進(jìn)入21世紀(jì)，能源危機(jī)和氣候變暖問題引起世界廣泛關(guān)注，隨著國家2020年正式提出“30、60”年雙碳戰(zhàn)略，越來越多的人開始理解并重視能源的使用效率和節(jié)能功效，節(jié)能減排具有貫穿經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全過程和各領(lǐng)域的功能優(yōu)勢，其減排降碳的作用更為顯著和直接，通過節(jié)能工作持續(xù)提高能效、降低碳排放量，是我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的一個(gè)重要手段。
【全球能源危機(jī)加速能源轉(zhuǎn)型需求】
能源是社會(huì)存在與發(fā)展的基礎(chǔ)，任何生產(chǎn)活動(dòng)與生活過程都離不開能源，它的重要性不言而喻，21世紀(jì)絕大部分軍事戰(zhàn)爭的背后都離不開爭奪能源的影子。目前，世界上絕大數(shù)能源仍掌握在西方國家手中，盡管在世界范圍內(nèi)石油供需總體上保持平衡，但這一平衡十分脆弱，因?yàn)閾?jù)近10年的油田勘探數(shù)量來看，在全球范圍內(nèi)能發(fā)現(xiàn)的新油田數(shù)量越來越少，導(dǎo)致能源生產(chǎn)能力增長緩慢，但全世界的能源消費(fèi)需求卻是在不斷上漲，尤其對于某些長期處于戰(zhàn)亂的國家和地區(qū)來說，油荒、電荒的能源匱乏局面會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。因此，當(dāng)今世界的能源危機(jī)已經(jīng)不是某一個(gè)國家所要面臨的疑難，能源轉(zhuǎn)型也不是一個(gè)可以繼續(xù)忽略下去的問題。
中國作為制造業(yè)大國和人口大國，對能源需求量十分龐大，再加上我國能源分布結(jié)構(gòu)的不合理，即以煤碳為主，而石油、天然氣半數(shù)以上依賴于進(jìn)口的局面，迫使我國急需改善能源結(jié)構(gòu)，加速能源轉(zhuǎn)型升級(jí)。
【雙碳戰(zhàn)略帶來能源轉(zhuǎn)型“新挑戰(zhàn)”】
在能源儲(chǔ)備量極速降低和由能源粗放型使用帶來的氣候變暖大背景下，世界各國積極呼應(yīng)控制碳排放、實(shí)現(xiàn)碳中和，我國自2014年便已經(jīng)是全球碳排放量最高的國家，占世界總排量的27%。在經(jīng)歷了快速工業(yè)化和大規(guī)模城鎮(zhèn)化建設(shè)后，人民對生活質(zhì)量的要求不斷提高，尤其是生活環(huán)境，因此環(huán)境保護(hù)也越來越受重視，2021年作為我國十四五規(guī)劃的開局之年，更是將“碳達(dá)峰”“碳中和”作為新時(shí)代發(fā)展的重點(diǎn)工作，會(huì)議提出能源“雙控”制度，既要控制能源消費(fèi)強(qiáng)度，又要控制能源消費(fèi)總量，力爭在2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的宏偉目標(biāo)，發(fā)展低碳節(jié)能經(jīng)濟(jì)。而國家“雙碳”戰(zhàn)略的提出，無疑對能源的開發(fā)和利用是一個(gè)新挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：
一是對新能源利用效率的挑戰(zhàn)。改善能源結(jié)構(gòu)，由傳統(tǒng)化石能源向非化石新能源開發(fā)利用轉(zhuǎn)型，是解決能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)最直接有效的方式，而目前挑戰(zhàn)新能源利用最大的障礙就是長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。據(jù)IEA數(shù)據(jù)，風(fēng)電和光伏發(fā)電將成為電力行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要趨式。但是，風(fēng)能和太陽能存在間歇性強(qiáng)、波動(dòng)性大的問題，會(huì)造成電網(wǎng)不穩(wěn)定，還可能因?yàn)橛秒娦枨蟛蛔慊螂娋W(wǎng)接納能力不足，引發(fā)“棄風(fēng)棄光”問題，因此要解決可再生能源間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性和電網(wǎng)穩(wěn)定不間斷供電需求的矛盾，儲(chǔ)能是必要手段。換言之，儲(chǔ)能技術(shù)直接決定了可再生能源利用的廣度和深度，因此國家已將儲(chǔ)能技術(shù)的突破作為新能源發(fā)展的核心問題提出。2021年，國家發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，明確3000萬千瓦儲(chǔ)能發(fā)展目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能跨越式發(fā)展，對儲(chǔ)能技術(shù)是個(gè)新挑戰(zhàn)。
