工智能公司，致力于利用數(shù)據(jù)分析、機器人和人工智能技術為油氣、運輸和能源行業(yè)等提供先進的檢測服務。目前，GE公司已經(jīng)開始了對用于煉油廠、工廠、鐵路以及其他工業(yè)設施檢測的自主無人機和機器人“爬蟲”的檢測工作。在測試中，無人機和機器人能夠在偏遠或危險設施周圍和內(nèi)部移動，同時拍攝腐蝕環(huán)境或獲取溫度、振動等讀數(shù)，這些數(shù)據(jù)將通過計算機算法和人工智能進行分析。GE表示計劃降低公司每年在檢查方面的費用，公司每年花費在全球各地的檢查費用高達400億美元。
案例2：Tachyus預測故障 優(yōu)化運營計劃
硅谷數(shù)據(jù)供應商Tachyus開發(fā)了一個平臺，收集來自傳感器的數(shù)據(jù)，并將其與地震活動、鉆井日志、地核、完井設計、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和維護記錄中的數(shù)據(jù)進行整合。結合物理模型和機器學習，該平臺可以預測機械設施故障并確定最佳運營計劃，在促進生產(chǎn)的同時大幅降低成本消耗。
案例3：SparkCognition預測關鍵設施何時故障
2017年12月，美國能源部授予SparkCognition公司一個獎項，以鼓勵其利用人工智能提高燃煤電廠的發(fā)電量。該公司將解析學、傳感器和操作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相結合，來預測關鍵的基礎設施何時會崩潰。
案例4：AES公司利用人工智能加強生產(chǎn)與經(jīng)營安全
2017年9月，美國能源巨頭AES電力公司宣布了進軍人工智能的計劃，將其作為提高公司的警覺性、效率和保護公司財產(chǎn)的手段，主要針對的是他們的太陽能電站和電網(wǎng)系統(tǒng)。
（四）預測和管理
人工智能在能源領域可以進行能源流的預測和管理，通過建立預測模型，收集大量有關天氣、環(huán)境、大氣條件以及新能源電站和電網(wǎng)運行情況的數(shù)據(jù)，解決能源流的預測和管理問題，確保供需始終處于均衡狀態(tài)，以便實時匹配空間和時間的需求變化。比如太陽能和風能等可再生能源對天氣狀況有非常高的依賴度，因此，有效的天氣預報是可再生能源生產(chǎn)中不可或缺的重要部分。
案例1：BP“里程”人工智能系統(tǒng)
在紐約和芝加哥的加油站，BP開始配置使用名為“里程”的人工智能系統(tǒng)的加油泵，來提升消費者的互動體驗。在加油的同時，“里程”會問候消費者，提供小娛樂，提供折扣優(yōu)惠，并將消費者連接到社交平臺。除了了解消費者的消費模式外，這種互動智能技術還可以改變消費者對傳統(tǒng)加油站的觀念，吸引他們進行二次消費。而在電力市場，消費者會在電網(wǎng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)流。目前有些供應商已經(jīng)開始安裝智能電表，實時收集數(shù)據(jù)流，這不僅有助于預測網(wǎng)絡負載，還可以預測消費習慣。
案例2：IBM“深雷”產(chǎn)品
IBM計劃推出一款名為“深雷”的新產(chǎn)品，以提供0.2～1.2英里范圍內(nèi)的精確天氣預報，該技術整合了數(shù)十種預測模型，收集了大量有關天氣、環(huán)境、大氣條件以及太陽能電站和電網(wǎng)運行情況的數(shù)據(jù)源。IBM還在可再生能源預測領域進行了廣泛的合作研究，有超過200個項目使用其太陽能和風能預測技術，并與美國能源部合作，利用人工智能來優(yōu)化清潔能源應用。IBM聲稱其人工智能天氣模型比坊間的太陽能和風能預測模型還要精確。
案例3：Stem雅典娜項目
位于加利福尼亞州的Stem公司開發(fā)了代號為雅典娜（Athena）的項目。項目利用人工智能繪制出能源的使用情況，并允許客戶跟蹤能源價格的波動，從而更有效地使用被儲存的能源。Stem已經(jīng)從包括美國能源部、GE Ventures和新加坡主權財富基金淡馬錫控股在內(nèi)的多家投資者那里融到了超過3700萬美元的資金。Stem開發(fā)的AI平臺Athena可以為企業(yè)提供實時的自動化能源優(yōu)化管理服務。該系統(tǒng)每秒鐘都會獲取太陽能發(fā)電廠和電網(wǎng)負載數(shù)據(jù)，并根據(jù)電費、天氣預報等各種外部數(shù)據(jù)，分析未來電價的變化走向，進行電力的發(fā)送或存儲，使企業(yè)儲能價值最大化。據(jù)公司稱，盡管該系統(tǒng)投入會增加企業(yè)20%的成本，但其智能儲能解決方案可以節(jié)省企業(yè)高達30%的能源成本。
