华能新能源股份有限公司与华为数字能源签署战略合作协议
综合新闻2023-10-17
目前，随着新一轮科技革命和产业革命的兴起，数字化技术如“大云物智移链”与能源产业的融合成为推动能源产业变革和实现创新驱动发展的驱动力。全球各国纷纷采取举措，促进数字化进程，并将大数据分析、机器学习、区块链、分布式能源管理和云计算等数字技术应用于能源生产、输送、交易、消费及监管等各个环节。
通过数字化能源和资源，智能化分配得以实现，并明确了在合适的时间、地点以最低的成本提供能源的方法，从而大幅提升效率。根据IEA《数字化和能源》预测，数字技术的大规模应用将使油气生产成本减少10%～20%，使全球油气技术可采储量提高5%，页岩气有望获得最大收益。
如今在经济发达的欧洲地区，数字能源技术发展主要体现在智能电网、分布式能源、能源管理系统等方面。该地区通过引入先进的信息技术和通信技术，实现了电力系统的智能化和自动化，提高了电力系统的稳定性和效率。
同时，欧盟也在分布式能源方面取得了显著的成果，通过利用太阳能、风能等可再生能源，实现了能源的清洁化和低碳化。此外，欧盟还在能源管理方面进行了深入地研究，通过建立完善的能源管理系统，实现了能源的有效利用和管理。
相比之下，发展中地区在数字能源技术方面的发展还处于初级阶段。这些地区由于经济水平、科技能力、基础设施等方面的限制，对数字能源技术的需求和接受程度还有待提高。并且发展中地区在数字能源技术的发展过程中也面临着许多挑战，如技术引进的难度、人才短缺、资金不足等问题。因此，如何在有限的资源条件下，推动数字能源技术在发展中地区的应用和发展，是当前亟待解决的问题。
欧盟地区，数字能源走向商业化
华沙生命科学大学学者Piotr F. Borowski在他的一项研究报告中提到，随着数字技术的赋能，能源机构的运行寿命可以延长30%。先进的云技术、区块链和智能网络的应用使得生产者能够在电力市场中发挥作用。而降低工业能耗，提升能效，对环境保护、可持续发展和实现低碳减排具有重要意义。
在欧洲地区，尤其是俄乌战争爆发后，欧盟对于能源的自主化发展认识加深，进而加大了可再生能源及数字能源技术研发投入。2022年10月18日，欧盟委员会发布“能源系统数字化行动计划”。该计划根据《欧洲绿色协议》和欧盟REPowerEU计划的要求，希望通过对能源系统的深度数字化改造，减少欧盟对俄罗斯化石燃料的依赖，提高资源的有效利用，促进可再生能源融入能源系统，并确保消费者和能源公司受益。
基于一系列的数字能源变化，欧盟试图在2030 年之前将温室气体净排放量减少55%，实现 45% 的可再生能源份额。在能源与资源效率，去碳，电气化，行业整合，以及能量体系的分散等方面，都将需要数字化进行赋能。所以，在未来的欧盟，将会产生一个更智能，更具交互性的能源体系。
欧盟能源数字化与新能源汽车、智慧城市应用示例/图源：欧盟官方网站
欧洲电子产业组织“数字欧洲”(DIGITALEUROPE)曾发表声明称，目前欧盟的能源行业迫切需要数字化技术与解决办法，显示出其对能源危机的强大抵抗力。数字孪生、云计算、人工智能以及以太网供电等前沿技术，已成为欧盟实现数字能源产业发展的关键。
其中数字孪生作为一种创建物理对象的数字复制品，并能够在两者之间同步数据的模型，为多个行业提供了全新的、更广泛的可能性。Piotr F. Borowski认为，对于能源公司而言，数字孪生正逐渐成为企业利用物理对象及其在虚拟空间中，形成数字映射的关键技术。
在理论研究方面，卡塔尔大学工程学院学者Ahmad K. Sleiti在2022年通过研究发现，数字孪生技术在能源行业中的研究成果依旧集中在经济发达地区，其中欧盟地区发表成果最多。据下列图表显示，欧盟地区(德国、意大利、法国、西班牙)研究成果整体数量高于美国、中国、英国以及俄罗斯国家等国家，占据全球第一位。
不同国家与地区相关研究成果数量/图源：enery reports
在应用方面，数字孪生技术的应用包括监控、模拟和优化物理对象的运行状态，实时处理数据并不断更新设施和流程。通过可视化的方式跟踪施工进展，并随时间的变化来识别潜在问题。这也意味着，在欧盟地区，随着智能工厂趋势的发展以及5G、物联网(IoT)标准化、人工智能(AI)和区块链3.0技术的应用，数字孪生技术在行业中的推广只是时间问题。
数字孪生模型与物理对象相映射/图源：energies
2021年，丹麦埃斯比约(Esbjerg)港已经开始与全球基础设施咨询公司Moffatt & Nichol合作，用于开发该港口的“数字孪生”技术，以模拟未来的海上风电项目。通过数字孪生体，该港口可以模拟未来的项目和运营，提前进行相应的规划，从而在提供未来海上风电项目所需的服务和灵活性方面处于领先地位。