二是對節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新突破挑戰(zhàn)。如何提高能源使用效率，尤其是傳統(tǒng)能源使用效率，一直是各大能源廠商爭相探討的問題。針對節(jié)能方案的建議，主要可歸類為三個(gè)環(huán)節(jié)，第一是從能源生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，通過技術(shù)更新提升能源生產(chǎn)和運(yùn)輸效率；第二是從運(yùn)營環(huán)節(jié)，通過更精準(zhǔn)的掌握能源市場供需波動(dòng)，減少無效的能源儲(chǔ)備與消耗；第三是從消費(fèi)環(huán)節(jié)，以更加個(gè)性化的商業(yè)模式，為終端消費(fèi)者提供最實(shí)惠、性價(jià)比最高的能源消費(fèi)方案。
【數(shù)字技術(shù)成為加速能源變革的核心競爭力】
無論是新能源的開發(fā)利用還是新節(jié)能方案的設(shè)計(jì)落地，最終都離不開技術(shù)的支撐，再次驗(yàn)證了“科技是第一生產(chǎn)力”，是推進(jìn)能源變革的核心動(dòng)力。在今年3月份剛剛發(fā)布的《十四五現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中，明確強(qiáng)調(diào)“在全球氣候大治理背景下，新能源和信息技術(shù)緊密融合，生產(chǎn)生活方式加快轉(zhuǎn)向低碳化、智能化，能源體系和發(fā)展模式正在進(jìn)入非化石能源主導(dǎo)的嶄新階段”、“推動(dòng)能源基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化，加快信息技術(shù)和能源產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級(jí)，加強(qiáng)新一代信息技術(shù)、人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)在能源領(lǐng)域的推廣應(yīng)用”。
新一代信息技術(shù)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵，將信息技術(shù)與能源基礎(chǔ)設(shè)施融為一體共同發(fā)展，是提高能源利用效率的主要路徑。早在《巴黎氣候協(xié)定》提出全球溫度上升要控制在2℃目標(biāo)時(shí)，根據(jù)BNEF（注：彭博新能源財(cái)經(jīng)，是全球商業(yè)、金融信息和財(cái)經(jīng)資訊的領(lǐng)先提供商）的“凈零假設(shè)”指出，要想達(dá)到這一目標(biāo)，意味著到2050年，全球太陽能、風(fēng)能和電池儲(chǔ)能領(lǐng)域需投資15.1萬億美元，在電網(wǎng)領(lǐng)域需投資14萬億美元，但即便如此，仍無法滿足全球溫升控制在2℃以內(nèi)的目標(biāo)需求，因此需要加大對能源系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的投資力度，到2050年對能源基礎(chǔ)設(shè)施的投資總額需增加92萬億美元至173萬億美元才能確保在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。另外，根據(jù)國際能源署（IEA）《數(shù)字化和能源》預(yù)測，數(shù)字技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用將使油氣生產(chǎn)成本減少10%～20%?？梢栽?040年將太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的棄電率從7%降至1.6%，從而到2040年減少3000萬噸二氧化碳排放。可見，數(shù)字技術(shù)對能源系統(tǒng)的變革作用已得到國際社會(huì)廣泛認(rèn)同，能源系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已然成為不可逆轉(zhuǎn)趨勢，數(shù)字技術(shù)正成為未來能源系統(tǒng)能否順利轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。
