目前，隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的興起，數(shù)字化技術(shù)如“大云物智移鏈”與能源產(chǎn)業(yè)的融合成為推動能源產(chǎn)業(yè)變革和實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的驅(qū)動力。全球各國紛紛采取舉措，促進數(shù)字化進程，并將大數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈、分布式能源管理和云計算等數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于能源生產(chǎn)、輸送、交易、消費及監(jiān)管等各個環(huán)節(jié)。
通過數(shù)字化能源和資源，智能化分配得以實現(xiàn)，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(jù)IEA《數(shù)字化和能源》預(yù)測，數(shù)字技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用將使油氣生產(chǎn)成本減少10%～20%，使全球油氣技術(shù)可采儲量提高5%，頁巖氣有望獲得最大收益。
如今在經(jīng)濟發(fā)達的歐洲地區(qū)，數(shù)字能源技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在智能電網(wǎng)、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(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)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(fēng)能等可再生能源，實現(xiàn)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(xiàn)了能源的有效利用和管理。
相比之下，發(fā)展中地區(qū)在數(shù)字能源技術(shù)方面的發(fā)展還處于初級階段。這些地區(qū)由于經(jīng)濟水平、科技能力、基礎(chǔ)設(shè)施等方面的限制，對數(shù)字能源技術(shù)的需求和接受程度還有待提高。并且發(fā)展中地區(qū)在數(shù)字能源技術(shù)的發(fā)展過程中也面臨著許多挑戰(zhàn)，如技術(shù)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(shù)字能源技術(shù)在發(fā)展中地區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展，是當(dāng)前亟待解決的問題。
歐盟地區(qū)，數(shù)字能源走向商業(yè)化
華沙生命科學(xué)大學(xué)學(xué)者Piotr F. Borowski在他的一項研究報告中提到，隨著數(shù)字技術(shù)的賦能，能源機構(gòu)的運行壽命可以延長30%。先進的云技術(shù)、區(qū)塊鏈和智能網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使得生產(chǎn)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(xiàn)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(rèn)識加深，進而加大了可再生能源及數(shù)字能源技術(shù)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(shù)字化行動計劃”。該計劃根據(jù)《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(shù)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(shù)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(xiàn) 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(shù)字化進行賦能。所以，在未來的歐盟，將會產(chǎn)生一個更智能，更具交互性的能源體系。
歐盟能源數(shù)字化與新能源汽車、智慧城市應(yīng)用示例/圖源：歐盟官方網(wǎng)站
歐洲電子產(chǎn)業(yè)組織“數(shù)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(shù)字化技術(shù)與解決辦法，顯示出其對能源危機的強大抵抗力。數(shù)字孿生、云計算、人工智能以及以太網(wǎng)供電等前沿技術(shù)，已成為歐盟實現(xiàn)數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
其中數(shù)字孿生作為一種創(chuàng)建物理對象的數(shù)字復(fù)制品，并能夠在兩者之間同步數(shù)據(jù)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(rèn)為，對于能源公司而言，數(shù)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(shù)字映射的關(guān)鍵技術(shù)。
在理論研究方面，卡塔爾大學(xué)工程學(xué)院學(xué)者Ahmad K. Sleiti在2022年通過研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字孿生技術(shù)在能源行業(yè)中的研究成果依舊集中在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，其中歐盟地區(qū)發(fā)表成果最多。據(jù)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(shù)量高于美國、中國、英國以及俄羅斯國家等國家，占據(jù)全球第一位。
不同國家與地區(qū)相關(guān)研究成果數(shù)量/圖源：enery reports
在應(yīng)用方面，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)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(shù)據(jù)并不斷更新設(shè)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(wǎng)(IoT)標(biāo)準(zhǔn)化、人工智能(AI)和區(qū)塊鏈3.0技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字孿生技術(shù)在行業(yè)中的推廣只是時間問題。
數(shù)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(jīng)開始與全球基礎(chǔ)設(shè)施咨詢公司Moffatt & Nichol合作，用于開發(fā)該港口的“數(shù)字孿生”技術(shù)，以模擬未來的海上風(fēng)電項目。通過數(shù)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(yīng)的規(guī)劃，從而在提供未來海上風(fēng)電項目所需的服務(wù)和靈活性方面處于領(lǐng)先地位。
