目前，隨著新一輪科技革命和產業(yè)革命的興起，數字化技術如“大云物智移鏈”與能源產業(yè)的融合成為推動能源產業(yè)變革和實現創(chuàng)新驅動發(fā)展的驅動力。全球各國紛紛采取舉措，促進數字化進程，并將大數據分析、機器學習、區(qū)塊鏈、分布式能源管理和云計算等數字技術應用于能源生產、輸送、交易、消費及監(jiān)管等各個環(huán)節(jié)。
通過數字化能源和資源，智能化分配得以實現，并明確了在合適的時間、地點以最低的成本提供能源的方法，從而大幅提升效率。根據IEA《數字化和能源》預測，數字技術的大規(guī)模應用將使油氣生產成本減少10%～20%，使全球油氣技術可采儲量提高5%，頁巖氣有望獲得最大收益。
如今在經濟發(fā)達的歐洲地區(qū)，數字能源技術發(fā)展主要體現在智能電網、分布式能源、能源管理系統(tǒng)等方面。該地區(qū)通過引入先進的信息技術和通信技術，實現了電力系統(tǒng)的智能化和自動化，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。
同時，歐盟也在分布式能源方面取得了顯著的成果，通過利用太陽能、風能等可再生能源，實現了能源的清潔化和低碳化。此外，歐盟還在能源管理方面進行了深入地研究，通過建立完善的能源管理系統(tǒng)，實現了能源的有效利用和管理。
相比之下，發(fā)展中地區(qū)在數字能源技術方面的發(fā)展還處于初級階段。這些地區(qū)由于經濟水平、科技能力、基礎設施等方面的限制，對數字能源技術的需求和接受程度還有待提高。并且發(fā)展中地區(qū)在數字能源技術的發(fā)展過程中也面臨著許多挑戰(zhàn)，如技術引進的難度、人才短缺、資金不足等問題。因此，如何在有限的資源條件下，推動數字能源技術在發(fā)展中地區(qū)的應用和發(fā)展，是當前亟待解決的問題。
歐盟地區(qū)，數字能源走向商業(yè)化
華沙生命科學大學學者Piotr F. Borowski在他的一項研究報告中提到，隨著數字技術的賦能，能源機構的運行壽命可以延長30%。先進的云技術、區(qū)塊鏈和智能網絡的應用使得生產者能夠在電力市場中發(fā)揮作用。而降低工業(yè)能耗，提升能效，對環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展和實現低碳減排具有重要意義。
在歐洲地區(qū)，尤其是俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)后，歐盟對于能源的自主化發(fā)展認識加深，進而加大了可再生能源及數字能源技術研發(fā)投入。2022年10月18日，歐盟委員會發(fā)布“能源系統(tǒng)數字化行動計劃”。該計劃根據《歐洲綠色協(xié)議》和歐盟REPowerEU計劃的要求，希望通過對能源系統(tǒng)的深度數字化改造，減少歐盟對俄羅斯化石燃料的依賴，提高資源的有效利用，促進可再生能源融入能源系統(tǒng)，并確保消費者和能源公司受益。
基于一系列的數字能源變化，歐盟試圖在2030 年之前將溫室氣體凈排放量減少55%，實現 45% 的可再生能源份額。在能源與資源效率，去碳，電氣化，行業(yè)整合，以及能量體系的分散等方面，都將需要數字化進行賦能。所以，在未來的歐盟，將會產生一個更智能，更具交互性的能源體系。
歐盟能源數字化與新能源汽車、智慧城市應用示例/圖源：歐盟官方網站
歐洲電子產業(yè)組織“數字歐洲”(DIGITALEUROPE)曾發(fā)表聲明稱，目前歐盟的能源行業(yè)迫切需要數字化技術與解決辦法，顯示出其對能源危機的強大抵抗力。數字孿生、云計算、人工智能以及以太網供電等前沿技術，已成為歐盟實現數字能源產業(yè)發(fā)展的關鍵。
其中數字孿生作為一種創(chuàng)建物理對象的數字復制品，并能夠在兩者之間同步數據的模型，為多個行業(yè)提供了全新的、更廣泛的可能性。Piotr F. Borowski認為，對于能源公司而言，數字孿生正逐漸成為企業(yè)利用物理對象及其在虛擬空間中，形成數字映射的關鍵技術。
在理論研究方面，卡塔爾大學工程學院學者Ahmad K. Sleiti在2022年通過研究發(fā)現，數字孿生技術在能源行業(yè)中的研究成果依舊集中在經濟發(fā)達地區(qū)，其中歐盟地區(qū)發(fā)表成果最多。據下列圖表顯示，歐盟地區(qū)(德國、意大利、法國、西班牙)研究成果整體數量高于美國、中國、英國以及俄羅斯國家等國家，占據全球第一位。
不同國家與地區(qū)相關研究成果數量/圖源：enery reports
在應用方面，數字孿生技術的應用包括監(jiān)控、模擬和優(yōu)化物理對象的運行狀態(tài)，實時處理數據并不斷更新設施和流程。通過可視化的方式跟蹤施工進展，并隨時間的變化來識別潛在問題。這也意味著，在歐盟地區(qū)，隨著智能工廠趨勢的發(fā)展以及5G、物聯(lián)網(IoT)標準化、人工智能(AI)和區(qū)塊鏈3.0技術的應用，數字孿生技術在行業(yè)中的推廣只是時間問題。
數字孿生模型與物理對象相映射/圖源：energies
2021年，丹麥埃斯比約(Esbjerg)港已經開始與全球基礎設施咨詢公司Moffatt & Nichol合作，用于開發(fā)該港口的“數字孿生”技術，以模擬未來的海上風電項目。通過數字孿生體，該港口可以模擬未來的項目和運營，提前進行相應的規(guī)劃，從而在提供未來海上風電項目所需的服務和靈活性方面處于領先地位。
因此，隨著歐盟地區(qū)數字技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，數字孿生技術將更加成熟和普及。數字孿生技術將與其他前沿技術如人工智能、大數據分析和物聯(lián)網等相結合，形成更加智能化和高效的能源管理系統(tǒng)。未來，隨著歐盟國家對可再生能源和低碳減排的重視，數字孿生技術將在推動可再生能源的集成和優(yōu)化中發(fā)揮關鍵作用。
而在數字孿生技術之外，云計算的應用也進一步推動了歐盟地區(qū)數字能源產業(yè)的發(fā)展。作為一種基于互聯(lián)網的新型計算模式，云計算通過虛擬化技術將計算資源(包括處理器、存儲器和網絡等)進行池化(即虛擬化)，實現資源的高效利用和共享。云計算具備高可擴展性、高可用性和低成本等優(yōu)勢，正逐漸成為數字能源領域的得力助手。
值得注意的是，隨著美國數字科技巨頭公司在歐洲占有極大市場份額，歐盟公民在生活和工作中多使用谷歌、亞馬遜、臉書等美國公司提供的數字應用和服務，導致歐洲的云計算、5G等數字科技對美國依靠逐漸加深。
在此背景下，德法等歐盟國家意識到歐洲國家在數字經濟時代過度依賴外國的被動局面，希望通過發(fā)展云計算等數字技術重新掌控歐洲的數字主權。因此，通過云計算賦能能源產業(yè)，進而促進該地區(qū)能源系統(tǒng)的獨立化發(fā)展，也將是歐盟國家能源數字化發(fā)展的必然之路。
目前，德國和法國已成為眼下歐盟地區(qū)云計算項目的領導者，由兩國牽頭的Gaia-X 項目，便致力于建立一個真正屬于歐洲的數據基礎設施，即歐盟的“母云端”。這個項目的目標是實現數據的互操作性，從而促進數據的自由流動和共享。該項目對于歐洲的云計算發(fā)展有著重要的影響，將進一步促進了歐洲各國之間的云計算合作，推動了這個地區(qū)的云計算技術的發(fā)展。
Gaia-X 行業(yè)示意圖/圖源：Silicon
其中在數字能源領域，Gaia-X 項目的云計算技術可以用于智能電網、能源管理等方向。通過云計算的強大計算和存儲能力，可以實現對電網運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和優(yōu)化，提高能源的利用效率，減少能源的浪費。同時，云計算還可以為能源管理提供大數據支持，幫助制定更為精準的能源策略。
從這一項合作可以看出，歐洲地區(qū)的云計算技術正在數字能源領域得到廣泛應用。這些應用不僅在技術上展現出強大的潛力，也在商業(yè)和社會層面帶來深遠的影響，顯示出歐盟數字能源技術的商業(yè)化落地已經走到了全球前列。
發(fā)展中國家，市場潛力巨大
隨著科技進步的加速和數字化轉型的全面推進，數字能源技術正在全球范圍內取得顯著發(fā)展，特別是在新興的發(fā)展中國家。這些國家面臨著能源供應不穩(wěn)定、能效低下等問題，而數字能源技術則為解決這些問題提供了新的可能性。
然而，盡管發(fā)展中國家的數字能源技術發(fā)展表現出對創(chuàng)新技術的強烈需求。但與發(fā)達國家相比，發(fā)展中國家的能源基礎設施普遍較為薄弱，能源利用效率較低。烏茲別克斯坦納曼干工程建設學院(Namangan Engineering Construction Institute)教授Bulturbayevich認為，在數字能源技術領域，發(fā)展中國家技術成熟度不足、投資成本高昂、政策支持不足以及專業(yè)人才缺乏等都是制約數字能源技術在這一地區(qū)進一步推廣和應用的因素。
其中除了缺乏配套數字能源技術的硬件設備及國家的政策扶持外，缺乏技術的革新，導致數字能源及可再生能源技術的停滯不前已成為主要誘因。
例如，塔什干國立經濟大學經濟學教授Abduvafoevna表示，太陽能電板從最初的基于半導體硅制造發(fā)展到后來的非晶硅制造，并且現在也開始生產柔性塑料太陽能板。在這一過程當中，烏茲別克斯坦最初只生產玻璃太陽能電池板。但在柔性塑料太陽能電池板也在生產中，由于可再生能源和技術的本地化發(fā)展不足，其成本、安裝和維護費用仍然較高，烏茲別克斯的數字能源產業(yè)難以實現資本回報。
烏茲別克斯坦數字能源管控中心/圖源：Asian Development Blog
而在哈薩克斯坦，盡管該國擁有豐富的可再生能源資源，如太陽能和風能等。但由于缺乏智能電網技術和儲能技術的支持，哈薩克斯坦無法有效地管理和利用這些可再生能源。例如，在數年前哈薩克斯坦的風電裝機容量便達到了3.5吉瓦，但由于電網的限制和儲能技術的不足，僅有約30%的風電能夠被輸送到電網上并供應給用戶，從而導致了能源浪費和環(huán)境污染的問題。
所以盡管中亞地區(qū)擁有豐富的太陽能、風能和水電資源等自然資源，但在數字能源技術的成熟度仍存在不足。這主要是由于這些國家在技術研發(fā)和創(chuàng)新方面投入有限，導致數字能源技術的滯后。但是通過加大政策支持、加強國際合作和人才培養(yǎng)等措施的實施，中亞地區(qū)有望克服這些挑戰(zhàn)，推動數字能源技術的創(chuàng)新發(fā)展，實現可持續(xù)能源的目標。
而相對自然資源更加豐富的中亞國家，經濟更為欠發(fā)達的非洲地區(qū)對數字能源的發(fā)展更加迫切。利物浦約翰摩爾大學(Liverpool John Moores University)通過研究發(fā)現，目前，撒哈拉以南非洲各國正在努力應對嚴重的能源短缺，但人口快速增長所帶來的壓力，使該地區(qū)原本并不豐沛的能源變得更加緊張。預計到2050年，非洲人口將增加10億以上。
有數據統(tǒng)計，在非洲博茨瓦納等地區(qū)，農村的電氣化程度僅達到12%;埃塞俄比亞全國的電氣化覆蓋率為37%，而坦桑尼亞的農村和城市在完成電氣化改造后，其覆蓋率也僅達到21%。從上述數據可以看出，非洲地區(qū)的能源產業(yè)發(fā)展仍處于起步階段。數字能源技術作為改變業(yè)務模式并提供新的收入和創(chuàng)造價值的技術，在非洲地區(qū)的發(fā)展前景注定具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
但是從另一個角度來看，地區(qū)電氣化的低普及度也代表著非洲的能源基礎設施落后。許多地區(qū)缺乏穩(wěn)定的電力供應，這使得數字能源技術的推廣變得困難。在沒有穩(wěn)定電力供應的情況下，人們很難使用和依賴需要電力的數字能源技術。
多數非洲地區(qū)依舊缺乏穩(wěn)定的電力供應/圖：Philanthropy in Africa
以南非為例，據中國能源報報道，作為非洲最發(fā)達的國家之一，但該國仍然面臨著能源供應不足的挑戰(zhàn)。盡管南非擁有豐富的煤炭和天然氣資源，但由于技術和管理問題，電力供應仍然不穩(wěn)定。此外，南非也是非洲最大的太陽能市場之一，鑒于缺乏投資和政策支持，太陽能發(fā)電的潛力尚未得到充分開發(fā)。
因此，引入和發(fā)展數字能源技術，對非洲能源產業(yè)的影響和未來發(fā)展趨勢有著至關重要的影響。而目前數字能源技術在非洲的一些地區(qū)已經取得了一些成果。
