文| 本报记者 王林
低碳化、信息化、数字化的生活理念和生产方式正逐渐成为全球共识。整个2022年，数字化技术应用尤其是在能源领域的应用明显出现了“质与量”齐飞的情况。全球范围内，不管是传统能源行业，还是“风光”引领的新能源领域，都在不同程度地测试和布局数字化技术，这其中5G、区块链、人工智能、机器学习、3D打印等成为应用最为广泛的技术类型。
事实上，数字化和能源行业具备“双向奔赴”的耦合性，2022年“数字+能源”的组合已经达到了成熟的拐点，2023年有望实现更大影响力甚至出现可观的投资回报。这无疑显示出，以数字化为基础的数字经济已经成为新时代能源行业发展的趋势，加快新一代信息技术与能源的深度融合已是必由之路。
5G：应用和实践的标杆
2022年，我国5G建设取得突破性进展，在能源领域的应用和实践更是不胜枚举。6月底，我国首个海洋油气装备“智能工厂”——中国海油工程天津智能化制造基地投产，这是我国海上油气装备行业智能化转型的一次重大突破，更是用实力证明了我国能源装备“智造”时代已经全面降临。
中国海油工程天津智能化制造基地大力推进“5G+MEC（边缘计算）”虚拟专网建设，实现基地5G信号全覆盖。通过5G网络连接基地数字化智造管控系统和智能制造生产线，形成一张连接“智慧大脑”和“发达肌肉”的高效神经信息网，让生产数据进入信息传输的“高速公路”。
基地融合5G技术与智能设备，积极构建5G应用“1+2+2+N模式”，即一张5G网络、两个平台、两类场景、N个应用，打造智能生产、智能仓储、无人行车等“智慧生产”场景，并通过高效物流、AR辅助、AI合规监测、无人机巡检形成产品数字化交付能力，彻底改变传统的海洋油气装备制造生产模式，大幅提高生产效率、作业安全性和质量稳定性。
2022年8月，中国移动广东公司联合南方电网共同打造的南方电网5G智能电网项目，成功入选“2022年5G十大应用案例”。2018年起，中国移动广东公司携手南方电网共同在广州南沙和深圳龙岗建立了“5G+数字电网”示范区，从电力5G虚拟专网顶层设计、关键技术研发、技术验证、行标企标、安全论证、业务落地等方面，推动5G与数字电网融合发展，提出5G高精度授时、虚拟专网端到端资源保障、5G局域网透明传送、1%PRB资源预留、5G切片资源自管理等技术，全面孵化验证54个业务场景，涵盖电力发、输、变、配、用、综合各个环节，并形成规模化应用重点场景24个，已完成5G终端上线6000多个，形成规模化示范效应。
值得一提的是，由宁德时代、华为、中国移动等联合申报的“宁德时代5G智慧工厂项目”也入选了2022年世界5G大会5G十大应用案例。该项目建设了一张横跨福建、江苏、四川、广东、上海、青海6省（市），面积超500万平方米的全国最大企业5G专网，创新使用了“2.6GHz+4.9GHz双频组网”“5G UPF+风筝方案”“全国5G专网管理平台”等技术。5G网络与高速运动视频流AI检测、智能维护预测系统、智能物流调度系统等应用的结合，不仅推动了宁德时代实现绿色低碳的“智变”，也为其迈向“全连接+极限制造”智慧工厂的目标打下坚实基础。
区块链：“无纸化”愈发普遍
2022年5月，非洲大陆启动了两个基于区块链技术的可再生能源交易平台——“太阳能众筹”和碳信用额代币化区块链平台，旨在将基于加密的去中心化金融引入非洲，加速非洲电气化进程。
由于缺乏传统的基础设施，非洲普遍受困于迟缓且落后的电力行业，这极大阻碍了该地区经济增长。通过去中心化融资众筹平台可以解决落后地区融资难的问题，不过实施和维护区块链技术的高成本，仍是影响该技术在能源和电力领域推广的最大挑战。
事实上，区块链作为一种分布式和数字交易技术，可以安全地存储数据，以及在P2P系统中执行智能合约，其独有的中心化、永久性和匿名性，不仅创造了“无纸化”交易、沟通和贸易，同时也为数字资产的增长提供了助力。
据悉，全球能源行业第一个有记录的分布式账本技术应用案例可追溯到2016年4月，当时美国纽约布鲁克林的居民尝试通过区块链平台进行太阳能电力交易。自此之后，区块链在能源行业的投资和应用越来越多。