【能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型，人工智能技術(shù)首當(dāng)其沖】
在能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中會(huì)涉及到多種數(shù)字化技術(shù)，其中較為典型的是人工智能技術(shù)的應(yīng)用。在2022年1月，世界經(jīng)濟(jì)論壇與彭博新能源財(cái)經(jīng)（BloombergNEF）、德國能源署（DENA）聯(lián)合發(fā)布了《利用人工智能（AI）加速能源轉(zhuǎn)型白皮書》，明確提出數(shù)字技術(shù)，特別是人工智能對加速推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)型具有重要潛力。同時(shí)，在我國能源十四五規(guī)劃中，也多次重點(diǎn)提到了加快人工智能技術(shù)在能源領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。根據(jù)資料顯示，人工智能是一門開發(fā)智能機(jī)器、智能計(jì)算機(jī)程序的工程和科學(xué)，其應(yīng)用技術(shù)主要體現(xiàn)在機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別、語音識(shí)別、知識(shí)圖譜等方面，是使用機(jī)器替代人腦執(zhí)行任務(wù)的智能化解決方案，目前人工智能技術(shù)在能源領(lǐng)域應(yīng)用主要集中于能源資源開發(fā)和能源利用效率提升兩方面：
一、人工智能技術(shù)有助于探索新的能源資源開發(fā)和利用。
首先，智能化技術(shù)將極大改善新油氣田井的勘探環(huán)境。
一是改善地下挖潛和深海尋油的可視化限制。在陸地，由于井下情報(bào)與儲(chǔ)層信息的可視化有限，在油氣田開發(fā)的中后期，深化挖潛較為困難；在海里，由于勘探領(lǐng)域逐步向人力勘察難以覆蓋的深海區(qū)域轉(zhuǎn)移，勘探環(huán)節(jié)對新層系油氣儲(chǔ)量預(yù)測的精度要求不斷提高。因此，運(yùn)用智能油氣儲(chǔ)量分析和井下情報(bào)分析等技術(shù)，獲取高精度油氣儲(chǔ)量預(yù)測數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)支持決策，就顯得格外重要；同時(shí)，還可以通過無人機(jī)等智能化手段，獲取遠(yuǎn)海區(qū)域高分辨率的儲(chǔ)層模型，實(shí)行油氣勘探數(shù)字可視化協(xié)同管理，幫助風(fēng)險(xiǎn)勘探發(fā)現(xiàn)新的油氣資源。
其次，智能化技術(shù)有助于打破新舊“能源豎井”現(xiàn)象。
由于資源稟賦和技術(shù)開發(fā)的差異性，導(dǎo)致新能源和傳統(tǒng)能源通常都是獨(dú)立開發(fā)、各自發(fā)展，不利于資源最佳組合利用、融合發(fā)展，而以人工智能為代表的智能化技術(shù)則有效打破了這種各自為政的局面，尤其是在新舊能源交互使用上，例如在電力供應(yīng)上，由于太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電具有典型的時(shí)效性，受天氣環(huán)境影響大，無法提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)環(huán)境，而傳統(tǒng)煤碳發(fā)電雖然具有穩(wěn)定性，但對資源消耗力度大、環(huán)境污染也高。目前有廠家正在探索通過智能技術(shù)將兩者有效銜接、特性互補(bǔ)、融合利用，這一舉措將大大減少生產(chǎn)成本，對大氣環(huán)境而言也是百利而無一害。目前能源領(lǐng)域針對這一模式已經(jīng)有所研究和成效，但是在技術(shù)上仍存在較大改善空間，這也是未來智能化技術(shù)在能源領(lǐng)域需要持續(xù)創(chuàng)新突破的重點(diǎn)方向之一。
除此之外，智能化技術(shù)還將大大縮短儲(chǔ)能材料的開發(fā)時(shí)間。
新能源利用最大問題在于長時(shí)儲(chǔ)能，如何開發(fā)出高性能、低成本的清潔能源生產(chǎn)和存儲(chǔ)材料已被公認(rèn)為是能源轉(zhuǎn)型的優(yōu)先事項(xiàng)。然而，傳統(tǒng)方法在探索、開發(fā)和部署先進(jìn)材料的過程往往耗費(fèi)大量時(shí)間和資金。相關(guān)研究表明，太陽能光伏從新材料發(fā)現(xiàn)開始到大規(guī)模商用，通常需要25-35年時(shí)間，而如果將材料開發(fā)與智能化技術(shù)結(jié)合，通過大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)等功能，則可以大大縮短研發(fā)時(shí)間周期，提升研發(fā)效率。