因此，随着欧盟地区数字技术的不断发展和创新，数字孪生技术将更加成熟和普及。数字孪生技术将与其他前沿技术如人工智能、大数据分析和物联网等相结合，形成更加智能化和高效的能源管理系统。未来，随着欧盟国家对可再生能源和低碳减排的重视，数字孪生技术将在推动可再生能源的集成和优化中发挥关键作用。
而在数字孪生技术之外，云计算的应用也进一步推动了欧盟地区数字能源产业的发展。作为一种基于互联网的新型计算模式，云计算通过虚拟化技术将计算资源(包括处理器、存储器和网络等)进行池化(即虚拟化)，实现资源的高效利用和共享。云计算具备高可扩展性、高可用性和低成本等优势，正逐渐成为数字能源领域的得力助手。
值得注意的是，随着美国数字科技巨头公司在欧洲占有极大市场份额，欧盟公民在生活和工作中多使用谷歌、亚马逊、脸书等美国公司提供的数字应用和服务，导致欧洲的云计算、5G等数字科技对美国依靠逐渐加深。
在此背景下，德法等欧盟国家意识到欧洲国家在数字经济时代过度依赖外国的被动局面，希望通过发展云计算等数字技术重新掌控欧洲的数字主权。因此，通过云计算赋能能源产业，进而促进该地区能源系统的独立化发展，也将是欧盟国家能源数字化发展的必然之路。
目前，德国和法国已成为眼下欧盟地区云计算项目的领导者，由两国牵头的Gaia-X 项目，便致力于建立一个真正属于欧洲的数据基础设施，即欧盟的“母云端”。这个项目的目标是实现数据的互操作性，从而促进数据的自由流动和共享。该项目对于欧洲的云计算发展有着重要的影响，将进一步促进了欧洲各国之间的云计算合作，推动了这个地区的云计算技术的发展。
Gaia-X 行业示意图/图源：Silicon
其中在数字能源领域，Gaia-X 项目的云计算技术可以用于智能电网、能源管理等方向。通过云计算的强大计算和存储能力，可以实现对电网运行状态的实时监控和优化，提高能源的利用效率，减少能源的浪费。同时，云计算还可以为能源管理提供大数据支持，帮助制定更为精准的能源策略。
从这一项合作可以看出，欧洲地区的云计算技术正在数字能源领域得到广泛应用。这些应用不仅在技术上展现出强大的潜力，也在商业和社会层面带来深远的影响，显示出欧盟数字能源技术的商业化落地已经走到了全球前列。
发展中国家，市场潜力巨大
随着科技进步的加速和数字化转型的全面推进，数字能源技术正在全球范围内取得显著发展，特别是在新兴的发展中国家。这些国家面临着能源供应不稳定、能效低下等问题，而数字能源技术则为解决这些问题提供了新的可能性。
然而，尽管发展中国家的数字能源技术发展表现出对创新技术的强烈需求。但与发达国家相比，发展中国家的能源基础设施普遍较为薄弱，能源利用效率较低。乌兹别克斯坦纳曼干工程建设学院(Namangan Engineering Construction Institute)教授Bulturbayevich认为，在数字能源技术领域，发展中国家技术成熟度不足、投资成本高昂、政策支持不足以及专业人才缺乏等都是制约数字能源技术在这一地区进一步推广和应用的因素。
其中除了缺乏配套数字能源技术的硬件设备及国家的政策扶持外，缺乏技术的革新，导致数字能源及可再生能源技术的停滞不前已成为主要诱因。
例如，塔什干国立经济大学经济学教授Abduvafoevna表示，太阳能电板从最初的基于半导体硅制造发展到后来的非晶硅制造，并且现在也开始生产柔性塑料太阳能板。在这一过程当中，乌兹别克斯坦最初只生产玻璃太阳能电池板。但在柔性塑料太阳能电池板也在生产中，由于可再生能源和技术的本地化发展不足，其成本、安装和维护费用仍然较高，乌兹别克斯的数字能源产业难以实现资本回报。
乌兹别克斯坦数字能源管控中心/图源：Asian Development Blog
而在哈萨克斯坦，尽管该国拥有丰富的可再生能源资源，如太阳能和风能等。但由于缺乏智能电网技术和储能技术的支持，哈萨克斯坦无法有效地管理和利用这些可再生能源。例如，在数年前哈萨克斯坦的风电装机容量便达到了3.5吉瓦，但由于电网的限制和储能技术的不足，仅有约30%的风电能够被输送到电网上并供应给用户，从而导致了能源浪费和环境污染的问题。
所以尽管中亚地区拥有丰富的太阳能、风能和水电资源等自然资源，但在数字能源技术的成熟度仍存在不足。这主要是由于这些国家在技术研发和创新方面投入有限，导致数字能源技术的滞后。但是通过加大政策支持、加强国际合作和人才培养等措施的实施，中亚地区有望克服这些挑战，推动数字能源技术的创新发展，实现可持续能源的目标。
而相对自然资源更加丰富的中亚国家，经济更为欠发达的非洲地区对数字能源的发展更加迫切。利物浦约翰摩尔大学(Liverpool John Moores University)通过研究发现，目前，撒哈拉以南非洲各国正在努力应对严重的能源短缺，但人口快速增长所带来的压力，使该地区原本并不丰沛的能源变得更加紧张。预计到2050年，非洲人口将增加10亿以上。