因此，隨著歐盟地區(qū)數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，數(shù)字孿生技術(shù)將更加成熟和普及。數(shù)字孿生技術(shù)將與其他前沿技術(shù)如人工智能、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等相結(jié)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(shù)字孿生技術(shù)將在推動可再生能源的集成和優(yōu)化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
而在數(shù)字孿生技術(shù)之外，云計算的應(yīng)用也進一步推動了歐盟地區(qū)數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新型計算模式，云計算通過虛擬化技術(shù)將計算資源(包括處理器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)等)進行池化(即虛擬化)，實現(xiàn)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(shù)字能源領(lǐng)域的得力助手。
值得注意的是，隨著美國數(shù)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(shù)字應(yīng)用和服務(wù)，導(dǎo)致歐洲的云計算、5G等數(shù)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(shù)字經(jīng)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(shù)字技術(shù)重新掌控歐洲的數(shù)字主權(quán)。因此，通過云計算賦能能源產(chǎn)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(shù)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(lǐng)導(dǎo)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(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，即歐盟的“母云端”。這個項目的目標(biāo)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互操作性，從而促進數(shù)據(jù)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(shù)的發(fā)展。
Gaia-X 行業(yè)示意圖/圖源：Silicon
其中在數(shù)字能源領(lǐng)域，Gaia-X 項目的云計算技術(shù)可以用于智能電網(wǎng)、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(xiàn)對電網(wǎng)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(shù)據(jù)支持，幫助制定更為精準(zhǔn)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(shù)正在數(shù)字能源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這些應(yīng)用不僅在技術(shù)上展現(xiàn)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(shù)字能源技術(shù)的商業(yè)化落地已經(jīng)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(shù)字化轉(zhuǎn)型的全面推進，數(shù)字能源技術(shù)正在全球范圍內(nèi)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(yīng)不穩(wěn)定、能效低下等問題，而數(shù)字能源技術(shù)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(shù)字能源技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)出對創(chuàng)新技術(shù)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(chǔ)設(shè)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(shè)學(xué)院(Namangan Engineering Construction Institute)教授Bulturbayevich認(rèn)為，在數(shù)字能源技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)展中國家技術(shù)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(shù)字能源技術(shù)在這一地區(qū)進一步推廣和應(yīng)用的因素。
其中除了缺乏配套數(shù)字能源技術(shù)的硬件設(shè)備及國家的政策扶持外，缺乏技術(shù)的革新，導(dǎo)致數(shù)字能源及可再生能源技術(shù)的停滯不前已成為主要誘因。
例如，塔什干國立經(jīng)濟大學(xué)經(jīng)濟學(xué)教授Abduvafoevna表示，太陽能電板從最初的基于半導(dǎo)體硅制造發(fā)展到后來的非晶硅制造，并且現(xiàn)在也開始生產(chǎn)柔性塑料太陽能板。在這一過程當(dāng)中，烏茲別克斯坦最初只生產(chǎn)玻璃太陽能電池板。但在柔性塑料太陽能電池板也在生產(chǎn)中，由于可再生能源和技術(shù)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(shù)字能源產(chǎn)業(yè)難以實現(xiàn)資本回報。
烏茲別克斯坦數(shù)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(fēng)能等。但由于缺乏智能電網(wǎng)技術(shù)和儲能技術(shù)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(shù)年前哈薩克斯坦的風(fēng)電裝機容量便達到了3.5吉瓦，但由于電網(wǎng)的限制和儲能技術(shù)的不足，僅有約30%的風(fēng)電能夠被輸送到電網(wǎng)上并供應(yīng)給用戶，從而導(dǎo)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(fēng)能和水電資源等自然資源，但在數(shù)字能源技術(shù)的成熟度仍存在不足。這主要是由于這些國家在技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新方面投入有限，導(dǎo)致數(shù)字能源技術(shù)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(shù)字能源技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)能源的目標(biāo)。