二、人工智能技術(shù)有助于推動(dòng)能源生產(chǎn)和使用過程的節(jié)能降耗。
首先，從企業(yè)端來看，智能化技術(shù)有助于降低生產(chǎn)成本和能源運(yùn)輸損耗率。
通常對于能源企業(yè)而言，人工智能技術(shù)應(yīng)用較為常見的節(jié)能場景有：一是通過人工智能技術(shù)自動(dòng)檢測和預(yù)警故障，保障能源輸送的穩(wěn)定性、防止安全事故。這種預(yù)測性維護(hù)功能在能源行業(yè)起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)槿祟悷o法預(yù)測每一次故障，而通過人工智能技術(shù)則可以有效識(shí)別能源設(shè)備的腐蝕、裂縫、絕緣不足等缺陷，從而達(dá)到提前預(yù)警目的。例如，施耐德電氣利用微軟的機(jī)器學(xué)習(xí)功能遠(yuǎn)程監(jiān)控和配置油氣田的泵，及早發(fā)現(xiàn)泵故障可節(jié)省高達(dá)100萬美元的維修費(fèi)用。事實(shí)證明，以人工智能驅(qū)動(dòng)的故障檢測解決方案非常經(jīng)濟(jì)高效。二是通過智能化解決方案有助于提升企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)效率，從而提升能源資源配置效率。眾所周知，石油和天然氣行業(yè)等特定能源部門的供應(yīng)鏈?zhǔn)欠浅?fù)雜的操作， 凡是涉及環(huán)境回收公司和液化石油氣的天然氣生產(chǎn)商/分銷商的決策，例如采購、采購價(jià)格、煉油作業(yè)、龍門作業(yè)和運(yùn)輸?shù)榷际潜容^復(fù)雜的決策。但人工智能在這些業(yè)務(wù)中卻能起到協(xié)調(diào)運(yùn)營團(tuán)隊(duì)與倉庫存儲(chǔ)等作用。例如，人工智能有助于適當(dāng)幫助管理人員作計(jì)劃和調(diào)度方面的決策，包括優(yōu)化能源價(jià)格，創(chuàng)建智能倉庫，維護(hù)庫存，處理更換資產(chǎn)的運(yùn)輸操作，風(fēng)險(xiǎn)對沖，以及縮短交貨時(shí)間等等，從而降低企業(yè)總體運(yùn)營成本費(fèi)用。
其次，從運(yùn)營端來看，有助于提升運(yùn)營商資源調(diào)配效率，提高能源儲(chǔ)備效率。
能源運(yùn)營商可以借助基于人工智能技術(shù)的智能預(yù)測機(jī)制，例如價(jià)格波動(dòng)預(yù)測、能源供需預(yù)測等，從而幫助能源供應(yīng)商提前做準(zhǔn)備、預(yù)測問題并盡可能的節(jié)省資源，從而改進(jìn)能源調(diào)度和電廠調(diào)度。當(dāng)他們提前獲得適當(dāng)?shù)男畔⒑?，也可以幫助終端消費(fèi)企業(yè)更好地為需求做好準(zhǔn)備、預(yù)測問題、提升用電穩(wěn)定性并節(jié)省資源。
最后，從消費(fèi)端來看，通過智能化解決方案改善能源消費(fèi)模式，節(jié)約資源。
一是改變終端消費(fèi)模式。據(jù)美國能源信息署 (EIA) 報(bào)告指出，近一半美國能源用戶在家中安裝智能電表，這些儀表可以提供有關(guān)個(gè)人能源消耗的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被用于預(yù)測即將到來的能源使用水平，從而幫助客戶更好地調(diào)節(jié)他們的消耗，例如找出最便宜的時(shí)間給電動(dòng)汽車充電或運(yùn)行空調(diào)，從而優(yōu)化能源存儲(chǔ)。
二是智能防盜檢測。例如在電力使用過程中，人工智能可以通過自動(dòng)檢測異常并標(biāo)記、警告運(yùn)營人員，防止不法分子故意偷電漏電，從而減少能源資源浪費(fèi)使用現(xiàn)象。
未來，隨著科技的進(jìn)步、時(shí)代的發(fā)展，以人工智能為代表的數(shù)字化技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用將遠(yuǎn)不局限于此，數(shù)字技術(shù)已然成為我國促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的有效利器，能源也不例外，它將成為我國今后能源能否順利轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵。