近年來，移動互聯(lián)網、大數據、云計算、物聯(lián)網等數字信息技術得到迅猛發(fā)展，全球經濟社會正在形成新的發(fā)展圖景，世界各國和企業(yè)紛紛開啟數字化轉型之路。當前互聯(lián)網數字化技術浪潮下，數字經濟作為新生業(yè)態(tài)正在深刻改變著人們的生產和生活方式，成為經濟社會發(fā)展的新動力。華為發(fā)布的《2018全球聯(lián)接指數（GCI）報告》預測，到2025年，全球數字經濟規(guī)模將達23萬億美元，這相比2017年12.9萬億美元的規(guī)模，增長接近一倍。

 

 

數字化技術日益融入能源產業(yè)，重大創(chuàng)新不斷涌現。國際范圍看，能源數字化已初顯光芒，將重塑能源發(fā)展業(yè)態(tài)。能源數字化是數字經濟的重要組成部分，也是趨勢，國際能源企業(yè)和互聯(lián)網科技企業(yè)密切合作，提前布局。本文圍繞區(qū)塊鏈、大數據與人工智能、物聯(lián)網等技術方向，選取了30余個國外典型能源企業(yè)的相關技術應用案例，以反映近幾年國際上數字化技術在能源生產、輸送、交易、消費及監(jiān)管等環(huán)節(jié)的應用進展和方向，為國內能源數字化發(fā)展提供借鑒。

 

一、區(qū)塊鏈技術應用

 

隨著比特幣的出現，區(qū)塊鏈（blockchain）技術開始被人們知曉。區(qū)塊鏈技術作為一種新的數據庫技術，可增加能源互聯(lián)網中多利益主體的相互信任，其去中心化、公開、透明等特性與能源互聯(lián)網的理念相符，并且在能源領域獲得了越來越多的關注。區(qū)塊鏈在能源領域的應用，目前主要集中在分布式能源系統(tǒng)、能源交易平臺建設、電動汽車充電、碳追蹤、智能設備連接和能源生產來源證書等方面。

 

從全球角度來看，目前世界上較為成型的能源區(qū)塊鏈項目主要集中在歐美國家和澳大利亞。大觀點研究公司（Grand View research）預計，到2024年，全球區(qū)塊鏈科技市場規(guī)模預計將達到75.9億美元。根據行業(yè)調研機構GTM Research最新發(fā)布的《2018能源領域區(qū)塊鏈發(fā)展》報告，能源已經成為區(qū)塊鏈技術應用最為廣泛的領域之一。報告顯示，在其統(tǒng)計調查范圍內，已經有122家區(qū)塊鏈初創(chuàng)公司活躍在能源領域，其中有54家公司是2017年成立的。GTM Research的統(tǒng)計顯示，僅2017年一年，就有超過9億美元的風險投資進入能源行業(yè)的區(qū)塊鏈應用領域。而截至目前，全球范圍內僅在電力行業(yè)內就有超過70個區(qū)塊鏈相關示范項目正在部署或是規(guī)劃之中。

 

（一）促進分布式能源直接交易

 

分布式被視為區(qū)塊鏈技術在能源中最具前景的應用方向。現有的集中式多級管理能源系統(tǒng)不僅復雜，而且消耗資金。而區(qū)塊鏈技術可以將能源生產商和能源消費者（首先是電力生產商和電力消費者）直接聯(lián)系起來，從而簡化各方的相互關系和相互影響。預計在這種新型的能源系統(tǒng)中，小型分布式電源（通常是指可再生能源的分布式電源）生產的電力將直接通過微電網供應給終端電力用戶。利用區(qū)塊鏈技術，發(fā)電量和用電量將通過智能電表計量，交易業(yè)務和支付業(yè)務將通過智能合同的控制以數字貨幣的形式實現。如此一來，電力公司或代理商將無需參與其中。能源大宗商品交易和分布式能源電力交易（P2P交易）是目前區(qū)塊鏈在能源行業(yè)的主要應用場景，尤其是對于分布式光伏發(fā)電，由于其電壓等級較低無法遠距離傳輸，通過區(qū)塊鏈可以實現用戶和發(fā)電者之間的點對點交易。

 

案例1：LO3 Energy搭建居民P2P電力交易微網

 

2016年4月美國能源公司LO3 Energy與西門子數字電網以及比特幣開發(fā)公司Consensus Systems合作，建立了布魯克林微電網——基于區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可交互電網平臺TransActive Grid。該項目是全球第一個基于區(qū)塊鏈技術的能源市場。這個微網項目實現了社區(qū)間居民的點對點電力交易，允許用戶通過智能電表實時獲得發(fā)電、用電量等相關數據，并通過區(qū)塊鏈向他人購買或銷售電力能源。用戶可以不需要通過公共的電力公司或中央電網就能完成電力能源交易。用戶通過手機APP在自家智能電表區(qū)塊鏈節(jié)點上發(fā)布相應智能合約，基于合約規(guī)則，通過西門子提供的電網設備控制相應的鏈路連接，實現能源交易和能源供給。為了提高整個系統(tǒng)的效率，該平臺不僅要對生成的和存儲的能量進行管理，而且還要處理消費者的靈活性選擇。

 

案例2：Power Ledger構建太陽能發(fā)電余電上網交易系統(tǒng)

 

Power Ledger成立于澳大利亞的珀斯，由澳大利亞的區(qū)塊鏈軟件公司Ledger Assets創(chuàng)立。Power Ledger使用基于區(qū)塊鏈的軟件構建一個P2P的太陽能發(fā)電余電上網交易系統(tǒng)。不同于比特幣采用的POw（工作量證明）機制，Power Ledger采用的是POS（權益證明）機制，區(qū)塊鏈由Ledger Assets公司開發(fā)，名為Ecochain。該區(qū)塊鏈技術的應用使得在電能產生時系統(tǒng)就能確定電能的所有者，然后通過一系列交易協(xié)議完成電能所有者和消費者之間的交易，住戶可以直接將余電賣給其他住戶，出售價格也高于直接出售給電力公司的價格，電能的生產者獲得了更大的收益，電能的消費者也獲得了更低的用電成本。

 

Power Ledger計劃通過P2P電力交易業(yè)務模式及其軟件獲得營業(yè)收入。Power Ledger于2017年上半年在珀斯市區(qū)推出覆蓋80個家庭的正式版交易系統(tǒng)，這是歷史上首個投入使用的P2P電力交易系統(tǒng)。Power Ledger目前已經進行了三次電力交易實驗，但總體上還處于示范階段，交易系統(tǒng)的穩(wěn)定性尚未得到認證。同時，未來大規(guī)模推廣時可能遇到的技術問題將成倍出現，Power Ledger的技術團隊將面臨極大的挑戰(zhàn)。

 

（二）優(yōu)化能源大宗商品交易流程

 

能源產品交易可以作為信息打包成為區(qū)塊，區(qū)塊內的電力、油氣交易基于共同市場機制完成。數字化貫穿整個能源價值鏈，越來越多大型能源公司和大宗商品交易商紛紛進軍區(qū)塊鏈領域。以石油交易為例，石油交易長期以來主要通過生產商、供應商、承包商、分包商、煉油商和零售商進行，追蹤原油的實時轉移基本無法實現。引入區(qū)塊鏈技術不僅能夠幫助企業(yè)實現前所未有的效率，同時降低交易成本和風險。

 

案例1：VAKT能源貿易

 

2017年，BP、殼牌和挪威國家石油公司（Equinor）等大型石油公司已與大型銀行和貿易公司聯(lián)合推出了一個基于區(qū)塊鏈的能源大宗商品交易平臺VAKT。該平臺打破了油氣公司和大宗商品交易商長久以來的“紙質”交易模式，進而轉向更透明、更便捷、更便宜的“電子”模式。美國第二大石油公司雪佛龍、法國石油巨頭道達爾以及印度信實工業(yè)集團也宣布加入VAKT。這是VAKT自2018年11月底投入使用以來迎來的首批客戶，也是引入的新一批戰(zhàn)略投資股東。VAKT順利投入使用后，創(chuàng)始股東公司隨即利用該平臺進行了北海原油交易。

 

據了解，VAKT通過有效利用區(qū)塊鏈技術優(yōu)勢，能夠簡化傳統(tǒng)對賬業(yè)務流程，消除紙質文件，繼而提高整個貿易生命周期效率，并創(chuàng)造更多全新的貿易融資機會。VAKT的目標是在2019年將業(yè)務擴展到美國原油管道和歐洲西北部的成品油駁船，旨在逐步實現支持所有實際交易能源市場的目標。

 

案例2：BP、殼牌等石油巨頭開發(fā)油氣交易平臺

 

2017年11月，BP、殼牌和挪威國家石油公司宣布，將聯(lián)合開發(fā)一個基于區(qū)塊鏈的實時能源交易平臺，并稱之為是石油和天然氣市場中的“第一個企業(yè)級”區(qū)塊鏈解決方案。目前該平臺已經啟動，旨在幫助貿易公司用智能合約取代紙質文件，通過自動化流程幫助企業(yè)降低成本，減少錯誤并提高交易后流程的效率。

 

2018年9月，殼牌、BP、挪威國家石油公司和銀行業(yè)巨頭花旗銀行推出新的區(qū)塊鏈平臺komgo SA，以促進石油和天然氣交易。該平臺以區(qū)塊鏈技術為基礎，開發(fā)者預計交易操作能夠在數分鐘內得到執(zhí)行。同時，該平臺還能提高商品交易的透明度，降低詐騙的風險。原油及其他商品供應鏈的眾多參與者無需互相發(fā)送大量文件以確認每一個交易步驟。相反，交易者能夠使用數字信用證，從而更快地完成交易的執(zhí)行。komgo SA首個操作是北海的原油運輸。2019年初，通過平臺的交易將會拓展至新領域，金屬和農業(yè)產品供應合同將得到落實。此后，平臺的適用范圍將不斷擴大。

 

（三）便利電動汽車充電與共享

 

在綠色、低碳、節(jié)能交通的背景下，越來越多的購車消費者選擇電動汽車。但目前在電動汽車的即時充電應用場景中，面臨著多家充電公司支付協(xié)議復雜、支付方式不統(tǒng)一、充電樁相對稀缺、充電費用計量不精準等問題。區(qū)塊鏈在解決這些問題上提供了技術方案。將其用于充電站運營平臺，有利于改善電動汽車充電的不便之處，對充電基礎設施進行有效管理，強化安保系統(tǒng)，促進共享電池和共享能量的共同作用。

 

案例1：德國Innogy共享充電樁

 

德國能源巨頭Innogy和物聯(lián)網平臺企業(yè)Slock.it合作推出基于區(qū)塊鏈的電動汽車點對點充電項目。用戶無需與電力公司簽訂任何供電合同，只需在智能手機上安裝Share&Charge APP，并完成用戶驗證，即可在Innogy廣布歐洲的充電樁上進行充電，電價由后臺程序自動根據當時與當地的電網負荷情況實時確定。由于采用了區(qū)塊鏈技術，整個充電和電價優(yōu)化過程是完全可追溯和可查詢的，因此極大地降低了信任成本。需要充電時，從APP中找到附近可用的充電站，按照智能合約中的價格付款給充電站主人。不過，這種收費方式目前還沒有得到普及，即使在德國，以太坊錢包只是一部分人的選擇。

 

案例2：JuiceNet軟件平臺P2P充電模式

 

eMotorWerks發(fā)布了雙向JuiceNet軟件平臺。JuiceNet是一個由市場主導的物聯(lián)網平臺，該平臺組織了電動汽車充電站的分布式網絡，結合了共享和充電兩大特點，允許充電站用戶在其他電動車司機使用時收取費用。該合作伙伴關系標志著在北美地區(qū)啟用第一個基于區(qū)塊鏈技術的P2P充電網絡。通過合作，使用者可以在地圖上查看可用充電樁的地點，還可以進行評論打分。調查顯示，在美國有大約一半的電動汽車車主都會在家里安裝家用充電器，而這就可以帶來額外30萬套充電設備（目前美國的電動汽車保有量為70萬輛）。eMotorWerks創(chuàng)始人Val Miftakhov指出，家庭安裝充電設備要比公共場所成本低很多。家用充電設備安裝成本在600～1000美元之間，如果想要在公共場所安裝，最少也需要1萬美元。

 

案例3：電動汽車創(chuàng)造區(qū)塊鏈電子錢包

 

2016年，瑞士銀行、德國電力公司萊茵集團（RWE）與汽車技術公司采埃孚（ZF）合作，為電動汽車創(chuàng)造區(qū)塊鏈電子錢包，令車主可以在電力收費、停車收費、甚至高速公路收費時都能自動完成身份驗證和支付過程。應用區(qū)塊鏈電子錢包可以使用戶身份信息得到認證。當車主不需用車時，將其租出，通過電子形式就車的使用達成協(xié)議，再將協(xié)議編碼成智能條約，用車完成后，自動向用車人收取費用，完成對車主的支付。無人駕駛電動汽車共享服務的車主和用戶間的結算、交易信息將同時更新，這將最大程度地降低從租車到付費的交易成本，而這一切操作都沒有第三方參與。

 

（四）促進智能設備連接和智能化調控

 

通過區(qū)塊鏈技術，可以實現智能化調控，智能設備與互聯(lián)網信息可以由區(qū)塊鏈連接在一起。當前，部分地區(qū)現有電力設施存在安全隱患和電能浪費，尤其一些偏遠地區(qū)停電是常事。利用區(qū)塊鏈智能合約搭建新的電網成為可行的解決方案，目前一些初創(chuàng)企業(yè)正在嘗試和應用這一技術，如美國LO3公司開發(fā)的基于微電網、鄰居間在區(qū)塊鏈上的電能交易系統(tǒng)。此外，區(qū)塊鏈技術還能夠使公司建立一個生產者的等級制度并使能源分配過程自動化，如追蹤可再生能源，該技術通過消除中間商幫助行業(yè)提高透明度，降低運營成本。

 

案例1：Filament“龍頭”試驗

 

美國公司Filament在澳洲實施區(qū)塊鏈技術和電力網狀網絡的結合，用點對點物聯(lián)網來保證電力安全，同時充分利用了現有網狀網絡閑置的容量。美國公司Filament在澳大利亞偏遠地區(qū)的電線桿上進行所謂的“龍頭”（taps）試驗，這些“龍頭”可以在10英里之內直接通訊，因為電線桿的間距一般大約是200英尺，故障電線桿上的動作探測器會通知200英尺外的電線桿。假設這個探測器存在故障，會按順序通知10英里內的其他電線桿，然后通過120英里內最近的回程網絡與公司通訊。客戶可以將手機、平板或計算機直接連接到設備，這個“龍頭”包含了很多傳感器——溫度、濕度、光和聲音，客戶可以用這些傳感器長期監(jiān)測和分析電網狀況。他們可以獲取相關數據信息，并通過授權將數據通過區(qū)塊鏈傳輸給其他用戶——政府、廣播員、電線桿制造商、環(huán)保部門。

 

案例2：韓國電力改善能源基礎設施

 

2018年11月，韓國最大的電力公用事業(yè)公司韓國電力公司（KEPCO）宣布，他們正在利用區(qū)塊鏈技術開發(fā)名為“未來微電網”的微電網項目。公司新的“KEPCO Open MG”框架將創(chuàng)建一個“開放能源社區(qū)”，通過現有微電網技術的元素與區(qū)塊鏈相結合來改善能源基礎設施，特別是當地的氫能經濟。該公司早期微電網主要包括小型光伏、風力渦輪機和儲能系統(tǒng)，在提供穩(wěn)定電力方面面臨障礙。而KEPCO的開放式微電網將利用“額外的燃料電池”作為電源，以提高能源的自立性和效率，并且不會排放溫室氣體。

 

案例3：Iberdrola利用區(qū)塊鏈跟蹤可再生能源

 

西班牙可再生能源巨頭伊維爾德羅拉（Iberdrola）正在利用區(qū)塊鏈技術追蹤可再生能源，第一次試驗項目是與Kutxa銀行合作完成的，測試很成功。在試點期間，Iberdrola的技術平臺監(jiān)控了可再生能源從兩個風電廠和一家發(fā)電廠輸送到位于巴斯克地區(qū)和南部城市科爾多瓦的銀行辦公室的過程。該公司使用了能源網絡基金會的一個開源區(qū)塊鏈平臺，旨在在試點項目中滿足能源部門的監(jiān)管、運營和市場需求。Iberdrola認為區(qū)塊鏈將對能源產地證書的簽發(fā)流程作出貢獻，該證書能夠使客戶了解所使用能源的來源。這一去中心化的解決方案無需中間商，可以幫助能源產業(yè)增加透明度，同時削減運營開支。上面提到的試點可以改進石化產品的認證過程，提高產品的安全認證質量，此舉每年可節(jié)省高達40萬歐元的成本。

 

（五）支持氣候行動 改進碳排放交易

 

對于氣候行動，通過區(qū)塊鏈能夠改進碳排放權交易、促進清潔能源交易，如跟蹤和報告減少溫室氣體排放和避免重復計算、開發(fā)點對點的可再生能源交易平臺等。在全球氣候金融創(chuàng)新領域，消費者可以用代表一定數量的能源生產的代幣或可交易的數字資產相互購買、銷售或交換可再生能源。區(qū)塊鏈技術還可以加強氣候融資流動，如幫助發(fā)展眾籌和P2P金融交易，以支持氣候行動，同時確保融資以透明的方式分配給項目。

 

●案例：Poseidon 消費者利用區(qū)塊鏈支持氣候行動

 

波塞冬基金會（Poseidon Foundation）在倫敦推出全球首個零售平臺，能夠讓消費者改變自身的碳足跡。Poseidon的平臺使用區(qū)塊鏈技術，將碳市場整合到銷售點交易中，讓零售商及其客戶在買賣日用品的同時，有機會為全球森林保護項目提供支持，繼而為針對氣候變化的行動提供支持。該零售平臺于2018年5月1日推出，已在美國冰淇淋巨頭BEN&JERRY'S位于倫敦沃德街的新設的冰淇淋店開展試運行，試點非常成功，到目前為止已經保護了4000多棵樹。Poseidon的Stellar區(qū)塊鏈網絡將碳積分分解為微交易，微交易可以附加到BEN&JERRY'S在倫敦Soho商店的每一勺冰淇淋里，BEN&JERRY'S和客戶因而可以在銷售點了解每次購買的碳排放量，而且可以提供實時彌補碳排放量影響的機會。另外，Poseidon還與利物浦市議會有合作，參與建設基于區(qū)塊鏈的碳信用體系（Cardbon Creidts System），目的是要在2020年時彌補該城市110%的碳排放量。

 

二、大數據與人工智能技術應用

 

近幾年，人工智能AI技術應用于生產、生活的各個場景，人工智能+家居、人工智能+醫(yī)療、人工智能+教育等隨處可見。而智能化離不開大數據的支撐，在“大數據時代”，數據將成為最有價值的資源。能源行業(yè)未來的發(fā)展主要在于優(yōu)化和預測，人工智能在能源領域可以進行需求管理，通過對大量消費數據進行學習，了解消費者的習慣、價值觀、動機和個性，預測消費行為，制定更有效的策略。對于能源企業(yè)來說，人工智能基于海量大數據分析可以為行業(yè)提供有價值的技術、經驗和指導信息，大幅度提高能源效率和降低成本，從根本上提升行業(yè)競爭力。

 

（一）石油勘探開發(fā)領域

 

人工智能是傳統(tǒng)能源行業(yè)的重要技術領域，石油勘探開發(fā)自然也受到了這一波新技術革命浪潮的影響。通過使用由人工智能支持的傳感器以及物聯(lián)網實時處理收集數據和系統(tǒng)控制，可以降低現場作業(yè)的運營成本。一旦人工智能在石油領域應用成熟，將解禁地球上大量在過去無法開采的油氣田。一些開采成本較高的油氣田，也有望因此實現開采成本的大幅下降。

 

國際石油巨頭們早已進軍人工智能領域。例如，法國石油巨頭道達爾公司與科技巨頭谷歌和微軟洽談，開發(fā)能源領域的定制人工智能，探索復雜的算法如何應用于石油和天然氣領域。BP利用人工智能技術尋找新能源，已經購買了為太空探索開發(fā)的人工智能技術來尋找更多的資源。美國最大的獨立石油生產商Pioneer Natural Resources利用人工智能提高鉆探油井的成功率。意大利石油和天然氣公司埃尼（Eni）通過運營新的超級計算機來提高地震成像和地質建模的準確性。

 

（二）智能電網領域

 

電網的能量來源通常有很多，除了傳統(tǒng)的發(fā)電以外，還有來自風能、太陽能等可再生能源的能量供應，這使得運營電網系統(tǒng)的過程變得更加復雜。借助人工智能技術實現智能電網的升級版，使電網具有更高級、更深層的人工智能，通過對大規(guī)模數據集進行分析，促使這個多源收集的過程更加穩(wěn)定和高效。未來，人工智能將成為智能電網的大腦，通過接入數以百萬計的傳感器數據，可對電力進行實時分配、分析和決策，使能源分配與使用效率實現最大化。

 

案例1：西門子“主動網絡管理”

 

智能電網能夠在同一時間更好地管理不同類型的能源。西門子公司發(fā)布了一個軟件包來操作網絡，即所謂的“主動網絡管理”（ANM，active network management）。ANM的原理是通過跟蹤電網如何與不同能量負載相互作用，來調整其可調節(jié)的部件，從而達到提高效率的目的。雖然這之前是手動調整的，但當新的能源生產者（比如太陽能發(fā)電廠）開始工作時，或者新的能源消耗者開始接入網格時，ANM會對電網做出相應調整。因此，ANM也為電動汽車利用智能電網進行充電奠定了基礎。

 

案例2：英國電力系統(tǒng)的預測模型

 

2017年3月，被谷歌收購的人工智能公司DeepMind與英國國家電網聯(lián)合宣布，他們計劃將DeepMind的人工智能技術添加到英國的電力系統(tǒng)中。該項目將處理天氣預報、互聯(lián)網搜索等海量信息，以開發(fā)需求激增的預測模型。

 

案例3：Grid Edge電力管理軟件服務

 

英國Grid Edge公司提供基于云計算的電力管理軟件服務。該公司利用人工智能技術對能源配置進行預測和優(yōu)化，將控制權交還給電力使用者。具體的方法是，Grid Edge操作一個VPN，通過它來連接和分析用戶所在建筑的能源消耗數據，利用這些信息，Grid Edge與連接的電網進行通信，并制定相應的調度策略。這些策略的目的是節(jié)約能源、避免超載。

 

案例4：美國能源部利用人工智能改善電網穩(wěn)定性

 

2017年9月，美國能源部向斯坦福大學的SLAC研究人員頒發(fā)了一項研究獎，獎勵他們利用人工智能技術改善電網的穩(wěn)定性。通過用過去的數據來對電力波動和電網薄弱環(huán)節(jié)進行編程，新的智能電網將自動對重大事件做出快速而準確的反應。