中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 氣候變化給人類生存和發(fā)展帶來日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，及早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和成為保護(hù)地球家園的全球共識(shí)。據(jù)聯(lián)合國氣候變化框架公約（UNFCCC）報(bào)告，截至2019年9月全球已有60個(gè)國家承諾到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放；除美國、印度之外，世界主要經(jīng)濟(jì)體均相繼做出了減少碳排放的承諾。從2014年的《中美氣候變化聯(lián)合宣言》，到2020年第75屆聯(lián)合國大會(huì)，再到2021年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議和“十四五”規(guī)劃，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人一直高度重視碳達(dá)峰、碳中和工作并提出了明確要求。然而，中國承諾實(shí)現(xiàn)從碳達(dá)峰到碳中和的時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于發(fā)達(dá)國家所用時(shí)間，需要中方付出艱苦努力。

隨著數(shù)字技術(shù)（digital technology）在資源、能源和環(huán)境領(lǐng)域的深度融合與應(yīng)用創(chuàng)新，數(shù)字技術(shù)在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)中的作用日益受到關(guān)注。數(shù)字技術(shù)是一項(xiàng)與計(jì)算機(jī)相伴相生的科學(xué)技術(shù)，將各種信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字后進(jìn)行運(yùn)算、加工、存儲(chǔ)、傳送、傳播和還原，其本質(zhì)在于提高整個(gè)社會(huì)的信息化、智慧化水平，提升資源配置效率。盡管氣候變化威脅人類生存和發(fā)展，但生產(chǎn)和生活對(duì)能源和礦產(chǎn)資源的需求仍不斷增加。2020年我國化石能源占一次能源消費(fèi)比重高達(dá)84.1%，能源相關(guān)的碳排放約為每年98億噸，占全社會(huì)碳排放總量的近90%。數(shù)字技術(shù)正是解決能源和礦產(chǎn)資源利用與生產(chǎn)生活需求矛盾的核心所在。隨著數(shù)據(jù)通信技術(shù)的快速發(fā)展，以智能傳感、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為代表的數(shù)字技術(shù)有望重塑能源系統(tǒng)。數(shù)字技術(shù)在碳足跡、碳匯等領(lǐng)域的深度融合可以促進(jìn)能源行業(yè)的數(shù)字化監(jiān)測、排放精準(zhǔn)計(jì)量與預(yù)測、規(guī)劃與實(shí)施效率提升，從而大幅提升能源使用效率，直接或間接減少能源行業(yè)碳排放量。此外，數(shù)字技術(shù)引領(lǐng)的新業(yè)態(tài)、新模式變革還可以助推能源消費(fèi)理念轉(zhuǎn)變，重構(gòu)能源商業(yè)模式，助力我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

因此，面向國家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重大需求，本文意在探索數(shù)字技術(shù)支撐我國碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的作用，并特別聚焦大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生（digital twin）等數(shù)字技術(shù)在碳匯精準(zhǔn)計(jì)量、能源高效調(diào)度、能源市場運(yùn)營、碳中和精準(zhǔn)規(guī)劃等方面助推我國能源行業(yè)碳中和的有效路徑。

數(shù)字技術(shù)在碳中和中的戰(zhàn)略作用

碳達(dá)峰、碳中和面臨的本質(zhì)問題主要有2點(diǎn)不確定性：① 經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響的不確定性；② 減排路徑的不確定性。這2種不確定性的根源在于信息不對(duì)稱、數(shù)據(jù)不充分和精準(zhǔn)預(yù)測能力不足，而這正是數(shù)字技術(shù)可以破解的問題。因此，在國家持續(xù)推進(jìn)能源領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，加強(qiáng)我國能源行業(yè)數(shù)字技術(shù)融合創(chuàng)新及應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。

數(shù)字技術(shù)可以有效促進(jìn)能源供給側(cè)和消費(fèi)側(cè)的協(xié)調(diào)。在能源供給環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù)可以提高能源采集效率與在線互聯(lián)程度，實(shí)現(xiàn)能源供給環(huán)節(jié)的集約化、數(shù)據(jù)化、精細(xì)化，為能源生產(chǎn)運(yùn)行提供安全可靠的技術(shù)支撐。在能源消費(fèi)環(huán)節(jié)，人工智能等數(shù)字技術(shù)將顛覆傳統(tǒng)的能源消費(fèi)理念，催生新的能源消費(fèi)方式，推動(dòng)各行業(yè)的消費(fèi)轉(zhuǎn)變，降低能源消耗量及消耗強(qiáng)度。

