中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：氣候變化已經(jīng)成為人類面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的報(bào)告，自工業(yè)革命以來，人類活動(dòng)導(dǎo)致的溫室氣體排放使全球氣溫上升了約1°C，預(yù)計(jì)在未來幾十年內(nèi)將繼續(xù)上升。如果不采取有效的減排措施，氣溫的進(jìn)一步上升將導(dǎo)致海平面上升、極端天氣事件頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)崩潰等一系列嚴(yán)重后果。為應(yīng)對(duì)氣候變化，全球能源體系必須從以化石燃料為主的高碳模式向低碳、零碳模式轉(zhuǎn)型。這一轉(zhuǎn)型不僅需要減少煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的使用，還需要大規(guī)模推廣風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源。然而，能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)面臨著巨大挑戰(zhàn)，包括技術(shù)壁壘、經(jīng)濟(jì)成本、政策阻力以及社會(huì)接受度等問題。
8月29日，國(guó)務(wù)院新聞辦公室發(fā)布《中國(guó)的能源轉(zhuǎn)型》白皮書（以下簡(jiǎn)稱“白皮書”）。白皮書顯示，加快能源轉(zhuǎn)型發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源永續(xù)利用，持續(xù)增進(jìn)民生福祉，為世界經(jīng)濟(jì)提供不竭動(dòng)力，已成為各國(guó)共識(shí)。黨的十八大以來，中國(guó)能源進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展新階段。尤其是“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，為能源發(fā)展指明了前進(jìn)方向、提供了根本遵循。白皮書提出，能源轉(zhuǎn)型是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，是一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略性任務(wù)，需要在能源安全新戰(zhàn)略的指引下穩(wěn)中求進(jìn)、久久為功。
新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要載體。新型電力系統(tǒng)及與之耦合的能源系統(tǒng)是一個(gè)大規(guī)模、隨機(jī)性、混雜性、分布式、網(wǎng)絡(luò)化的復(fù)雜系統(tǒng)，呈現(xiàn)出三層網(wǎng)絡(luò)（能量網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)、價(jià)值網(wǎng)絡(luò)）架構(gòu)和分層集群特征，其認(rèn)知和構(gòu)建涉及電力系統(tǒng)、電力電子、熱能動(dòng)力、優(yōu)化與控制、信息與通信、人工智能（AI）、經(jīng)濟(jì)管理等不同學(xué)科，并對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)理論提出挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”設(shè)備的智能化、數(shù)字化使它們能夠更加主動(dòng)地參與系統(tǒng)的運(yùn)行和控制，適合采用群體智能和協(xié)同控制等前沿理論和方法來解決。
近年來，以深度學(xué)習(xí)、語(yǔ)言大模型（LLM）為代表的AI技術(shù)飛速發(fā)展。深度學(xué)習(xí)和大型語(yǔ)言模型的訓(xùn)練和運(yùn)行需要大量計(jì)算資源。為了加速AI模型的訓(xùn)練過程，通常需要使用高性能的硬件，比如圖形處理單元（GPU）、張量處理單元（TPU）或者專門為AI設(shè)計(jì)的加速器。這些硬件能夠并行處理大量數(shù)據(jù)，從而加快模型訓(xùn)練速度。然而，這些硬件的運(yùn)行需要大量電能。AI模型的訓(xùn)練通常需要在大型數(shù)據(jù)中心進(jìn)行，這些數(shù)據(jù)中心包含成千上萬的服務(wù)器和高性能計(jì)算設(shè)備，如GPU和TPU。由于這些設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行來處理和訓(xùn)練復(fù)雜的AI模型，其能耗非常高。據(jù)谷歌公布的數(shù)據(jù)，2019年，其數(shù)據(jù)中心能耗達(dá)到12.4太瓦時(shí)，相當(dāng)于小型國(guó)家一年的用電量。大型數(shù)據(jù)中心持續(xù)的高能耗會(huì)增加電網(wǎng)負(fù)荷，特別是在數(shù)據(jù)中心集中的區(qū)域，給電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行帶來重大挑戰(zhàn)。
同時(shí)，AI技術(shù)在多個(gè)方面加快了能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程，比如優(yōu)化能源生產(chǎn)和消費(fèi)、促進(jìn)可再生能源整合，以及推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展。AI可以通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣模式和消費(fèi)行為，并采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法幫助能源公司預(yù)測(cè)能源需求；通過歷史數(shù)據(jù)分析并結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)新能源出力，并進(jìn)一步優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、提高能源效率；優(yōu)化分布式能源資源的整合，使得電力系統(tǒng)更加靈活高效；在市場(chǎng)環(huán)境下快速處理大量交易數(shù)據(jù)，識(shí)別最佳交易時(shí)機(jī)和價(jià)格，幫助發(fā)電公司和售電公司作出更明智的交易決策。此外，AI技術(shù)在監(jiān)測(cè)和管理碳排放方面也發(fā)揮重要作用。通過AI分析，企業(yè)可以更好地了解其碳足跡，并優(yōu)化其生產(chǎn)流程以減少碳排放。