例如在南非，一家名為PowerGenix的公司正在推廣其基于電池的能源存儲系統(tǒng)。該能源存儲系統(tǒng)由三個主要部分組成：電池儲能系統(tǒng)、逆變器和充電控制器。電池儲能系統(tǒng)用于儲存能量，逆變器可以將電池儲能系統(tǒng)中的直流電轉換為交流電，充電控制器則可以調節(jié)電池的充電和放電速率。這種系統(tǒng)可以在電力供應不穩(wěn)定或電力價格高昂的地區(qū)提供可靠的替代方案，它可以在電力需求峰值期間提供額外的電力，并在電力短缺時提供備用電源。
除此之外，在非洲東部的肯尼亞，一家名為M-KOPA Solar的公司正在提供太陽能發(fā)電系統(tǒng)。他們的服務包括為家庭和企業(yè)提供小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，并提供靈活的支付方案，使得更多的人能夠接受和使用太陽能發(fā)電。
綜上所述，盡管數字能源技術在非洲地區(qū)的發(fā)展瓶頸主要包括能源基礎設施落后、電力供應不穩(wěn)定以及缺乏投資和政策支持。然而，由于人口快速增長所帶來的能源短缺壓力，非洲地區(qū)對數字能源技術的迫切需求也日益凸顯，但其巨大的發(fā)展?jié)摿Σ蝗莺鲆暋?/p>
根據國際能源署的預測，到2030年，非洲地區(qū)的可再生能源裝機容量將達到700GW，占全球可再生能源裝機容量的比重將超過20%。這意味著非洲地區(qū)的數字能源市場空間將非常巨大。
因此，如要改善非洲地區(qū)能源環(huán)境，推動數字能源化發(fā)展，在未來還需要加大對該地區(qū)的投資、改善能源基礎設施、穩(wěn)定電力供應以及制定有針對性的政策措施，推動數字能源技術在非洲地區(qū)的迅速發(fā)展，進一步促進經濟增長和社會進步。
正如世界經濟論壇所提到的：“加快能源轉型需要經濟、技術和社會經濟系統(tǒng)的協(xié)調行動”。能源系統(tǒng)的數字化進程與可再生能源的結合有望帶來范式轉變，改善全球經濟邊緣化社會的經濟成果，特別是在撒哈拉以南非洲地區(qū)。
結語
在經濟市場和工業(yè)領域中，效率可被視為與生產過程或能源效率相關的一個概念。生產過程的效率被定義為經濟活動的結果與輸入的比率。能源效率可以類比于生產過程的效率，或者可以被大致定義為在維持或增加當前廣泛認可的經濟活動水平的同時減少能源消耗。
在此當中，數字能源技術對提升能源效率起到了關鍵作用。數字能源技術通過實時監(jiān)測、優(yōu)化控制、智能電網和市場化交易等技術邏輯，為提升能源效率提供了重要的價值，進而幫助產業(yè)更加精確地了解和管理能源系統(tǒng)，減少浪費和低效問題，提高能源利用效率。而數字能源技術的市場化特性也促進了創(chuàng)新和技術發(fā)展，推動了整個能源領域向更高效、可持續(xù)的方向發(fā)展。
在發(fā)達地區(qū)如歐盟地區(qū)，數字能源技術的產業(yè)落地主要集中在能源供應領域。在這一領域，數字能源技術被廣泛應用于智能電網建設和管理中，通過實時監(jiān)測、預測和優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行，提高供電的可靠性和效率。此外，數字能源技術還被應用于可再生能源的集成和管理，以實現清潔能源的大規(guī)模利用。
而在發(fā)展中地區(qū)，數字能源技術的產業(yè)落地則更多地關注于能源供應的問題。由于發(fā)展中地區(qū)普遍存在能源供應不足和不穩(wěn)定的情況，數字能源技術被視為解決這一問題的重要手段。例如，數字能源技術可以應用于微電網建設，通過分布式能源系統(tǒng)和儲能設備，實現離網供電和能源自給自足。此外，數字能源技術還可以應用于能源管理和優(yōu)化領域，通過數據分析和智能控制，提高能源利用效率和降低能源浪費。
因此，眼下數字能源技術在發(fā)達地區(qū)和發(fā)展中國家的產業(yè)應用各有側重，但都扮演著促進能源管理和智能化利用的重要角色。未來數字能源產業(yè)的發(fā)展將進一步提升技術創(chuàng)新水平、推廣應用范圍以及促進國際合作與交流。
參考資料
