全球氣候變暖與全球性資源緊張，對人類的生存與發(fā)展帶來日益嚴峻的挑戰(zhàn)。低碳化、信息化、數(shù)字化的生活理念和生產(chǎn)方式，已逐漸成為全球共識。中國提出“力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的雙碳目標，并把“雙碳”工作納入生態(tài)文明建設整體布局和經(jīng)濟社會發(fā)展全局。為實現(xiàn)“雙碳目標”，我國政府積極推動能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化改革，以數(shù)智化驅(qū)動低碳發(fā)展。

2022年中國能源局發(fā)布的《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》（下稱《規(guī)劃》），強調(diào)要聚焦新一代信息技術和能源融合發(fā)展，開展能源領域用智能傳感和智能量測、特種機器人、數(shù)字孿生以及能源大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化、智能化共性關鍵技術研究，推動煤炭、油氣、電廠、電網(wǎng)等傳統(tǒng)行業(yè)與數(shù)字化、智能化技術深度融合，開展各種能源廠站和區(qū)域智慧能源系統(tǒng)集成試點示范，引領能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

現(xiàn)今，將數(shù)字技術應用于能源產(chǎn)業(yè)鏈，加速能源產(chǎn)業(yè)鏈升級重構，提升能源產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平，已成共識。

能源產(chǎn)業(yè)鏈概況

通常，能源產(chǎn)業(yè)鏈由資源層、產(chǎn)品層、應用層構成。目前，我國已經(jīng)形成相對完備的能源產(chǎn)業(yè)鏈體系。

資源層：資源層位于能源產(chǎn)業(yè)鏈上游。在資源層，資源生產(chǎn)方開采出一次能源（即天然能源，包括煤炭、石油、天然氣、油頁巖、核能、太陽能、水能等），以上能源經(jīng)資源儲運方的儲存和運輸以及資源運營方的運維和銷售，最終傳遞至產(chǎn)品層。

產(chǎn)品層：產(chǎn)品層位于能源產(chǎn)業(yè)鏈中游。在產(chǎn)品層，產(chǎn)品生產(chǎn)方通過對一次能源的轉(zhuǎn)化，將其以能源產(chǎn)品（包括焦煤、汽油、柴油、電能、液化石油氣、沼氣、蒸汽等）的形態(tài)輸出。能源產(chǎn)品經(jīng)產(chǎn)品儲運方的儲存和運輸與產(chǎn)品運營方的運維和銷售，最終傳遞至應用層。

應用層：應用層位于能源產(chǎn)業(yè)鏈的下游。在應用層，政企消費者與個人消費者在交通運輸、工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、商業(yè)等國民經(jīng)濟的多種場景下消費能源產(chǎn)品。

數(shù)字技術在能源產(chǎn)業(yè)鏈各個層級的升級與重構中均發(fā)揮重要作用。

數(shù)字技術助力能源產(chǎn)業(yè)鏈升級重構

不同的數(shù)字技術，如大數(shù)據(jù)平臺、云計算、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等，由于其技術特點不同，通常被投放在能源產(chǎn)業(yè)鏈的不同場景下。

1.大數(shù)據(jù)平臺。

大數(shù)據(jù)平臺（Big Data Platform）是一種處理海量數(shù)據(jù)的基礎設施，基于數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示的流程，為用戶提供數(shù)據(jù)服務。

我國能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)龐大，生產(chǎn)系統(tǒng)復雜，能源產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)具有專業(yè)化、龐雜化的特征。大數(shù)據(jù)平臺能夠?qū)?shù)據(jù)進行高效清洗、計算和分析，在保證數(shù)據(jù)有效性的同時提高生產(chǎn)效率，助力相關能源企業(yè)經(jīng)濟高效地利用能源?；诖耍髷?shù)據(jù)的典型應用場景一般為資源層的生產(chǎn)環(huán)節(jié)與應用層的使用環(huán)節(jié)。

首先是資源層的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。對于資源層的生產(chǎn)方而言，對能源進行開采時需用到多種設備，所涉及分析對象數(shù)目巨大。大數(shù)據(jù)平臺能夠更好滿足生產(chǎn)方保證設備安全高效運行的需求。例如，中國石油西部管線大數(shù)據(jù)平臺是一個針對管線壓縮機設備進行數(shù)據(jù)收集與分析的平臺。利用大數(shù)據(jù)平臺，該平臺統(tǒng)計實時信息與歷史信息，對機組設備的運行狀況進行分析，開展設備監(jiān)測、壽命預測與異常故障診斷，一旦出現(xiàn)問題，進行智能報警，極大減少機組人員工作量。

另一個典型應用場景為應用層用戶使用能源產(chǎn)品的環(huán)節(jié)。利用大數(shù)據(jù)平臺賦能，將有利于針對性改進工藝流程，提升能源的利用效率，減少在生產(chǎn)使用過程中由于化學反應而產(chǎn)生的二氧化碳排放。例如，南方電網(wǎng)深圳供電局基于大數(shù)據(jù)平臺技術，建設能源雙碳大數(shù)據(jù)中心。該中心匯聚融通深圳電力能源與碳數(shù)據(jù)，致力于挖掘電、煤、氣、油等用能數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中的“雙碳大腦”可直接計算出“電力間接碳排放量”，實現(xiàn)基于能源大數(shù)據(jù)的科學分析與決策，服務政府、企業(yè)、社會公眾。該中心上線近一年，已成為展示深圳能源轉(zhuǎn)型、雙碳演進成效以及經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢與成效的窗口。

2.云計算。

云計算（Cloud Computing）屬于分布式計算中的一種計算方法，云計算通過互聯(lián)網(wǎng)絡，將海量數(shù)據(jù)分解，再通過由多臺服務器組成的大型系統(tǒng)對分解后的數(shù)據(jù)進行計算、處理與分析，最終將得到的結果反饋至用戶。

云計算具備靈活性強、可靠性高、性價比高等優(yōu)勢，因此更能滿足能源類企業(yè)進行效益綜合分析的需要。目前，云計算的主要應用集中于產(chǎn)品層企業(yè)。

國內(nèi)主流云計算服務供應商有阿里云、華為云、騰訊、百度等。以華為云為例，為解決鞍鋼集團開展配煤業(yè)務時所遇到的人工配煤時間長、經(jīng)驗傳承難、個人經(jīng)驗依賴性強等難題，華為云基于 ModelArts平臺的“智能配煤算法模型”+“云存儲”和客戶的“配煤系統(tǒng)”，為鞍鋼集團提供智慧配煤解決方案。通過匯總原料煤數(shù)據(jù)、工藝/工況數(shù)據(jù)、焦炭數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)等相關數(shù)據(jù)，將經(jīng)過加密脫敏后的數(shù)據(jù)上傳到云存儲并加密存放，結合機理加數(shù)據(jù)的思路，進行模型框架選擇、模型訓練以及模型部署與發(fā)布，利用全新配煤模型提升鞍鋼集團焦炭質(zhì)量預測能力，優(yōu)化配煤比例與配煤效率。

利用云計算技術，深度融合數(shù)字業(yè)務與實體業(yè)務，有利于促進對能源的精準調(diào)度。將能源企業(yè)數(shù)據(jù)上云，可以基于機器學習的智能算法，針對能源的需求狀況進行高效分析，向用戶反饋真實需求狀況，并相對應及時實現(xiàn)能源的精準供給。云計算技術的應用，將促進能源產(chǎn)業(yè)鏈整體資源節(jié)約，減少無謂資源浪費，并提升能源產(chǎn)業(yè)鏈整體運轉(zhuǎn)效率。

3.區(qū)塊鏈。

區(qū)塊鏈（Blockchain）技術是一種記錄資料的技術，即一種安全和共享的數(shù)字賬本，可以將交易記錄分散管理在多臺計算機上，有去中心化、加密、數(shù)據(jù)不可篡改等特征。在《規(guī)劃》中，中國能源局提出積極開展區(qū)塊鏈在分布式能源交易、可再生能源消納（即對可再生能源所產(chǎn)生的能量進行及時消耗，避免能源浪費）、能源金融、需求側響應、安全生產(chǎn)、電力調(diào)度、電力市場等場景的應用示范。

區(qū)塊鏈的安全記錄功能能夠?qū)崿F(xiàn)能源領域數(shù)據(jù)權屬認定，保障信息安全，防范資源生產(chǎn)者與使用者信息被篡，明確相關方的權益關系。在這一基礎上，區(qū)塊鏈可以進一步推動數(shù)據(jù)完整流通、數(shù)據(jù)資源共享，促進能源產(chǎn)業(yè)鏈信息、資金、生產(chǎn)資料的協(xié)同，保障協(xié)同安全性。目前，對區(qū)塊鏈的應用集中于能源交易領域，在能源產(chǎn)業(yè)鏈上，集中于直接面向消費者的層級，即應用層。

例如，國網(wǎng)安徽所建立的光伏扶貧補助資金平臺就是政企消費者對區(qū)塊鏈的應用。該平臺通過利用區(qū)塊鏈技術，全力保障扶貧補助資金的信息安全，讓貧困用戶放心、省心、安心?；趨^(qū)塊鏈去中心化存儲的特征，將數(shù)據(jù)文件分散存儲在網(wǎng)絡的眾多節(jié)點上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件安全存儲；基于加密學算法，防范數(shù)據(jù)泄露；基于數(shù)據(jù)不可篡改的特征，確保扶貧補助金結算流程不被篡改，數(shù)據(jù)上鏈源頭可追溯，增強可信性。該平臺已利用區(qū)塊鏈實現(xiàn)發(fā)電戶戶號——發(fā)電戶發(fā)電量——發(fā)電價費——發(fā)電戶補助資金全流程的信息整合，實現(xiàn)全部批次補助目錄、電站、戶號穩(wěn)態(tài)關聯(lián)、精準溯源、不可篡改。

