文|于洋
隨著數(shù)據(jù)傳輸和處理、數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等分析工具的發(fā)展，大數(shù)據(jù)成為今年最顯赫的領(lǐng)域和最炙熱的話題。廣告如何有針對(duì)性的投放、如何在大量信息交互中挖掘出恐怖分子的計(jì)劃和如何提供個(gè)性化的搜索服務(wù)等，這些曾經(jīng)難以攻克的技術(shù)難題，都被大數(shù)據(jù)時(shí)代令人驚嘆的新技術(shù)一一化解。
作為支撐人類社會(huì)正常運(yùn)營的能源消費(fèi)，在為人類創(chuàng)造出有史以來最繁榮的時(shí)代的同時(shí)，也在過去百年中帶來了沉重的污染問題，更是全球氣候變化最主要的肇因之一。大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這一問題提供了另一種思路和技術(shù)手段。
大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，使人類構(gòu)建可持續(xù)能源消費(fèi)框架的愿望更易實(shí)現(xiàn)。需要指出的是，大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，讓研究者能剖析能源消費(fèi)中那些曾經(jīng)不為人知的特點(diǎn)。然而，如何利用全新的信息設(shè)計(jì)相應(yīng)的管理工具，仍需其他研究的支撐。
筆者將從電力消費(fèi)和智能交通兩方面，介紹利用大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)覺能源消費(fèi)中新信息的前沿技術(shù)。并探討如何結(jié)合其他學(xué)科工具，研發(fā)新型的可持續(xù)能源消費(fèi)管理技術(shù)。需要指出的是，許多相關(guān)問題的研究前沿仍充滿了爭議，并無定論。
長期以來，電力系統(tǒng)的能效管理都聚焦于如何提高發(fā)電企業(yè)的效率和工業(yè)企業(yè)的用電效率，而鮮有討論和實(shí)踐居民用電能效管理技術(shù)。這很大程度上是因?yàn)榫用裼秒姺稚⒊潭雀撸率贡O(jiān)控居民用電行為的成本高。在缺乏居民用電行為信息的情況下，除了推進(jìn)階梯電價(jià)、分時(shí)電價(jià)等總體控制政策外，很難設(shè)計(jì)針對(duì)居民不同用電行為的管理手段。然而，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的成熟，這一情況發(fā)生了革命性的改變。
在大數(shù)據(jù)技術(shù)尚不成熟時(shí)，人們對(duì)電力消費(fèi)行為的認(rèn)識(shí)很粗淺。只能從整體消費(fèi)曲線猜測(cè)個(gè)體消費(fèi)行為。人們發(fā)現(xiàn)，在不同國家、不同時(shí)期，總體電力消費(fèi)都呈現(xiàn)雙峰曲線的特點(diǎn)：在早晨和傍晚分別出現(xiàn)兩個(gè)用電高峰，期間穿插著兩個(gè)用電低谷。
所以長期以來，研究者都假設(shè)大量的消費(fèi)者行為都具有兩高一低的特點(diǎn)：清早，絕大多數(shù)家庭起床后打開電燈等電器，在家中盥洗并準(zhǔn)備早餐，形成第一個(gè)用電高峰；傍晚回家后，準(zhǔn)備晚餐和使用電器處理其他家務(wù)，形成第二個(gè)用電高峰。這看上去是一個(gè)非常合理的用電行為模式假設(shè)。然而，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)展示在研究者面前的，卻并非這樣的圖景。
由于大數(shù)據(jù)量傳輸和儲(chǔ)存技術(shù)的進(jìn)步，使在居民家中安裝智能電表的成本大幅下降。這一在美國加利佛尼亞州部分地區(qū)試點(diǎn)安裝的技術(shù)，已經(jīng)為研究者提供了龐大的數(shù)據(jù)庫。通過對(duì)這一數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，研究者們驚奇的發(fā)現(xiàn)，人們用電的行為迥異。雖然個(gè)體用電行為仍可聚類為若干類型，然而絕非是此前研究者所猜想的“以雙峰用電曲線為主”的模式。
事實(shí)上，具有雙峰曲線特征的個(gè)體用電，僅占一成左右；而其他種類的消費(fèi)行為則千奇百怪，許多用電者的行為甚至隨機(jī)性很大。但有趣的是，這些特點(diǎn)各異的消費(fèi)行為聚合在一起，形成了廣泛存在于各個(gè)電力市場(chǎng)的雙峰型電力消費(fèi)曲線。
理清不同消費(fèi)者的消費(fèi)形態(tài)，讓我們看到了通過價(jià)格杠桿和機(jī)制設(shè)計(jì)進(jìn)行消費(fèi)側(cè)管理的可能。毫無疑問，不同的消費(fèi)形態(tài)，會(huì)因其不確定性的高低和消費(fèi)發(fā)生時(shí)的發(fā)電資源稀缺程度不同，造成不同的發(fā)電成本。