有数据统计，在非洲博茨瓦纳等地区，农村的电气化程度仅达到12%;埃塞俄比亚全国的电气化覆盖率为37%，而坦桑尼亚的农村和城市在完成电气化改造后，其覆盖率也仅达到21%。从上述数据可以看出，非洲地区的能源产业发展仍处于起步阶段。数字能源技术作为改变业务模式并提供新的收入和创造价值的技术，在非洲地区的发展前景注定具有极大的发展潜力。
但是从另一个角度来看，地区电气化的低普及度也代表着非洲的能源基础设施落后。许多地区缺乏稳定的电力供应，这使得数字能源技术的推广变得困难。在没有稳定电力供应的情况下，人们很难使用和依赖需要电力的数字能源技术。
多数非洲地区依旧缺乏稳定的电力供应/图：Philanthropy in Africa
以南非为例，据中国能源报报道，作为非洲最发达的国家之一，但该国仍然面临着能源供应不足的挑战。尽管南非拥有丰富的煤炭和天然气资源，但由于技术和管理问题，电力供应仍然不稳定。此外，南非也是非洲最大的太阳能市场之一，鉴于缺乏投资和政策支持，太阳能发电的潜力尚未得到充分开发。
因此，引入和发展数字能源技术，对非洲能源产业的影响和未来发展趋势有着至关重要的影响。而目前数字能源技术在非洲的一些地区已经取得了一些成果。
例如在南非，一家名为PowerGenix的公司正在推广其基于电池的能源存储系统。该能源存储系统由三个主要部分组成：电池储能系统、逆变器和充电控制器。电池储能系统用于储存能量，逆变器可以将电池储能系统中的直流电转换为交流电，充电控制器则可以调节电池的充电和放电速率。这种系统可以在电力供应不稳定或电力价格高昂的地区提供可靠的替代方案，它可以在电力需求峰值期间提供额外的电力，并在电力短缺时提供备用电源。
除此之外，在非洲东部的肯尼亚，一家名为M-KOPA Solar的公司正在提供太阳能发电系统。他们的服务包括为家庭和企业提供小型太阳能发电系统，并提供灵活的支付方案，使得更多的人能够接受和使用太阳能发电。
综上所述，尽管数字能源技术在非洲地区的发展瓶颈主要包括能源基础设施落后、电力供应不稳定以及缺乏投资和政策支持。然而，由于人口快速增长所带来的能源短缺压力，非洲地区对数字能源技术的迫切需求也日益凸显，但其巨大的发展潜力不容忽视。
根据国际能源署的预测，到2030年，非洲地区的可再生能源装机容量将达到700GW，占全球可再生能源装机容量的比重将超过20%。这意味着非洲地区的数字能源市场空间将非常巨大。
因此，如要改善非洲地区能源环境，推动数字能源化发展，在未来还需要加大对该地区的投资、改善能源基础设施、稳定电力供应以及制定有针对性的政策措施，推动数字能源技术在非洲地区的迅速发展，进一步促进经济增长和社会进步。
正如世界经济论坛所提到的：“加快能源转型需要经济、技术和社会经济系统的协调行动”。能源系统的数字化进程与可再生能源的结合有望带来范式转变，改善全球经济边缘化社会的经济成果，特别是在撒哈拉以南非洲地区。
结语
在经济市场和工业领域中，效率可被视为与生产过程或能源效率相关的一个概念。生产过程的效率被定义为经济活动的结果与输入的比率。能源效率可以类比于生产过程的效率，或者可以被大致定义为在维持或增加当前广泛认可的经济活动水平的同时减少能源消耗。
在此当中，数字能源技术对提升能源效率起到了关键作用。数字能源技术通过实时监测、优化控制、智能电网和市场化交易等技术逻辑，为提升能源效率提供了重要的价值，进而帮助产业更加精确地了解和管理能源系统，减少浪费和低效问题，提高能源利用效率。而数字能源技术的市场化特性也促进了创新和技术发展，推动了整个能源领域向更高效、可持续的方向发展。
在发达地区如欧盟地区，数字能源技术的产业落地主要集中在能源供应领域。在这一领域，数字能源技术被广泛应用于智能电网建设和管理中，通过实时监测、预测和优化电力系统的运行，提高供电的可靠性和效率。此外，数字能源技术还被应用于可再生能源的集成和管理，以实现清洁能源的大规模利用。
而在发展中地区，数字能源技术的产业落地则更多地关注于能源供应的问题。由于发展中地区普遍存在能源供应不足和不稳定的情况，数字能源技术被视为解决这一问题的重要手段。例如，数字能源技术可以应用于微电网建设，通过分布式能源系统和储能设备，实现离网供电和能源自给自足。此外，数字能源技术还可以应用于能源管理和优化领域，通过数据分析和智能控制，提高能源利用效率和降低能源浪费。
因此，眼下数字能源技术在发达地区和发展中国家的产业应用各有侧重，但都扮演着促进能源管理和智能化利用的重要角色。未来数字能源产业的发展将进一步提升技术创新水平、推广应用范围以及促进国际合作与交流。
