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能源大数据如何加速创新

浏览:96 发表时间:2020-07-27 16:00:59 来源:中国储能网

       能源是支撑人类文明进步的物质基础,是社会繁荣和经济发展的基本保障。现代社会中,经济发达地区能源必定通达,其地位不可或缺。同时,能源的粗放发展逐渐演化为引发资源、生态、环境、气候等问题的显著因素,影响到人类的健康、生存及永续发展。在经济发展、人口增长等因素的不断驱动下,这一影响越来越明显,能源转型的迫切性因此越来越大。

  中国经济体量位居全球第二,能源体量位居全球第一,能源消费以煤炭等化石能源为主,能源革命需求尤为迫切。要实现这一战略目标,不仅需要深化能源生产革命、能源消费革命还应深度融合能源造成的影响,创新能源大数据理论,才能促进能源生产革命、能源消费革命向纵深发展。

  体系复杂呼唤创新

  能源被誉为“现代社会的血液”,其所产生的关联性和影响是全方位的。经济、社会、政治、生态、环境、气候、安全、工程、科技、市场、贸易、健康等与能源有不同程度的密切联系,形成一个以能源为中心的关系体(能源体系),牵一发而动全身。如果不能掌握这种内在联系,就会造成决策陷入顾此失彼的窘境。只有深入洞察、准确发现、牢牢把握能源以及能源与这些维度之间的相互作用机理,能源才可能完成高质量转型。

  以能源为中心构成的关系体是复杂的。

  其一是关联复杂性,如果将相关维度指标逐级展开,再考虑到维度之间的相互作用,与能源关联的关系数量就会呈级数增加,由广泛关联导致的复杂性是能源体系中最具挑战的内容。

  其二是链条复杂性,能源要发挥其能源属性,一般要经过勘探、开采、运输、转化、消费等阶段,能源与各维度的关联可分解为各阶段与多维度的关联。这些能源阶段环环相扣构成一个能源全生命周期链,一些物理变量可以正向传导(能量、质量),而一些非物理变量则可以逆向传导(环境影响),进一步增加了认识关系的复杂性。

  其三是时空复杂性,能源的赋存和能源的消费在空间分布上常常是不均匀和不匹配的,造成了能源在空间上的迁移受地理因素的影响非常严重。不同的地理环境,对能源产业链也有显著影响,空间的复杂性是形成能源体系复杂性的重要因素,这一点经常被忽略。能源体系的发展时刻在随时间变化,是能源体系复杂性的重要组成部分。

  其四是替代复杂性,能源在很多情况下是可以直接或者间接相互替代的(煤替油、生物质替煤),这种替代性使得不同能源的链条交织在一起,增加了能源系统内部的交叉性。

  可见,在复杂的能源体系中,能源与各维度之间的相互关系并非显而易见,传统的理论方法已经无能为力。因此,迫切需要在能源理论方法方面加速创新。

  为破解能源转型面临的困境,在中国工程院的支持下,中国工程院能源专业知识服务系统开创性地提出了“泛能源大数据”理论。

  泛能源大数据(简称EEBD)是刻画以能源为核心、广泛关联相关维度的开放性数据体系。这里的能源包括各种一次能源形式(如煤炭、石油、天然气、核能、可再生能源),而且覆盖能源的全生命周期链条(如勘探、开采、运输、转化、消费等);和能源相关的维度可以是社会、经济、环境、生态、安全、市场、价格、工程、科技、教育、政策等,是开放的。泛能源大数据打破了狭义的能源边界,将现代社会主要活动因素以能源为中心关联为一体,囊括了现代社会活动的主要信息,蕴藏着现代社会运行的密码,通过挖掘和研究探索泛能源大数据,可为破解能源在社会发展中遇到的问题、能源革命、永续发展提供智慧方案。