數(shù)字技術(shù)在能源行業(yè)的深入應(yīng)用助推能源清潔生產(chǎn)。隨著科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的進(jìn)程不斷加快，數(shù)字經(jīng)濟(jì)逐漸成為價(jià)值創(chuàng)造的引領(lǐng)者。目前，世界各國均積極布局?jǐn)?shù)字化轉(zhuǎn)型，將云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、分布式管理等數(shù)字技術(shù)，運(yùn)用到能源生產(chǎn)、輸送、交易、消費(fèi)和監(jiān)管等各個(gè)環(huán)節(jié)。

數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新能源新模式、新業(yè)態(tài)，推動(dòng)能源綠色消費(fèi)。長期以來，我國形成了以電力、石油、天然氣等系統(tǒng)為核心的能源消費(fèi)體系。該體系內(nèi)部剛性關(guān)聯(lián)日益增強(qiáng)，整體上又表現(xiàn)出較強(qiáng)的獨(dú)立性，因而造成能源系統(tǒng)整體效率偏低，并成為能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和結(jié)構(gòu)調(diào)整的障礙。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用既能優(yōu)化整合能源業(yè)務(wù)，打破“能源豎井”，又能實(shí)現(xiàn)多能融合，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的效率提升。

綜上所述，數(shù)字技術(shù)對(duì)我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。亟須主動(dòng)把握和引領(lǐng)新一代信息技術(shù)變革趨勢，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)管理理念，從能源生產(chǎn)、供給、管理、服務(wù)等方面進(jìn)行全方位的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推進(jìn)能源綠色轉(zhuǎn)型，努力探索數(shù)字技術(shù)助推我國碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的有效路徑。

數(shù)字技術(shù)對(duì)碳排放的影響研究進(jìn)展與問題

數(shù)字技術(shù)對(duì)碳排放的影響及相關(guān)應(yīng)用研究日益增多，以下簡要從數(shù)字技術(shù)與碳足跡、數(shù)字技術(shù)與碳匯等領(lǐng)域簡述現(xiàn)有研究及應(yīng)用進(jìn)展和存在的不足。

數(shù)字技術(shù)對(duì)碳足跡的影響研究

數(shù)字技術(shù)對(duì)碳足跡的影響具有正、反兩方面。一方面，數(shù)字技術(shù)可以帶來效率收益，促進(jìn)能源資源和礦產(chǎn)資源安全綠色智能開采和清潔高效低碳利用，有利于實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)供需平衡，減少碳足跡。另一方面，數(shù)字技術(shù)本身也可能引致更多能源消耗，特別是對(duì)電力的大量需求。

能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是數(shù)字技術(shù)在碳排放領(lǐng)域中的一大嘗試。通過將數(shù)字技術(shù)、分布式能源生產(chǎn)和利用技術(shù)，以及儲(chǔ)能技術(shù)的高效融合，實(shí)現(xiàn)能源從供給側(cè)的生產(chǎn)、傳輸?shù)叫枨髠?cè)的消費(fèi)、服務(wù)變得可計(jì)量、可控制和可預(yù)測，使能源互聯(lián)網(wǎng)成為能源系統(tǒng)重要的戰(zhàn)略資源和平臺(tái)。借助能源互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)能源需求側(cè)和供給端的雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)碳足跡的可定位和可溯源。國內(nèi)外學(xué)者就能源互聯(lián)網(wǎng)的核心概念和框架、能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行及其所涉及的信息技術(shù)支持和未來規(guī)劃開展了相關(guān)研究，包括能源產(chǎn)消者、微電網(wǎng)、虛擬電廠、智能電網(wǎng)和能源網(wǎng)絡(luò)安全框架等內(nèi)容。例如，智能電網(wǎng)結(jié)合數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，以通信信息為平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等過程信息化、自動(dòng)化及人機(jī)互動(dòng)。通過削減能源采用成本、減少電力浪費(fèi)、降低石油依賴度等直接或間接的作用機(jī)制，智能電網(wǎng)可將傳統(tǒng)電網(wǎng)的碳足跡至少降低12%。

煤炭行業(yè)是數(shù)字技術(shù)融合應(yīng)用的另一重要領(lǐng)域。煤炭作為我國能源結(jié)構(gòu)中的主要消費(fèi)能源，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源安全筑造了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但也帶來了較大規(guī)模的溫室氣體排放和環(huán)境污染。隨著數(shù)字技術(shù)和現(xiàn)代化煤炭開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，煤炭開采實(shí)現(xiàn)了綜采裝備、巷道掘進(jìn)裝備、運(yùn)輸裝備等智能化變革，初步形成煤炭智能開采格局，并有效降低了碳排放。比如，借助數(shù)字孿生技術(shù)和5G通信技術(shù)的發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)無人化、可視化精準(zhǔn)勘探、開采和全方位智能監(jiān)控，這不僅顯著提高開采效率，同時(shí)也降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭開采過程中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集、處理和分析，通過部署智能設(shè)備以減少運(yùn)營過程中的安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)字技術(shù)通過助力企業(yè)管理轉(zhuǎn)型，亦可不斷提高企業(yè)碳排放效率。《2019年全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型收益報(bào)告》顯示，在施耐德電氣公司和全球41個(gè)國家的合作伙伴完成的230個(gè)客戶項(xiàng)目中，部署數(shù)字技術(shù)平臺(tái)的企業(yè)，其節(jié)能降耗幅度最高達(dá)85%，平均降幅24%；節(jié)約能源成本最高達(dá)80%，平均節(jié)約28%；二氧化碳（CO₂）足跡優(yōu)化最高達(dá)50%，平均優(yōu)化20%。由世界經(jīng)濟(jì)論壇和埃森哲咨詢公司共同發(fā)布的《實(shí)現(xiàn)數(shù)字化投資回報(bào)最大化》顯示，當(dāng)公司將先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)融入生產(chǎn)時(shí)，其生產(chǎn)效率提升幅度可達(dá)70%，而數(shù)字化部署較為緩慢的公司，其生產(chǎn)效率僅提高30%。由此可見，數(shù)字技術(shù)不僅能夠帶來效率收益，更能助力低碳生產(chǎn)。

以數(shù)據(jù)中心和比特幣為代表的高能耗數(shù)字技術(shù)可能擠占一定的能源消費(fèi)空間，產(chǎn)生額外的碳足跡，不利于能源的綠色可持續(xù)發(fā)展。研究表明，在智能設(shè)備方便生活的同時(shí)，大量數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程處理均需要數(shù)據(jù)中心的支持，而數(shù)據(jù)中心的運(yùn)轉(zhuǎn)消耗了大量能源。2014年，美國數(shù)據(jù)中心耗電量約占當(dāng)年用電總量的2%，已然超過高耗能的造紙業(yè)用電量。根據(jù)中國數(shù)據(jù)中心能耗與可再生能源使用潛力研究，2018年中國數(shù)據(jù)中心總耗電約1600億千瓦時(shí)，相當(dāng)于三峽水電站全年發(fā)電量。此外，自2008年比特幣誕生后，其高耗能的設(shè)計(jì)對(duì)能源發(fā)展構(gòu)成了極大威脅。在沒有外部政策影響的情況下，中國比特幣產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)2024年將耗能296.59太瓦時(shí)，產(chǎn)生約1.305億噸碳排放，成為中國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的一大障礙。

數(shù)字技術(shù)對(duì)碳匯的影響

對(duì)于已經(jīng)排放的CO₂，需要借助農(nóng)林碳匯，海洋碳匯，碳捕集、利用和封存（CCUS），生物質(zhì)能碳捕集與封存（BECCS），以及直接空氣碳捕獲（DAC）等負(fù)排放技術(shù)完成碳中和。對(duì)土壤、作物、森林等環(huán)境要素進(jìn)行數(shù)字化采集、存儲(chǔ)和分析，已成為數(shù)字技術(shù)在碳匯方面的一大應(yīng)用。

借助可視化模擬、物聯(lián)網(wǎng)、智能決策等技術(shù)建立起的數(shù)字化森林資源監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高實(shí)效、高精度森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測。例如，利用衛(wèi)星遙感和地面監(jiān)測設(shè)備對(duì)草原信息進(jìn)行精準(zhǔn)收集，能夠把握草原環(huán)境基本數(shù)據(jù)并運(yùn)用到草原生態(tài)恢復(fù)和治理，助力草原碳匯功能提升。

海洋碳匯因固碳效率高和儲(chǔ)存長久性等特點(diǎn)，在全世界范圍內(nèi)得到了政策支持和科學(xué)研究。例如，智慧海洋借助海洋實(shí)測數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、海洋經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)技術(shù)，射頻識(shí)別、無線傳感等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了海洋生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及災(zāi)害防控等目標(biāo)。但如何利用智慧海洋相關(guān)技術(shù)向碳匯核算和計(jì)量方向發(fā)展，尚處于初步探索階段。

CCUS技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要技術(shù)選擇之一。自2000年CCUS技術(shù)引入到我國后，經(jīng)20多年的發(fā)展已初步建立起一定的技術(shù)體系。目前，CCUS技術(shù)多聚焦于物理、化學(xué)和地質(zhì)理論，以及技術(shù)解決碳排放的捕集、利用和封存，而尚未開展與數(shù)字技術(shù)進(jìn)行深入融合的研究。在BECCS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，目前主要在生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)研發(fā)，以及如何與生物質(zhì)氣體、生物質(zhì)燃料和生物液體等結(jié)合方面進(jìn)行了初步探索。

數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于能源行業(yè)碳中和存在的問題

整體而言，如何借助快速發(fā)展的數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)碳中和的路徑機(jī)理研究尚處于初步探索階段。從主要文獻(xiàn)梳理來看，至少在4個(gè)方面有待進(jìn)一步開展理論和應(yīng)用探究。

大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等技術(shù)在碳足跡監(jiān)測、碳匯測量等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。關(guān)于碳排放監(jiān)測尚未形成一體化模式，空間、地面和城市碳等監(jiān)測平臺(tái)并未整合，仍是割裂的數(shù)字化監(jiān)測平臺(tái)，未形成天地空一體化的整體研究模式。

能源網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化整合相對(duì)滯后，借助云計(jì)算和云存儲(chǔ)等實(shí)現(xiàn)能量流供需平衡與高效運(yùn)轉(zhuǎn)的研究有待強(qiáng)化。由于信息不對(duì)稱，龐大的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在適應(yīng)及協(xié)調(diào)整體網(wǎng)絡(luò)時(shí)，仍存在信息融合不協(xié)調(diào)、高負(fù)荷運(yùn)行下不能及時(shí)篩選及處理有用信息等問題。高效計(jì)算、模型化簡、輔助求解等數(shù)字化計(jì)算方法仍是解決和支撐能源互聯(lián)網(wǎng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)和研究方向。

與碳足跡相比，數(shù)字技術(shù)在碳匯方面的研究有很大的提升空間。已有不少文獻(xiàn)研究了農(nóng)林和海洋在碳匯上所起的作用，但尚未形成“可衡量、可報(bào)告、可核查”的數(shù)字化智能觀測和評(píng)估體系。亟待探究如何借助大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)對(duì)碳匯的存量、形成機(jī)理和功能建立更加具象的監(jiān)測機(jī)制，并有效納入能源碳中和網(wǎng)絡(luò)。

面對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)新要求，傳統(tǒng)的碳排放與碳吸收計(jì)量與預(yù)測存在精準(zhǔn)度不高、預(yù)測效果不佳等問題。一方面，碳排放因子體系有待優(yōu)化。碳排放的影響因素復(fù)雜多樣，簡單采用人均國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）、人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化率、技術(shù)水平、第二產(chǎn)業(yè)占比等指標(biāo)作為碳排放驅(qū)動(dòng)因子，無法有效支撐對(duì)碳排放和碳吸收的全面精確計(jì)量。另一方面，預(yù)測效果有待進(jìn)一步提升。受時(shí)間跨度長、未來政策變化等不確定因素影響，各部門各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之間存在復(fù)雜關(guān)系，對(duì)于不同時(shí)期、不同情景下的碳達(dá)峰與碳中和進(jìn)程難以實(shí)現(xiàn)有效預(yù)測。

數(shù)字技術(shù)助力能源行業(yè)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑

基于前述研究，本文聚焦碳中和進(jìn)程中的數(shù)據(jù)監(jiān)測、碳排放與吸收測算、碳達(dá)峰與碳中和進(jìn)程預(yù)測、碳達(dá)峰與碳中和路徑和相關(guān)政策規(guī)劃及實(shí)施等工作，探索大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、AI、區(qū)塊鏈等技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)碳中和目標(biāo)的主要路徑（圖1）。

大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳排放精準(zhǔn)計(jì)量及預(yù)測

對(duì)能源行業(yè)碳達(dá)峰與碳中和進(jìn)程進(jìn)行計(jì)量和預(yù)測，并評(píng)估不同技術(shù)條件和政策情景下的差異是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及對(duì)能源行業(yè)各部門經(jīng)濟(jì)活動(dòng)碳排放水平的測算、對(duì)自然環(huán)境碳吸收水平的估測，以及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推演等一系列科學(xué)問題。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和方法開展碳排放和碳吸收計(jì)量及預(yù)測，能夠有效解決精準(zhǔn)度不高和預(yù)測效果不佳的問題。

大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)排放因子的優(yōu)化調(diào)整。對(duì)能源行業(yè)各部門經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的碳排放水平測算時(shí)，要對(duì)排放因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整以避免不確定擾動(dòng)因素的干擾。采用大數(shù)據(jù)方法對(duì)大氣CO₂濃度變化趨勢和CO₂凈排放量變化趨勢進(jìn)行分析，確定排放因子設(shè)定造成的趨勢差異影響；再通過聚類分析和關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，確定因子之間內(nèi)部關(guān)聯(lián)性；然后將具有相似特征的區(qū)域聚合成一類，構(gòu)建能夠消減差異的最優(yōu)排放因子組合，實(shí)現(xiàn)能源碳排放驅(qū)動(dòng)因子體系協(xié)同、高效地發(fā)揮作用。

大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳排放和碳吸收的全面精確計(jì)量。運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)日頻度、月頻度的能源碳排放動(dòng)態(tài)監(jiān)測核算，不僅縮短計(jì)量分析周期、提高計(jì)量精度，還降低計(jì)量成本，提高計(jì)量效率。通過對(duì)不同區(qū)域、不同主體的碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，動(dòng)態(tài)跟蹤碳排放變動(dòng)趨勢；對(duì)碳排放與碳捕捉、碳封存聯(lián)系結(jié)果進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)CO₂全生命周期變動(dòng)的監(jiān)測追蹤；結(jié)合地理與生態(tài)環(huán)境的變化對(duì)碳排放和碳吸收水平的演化規(guī)律進(jìn)行分析，反演大氣中CO₂濃度值和濃度變化趨勢，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳排放和碳吸收的全面精準(zhǔn)計(jì)量。

大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多情景碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程的精準(zhǔn)預(yù)測。綜合大數(shù)據(jù)優(yōu)勢構(gòu)建能源碳排放趨勢預(yù)測模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳排放的追蹤和長期預(yù)測；通過模擬不同技術(shù)條件和政策情景下各地區(qū)各行業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)能耗變化情況，追溯生產(chǎn)過程中能源消耗；通過分析經(jīng)濟(jì)活動(dòng)發(fā)展變化規(guī)律，測算多種情景下人類活動(dòng)和自然界凈碳排放的逐年變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳達(dá)峰、碳中和時(shí)間的精準(zhǔn)預(yù)測。

AI實(shí)現(xiàn)能源高效調(diào)度利用

AI技術(shù)是解決復(fù)雜系統(tǒng)控制與決策問題的有效措施，在能源行業(yè)的深入應(yīng)用，有助于推動(dòng)清潔能源生產(chǎn)，降低碳排放以實(shí)現(xiàn)由高碳向低碳、再由低碳向碳中和的轉(zhuǎn)變。在能源行業(yè)，降低能耗成本和減少污染物排放同等重要。因此，在確保能源系統(tǒng)供能可靠性和高質(zhì)性的同時(shí)，應(yīng)用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源高效調(diào)度和利用，成為世界各國碳減排的重要實(shí)踐舉措。

碳中和對(duì)能源調(diào)度提出了智能化需求。現(xiàn)代能源系統(tǒng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，碳中和下的智能調(diào)度在保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)還要提高其經(jīng)濟(jì)性。AI技術(shù)的發(fā)展對(duì)能源調(diào)度提出了更高需求，如：煤炭運(yùn)輸過程中實(shí)現(xiàn)傳送帶異常情況檢測、電力傳輸過程中監(jiān)測線路狀況及靈活調(diào)配實(shí)現(xiàn)電力高效使用、油氣儲(chǔ)運(yùn)實(shí)施安全監(jiān)測、突發(fā)公共事件實(shí)現(xiàn)有效能源調(diào)度等。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、人民生活水平的提高、碳中和愿景的約束對(duì)能源調(diào)度提出了智能化、高效化需求。

AI助力實(shí)現(xiàn)能源精準(zhǔn)調(diào)度。AI技術(shù)發(fā)展為實(shí)現(xiàn)能源高效智能調(diào)度提供了實(shí)現(xiàn)的可能。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能算法被廣泛應(yīng)用于求解能源調(diào)度的最優(yōu)方案，如正余弦優(yōu)化算法（SCA）、基于柔性行動(dòng)器-評(píng)判器框架的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法（ALFRED）等，提高了調(diào)度準(zhǔn)確性和有效性。例如：電力傳輸領(lǐng)域，利用機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電通道安全狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控及全程評(píng)估；煤炭運(yùn)輸領(lǐng)域，通過智能傳輸機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸帶上的異物、轉(zhuǎn)載點(diǎn)堆煤等情況的識(shí)別；油氣儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域，通過目標(biāo)檢測實(shí)現(xiàn)對(duì)石油管道焊縫缺陷檢測，避免石油運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的不必要浪費(fèi)。

AI助力實(shí)現(xiàn)能源高效利用。國內(nèi)外能源企業(yè)的AI應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)能源高效利用帶來啟示。英國Grid Edge公司通過操作VPN連接、分析用戶的能源消耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約并避免超載。日本關(guān)西電力株式會(huì)社基于機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)智能電表數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，利用高精度AI算法實(shí)現(xiàn)多種模式用電方式優(yōu)化。在國內(nèi)，大唐集團(tuán)有限公司通過先進(jìn)通信技術(shù)和軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)3D虛擬電廠，實(shí)現(xiàn)空間地理位置分散的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，其智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)管控生產(chǎn)電力過程、完成能源儲(chǔ)存與合理配置。南方電網(wǎng)廣東中山供電局依托智能電網(wǎng)開展調(diào)控一體化精益管理，把大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)與電網(wǎng)融合，打造調(diào)控一體化智能技術(shù)應(yīng)用示范區(qū)。華南理工大學(xué)正致力于新一代能源電力系統(tǒng)的研究，構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)融合的智慧能源機(jī)器人，關(guān)注能源服務(wù)體系數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)能源調(diào)度的自動(dòng)化。

區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源市場高效運(yùn)轉(zhuǎn)和低碳行為的激勵(lì)

未來能源交易市場具有多主體、多模式、多規(guī)則的特點(diǎn)，這對(duì)能源市場交易透明性、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)安全性提出了需求與挑戰(zhàn)。面向“放開兩端”能源交易市場服務(wù)要求的“主體對(duì)等、智能互信、交易透明、信息共享”，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的“去中心化，透明安全，不可篡改，信息可溯”四大技術(shù)特征，形成新型分布式能源交易市場，可以為我國碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供具體實(shí)施手段。

區(qū)塊鏈技術(shù)推動(dòng)分布式能源市場創(chuàng)新。 區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)能源交易市場的安全可信交易與高效結(jié)算。利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建分布式能源賬本，對(duì)能源市場的供電前端交易數(shù)據(jù)、營銷數(shù)據(jù)、用戶用電數(shù)據(jù)上鏈，實(shí)現(xiàn)分布式的記賬存儲(chǔ)；利用區(qū)塊鏈不可篡改的記錄保管方式，精簡數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)的過程，規(guī)避人為錯(cuò)誤和惡意篡改；通過智能合約將交易、清算等業(yè)務(wù)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)交易即結(jié)算，減少清算過程中的錯(cuò)誤和摩擦。區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)能源交易市場的自動(dòng)化業(yè)務(wù)處理。通過智能合約自動(dòng)執(zhí)行能源市場的交易過程及其他能源業(yè)務(wù)，根據(jù)能源實(shí)時(shí)供需關(guān)系生成實(shí)時(shí)能源價(jià)格，交易完成后自動(dòng)觸發(fā)能源傳輸和控制，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)能源調(diào)度平衡。 區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)能源交易市場的資源優(yōu)化配置。通過鏈上代碼、智能合約確定能源交易及調(diào)度規(guī)則，統(tǒng)籌交易市場利益主體，聚合不同類型的分布式供電端，實(shí)現(xiàn)整體的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行；通過個(gè)性化能源價(jià)格和綜合能源優(yōu)化調(diào)度提高清潔能源在市場交易中的消費(fèi)占比，促進(jìn)能源合理消納。

區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)化能源市場架構(gòu)及交易流程。 區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)化分布式能源市場基本系統(tǒng)架構(gòu)。基于區(qū)塊鏈的能源市場能夠?qū)崿F(xiàn)分布式能源交易過程中的異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)、交易信息互聯(lián)，使不同主體、硬件設(shè)備與交易系統(tǒng)之間高效交互。總體架構(gòu)劃分為基礎(chǔ)層、引擎層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層4個(gè)層次（圖2）。其中，基礎(chǔ)層提供交易平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)支撐，封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊，以及數(shù)據(jù)加密和時(shí)間戳等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鏈下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。引擎層封裝了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的共識(shí)算法，支撐智能合約的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)能源交易合約、能源定價(jià)合約、能源調(diào)度合約，以支撐基于區(qū)塊鏈的分布式能源市場業(yè)務(wù)需求。業(yè)務(wù)層通過智能合約實(shí)現(xiàn)能源市場業(yè)務(wù)。應(yīng)用層則封裝了各種場景和案例。 區(qū)塊鏈技術(shù)完善能源市場交易流程（圖3）。首先，源端用戶（賣方）發(fā)布供電信息，平臺(tái)定價(jià)合約根據(jù)源端用戶和供電情況進(jìn)行價(jià)格設(shè)定并上鏈。其后，用消費(fèi)端用戶（買方）發(fā)布需求信息并由平臺(tái)進(jìn)行撮合，或者由用戶查詢?cè)炊斯╇娦畔⒅苯咏灰祝灰子|發(fā)平臺(tái)交易合同。在檢查交易雙方資格和條件允許后，觸發(fā)交易合約，合約凍結(jié)買方賬戶金額。系統(tǒng)后臺(tái)將驗(yàn)證合約，若失敗則通知用戶。驗(yàn)證通過的合約將存儲(chǔ)至區(qū)塊鏈系統(tǒng)并觸發(fā)調(diào)度合約，開始進(jìn)行能源調(diào)度和傳輸。在交易各個(gè)階段，政府可參與制定碳中和政策影響交易市場運(yùn)行。在整個(gè)交易過程中，除包括源端和消費(fèi)端之外，還涉及電網(wǎng)輸送、政府等能源傳輸與調(diào)控參與方。

區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳中和低碳行為激勵(lì)。采用區(qū)塊鏈構(gòu)建能源交易市場，并建立激勵(lì)體系能有效激勵(lì)低碳行為。一般采用區(qū)塊鏈通證實(shí)現(xiàn)能源市場的通證經(jīng)濟(jì)，提升對(duì)低碳行為的附加經(jīng)濟(jì)效益；另外，采用智能合約按照激勵(lì)規(guī)則與模式對(duì)低碳行為進(jìn)行能源優(yōu)先調(diào)度也可激勵(lì)低碳行為。具體措施包括： 節(jié)能電力調(diào)度。摒棄平均調(diào)度原則，減免可再生能源和具有更高能源效率和更少污染物排放的供電方能源傳輸?shù)馁M(fèi)用，或?qū)@些能源優(yōu)先調(diào)度。 用電需求側(cè)低碳激勵(lì)。通過激勵(lì)降低消費(fèi)者總體能源需求，控制需求在高峰和低谷間轉(zhuǎn)換；通過激勵(lì)促進(jìn)消費(fèi)者使用更有效率的高耗能電器實(shí)現(xiàn)碳中和。低碳通證交易。類似于排污權(quán)交易，通過市場機(jī)制激勵(lì)低碳行為，解決碳排放的環(huán)境外部性問題。

數(shù)字孿生技術(shù)助力碳減排與碳中和精準(zhǔn)規(guī)劃

數(shù)字孿生是一種實(shí)現(xiàn)真實(shí)物理環(huán)境向信息空間數(shù)字化模型映射的關(guān)鍵技術(shù)；其通過數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體實(shí)現(xiàn)模擬、驗(yàn)證、預(yù)測和控制物理實(shí)體全生命周期過程，充分利用布置在物理系統(tǒng)各部分的傳感器，對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與建模，將物理實(shí)體在不同真實(shí)場景中的全生命周期過程反映出來。

在能源行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)上，如何建立實(shí)時(shí)碳足跡追蹤與全生命周期的評(píng)估體系是一大現(xiàn)實(shí)難題。需要健全從碳排放數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測到碳中和精準(zhǔn)規(guī)劃的全生命周期數(shù)字化管理。因此，基于數(shù)字孿生技術(shù)的二維或三維的可視化碳地圖模型建立，構(gòu)建排放驅(qū)動(dòng)因素追蹤、減排動(dòng)態(tài)模擬推演、能耗告警檢測分析等能力，從而建立清晰的碳排放監(jiān)測、管控、規(guī)劃和策略實(shí)施路徑。

數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)社會(huì)及企業(yè)的碳排放精準(zhǔn)監(jiān)測和計(jì)量。數(shù)字孿生技術(shù)作為推動(dòng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)及城市治理全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)碳減排的重要抓手，可在綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)、綠色制造、綠色智慧城市、綠色工程建設(shè)等領(lǐng)域起到重要的推動(dòng)作用。在實(shí)現(xiàn)社會(huì)碳排放精準(zhǔn)監(jiān)測和計(jì)量方面，美國、歐盟等國家和地區(qū)在該領(lǐng)域的研究相對(duì)較成熟。美國環(huán)保署采用CEMS數(shù)據(jù)及數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)2015年美國73.9%的火電機(jī)組應(yīng)用連續(xù)監(jiān)測，模擬和仿真全流程運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)開展碳排放數(shù)據(jù)監(jiān)測；在歐盟碳交易體系下，德國、法國、捷克等國利用數(shù)字孿生技術(shù)研發(fā)了新型碳監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)碳排放核算的實(shí)時(shí)化、精準(zhǔn)化和自動(dòng)化。從國內(nèi)碳市場的發(fā)展來看，行業(yè)內(nèi)工藝流程的不斷更新會(huì)使得監(jiān)管部門管理難度明顯提升，監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，對(duì)碳排放監(jiān)測靈活性、精準(zhǔn)性及實(shí)時(shí)性提出更高要求。因此，我國采用數(shù)字孿生等技術(shù)開展碳排放在線監(jiān)測也開始逐步落地。南方電網(wǎng)采用通過CO₂在線監(jiān)測系統(tǒng)（CDEMS）及數(shù)字孿生可視化監(jiān)測項(xiàng)目、性能指標(biāo)、安裝要求、數(shù)據(jù)采集處理方式及質(zhì)量保證，通過建立一套包括“指令-標(biāo)準(zhǔn)-運(yùn)行保障”數(shù)字化運(yùn)行管控體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室氣體排放監(jiān)測管理。

數(shù)字孿生技術(shù)助力碳減排與碳中和精準(zhǔn)規(guī)劃實(shí)施。在碳減排與碳中和精準(zhǔn)規(guī)劃實(shí)施方面，數(shù)字孿生技術(shù)依然可以發(fā)揮巨大作用。 通過數(shù)字孿生建模模擬構(gòu)建經(jīng)營過程中的碳排放情況，夯實(shí)碳管理的基礎(chǔ)。包括企業(yè)自身機(jī)構(gòu)的碳排放、企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品和服務(wù)的碳足跡、上下游價(jià)值鏈碳排放，以及企業(yè)通過自身的產(chǎn)品服務(wù)所帶來的碳減排潛力。 通過數(shù)字孿生統(tǒng)計(jì)和分析碳中和路徑，設(shè)定與碳中和目標(biāo)相一致的規(guī)劃目標(biāo)。通過全過程數(shù)字鏈條的構(gòu)建及數(shù)字畫像，把碳減排與企業(yè)核心業(yè)務(wù)密切結(jié)合，將規(guī)劃和行動(dòng)精準(zhǔn)匹配，推動(dòng)低碳轉(zhuǎn)型和技術(shù)創(chuàng)新，從而為制定措施開展減排行動(dòng)規(guī)劃的修改和優(yōu)化提供直接參考。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，采用數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)全過程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤與回溯，全面分析人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)過程關(guān)鍵影響因素，挖掘碳排放過程中隱藏的“改善源”及解決方案。通過數(shù)字孿生技術(shù)能夠在碳排放源鎖定、碳排放數(shù)據(jù)分析、碳排放監(jiān)管和預(yù)測預(yù)警等方面發(fā)揮重要作用。實(shí)時(shí)全景模擬仿真能源的生產(chǎn)、供給、交易、消費(fèi)流程中，監(jiān)測能源供給端和能源消費(fèi)端的碳排放的全過程，支撐監(jiān)管機(jī)構(gòu)構(gòu)建完整的碳排放監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)過程的精細(xì)化、在線化、智能化。

（作者：陳曉紅，湖南工商大學(xué)前沿交叉學(xué)院 中南大學(xué)商學(xué)院；胡東濱，中南大學(xué)商學(xué)院；曹文治，湖南工商大學(xué)前沿交叉學(xué)院；梁偉，湖南工商大學(xué)前沿交叉學(xué)院；徐雪松，湖南工商大學(xué)前沿交叉學(xué)院；唐湘博，湖南工商大學(xué)前沿交叉學(xué)院；汪陽潔，中南大學(xué)商學(xué)院。《中國科學(xué)院院刊》供稿）

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