案例4：Nnergix能源預測平臺
西班牙初創(chuàng)公司Nnergix成立于2013年，利用天氣數(shù)據(jù)和機器學習技術進行能源預測。公司開發(fā)的Sentinel Weather平臺可以訪問全球的天氣歷史數(shù)據(jù)和天氣預報數(shù)據(jù)，通過機器學習技術預測天氣變化對可再生能源產(chǎn)能的影響，可以預測每小時的發(fā)電量，從而提升電廠發(fā)電效率，并降低運營成本。目前，公司客戶已覆蓋20多個國家，已累計融資72萬歐元。
案例5：Alphabet's Nest智能恒溫器
美國Alphabet智能家居子公司Nest開發(fā)的一款智能恒溫器能夠通過自動適應用戶行為，達到減少能源耗費的目的。智能恒溫器在被安裝到用戶家里之后就開始學習居住者的生活習慣，并相應地調(diào)整溫度。Nest表示，該公司的技術已經(jīng)為用戶節(jié)省了10%～12%的取暖費。
案例6：Google Sunroof（谷歌天窗）
谷歌發(fā)布了一個名為Sunroof的工具，來計算太陽能對美國家庭的影響。該項目采用了若干因素來計算使用太陽能能夠節(jié)省下來的資金，這些因素包括天氣數(shù)據(jù)、電費、3D建模和陰影計算。
（五）生產(chǎn)運營和能耗管理
云計算、數(shù)字平臺、機器人和算法分析的人工智能技術在能源行業(yè)中的應用大大改善了能源行業(yè)的建設、運行、管理等水平，包括提升企業(yè)的用能管理效率，促進電廠實現(xiàn)生產(chǎn)運營管理的智能化等。
案例1：谷歌DeepMind優(yōu)化改進能源管理
2017年10月，Google公布消息稱，資料中心耗電指標PUE值達到1.11的高效率。Google利用機器學習來管理數(shù)據(jù)中心，讓冷卻設備耗電減少了40%。公司自2016年起便開始結合AI技術，開發(fā)自家資料中心專用的推薦系統(tǒng)，改善Google資料中心的能源效率。公司AI技術的運作原理是：每隔5分鐘，該系統(tǒng)通過當?shù)刭Y料中心內(nèi)部布建的感測器撈取運作資料，并且匯入神經(jīng)網(wǎng)絡中，預測未來維運工作對能源消耗帶來的影響。評估多種可能組合后，系統(tǒng)會揀選出最佳解決方案。該方案既符合安全限制，同時又能滿足最小耗能的條件。接著本地資料中心冷卻系統(tǒng)便自動套用AI設計出的新規(guī)則，調(diào)整冷卻系統(tǒng)的運作。
案例2：Raycatch利用AI優(yōu)化電廠運營
以色列初創(chuàng)公司Raycatch成立于2015年，用人工智能技術進行太陽能發(fā)電廠的管理與運營。公司推出了基于AI的診斷和優(yōu)化解決方案，可獲取并分析太陽能發(fā)電廠所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對日常管理進行優(yōu)化和指導。公司目前在全球范圍內(nèi)管理著約1吉瓦的光伏項目，覆蓋35000個逆變器和400萬塊控制面板，客戶包括Enlight、ARAVA POWER、EDF、通用電氣等大型公司。2018年11月，公司獲得BayWa re Energy Ventures和DSM Venturing領投的430萬美元B輪融資，目前已累計融資730萬美元。
（六）優(yōu)化能源項目開發(fā)
在可再生能源系統(tǒng)的設計、能源設備和項目開發(fā)的過程中，人工智能正在發(fā)揮越來越重要的作用。
案例1：Energsoft利用AI進行儲能設備研發(fā)
美國西雅圖初創(chuàng)公司Energsoft成立于2018年，公司推出的基于AI驅動的SaaS平臺為制造和使用儲能設備的公司提供先進的可視化和分析工具。公司的使命是創(chuàng)新并幫助發(fā)現(xiàn)能夠以低成本生產(chǎn)和儲存可再生能源和清潔能源的新材料。該AI平臺可追蹤并分析數(shù)千個電池、超級電容器和儲能系統(tǒng)，覆蓋從早期研發(fā)到現(xiàn)場管理等全流程，可幫助用戶找出工業(yè)設計的問題，例如材料選擇或制造過程，可以降低開發(fā)成本，并縮短產(chǎn)品上市的周期。目前公司已籌集17萬美元的融資。
案例2：HST Solar利用AI優(yōu)化能源項目設計
