人工智能与数字化技术提升能源效率的方法

全球能源危机日益加剧，正推动能源使用与管理技术加速迭代升级。如今，各行各业的能源效率之所以能实现质的飞跃，很大程度上归功于数字技术——它使控制更加精准、优化更加到位、分析更加透彻。

可以预见，数字化将彻底重塑全球能源体系，既影响能源需求，也改变能源供应格局。

所谓数字化，简单来说，就是ICT（信息通信技术）在整个经济中的渗透不断加深——数据量激增，高级分析能力快速进步，人、设备、机器之间的互联规模前所未有地扩大。从油气储层中的传感器，到自动驾驶汽车，数字化究竟如何影响全球能源的生产与消耗？答案涉及多个层面。

数字化对需求侧的影响复杂且多面。一方面，数字设备有望为交通、建筑、工业等领域带来显著的能效提升；另一方面，如果管理不当，越来越多的设备（以及存放它们所产生数据的服务器）广泛使用，反而可能导致能源消耗净增长。但无论如何，数字化进程不太可能停止。决策者面临的核心挑战是：如何引导这一进程，使能源系统收益最大化，同时将负面影响降至最低。

正因如此，IEA（国际能源署）启动了一项跨机构计划，专门探索数字化提升能效的潜力，并为决策者提供参考建议。

数字化提升能效的逻辑其实非常清晰：通过收集和分析数据，进而对能源使用产生实际影响。具体来说，数据收集技术（如传感器、智能电表）先采集能源使用数据以及影响使用的条件（如气候）；然后通过数据分析技术（如人工智能算法）将数据处理成有用信息；最后将信息发送给能够改变物理环境、优化能耗的设备。有些设备需要人为操作——例如手机App推荐一条节能路线，用户需按照建议执行。另一些设备则能自主优化，比如建筑物冷却系统的开关、生产线上的机器人。

下图直观展示了数字化如何通过技术融合来提升效率。

数字技术早已渗透到所有能源终端领域。越来越多的住宅和商业建筑配备了智能电器和能源管理系统；工业领域，先进机器人和3D打印正成为标配；交通领域，自动化、互联化、电动化和共享化之间的相互作用，将直接影响未来的能源消耗。不仅如此，数字化还扩展了我们理解“能源效率”的维度——从传统的终端使用效率，延展到系统效率。

数字技术能够优化大量能源消耗活动，比如制造工业产品、为房屋制冷。这本质上提升的是传统意义上的能效：每单位活动消耗的能源更少。终端使用效率的提高，仍然是全球能源转型的关键，发达经济体和新兴经济体都能从中受益。

但数字化的互联优势在于：它既能提升终端使用效率，又能提升整个能源系统的运行效率。

全球能源系统正在经历巨大变革——集中式和分散式的可再生能源不断并入电网，能源消费的电气化程度加深，还出现了“产消者”（既生产又消费能源的用户）。在这一背景下，需求侧的灵活性变得日益重要：它能使能源系统在需要时供应能量，在可用时消耗能量，从而实现更高效的运行。

数字化让“智能”建筑、车辆和工业设施能够提供新的灵活负载来源，有助于减少供应侧的可再生能源弃电，支持社区更好地消纳自身生产的能源。随着可再生能源占比提高和社区自产自消增多，最终结果是系统效率更高——因为与能源生产、分配相关的损耗减少了。

数字技术能同时提升终端使用效率和系统效率，最终使整个能源系统受益：例如避免对调峰电厂这类基础设施的投资，改善可再生能源的并网，增强能源安全性。

下图展示了数字化可能如何改变传统的能效与需求侧灵活性概念。

通过提供终端使用和系统两方面的效率提升，数字化也促使我们重新审视一个老问题：过去常常把能效和需求响应看作两个独立甚至冲突的概念。但数字化表明，需要从全系统角度全面理解能效——传统的终端使用效率和需求侧灵活性，其实是同一枚硬币的两面。

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