Abbasov， rafayil. (2018, October 6).Uzbekistan – From Vertically Integrated Electricity Utility to Energy Hub of Central Asia. Asian Development Blog. https://blogs.adb.org/blog/uzbekistan-vertically-integrated-electricity-utility-energy-hub-central-asia
Bohic， C. (2021, March 5).GAIA-X?: Comment Se Pilote l’infrastructure de Données Européenne. Silicon. https://www.silicon.fr/gaia-x-edifice-gouvernance-construction-401481.html
Borowski， P. F. (2021). Digitization， digital twins， blockchain， and industry 4.0 as elements of management process in enterprises in the energy sector.Energies，14(7)， 1885.
Bulturbayevich， M. B.， Abduvafoevna， M. M.， & Murathodjaevna， S. F. (2023). IMPROVEMENT OF MODERN ENERGY INDUSTRIES IN THE CONDITIONS OF DIGITAL ECONOMY.ASIA PACIFIC JOURNAL OF MARKETING & MANAGEMENT REVIEW ISSN: 2319-2836 Impact Factor: 7.603,12(05)， 1-8.
Digitalisation of the European Energy System. (2023, July). EuropeanCommission. https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/digitalisation-energy
DIGITALEUROPE’s Roadmap forEurope’s Energy Ecosystem DigitalTransformation - The Time to Transform Is Now. (2023, July 5). DIGITALEUROPE. https://www.digitaleurope.org/resources/digitaleuropes-roadmap-for-europes-energy-ecosystem-digital-transformation-the-time-to-transform-is-now/
Li， L. (2023, February 20). 南非急上能源項目解缺電之困. 人民網. http://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2023-02/20/content_25967435.htm
Nwaiwu， F. Digitalisation and sustainable energy transitions in Africa: assessing the impact of policy and regulatory environments on the energy sector in Nigeria and South Africa.Energ Sustain Soc11， 48 (2021). https://doi.org/10.1186/s13705-021-00325-1
Sleiti， A. K.， Kapat， J. S.， & Vesely， L. (2022). Digital twin in energy industry: Proposed robust digital twin for power plant and other complex capital-intensive large engineering systems.Energy Reports，8, 3704-3726.
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