能源轉(zhuǎn)型導(dǎo)致了稱為權(quán)力下放的重大轉(zhuǎn)變?？稍偕茉促Y源允許本地微型發(fā)電，而不是集中發(fā)電，從而減少對(duì)集中能源系統(tǒng)的依賴。然而，由此產(chǎn)生的可再生能源和分布式能源的廣泛整合使得能源供應(yīng)鏈的控制變得越來越困難。

只有使用信息物理系統(tǒng) （CPS），才能實(shí)現(xiàn)這種間歇性和異構(gòu)集群的組合。在能源轉(zhuǎn)型的背景下，需求、發(fā)電和儲(chǔ)存之間的相互作用極為重要 。

網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)

通過機(jī)器學(xué)習(xí)從大數(shù)據(jù)中收集見解是許多 CPS 應(yīng)用程序的核心能力，計(jì)算智能在這些過程中起著關(guān)鍵作用 。

機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的最新進(jìn)展，尤其是深度學(xué)習(xí)，在許多能源系統(tǒng)環(huán)境中開辟了新的可能性或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。然而，大多數(shù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型都是黑盒模型，可解釋性非常低。此外，現(xiàn)有的能源管理系統(tǒng)很大程度上是基于規(guī)則或邏輯的。機(jī)器智能與傳統(tǒng)物理系統(tǒng)的結(jié)合帶來了另一個(gè)挑戰(zhàn)以及集成過程中可能的計(jì)算成本。

值得注意的是，智能模型的計(jì)算成本很高，并且在某些情況下可能相對(duì)較慢，這可能會(huì)給參數(shù)更新和模型預(yù)測控制等實(shí)時(shí)應(yīng)用帶來障礙。因此，從未來的角度來看，預(yù)計(jì)基于 CPS 的能源系統(tǒng)中的計(jì)算引擎可以以微妙的方式平衡領(lǐng)域知識(shí)和機(jī)器智能，從而以適度的計(jì)算成本實(shí)現(xiàn)最佳性能。

這些想法是使用通過機(jī)器學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)中提取知識(shí)的典型過程來說明的，如圖 1 所示。

圖 1. 通過機(jī)器學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)中提取知識(shí)的典型過程。EETech 的圖像屬性

很明顯，CPS 對(duì)于集中式高碳能源系統(tǒng)向分散式低碳能源供應(yīng)的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。除了這種關(guān)聯(lián)帶來的好處外，還需要承擔(dān)大量成本，因?yàn)樵趥鞲泻陀?jì)算模型方面的大量投資要先于更有效的資源使用和精益運(yùn)營所帶來的好處［2］。在這方面要討論的三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域包括經(jīng)濟(jì)、安全問題和政策。

電力數(shù)字化轉(zhuǎn)型

隨著供暖、制冷和運(yùn)輸?shù)饶茉垂?yīng)部門各個(gè)分支之間的傳統(tǒng)界限開始模糊，電力部門正在經(jīng)歷一場重大的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。能源市場、商業(yè)模式和消費(fèi)模式的既定概念正在被顛覆，新的供應(yīng)商正在進(jìn)入市場。

除了當(dāng)前的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)之外，新技術(shù)正在以更快的速度影響能源公司的內(nèi)部商業(yè)文化、戰(zhàn)略和一般管理。這方面的主要研究是關(guān)于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響評(píng)估。該領(lǐng)域的主要貢獻(xiàn)者包括通過保持能源消耗和大規(guī)模投資新安裝電力供應(yīng)能力、間歇性可再生能源整合、電動(dòng)汽車先進(jìn)充電技術(shù)和推廣分布式能源來實(shí)現(xiàn)智能需求響應(yīng) 。這進(jìn)一步要求研究發(fā)電、配電成本以及能源基礎(chǔ)設(shè)施和維護(hù)。

能源安全的影響

能源安全的影響是多方面的。貫穿始終強(qiáng)調(diào)的 CPS 的巨大優(yōu)勢(shì)伴隨著其獨(dú)特的缺點(diǎn)，例如對(duì)能源和工業(yè)安全的網(wǎng)絡(luò)威脅。事實(shí)證明，CPS 可以增強(qiáng)能源和工業(yè)等關(guān)鍵部門的運(yùn)營，但同時(shí)也會(huì)使它們更容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，從而使它們依賴網(wǎng)絡(luò)。這可能會(huì)破壞能源價(jià)值鏈中任何一點(diǎn)具有戰(zhàn)略意義的能源供應(yīng)，從而嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)。

由于 CPS 將網(wǎng)絡(luò)空間與物理世界連接起來的固有特性，攻擊很容易從一個(gè)滲透到另一個(gè)，從而在現(xiàn)實(shí)世界中造成重大風(fēng)險(xiǎn)。畢竟，網(wǎng)絡(luò)犯罪造成的經(jīng)濟(jì)影響不容忽視。這使得通過投資強(qiáng)大的基礎(chǔ)、壓力測試和投資下一代技術(shù)等關(guān)鍵資產(chǎn)來關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全和彈性是不可避免的。

總而言之，數(shù)字技術(shù)發(fā)展需要有效的政策和市場設(shè)計(jì)，以幫助引導(dǎo)轉(zhuǎn)型走向安全和可持續(xù)的道路。政府現(xiàn)在了解與這些技術(shù)進(jìn)步相關(guān)的經(jīng)濟(jì)競爭力以及管理這些技術(shù)進(jìn)步的政策影響，以便在多個(gè)層面上有效實(shí)施。

監(jiān)控與 CPS 相關(guān)的環(huán)境過程也很重要，從供水到火災(zāi)探測，以建立明確的環(huán)境政策，同時(shí)關(guān)注環(huán)境問題、安全政策和圍繞人工智能的管理規(guī)則。