可以看出，區(qū)塊鏈將有利于能源交易的效率提高和安全性提升。未來，基于區(qū)塊鏈可形成普遍的分布式能源交易市場，構建分布式賬本，對包括交易數(shù)據(jù)、用戶能源使用數(shù)據(jù)、數(shù)字營銷數(shù)據(jù)在內(nèi)的多種相關數(shù)據(jù)實現(xiàn)分布式存儲?；趨^(qū)塊鏈的能源交易市場將實現(xiàn)交易信息互聯(lián)與交易自動清算，從低下的手工為主模式過渡到共享信息管理模式，提升配置效率縮短交易時間成本，減少交易錯誤與摩擦，提高能源交易效率，促進能源產(chǎn)業(yè)鏈整體流程規(guī)范化、高效化。由于區(qū)塊鏈的不可篡改性和信息可溯源性，數(shù)據(jù)上鏈后將會避免人為無意或惡意篡改情況的發(fā)生，這將在極大程度上提升能源交易的安全性，促進能源產(chǎn)業(yè)鏈各流程交易業(yè)務安全化。

4.數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生（Digital Twins）以數(shù)據(jù)與模型的集成融合為基礎與核心，通過在數(shù)字空間實時構建物理對象的精準數(shù)字化映射，基于數(shù)據(jù)整合與分析預測來模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命周期過程，最終形成智能決策的優(yōu)化閉環(huán)。

目前，數(shù)字孿生在能源產(chǎn)業(yè)中的作用日益凸顯。基于其映射的功能，一般被應用于資源層或產(chǎn)品層的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。例如，南方電網(wǎng)集團正在大力發(fā)展的智能電網(wǎng)業(yè)務，就是數(shù)字孿生在能源領域的應用之一。智能電網(wǎng)業(yè)務的核心是電網(wǎng)數(shù)字化，即通過建立數(shù)字孿生模型，將數(shù)字電網(wǎng)的操作作用于物理電網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)字世界和物理世界的雙向互動，實現(xiàn)電網(wǎng)量值傳遞、狀態(tài)感知、在線監(jiān)測、行為跟蹤、趨勢分析、知識挖掘和科學決策，促進電網(wǎng)運行更加綠色、安全、可靠、智能、經(jīng)濟。

數(shù)字孿生技術可以實現(xiàn)物理世界和虛擬世界之間的精準映射，能夠在能源產(chǎn)業(yè)鏈的多個方面實現(xiàn)精準控制。

問題與挑戰(zhàn)

“數(shù)字+能源”的結合尚存在許多問題，為能源產(chǎn)業(yè)鏈利用數(shù)字技術實現(xiàn)升級重構提出挑戰(zhàn)。

1.數(shù)字技術處于起步階段。

數(shù)字技術的水平發(fā)展尚不充分。比如，當前數(shù)字孿生技術在智慧能源行業(yè)應用仍處于萌芽期，相關的技術拓展和應用場景研究仍不足，尚未形成系統(tǒng)性的研究框架。數(shù)字技術的標準仍處于起步階段。以區(qū)塊鏈為例，能源是目前區(qū)塊鏈技術應用最為廣泛的領域之一，雖然在中國與全球范圍內(nèi)，在交易領域有大量能源區(qū)塊鏈項目落地，但整體立項標準較少，我國在頂層規(guī)劃和區(qū)塊鏈標準研制方面仍是空白。

目前，能源產(chǎn)業(yè)鏈上大多數(shù)參與者對數(shù)字技術的應用，仍停留在較為簡單的水平。由于能源數(shù)字業(yè)務的配套設施的建設、運營與維護成本較高，使得國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)能夠有資金開展相應數(shù)字化轉(zhuǎn)型業(yè)務。

2.能源數(shù)字化發(fā)展不平衡。

能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間長，產(chǎn)業(yè)內(nèi)領域眾多，各個領域之間存在知識壁壘，各領域內(nèi)分工復雜，使得數(shù)字技術和能源業(yè)務融合的難度較大。在現(xiàn)有技術水平下，將領域不同、標準不同的數(shù)據(jù)進行對齊仍比較困難，對數(shù)據(jù)規(guī)?；y(tǒng)一管理提出挑戰(zhàn)。