因此，以有效政策機(jī)制和關(guān)鍵技術(shù)突破來推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型與AI的協(xié)同進(jìn)化已成為應(yīng)時(shí)之舉和當(dāng)務(wù)之急。
■ 新一代AI賦能新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)突破
實(shí)現(xiàn)電力電量平衡、維持頻率電壓穩(wěn)定是電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的基本任務(wù)，長(zhǎng)期以來得到學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的密切關(guān)注和深入研究。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)有功功率平衡過程是當(dāng)負(fù)荷功率發(fā)生變化時(shí)，電源及時(shí)調(diào)整出力使得系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的緩沖作用下達(dá)到有功平衡的一個(gè)連續(xù)變化過程，也即“源隨荷動(dòng)”。在分層集群的電力系統(tǒng)中，由于風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能等間歇性可再生能源的接入和高壓大功率電力電子元件的普及，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)過程發(fā)生巨大變化，如可再生能源的功率輸出不再可控、對(duì)需求響應(yīng)能力的要求急劇提升、對(duì)于送端系統(tǒng)視為負(fù)荷的外送直流系統(tǒng)將具備大規(guī)模功率調(diào)節(jié)能力等，電力系統(tǒng)調(diào)度模式也將向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。此外，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在高比例電力電子設(shè)備接入的條件下也將呈現(xiàn)出新的動(dòng)態(tài)特性。
隨著分層集群的新型電力系統(tǒng)的發(fā)展和完善，群體智能與協(xié)同控制前沿理論和技術(shù)可以應(yīng)用于其運(yùn)行控制。群體智能與協(xié)同控制是新一代AI的重要研究領(lǐng)域。群體智能是單體智能未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，指一定數(shù)量的智能體之間通過局部感知和相對(duì)簡(jiǎn)單的交互方式，完成個(gè)體不易實(shí)現(xiàn)的任務(wù)過程中所涌現(xiàn)出的復(fù)雜、強(qiáng)大的集群宏觀行為。協(xié)同控制可為群體智能涌現(xiàn)提供時(shí)空協(xié)調(diào)保障，是群體智能涌現(xiàn)的核心關(guān)鍵技術(shù)和制高點(diǎn)技術(shù)。為完成某一復(fù)雜任務(wù)，群體智能控制系統(tǒng)的每一智能體都可以根據(jù)從通信網(wǎng)絡(luò)獲得的信息作出自主決策，也可以共享信息、相互協(xié)作并共同完成工作任務(wù)。協(xié)同控制具有明顯優(yōu)勢(shì)，例如，有效解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題；通過集合多個(gè)能力較弱的智能體的控制功能實(shí)現(xiàn)1+1>2的協(xié)同效果；促使整個(gè)系統(tǒng)具有較高的魯棒性，在發(fā)生大干擾時(shí)，每個(gè)智能體仍有可能獨(dú)立完成各自的控制任務(wù)。
群體智能與協(xié)同控制理論與技術(shù)，能為分層集群的新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制提供有效的解決方案，重點(diǎn)在于構(gòu)建包括電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)與負(fù)荷側(cè)（含儲(chǔ)能）多種資源的協(xié)同控制方案和策略。
■ 以有效政策機(jī)制推動(dòng)電力與算力協(xié)同發(fā)展
應(yīng)統(tǒng)籌電力與算力規(guī)劃與布局。建議政府相關(guān)部門統(tǒng)籌數(shù)據(jù)中心發(fā)展需求和新能源資源稟賦，對(duì)算力、電力基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃布局。例如，在新能源富集地區(qū)，依據(jù)電力供應(yīng)能力和成本等因素，合理規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，在甘肅、內(nèi)蒙古等新能源富集地區(qū)開展“風(fēng)光儲(chǔ)算一體化”模式探索。參考電力系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)度等經(jīng)驗(yàn)，充分融合算力網(wǎng)與電力網(wǎng)的區(qū)域特性和調(diào)度能力，跨省、跨區(qū)開展多時(shí)空尺度的電力與算力協(xié)同調(diào)度，使算力節(jié)點(diǎn)成為新型電力系統(tǒng)下保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定的 “壓艙石”。
應(yīng)加大對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的支持。建議政府相關(guān)部門投入資金支持電力與算力協(xié)同發(fā)展相關(guān)技術(shù)研發(fā)，如高效能算力服務(wù)器、算力計(jì)量、電算協(xié)同定價(jià)交易和結(jié)算等關(guān)鍵技術(shù)，以及通感算一體高速通信等技術(shù)，鼓勵(lì)企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)。創(chuàng)建電力與算力協(xié)同發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，加快技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用推廣，打造國(guó)家級(jí)算力網(wǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，開展算力與電力協(xié)同創(chuàng)新領(lǐng)域研究。