参考资料
Abbasov， rafayil. (2018, October 6).Uzbekistan – From Vertically Integrated Electricity Utility to Energy Hub of Central Asia. Asian Development Blog. https://blogs.adb.org/blog/uzbekistan-vertically-integrated-electricity-utility-energy-hub-central-asia
Bohic， C. (2021, March 5).GAIA-X : Comment Se Pilote l’infrastructure de Données Européenne. Silicon. https://www.silicon.fr/gaia-x-edifice-gouvernance-construction-401481.html
Borowski， P. F. (2021). Digitization， digital twins， blockchain， and industry 4.0 as elements of management process in enterprises in the energy sector.Energies，14(7)， 1885.
Bulturbayevich， M. B.， Abduvafoevna， M. M.， & Murathodjaevna， S. F. (2023). IMPROVEMENT OF MODERN ENERGY INDUSTRIES IN THE CONDITIONS OF DIGITAL ECONOMY.ASIA PACIFIC JOURNAL OF MARKETING & MANAGEMENT REVIEW ISSN: 2319-2836 Impact Factor: 7.603,12(05)， 1-8.
Digitalisation of the European Energy System. (2023, July). EuropeanCommission. https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/digitalisation-energy
DIGITALEUROPE’s Roadmap forEurope’s Energy Ecosystem DigitalTransformation - The Time to Transform Is Now. (2023, July 5). DIGITALEUROPE. https://www.digitaleurope.org/resources/digitaleuropes-roadmap-for-europes-energy-ecosystem-digital-transformation-the-time-to-transform-is-now/
Li， L. (2023, February 20). 南非急上能源项目解缺电之困. 人民网. http://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2023-02/20/content_25967435.htm
Nwaiwu， F. Digitalisation and sustainable energy transitions in Africa: assessing the impact of policy and regulatory environments on the energy sector in Nigeria and South Africa.Energ Sustain Soc11， 48 (2021). https://doi.org/10.1186/s13705-021-00325-1
Sleiti， A. K.， Kapat， J. S.， & Vesely， L. (2022). Digital twin in energy industry: Proposed robust digital twin for power plant and other complex capital-intensive large engineering systems.Energy Reports，8, 3704-3726.
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