此外，由于各領域數(shù)字化業(yè)務起步時間不同、投入資源情況不同，又使得各領域數(shù)字化轉(zhuǎn)型水平參差不齊，以浙江省能源行業(yè)為例，2021年浙江省電力領域智能電網(wǎng)覆蓋面積占比高達82.5%，智能電表覆蓋率達100%，而天然氣領域油庫數(shù)字化改造程度為 4.3%。由于我國目前兼通能源與數(shù)字技術的人才儲備不足，更難以在全產(chǎn)業(yè)鏈上實現(xiàn)能源與數(shù)字融合的需求。

3.信息安全問題存在擔憂。

能源產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化意味著相關聯(lián)企業(yè)間的數(shù)據(jù)融通與共享，這就存在隱私泄露的問題。能源行業(yè)為國家戰(zhàn)略行業(yè)，關系國家未來發(fā)展與建設，其重要性與敏感性不言而喻。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，能源信息系統(tǒng)一旦遭到惡意入侵，造成信息泄露或關鍵數(shù)據(jù)流失，將嚴重威脅國家安全，損害國家公共利益。

解決途徑

1.促進能源與數(shù)字化技術深度融合。

從頂層設計的角度，應盡快推進數(shù)字能源多領域相關標準落地；市與市、省與省之間，可以探索打通能源智能信息平臺，建設多場景下的地區(qū)級智慧能源平臺，如省級天然氣智慧管網(wǎng)統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺，推進能源數(shù)據(jù)統(tǒng)一化管理。

分層級來看，針對能源產(chǎn)業(yè)鏈不同部分，采用不同手段。對于資源層與產(chǎn)品層，應大力推進配套基礎設施建設，推進包括燃煤廠、電網(wǎng)、油氣管網(wǎng)、城市天然氣調(diào)壓站等設施智能化改造項目完工；對于應用層，應探究能源數(shù)字化多種應用場景，圍繞能源治理未來發(fā)展趨勢，開發(fā)搭建多種應用場景供需平臺。例如，建設智慧能源社區(qū)，支持能源企業(yè)與優(yōu)勢互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的合作等。

2.建設數(shù)字化轉(zhuǎn)型綜合智庫。

能源企業(yè)可以與高校間對接，將能源數(shù)字化研究成果上傳大數(shù)據(jù)平臺，支持成果數(shù)字化，推動形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型“智庫”、“案例庫”，跨領域、跨學科地集合多種能源研究對象，推進交叉學科的能源問題研究。“智庫”的形成將為能源行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考，提升“數(shù)字+能源”研究效率。此外，“智庫”將賦能數(shù)字能源人才建設體系，通過專業(yè)知識圖譜與用例庫，打造協(xié)同合作的能源數(shù)字化學習平臺，推動技術人才懂能源，能源人才懂技術。最終提高能源產(chǎn)業(yè)鏈整體數(shù)字化水平。

3.加大能源數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)建設。

能源企業(yè)應遵守《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》、《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》相關規(guī)定，樹立正確的數(shù)據(jù)安全觀。建立健全數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)安全風險評估體系。各企業(yè)可以采用以數(shù)治數(shù)的方式，例如，利用云計算進行能源數(shù)據(jù)存儲：在儲存信息時，系統(tǒng)自動將信息編制成系統(tǒng)能夠識別的二進制代碼并加密，然后隨機選擇適合的存儲節(jié)點，同時節(jié)點和節(jié)點間沒有幾何關系，將有效降低戰(zhàn)略能源信息泄露風險。

能源企業(yè)還應定期組織對信息安全技術、相關法律法規(guī)的學習與培訓，以更好處理數(shù)據(jù)安全問題。

在新一輪產(chǎn)業(yè)革命與技術革命的推動下，我國已邁入互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字經(jīng)濟時代，能源領域擁抱數(shù)字技術已成為必然的發(fā)展趨勢。數(shù)字技術在促進能源產(chǎn)業(yè)鏈升級重構的同時，亦存在數(shù)字技術水平低、能源數(shù)字化發(fā)展不平衡、信息安全存在隱患等一系列問題?，F(xiàn)階段，應大力推動產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化智能化升級，統(tǒng)籌推進，補齊短板，發(fā)展大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等先進數(shù)字技術，加快配套能源基礎設施建設，加大研發(fā)力度，推動能源行業(yè)數(shù)字化標準盡快落地，完善能源信息系統(tǒng)相應安全設施；鍛造長板，對多領域、跨行業(yè)的數(shù)字化應用場景進行整合，推廣示范案例，推進能源企業(yè)進一步與數(shù)字技術深度融合。在“十四五”建立現(xiàn)代能源體系目標的指導下，各地政府圍繞能源行業(yè)數(shù)字化出臺相關政策，也將有力促進能源產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化發(fā)展。

（李磊系南開大學經(jīng)濟學院教授、博士生導師，阮兢一系南開大學經(jīng)濟學院研究生）