而相對自然資源更加豐富的中亞國家，經(jīng)濟更為欠發(fā)達的非洲地區(qū)對數(shù)字能源的發(fā)展更加迫切。利物浦約翰摩爾大學(xué)(Liverpool John Moores University)通過研究發(fā)現(xiàn)，目前，撒哈拉以南非洲各國正在努力應(yīng)對嚴(yán)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(yù)計到2050年，非洲人口將增加10億以上。
有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在非洲博茨瓦納等地區(qū)，農(nóng)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(nóng)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(shù)據(jù)可以看出，非洲地區(qū)的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處于起步階段。數(shù)字能源技術(shù)作為改變業(yè)務(wù)模式并提供新的收入和創(chuàng)造價值的技術(shù)，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(chǔ)設(shè)施落后。許多地區(qū)缺乏穩(wěn)定的電力供應(yīng)，這使得數(shù)字能源技術(shù)的推廣變得困難。在沒有穩(wěn)定電力供應(yīng)的情況下，人們很難使用和依賴需要電力的數(shù)字能源技術(shù)。
多數(shù)非洲地區(qū)依舊缺乏穩(wěn)定的電力供應(yīng)/圖：Philanthropy in Africa
以南非為例，據(jù)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(yīng)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(shù)和管理問題，電力供應(yīng)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(shù)字能源技術(shù)，對非洲能源產(chǎn)業(yè)的影響和未來發(fā)展趨勢有著至關(guān)重要的影響。而目前數(shù)字能源技術(shù)在非洲的一些地區(qū)已經(jīng)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(zhuǎn)換為交流電，充電控制器則可以調(diào)節(jié)電池的充電和放電速率。這種系統(tǒng)可以在電力供應(yīng)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(wù)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(shù)字能源技術(shù)在非洲地區(qū)的發(fā)展瓶頸主要包括能源基礎(chǔ)設(shè)施落后、電力供應(yīng)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(shù)字能源技術(shù)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(jù)國際能源署的預(yù)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(shù)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(shù)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(chǔ)設(shè)施、穩(wěn)定電力供應(yīng)以及制定有針對性的政策措施，推動數(shù)字能源技術(shù)在非洲地區(qū)的迅速發(fā)展，進一步促進經(jīng)濟增長和社會進步。
正如世界經(jīng)濟論壇所提到的：“加快能源轉(zhuǎn)型需要經(jīng)濟、技術(shù)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)的協(xié)調(diào)行動”。能源系統(tǒng)的數(shù)字化進程與可再生能源的結(jié)合有望帶來范式轉(zhuǎn)變，改善全球經(jīng)濟邊緣化社會的經(jīng)濟成果，特別是在撒哈拉以南非洲地區(qū)。
結(jié)語
在經(jīng)濟市場和工業(yè)領(lǐng)域中，效率可被視為與生產(chǎn)過程或能源效率相關(guān)的一個概念。生產(chǎn)過程的效率被定義為經(jīng)濟活動的結(jié)果與輸入的比率。能源效率可以類比于生產(chǎn)過程的效率，或者可以被大致定義為在維持或增加當(dāng)前廣泛認(rèn)可的經(jīng)濟活動水平的同時減少能源消耗。
在此當(dāng)中，數(shù)字能源技術(shù)對提升能源效率起到了關(guān)鍵作用。數(shù)字能源技術(shù)通過實時監(jiān)測、優(yōu)化控制、智能電網(wǎng)和市場化交易等技術(shù)邏輯，為提升能源效率提供了重要的價值，進而幫助產(chǎn)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(shù)字能源技術(shù)的市場化特性也促進了創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展，推動了整個能源領(lǐng)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(shù)字能源技術(shù)的產(chǎn)業(yè)落地主要集中在能源供應(yīng)領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域，數(shù)字能源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)和管理中，通過實時監(jiān)測、預(yù)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(shù)字能源技術(shù)還被應(yīng)用于可再生能源的集成和管理，以實現(xiàn)清潔能源的大規(guī)模利用。
而在發(fā)展中地區(qū)，數(shù)字能源技術(shù)的產(chǎn)業(yè)落地則更多地關(guān)注于能源供應(yīng)的問題。由于發(fā)展中地區(qū)普遍存在能源供應(yīng)不足和不穩(wěn)定的情況，數(shù)字能源技術(shù)被視為解決這一問題的重要手段。例如，數(shù)字能源技術(shù)可以應(yīng)用于微電網(wǎng)建設(shè)，通過分布式能源系統(tǒng)和儲能設(shè)備，實現(xiàn)離網(wǎng)供電和能源自給自足。此外，數(shù)字能源技術(shù)還可以應(yīng)用于能源管理和優(yōu)化領(lǐng)域，通過數(shù)據(jù)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(shù)字能源技術(shù)在發(fā)達地區(qū)和發(fā)展中國家的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用各有側(cè)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(shù)字能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將進一步提升技術(shù)創(chuàng)新水平、推廣應(yīng)用范圍以及促進國際合作與交流。
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