應(yīng)加強(qiáng)市場(chǎng)機(jī)制引導(dǎo)。建議算力市場(chǎng)建設(shè)充分借鑒電力市場(chǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)算力價(jià)格與電力價(jià)格交叉關(guān)聯(lián)，形成算力與電力兩個(gè)市場(chǎng)的橫向交易，引導(dǎo)市場(chǎng)資源合理配置；探索新能源就近供電、聚合交易、就地消納的“綠電聚合供應(yīng)”模式；建立健全綠電交易市場(chǎng)，提高數(shù)據(jù)中心的綠電占比，同時(shí)為新能源消納提供新途徑；鼓勵(lì)發(fā)展第三方電力與算力協(xié)同發(fā)展服務(wù)提供商，為企業(yè)提供專業(yè)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等服務(wù)，提高融合的效率和質(zhì)量。
應(yīng)完善能耗管理與激勵(lì)。建議明確數(shù)據(jù)中心能耗標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管要求，加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)中心用能的監(jiān)測(cè)分析與負(fù)荷預(yù)測(cè)，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)整體運(yùn)行效率，整改或淘汰高耗低效的數(shù)據(jù)中心。對(duì)采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)、優(yōu)化負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段、提升能源利用效率和可再生能源利用率的數(shù)據(jù)中心給予獎(jiǎng)勵(lì)或補(bǔ)貼，降低用電損耗及算力成本。
■ 雙管齊下應(yīng)對(duì)數(shù)智化新型電力系統(tǒng)挑戰(zhàn)
新型電力系統(tǒng)和AI技術(shù)的發(fā)展既帶來機(jī)遇，也帶來挑戰(zhàn)。為了確保新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，需要雙管齊下，從技術(shù)手段和政策機(jī)制兩方面共同應(yīng)對(duì)。
高比例新能源接入給電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)，源側(cè)低慣性和低短路比特征突出，安全穩(wěn)定支撐能力不斷被削弱；荷側(cè)動(dòng)態(tài)特性越來越復(fù)雜；網(wǎng)側(cè)交直流、多直流間耦合更加緊密。電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的結(jié)構(gòu)性困境日趨明顯，迫切需要深入認(rèn)識(shí)新型電力系統(tǒng)的特性并調(diào)動(dòng)各種資源深度參與其規(guī)劃與運(yùn)行。通過構(gòu)建AI驅(qū)動(dòng)的智能科學(xué)計(jì)算體系，開發(fā)電力系統(tǒng)預(yù)訓(xùn)練大模型，打造電力系統(tǒng)分析與控制的“超強(qiáng)大腦”，可有力支撐新型電力系統(tǒng)演進(jìn)規(guī)律研究、系統(tǒng)規(guī)劃方案和運(yùn)行方式生成與優(yōu)化、在線安全分析和電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。
雖然AI在能源轉(zhuǎn)型中展現(xiàn)出巨大潛力，但其應(yīng)用也面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。首先，AI系統(tǒng)的復(fù)雜性和不透明性可能帶來新的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果電力調(diào)度系統(tǒng)中的AI算法出現(xiàn)錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致電網(wǎng)大范圍停電等嚴(yán)重后果。其次，AI的應(yīng)用需要大量高質(zhì)量數(shù)據(jù)支持，而數(shù)據(jù)的獲取和使用涉及隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)安全等問題。另一方面，加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊的監(jiān)測(cè)和防御對(duì)于新型電力系統(tǒng)至關(guān)重要，AI技術(shù)可以用于檢測(cè)和防御網(wǎng)絡(luò)攻擊，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，識(shí)別異常行為并采取防御措施，建立新型電力系統(tǒng)信息物理安全新范式。
新型電力系統(tǒng)的發(fā)展需要完善的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系來規(guī)范和保障。政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電力行業(yè)的監(jiān)管，制定相關(guān)法律法規(guī)和政策，明確各方責(zé)任和義務(wù)，保障電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。行業(yè)協(xié)會(huì)和標(biāo)準(zhǔn)化組織應(yīng)積極制定和推廣相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和要求。此外，還應(yīng)建立健全風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。例如，制定完善的應(yīng)急預(yù)案，定期進(jìn)行應(yīng)急演練，確保在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)能夠迅速、有效地進(jìn)行應(yīng)對(duì)和處置。
推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和AI的協(xié)同進(jìn)化，是21世紀(jì)應(yīng)對(duì)氣候變化和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的重要路徑之一。雖然在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中存在諸多挑戰(zhàn)，但通過合理的政策引導(dǎo)、技術(shù)創(chuàng)新和社會(huì)參與，可以加速兩者的深度融合，推動(dòng)全球能源體系向更加綠色、智能和高效的方向發(fā)展。
（作者系華南理工大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)與電力市場(chǎng)研究所所長(zhǎng)，發(fā)展中世界工程技術(shù)院院士）