2017年全球首个区块链石油交易平台VAKT诞生，2023年该平台战略股东和客户进一步扩大，包括bp、壳牌、挪威国有能源公司Equinor、大宗商品贸易巨头贡沃和摩科瑞以及美国科氏工业集团旗下供应和贸易公司。
“俄乌冲突”叠加新冠肺炎疫情，导致油气行业面临高运营成本和低效率的挑战，应用区块链技术不仅可以解决日益分散化的能源系统中越来越复杂的交易请求，同还能满足用户对能源供应安全和分布式能源的庞大需求。
全球著名IT研究与顾问高德纳咨询公司预计，到2025年，区块链技术的商业附加值将超过1760亿美元。普华永道则预计，到2030年，区块链技术将为全球经济增加1.76万亿美元。全球技术研究和咨询公司Technavio则指出，2023至2026年间，能源市场中区块链技术规模预计将增长9.195亿美元，预测期内增长率高达66.37%。
人工智能：应用最广泛的技术
2022年5月，全球最大油服商斯伦贝谢在挪威奥斯陆的人工智能中心——INNOVATION FACTORI创新工场落成，这是该公司旗下的7个同类技术中心之一，旨在将斯伦贝谢业务技术和人工智能、机器学习等科技相结合，从广度和深度上助力油气行业数字化转型。
据悉，INNOVATION FACTORI将帮助油气客户继续受益于数据科学方案，包括钻井自动化、用于生产优化的数字双胞胎、碳捕获和存储建模等。通过这个新中心，可以将有前途的概念转化为全面部署的数字化解决方案，从而推动油气业务实现质的飞跃。
人工智能是在能源领域应用最广泛的技术之一。世界经济论坛指出，人工智能是一款能够应对全球能源转型复杂性、提高系统效率，从而降低成本、加快转型速度的强大工具。
在可再生能源领域，人工智能可以对厂址选择、建设、运营、维护，甚至发电能力进行全方位的分析，让“风光”变得更可预测。凭借人工智能，可以找到拥有最佳日照和风力资源且便于接入现有电网基础设施的厂址，并在开工建设后监管工程进度、优化设备运输，从而极大提高施工作业效率。
值得注意的是，预测太阳能电站和风电场的发电时间、发电量乃至电力需求仍比较困难和复杂，人工智能通过学习和分析历史气象数据、卫星云图、实时风速和日照强度、历史消费数据等信息，能够最大化实现对太阳能和风能发电情况和电力需求的预测，从而加快“风光”电力的更大规模普及。
英国数据分析和咨询公司ONYX Insight表示，运营和维护成本占风电场运营费用的60%，缺乏人工智能等数字化技术会导致风电场运营能力下降，无法提前检测到的小故障可能最终导致灾难性故障和严重的停机事故。
机器学习：让能源研究“开挂”
2022年5月，美国麻省理工学院和斯坦福大学领导的研究团队利用机器学习技术成功制造出了可达市场竞争水平的新一代太阳能电池板——能量转换效率达18.5%的钙钛矿电池。据了解，钙钛矿材料的电池板可以在室温下制造，不仅造价便宜，成品也更薄更轻、更易运输和安装，但是大规模制造此类电池板仍面临巨大挑战。
麻省理工学院指出，将钙钛矿材料从实验产品变成具有竞争力的量产产品，经历了漫长的研发过程。制造基于钙钛矿的太阳能电池板涉及同时优化至少十几个变量，应用了机器学习技术的新系统，加快了生产工艺的开发，提升了新一代太阳能电池的转换效率。
事实上，“风光”本身的多变性和间歇性使其成为不可预测的能源，无法保证在设定的时间可靠地提供电力。使用机器学习可以帮助运营商对电力输出如何满足电力需求进行更智能、更快速的评估和分析。
科技巨头谷歌旗下的前沿数字化技术公司DeepMind表示，基于天气预报和风机历史数据，利用机器学习技术可提前预测发电情况，从而实现最佳发电效果，为电网电力调度提供有价值的支撑。该公司估计，机器学习可以将风能的价值提高约20%。
3D打印：能源设备可“高定”
由于可以实现零部件和设备的现场打印和量身定制，3D打印技术正在油气、可再生能源、动力电池等能源细分领域快速“走红”。业界普遍认为，能源行业应该尽可能挖掘其技术潜力，让“3D打造能源”的场景加速照进现实。