例如，即便消耗相同的電量，一個(gè)極為規(guī)律、用電峰值和谷值差距不大的消費(fèi)者，其所造成的發(fā)電成本負(fù)擔(dān)會(huì)小于一個(gè)用電行為隨機(jī)性大，用電波動(dòng)幅度大的消費(fèi)者。然而，目前的零售機(jī)制并沒有根據(jù)消費(fèi)形態(tài)的不同，區(qū)分出不同的價(jià)格。這就造成不同發(fā)電成本負(fù)擔(dān)的消費(fèi)者支付了相同的價(jià)格。這樣無疑會(huì)造成巨大的無效率，更是不公平的。因此，不管什么樣的消費(fèi)側(cè)管理，如果不能有效的區(qū)隔不同消費(fèi)形態(tài)的消費(fèi)者，都可能造成節(jié)能效果有限。因此，我們需要設(shè)計(jì)一系列機(jī)制，通過市場(chǎng)機(jī)制，鼓勵(lì)高效節(jié)能電力消費(fèi)模式，抑制造成浪費(fèi)的消費(fèi)模式。
根據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)獲得的信息，許多關(guān)于上述機(jī)制設(shè)計(jì)的討論已經(jīng)展開。筆者在參加2013年IEEE電力系統(tǒng)年會(huì)時(shí)，看到了不少相關(guān)的研究。這其中既包括了套餐式電價(jià)合同設(shè)計(jì)等以經(jīng)濟(jì)學(xué)為理論基礎(chǔ)的軟技術(shù)開發(fā)；也包括了結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和優(yōu)化控制技術(shù)，以運(yùn)籌學(xué)為基礎(chǔ)的相關(guān)硬技術(shù)的研究。我國應(yīng)適時(shí)開展和推進(jìn)相關(guān)研究和試點(diǎn)。
大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步，同樣能支撐有效降低交通能源消耗技術(shù)的研發(fā)。在交通能源消耗問題上，最困擾研究者的就是由于擁堵、尋找停車位等造成的無效率能源浪費(fèi)。這些造成無效率的現(xiàn)象大多是由于人們?nèi)狈π畔⒃斐傻?。同樣也是因?yàn)槿狈π畔ⅲ沟瞄L期存在的智能交通調(diào)度等管理手段難以實(shí)現(xiàn)。
然而隨著智能手機(jī)的普及，許多駕駛員使用手機(jī)裝載的定位系統(tǒng)確定行車路線。和傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)不同，這些通過智能手機(jī)定位的信息都傳遞和保存在大數(shù)據(jù)庫中。這些海量數(shù)據(jù)不僅能像傳統(tǒng)的交通信息一樣讓人們了解某一個(gè)時(shí)段一條路上的車流量，還能明晰的標(biāo)示出這條路上每個(gè)時(shí)段的每一輛車從何處來、往何處去，并記錄每輛車的停車情況。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)也能夠支撐信息的反饋，即可以向車輛駕駛者和乘客發(fā)布擁堵預(yù)警、擁堵狀況和停車場(chǎng)分布和占用情況等信息。
對(duì)于以通勤為主的城市交通而言，這些信息的交互顯得極為重要。在缺乏這些信息時(shí)，人們是根據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，這使得人們面臨的隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)很大。而有了這些信息后，人們能更準(zhǔn)確的獲取信息優(yōu)化自己的出行選擇。人們由于對(duì)交通流量程度的估計(jì)錯(cuò)誤，或繞遠(yuǎn)路、或不得不忍受擁堵，而這都會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。通過機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，能夠根據(jù)歷史出行信息預(yù)測(cè)出車每個(gè)出行者的出行路徑；這就使擁堵發(fā)生的概率和發(fā)生在哪個(gè)時(shí)段等信息提前傳遞給出行者。再配合現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛使用的路徑優(yōu)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)交通流量智能調(diào)度或半調(diào)度的夢(mèng)想。從管理類軟技術(shù)而言，由于這些信息的可獲取性和真實(shí)性大大提高，針對(duì)不同時(shí)段、不同路段設(shè)定并征收有差別的擁堵費(fèi)等管理手段也成為可能。
需要特別指出的是，目前研究的前沿已經(jīng)推進(jìn)到結(jié)合大數(shù)據(jù)和自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)行綜合交通調(diào)度這一問題上。更重要的是，這些信息有助于了解一個(gè)城市在當(dāng)前的規(guī)劃格局下，哪些熱點(diǎn)是造成主要擁堵問題的肇因、停車場(chǎng)的布局是否合理和如何針對(duì)不同人群的出行提供個(gè)性化信息服務(wù)等一系列問題。這使綠色城市規(guī)劃不僅僅在于依賴?yán)砟?，而能扎扎?shí)實(shí)的扎根于實(shí)證數(shù)據(jù)。
擺脫了海量數(shù)據(jù)獲取難、獲取后處理難的雙重困境，人類對(duì)自身能源消耗的細(xì)節(jié)更加了解。而正是在這些細(xì)節(jié)中，暗藏了大量無效率的能源浪費(fèi)。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用正是從細(xì)節(jié)入手的努力，能夠成就綠色可持續(xù)未來的宏大敘事。