  泛能源大数据的建设和应用处于起步阶段,构建方式将决定其应用的价值。中国工程院能源专业知识服务系统提出了一套矩阵管理、自下而上、空间关联的构建理念。所谓能源矩阵就是将能源分解为以能源全生命周期链各阶段和多维度交叉而成的矩阵,并构建一套知识体系统一管理,实现数据横向联通;以最基本的能源活动细胞(如煤矿、电厂、工厂、码头、建筑等)为能源基元,自下而上(微观、中观、宏观)实现数据纵向贯通;通过数据空间化,实现能源以及多维数据的空间互联互通,同时关联地理信息数据、气象信息、遥感数据,形成独具时空特性的“立体能源(Energy Cube)”。这种理念可实现数据多重关联,从而提高知识发现和智慧创新的能力。

  具备重塑能源格局的潜力

  泛能源大数据独特的数据开放体系,决定了其在应用上具有广泛性和开放性。由于泛能源大数据广泛关联的数据特点,使得其可以很容易地拓展到经济、社会、生态、环境等领域,甚至复杂的交叉领域。

 

  而以能源细胞为数据基元,泛能源大数据可以向微观纵深方向发展(智慧工厂、智慧楼宇等);如果结合行业对象,其可以提升到行业应用(电力行业、钢铁行业等);若以国家为对象,其应用可以上升到宏观层面。

  利用泛能源大数据覆盖全产业链以及空间关联的优势,其应用还可以扩展到供应链、产业布局等方面。例如,泛能源大数据支持多维度评估评价,评价结果更具价值;基于数学模型、神经网络、人工智能、区块链技术等泛能源大数据,可以为政府、和企业用户,在管理、诊断、预测、应急、优化、战略等方面提供智慧解决方案。

  可见泛能源大数据广泛的潜在应用,对于推动能源第三次革命,重塑能源格局将产生深远影响。

  就泛能源大数据应用而言,大数据平台无疑是最值得关注的通用技术。中国工程院能源专业知识服务系统已经开发建成融合应用泛能源大数据的能源空间管理应用技术(简称:ESMART)基础平台,该平台从技术上具备数据采集、清洗、存储、关联、挖掘和应用功能。ESMART能够融合不同能源、不同产业链、不同维度、不同种类的数据,可实现全国任意区域、任意维度数据的互联互通。已经部署全国数万家能源生产和消费企业的工业数据、社会数据、经济数据、环境数据、遥感数据等,正在为数十位中国工程院院士、多项重大能源咨询项目、企业以及高等院校提供知识服务、科研服务、应用服务。

  基于ESMART,中国工程院正在建设开发集能量流、物质流、价值流、信息流(“四流合一”)新型能源互联网、基于空间的全生命周期评价系统(gisLCA)等,正在以取得的研究成果建设宁东地区泛能源大数据,并开发促进宁东能源化工基地能源与经济、社会、生态、环境等高质量协同发展的应用平台。

  目前,能源大数据正在引起越来越多政府的关注,但国内外关于能源大数据的概念范畴主要集中在能源,甚至是能源细分领域上,如新能源、电力、电网、石油、天然气等。在具体应用方面,能源大数据平台建设大多也是局限于某个领域或者区域。比如,青海省创建了青海新能源大数据创新平台、重庆市建设了重庆能源大数据中心,辽宁省建设了东北能源大数据中心。上述这些能源大数据平台有的聚焦不同能源行业,有的聚焦当地能源发展,但是缺乏统筹考虑全能源领域、全产业范畴以及相关社会、经济、生态、环境等社会重要因素的理论支撑和应用平台。

  今天,互联网和大数据技术席卷全球。随着能源行业科技化、信息化程度的加深,各种监测设备、智能传感器以及5G技术逐渐普及,泛能源大数据也成为时代进步的必然趋势。2020年3月,中共中央政治局常务委员会召开会议提出,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。此举将为泛能源大数据的发展和应用营造更加有利的环境。泛能源大数据在各个领域的应用,将加速推进能源产业发展及商业模式创新。社会将重新定义能源的作用,能源的格局以及业态也将得到重塑。

(来源:中国储能网)


 

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