油气公司已经尝试将3D打印技术应用在零部件重构、增材制造工艺改进以及即时、定制行业。拥有打印多种不同零件的能力意味着企业不需要在现场存储大量零件，也不必依赖第三方公司来交付零件。
据了解，美国第二大石油公司雪佛龙已经开始应用3D打印技术，以确保维修其澳大利亚Gorgon LNG项目所需零部件供应，如果订购现成部件，维修将会延迟。世界经济论坛预估，3D打印技术每年可以为油气行业节省约300亿美元的成本。
新能源领域也在研究3D打印技术的应用方向。2022年，瑞士电池技术投资公司Blackstone Resources旗下子公司Blackstone Technology宣布，将利用3D打印技术生产电动汽车电池，与传统方式生产的锂离子电池相比，这类电池能量密度能提高20%，而且尺寸可以灵活调整，生产过程中的能源消耗还能降低23%。
能源咨询和认证机构DNV指出，能源行业采用3D打印技术可以帮助避免长时间且成本高昂的停产，同时还可以减少供应链的整体碳足迹。随着数字化制造网络的本地化，运输成本和交货期也可以大幅削减，从而提振能源公司的整体利润。
数字孪生：从探索迈向实践
数字孪生被视为能源行业主要技术趋势之一，其作为一种超越现实的概念，旨在充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
油气行业可以利用数字孪生技术对油田现场进行分析、预测、诊断，优化生产和决策。可以最大限度地减少现场所需的人员数量，还能提前识别设备故障，提高生产安全性，降低运营成本。
尽管数字孪生在油气行业的研究和应用尚处初级阶段，但已经从探索开始迈向实践，力求尽快构建成熟稳定的孪生应用，目前的实践应用包括数字孪生油气田、数字智能钻井、海上油田方案设计等方面的试点项目。
数字孪生在智慧油田的应用场景涉及无人化巡检、应急救援、物资管控、井场全生命周期管控等。借助数字孪生技术，可以构建油气设备数字孪生体，实现现场巡检作业无人化、增强井场应急救援能力，同时结合IOT、大数据、人工智能等技术，还能对物资进行全生命周期的管理，从而降低管理和采购成本。
截至2022年，高德纳咨询公司连续4年将数字孪生列为10大战略科技发展趋势之一，并预计到2026年数字孪生技术市场规模有望达到482亿美元，年复合增长率高达58%，亚太地区市场规模增速会超过北美、欧洲等地区，占据全球数字孪生新兴市场发展高地。
物联网：万事万物皆可“联”
所谓“万物相连的互联网”就是物联网最通俗易懂的解释，其是在互联网基础上的延伸和扩展，将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络，实现任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。
北美和欧洲地区能源物联网行业起步较早，拥有较大的技术研发优势，研究机构Procedence Research 数据显示，2023 年北美和欧洲能源物联网市场规模占全球比重分别约为40%和20%，而中国主导的亚太地区市场尽管起步较晚，但在经济与政策的双重推动下有望成为未来发展最快的区域市场。
鉴于物联网拥有的整体感知、可靠传输、智能处理等特点，其可以帮助能源行业变得更智能、更高效、更分散、更可靠。事实上，从发电到输电再到配电，物联网几乎彻底颠覆了整个电力行业，并改变了能源公司和客户之间的互动方式。
一方面，物联网可以实现资源进一步优化。无论是大型工厂还是普通住宅，物联网都可以通过它收集的数据和信息更好地优化资源，如智能恒温器可以减少房屋不必要的能源消耗却保持室内气候舒适，而配备了物联网的重型机械和设备则同样可以降低燃料成本、减少能源浪费。
另一方面，物联网还可以增强智能电网，尤其是与太阳能、风能等可再生能源结合使用。“风光”电力的加速普及，让电网变得越来越分散化，越来越多的房屋安装了屋顶太阳能发电系统或小型风力涡轮机发电设备，这种布置在用户侧的能源开发和利用方式，已经成为现代能源系统不可或缺的重要组成部分。
【责任编辑：慕悦 】