美國初創(chuàng)公司HST Solar專注于太陽能電廠的設計、開發(fā)和工程服務。通過該公司的平臺，用戶輸入基本信息，例如站點位置和有關要安裝的設備詳細信息等，隨后公司的AI算法將對這些數(shù)據(jù)進行分析，給出太陽能電廠每個部分的建設方案，并可細化到每個太陽能電池板的特定方向和傾斜角度，以實現(xiàn)能量轉化的最大化，同時最大限度地減少強風等其他因素的影響。據(jù)公司稱，與人類工程師設計的系統(tǒng)相比，AI設計的太陽能發(fā)電場可以將可再生能源的生產(chǎn)成本降低10%～20%。
三、物聯(lián)網(wǎng)技術應用
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是21世紀的重大創(chuàng)新，是實體消費產(chǎn)品連接到網(wǎng)絡，并開始通過傳感器和致動器的裝置相互溝通。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)對能源行業(yè)產(chǎn)生了影響，其影響力還將繼續(xù)增長。通過對智能電網(wǎng)的投資和對物聯(lián)網(wǎng)的充分利用，我們將能夠充分利用太陽能和風能等可再生能源技術，創(chuàng)造更加美好的未來。當前物聯(lián)網(wǎng)在能源行業(yè)的應用主要集中在智能電網(wǎng)、智能家居、智慧建筑、智慧能源環(huán)保等方面。
（一）提高能效
能源效率在很大程度上取決于能源使用高峰時間。對于工業(yè)企業(yè)來說，效率尤為重要，因為更低的成本生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，意味著更高的利潤。利用物聯(lián)網(wǎng)技術能夠使個人和企業(yè)的能源使用量大幅降低，通過傳感器可以監(jiān)控照明、溫度、能源使用情況等數(shù)據(jù)，并通過智能算法處理數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)實時管理。
案例1：E.ON建物聯(lián)網(wǎng)平臺
日前，德國意昂集團E.ON與美國Sight Machine公司建立了合作伙伴關系，創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)平臺以提高生產(chǎn)效率，例如，通過軟件預測電力需求或控制家用電器。Sight Machine開發(fā)的系統(tǒng)使用人工智能、機器學習和高級分析來幫助解決質量和生產(chǎn)力方面的關鍵挑戰(zhàn)。雙方表示，這意味著來自工業(yè)和商業(yè)領域的客戶可以智能化地提高單臺機器和整個工廠的效率，從而節(jié)省能源成本。意昂集團將在自有的Optimum平臺上推廣該技術，通過將原始數(shù)據(jù)轉化為可操作的信息，客戶可以更直觀地查看能源流并識別潛在的改進方案。
案例2：施耐德電氣EcoStruxure能效管理
2016年，施耐德電氣推出了面向樓宇、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)和電網(wǎng)四大終端市場的EcoStruxure能效管理架構和平臺?；谠撈脚_，工業(yè)企業(yè)可以提前維護設備，減少計劃外停機，酒店、醫(yī)院和機場等樓宇管理者可以查詢所有場所的運行情況以提高能源使用效率。施耐德最新發(fā)布EcoStruxure for Building 2018，通過開放式端到端IP架構，可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設備的快速連接，且更易于收集數(shù)據(jù)，并加快調(diào)試和變更速度；利用樓宇管理系統(tǒng)可無縫連接建筑內(nèi)部與第三方系統(tǒng)和設備，集中控制并強化協(xié)作。此外，EcoStruxure for Building 2018基于云架構和大數(shù)據(jù)分析服務的集團級能源管理平臺，為用戶提供能源信息的存儲和展示、指標智能預測、能效診斷和專家顧問服務，助力企業(yè)挖掘節(jié)能潛力并達成能效目標。
（二）智能家居和智能能源管理系統(tǒng)
隨著人們生活水平不斷提高和科技發(fā)展，家庭智能化已經(jīng)成為一種全新的發(fā)展趨勢。在智能家居中融入物聯(lián)網(wǎng)技術可促使家居也具有智慧功能，這些高科技家庭自動化系統(tǒng)自備感應功能實現(xiàn)人對家居的實時控制，在數(shù)字化屏幕上清晰顯示節(jié)能方案、賬單等信息。在德國，越來越多的家庭開始安裝智能家居系統(tǒng)。2015年安裝智能家居系統(tǒng)的家庭還不到100萬，預計到2020年將有550萬家庭安裝。智能照明系統(tǒng)目前最為普遍，諸如BSH、LG、GE等制造商都將自己的產(chǎn)品接入到互聯(lián)網(wǎng)平臺上。
案例1：德國意昂E.ON家庭能源管理系統(tǒng)
德國意昂集團E.ON和美國巨頭微軟合作，為家用電子設備生產(chǎn)數(shù)字儀表板，這些家用電子設備包括從加熱系統(tǒng)到太陽能電池板、電池存儲系統(tǒng)再到電動汽車的各種產(chǎn)品。家庭能源管理系統(tǒng)將在今年推向市場，到時會成為大型德國公用事業(yè)公司提供的一系列產(chǎn)品中的亮點。歐洲市場每年對家庭管理系統(tǒng)的需求是4萬個，未來3年內(nèi)可能會增長到至少20萬個。另外，意昂集團已經(jīng)與能源管理公司Tado和智能家居公司Nuki等合作，為客戶提供恒溫器和電子門鎖等智能產(chǎn)品。
案例2：德國初創(chuàng)公司Sonnen家庭電池能量墻
目前，德國初創(chuàng)公司Sonnen已成為家庭電池能量墻（Powerwall Home Battery）領域的領跑者，其產(chǎn)品規(guī)模占據(jù)了全球家庭光伏儲能市場將近四分之一的份額。Sonnen首先以解決家庭屋頂光伏應用對儲能的需求為切入點。由于光伏發(fā)電的高峰是白天，而家庭的用電高峰卻在晚上，因此發(fā)電和用電高峰之間存在錯位，即使將白天的電力出售給電網(wǎng)，晚上再由電網(wǎng)供電，也仍然要支付由電網(wǎng)成本導致的出售價格低于買入價格的價差。而通過家庭儲能則可以將白天的光伏電力存儲起來留待晚上使用，這樣就能顯著降低家庭的電費支出。此外，Sonnen在家庭儲能系統(tǒng)基礎上進一步集成了家庭智能能源管理系統(tǒng)，最多可與三個家庭用電系統(tǒng)（如洗衣機、烘干機等）相連接，當存在富余光伏電量時，該家庭智能能源管理系統(tǒng)啟動并運轉，在一定程度上降低了對儲能電池容量的需求。
（三）智能電表
智能電表是物聯(lián)網(wǎng)流行的應用之一，可以實現(xiàn)遠程抄表、監(jiān)測，提升利用效率，減少能源損耗等。智能電表在智能電網(wǎng)發(fā)展和未來能源管理方面具有重要作用。
案例：東京電力公司（TEPCO）智能電表應用
TEPCO委托瑞士電表廠商Landis+Gyr架設的智能電網(wǎng)已是目前全世界規(guī)模最大的公用事業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程，這項電網(wǎng)工程預定于2020年完工。負責架設東京電力公司智能電網(wǎng)工程的Landis+Gyr目前已完成1000萬套智能電表與裝置的安裝。當電網(wǎng)部署完成后，將涵蓋超過2700萬套電表以及其他物聯(lián)網(wǎng)裝置。這套電網(wǎng)系統(tǒng)使用了Landis+Gyr的IPv6多重技術網(wǎng)絡，并透過RFMesh、G3PLC以及蜂巢式網(wǎng)絡通訊技術所提供的Wi-SUN聯(lián)機，連接公用事業(yè)及消費者裝置。目前東京電力公司智能電網(wǎng)每天可傳輸5.13億筆讀取數(shù)據(jù)，并且還在朝13億筆的目標邁進，而這所有的信息都會通過Landis+Gyr的前端（head-end）系統(tǒng)以及電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理解決方案進行處理。
四、其他數(shù)字化技術應用案例
案例1：RegModHarz項目
2008年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術部啟動了“E-Energy”計劃，目標是建立一個能基本實現(xiàn)自我調(diào)控的智能化電力系統(tǒng)，而信息和通信技術是實現(xiàn)此目的的關鍵。由“E-Energy”計劃支持的位于德國中北部哈茨山脈的可再生能源示范項目——RegModHarz項目，就是將新能源最大化利用的典型案例。項目中的虛擬電廠與分散式電源進行通訊連接。與原有的傳統(tǒng)大型發(fā)電場不同的是，由于新能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化較快，安全、穩(wěn)定性高的傳輸技術非常必要。所以在此項目中制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標準，使得虛擬電廠對于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應。在考慮發(fā)電端的同時，虛擬電廠還關注用電側的反應。在哈茨地區(qū)的案例中，家庭用戶安裝的能源管理系統(tǒng)被稱為“雙向能源管理系統(tǒng)”（BEMI）。資料顯示，用戶安裝的能源管理系統(tǒng)每15分鐘儲存用戶用電數(shù)據(jù)，記錄用戶每天的用電習慣，并將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)教摂M電廠的數(shù)據(jù)庫中。同時，BEMI系統(tǒng)還可以在電價發(fā)生變動時，通過無線控制來調(diào)控用電時間和用電量。
案例2：NextKraftwerke虛擬電廠
在解決由新能源的分散性所帶來的發(fā)電量不可控的問題上，利用信息技術可以將分散的新能源發(fā)電單元協(xié)調(diào)組織起來，形成一個大型的虛擬電場。德國初創(chuàng)公司NextKraftwerke目前已經(jīng)接入4000多個新能源發(fā)電單元，總體發(fā)電功率已經(jīng)達到2.7吉瓦，相當于幾個核電站。其運行模式是在每個發(fā)電單元上安裝一個叫作“NextBox”的通信和控制組件，Next Box通過一個專門的加密GPRS（通用分組無線服務）信道與中央服務器相連，一方面將發(fā)電單元的實時數(shù)據(jù)傳送到中央服務器，另一方面接收服務器的控制指令，這樣就可以對電網(wǎng)以及電力市場進行實時響應。
案例3：enera區(qū)域電力交易
enera示范項目位于德國下薩克森州的西北部，那里富產(chǎn)風電，所以該示范項目將電力系統(tǒng)靈活化作為自己的攻堅任務，以便使區(qū)域內(nèi)的風力資源得到最大程度利用。該示范項目將風電設備、儲能設施以及居民家庭和工商業(yè)電力用戶連接在一個區(qū)域性虛擬發(fā)電廠中，為區(qū)域內(nèi)的能源產(chǎn)品提供了一個數(shù)字市場平臺。智能電表和電網(wǎng)中的約1000個電子節(jié)點準確地記錄了電力消耗的時間、地點和數(shù)量，相關的技術實施將根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息自動采取響應措施。靈活的工業(yè)企業(yè)安裝了相應的調(diào)控技術，可根據(jù)綠色電力的供求情況來調(diào)控工廠的生產(chǎn)；靈活的峰谷電價鼓勵消費者盡量錯峰用電，例如在風力較大的時候為電動車充電等。該示范項目還將建立一個智能家用App系統(tǒng)，讓電力消費者合理避峰，通過太陽能儲存裝置或夜間儲能采暖裝置等手段節(jié)省電費。該示范項目共有63個合作伙伴，資助資金為5200萬歐元。
五、結語
國際上能源數(shù)字化在多種場景下的前沿應用充分表明，數(shù)字化技術與能源產(chǎn)業(yè)相互滲透、深度融合，能源數(shù)字化應用越來越廣泛，改變著能源生產(chǎn)、輸送、交易、消費和組織管理等模式。步伐超前的國際能源企業(yè)正順應能源數(shù)字化革命的大勢，積極關注、研究和利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術，并將這些技術進行組合應用于不同的場景，驅動自身轉型升級和可持續(xù)發(fā)展。
從應用的細分領域看，目前數(shù)字化技術在油氣勘探開發(fā)領域應用和創(chuàng)新較多，中間貿(mào)易環(huán)節(jié)的應用正在起步，在下游環(huán)節(jié)的應用有限；在電力領域電網(wǎng)側應用相對多，廠站側應用相對尚少。隨著分布式能源的發(fā)展，用數(shù)字技術連接、智能管理分布式能源生產(chǎn)和消費單元，并促進交易的應用將日益廣泛。
在國內(nèi)，能源業(yè)界也已普遍高度關注能源數(shù)字化，在油氣勘探開發(fā)、智能電網(wǎng)、智慧電廠、電動汽車車聯(lián)網(wǎng)以及原油貿(mào)易等領域有不同程度地應用，并著手相關戰(zhàn)略布局，但總體上尚在探索階段，缺乏良好商業(yè)示范。能源企業(yè)需要更加積極地擁抱數(shù)字化，認真吸收國外前沿應用經(jīng)驗，結合自身發(fā)展階段、市場定位、比較優(yōu)勢等特點，找到適宜的數(shù)字化路徑選擇和著力重點。同時，能源主管部門需要提前研究數(shù)字化對制度設計、體制機制和監(jiān)管等方面的可能影響，努力用新技術手段破解一些政策制定和監(jiān)管中的困局，并有效推動國內(nèi)能源數(shù)字化的進程和發(fā)展方向。
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原文首發(fā)于《能源情報研究》2019年2月
