人工智能与能源产业

本文经授权整理自美国金华之声电台，科技与生活广播栏目。

本文编号：B30001

前言

随着信息科技和能源技术的快速发展，环境、建筑和城市正在向数字化、联网化、智能化转变。人工智能可能从根本上改变我们规划、设计、建造、运营，乃至管理城市与建筑。而这个变革的核心围绕什么？人工智能又将如何颠覆传统的城市生活与能源产业？

本文整理自科技与生活栏目对AI List的两位行业先锋的采访。一位是美国斯坦福大学城市信息学实验室研究员杨正博士，正在带领两项美国自然科学基金关于城市数据分析和能耗管理的研究项目；另一位是美国加州大学环境工程系博士候选人张佳辰女士，现任AI list 公司能源组负责人，同时是南加州最大的创投平台——普创、全球青年研究可持续发展网络——可道两个组织的核心成员。

下面，杨正博士和张佳辰女士就将带领我们一起，从起源到外延，分析人工智能在能源领域应用的来龙去脉。

人工智能为何“翻新”

成为学界业界热点？

杨正博士认为，人工智能的话题在几十年之前就已经提出，而如今又变成了热点，主要有两个原因：其一，是运算速度的加快。例如，英伟达（NVIDIA）发明的GPU（图像分析处理器），可以进行“并行计算”，比起CPU时代的一个电脑处理问题，现在相当于多个电脑来处理一个问题，这样运算速度和效率都大大增强了；其二，是数据量的增加。例如，使用移动支付方式可以记录消费习惯，从而获取数据给机器进行分析，而不是凭空进行预测，这样机器就可以真实模拟人的分析方式，从而节省人工，作出有效判断。

佳辰还联系能源领域分析大数据、人工智能的可行性。得益于物美价廉的传感器的研发和智能仪表的普及，现在不再有人到家里查电表、水表了，智能仪表可以让用电量、用水量得到实时的反馈，这样的实时反馈带来了大量的实时数据，有了这些数据之后，人工智能能够更好地学习。

人工智能在能源领域的应用

佳辰认为，人工智能现有在能源领域的应用可以分为对上游、中游和下游的不同作用：上游指燃料的开采，还有在发电厂发电，中游指输电、配电过程，下游指消费者怎么去用电，这些消费者包括居民、工业、商业这些不同个体的用电。而人工智能对于每一个环节都有巨大影响。

上游生产者——人工智能助力产能优化

从生产者的角度，人工智能可以帮助他们去优化能源的生产过程。佳成举了一个电力系统运营维护的例子来说明。全球每年投入其中千亿级别的资金，为什么呢？因为设备老化，经常需要维修和更换，传统的预防性运营维护方案是，派人定期检查，设备差不多的时候定期换掉。而这样做，第一浪费很多人工成本，第二在设备阳寿未尽时就换掉了，会增加零部件费用。现在使用人工智能，用传感器去监测每一个设备的运营情况，结合以往机器出现的故障数据，可以更好地去分析，决定应该在何时更换零部件，从而节约成本。

佳辰也指出，对于能源企业，因为政府对他们赚的最多钱数有限制，他们如果成本降低，发电赚的钱反而可能减少。所以没有给他们足够的动力去做革新、尝试，这个领域还是相对保守。这一领域的在美国的规模化，可能需要政府长期的正确引导。

下游消费者——人工智能促进节约型社会

对消费者来讲，人工智能可以帮助他们更好地去节约能源。杨正博士举了智慧城市的例子来说明。他首先分享了几组数据，就城市来说，现在大概有50%的人口在城市，到2050年 ，全球有大约70%的人居住在城市。要知道在1800年，全球只有3%的人口居住在城市，所以现在我们全球（城市）化的进程是非常快的，城市消耗了80%的能源，其中40%供给建筑供能的，据统计，人们有90%以上的时间是待在建筑内的，仅在美国，就有12000万栋建筑，而且该数字还在持续、快速地增长，美国每年要花费约4000多亿美元用于建筑供能，大大多于工业耗能和交通耗能，但是其中令人担忧的是其中90%的建筑能耗比较低，约30-45%的能耗是浪费掉的，所以说，城市的建筑节能是重中之重、迫在眉睫的问题。由于AI的快速发展，建筑的能耗管理正在向互动的能源管理转变，概括来说，用户与能源的关系会变得更加灵活与多样，更加注重信息共享且更加复杂。

杨正博士还举了AI list行业报告中推荐的两个公司的例子来进一步说明。 这两个公司都是通过AI来优化建筑中的系统控制，来节约能耗，或者提高用户或工作人员在其中的舒适度及效率。第一个要介绍的公司，主要是针对特殊用途的大型建筑，比如学校、宾馆、医院、仓库，他的解决方案包括，使用传感器硬件和AI算法，一方面他告诉企业业主电用在了哪里，电费花在了哪里，另一方面，可以在用电高峰，如电价贵的时候，自动关闭一些设备，来自动达到节省电费的目的。

第二个公司，则是主要针对写字楼的供暖、空调管理，他们要解决的不但是写字楼的能耗问题，还有里面的工作舒适度和生产效率，因为我们不能因为单纯的为节约电费让大家不开空调、不开暖气，当然也不能过分加热或制冷，我们行业小组中有一位成员曾在威斯康辛生活过，他说当地有这么一个故事，“冬天穿短袖、夏天穿棉袄”的现象在美国比较普遍，在冬天会把暖气开得很大，人们在屋里很热、穿短袖，夏天又把空调开得很冷、大家在屋里穿厚厚的棉袄。如果使用了该公司的设备，我们就可以下载它的app，报告自己感觉冷或热，它独特的AI算法可以自动联系建筑中的控制系统，来智能地做出相应的调节。既能节约用电，又能调节人们的舒适度，还能提高人们的工作效率。

中游供需平衡：“能源互联网”平衡供需矛盾

而对于中游，人工智能则可以帮助平衡供给与需求。佳辰认为，这是能源领域最大的挑战，因为能源在现代社会像水一样离不开它能源，我们需要实时地使用它，就面临如何实时地去满足人们的需求。所以一个很大的难点是，由于缺乏大规模的储能装置，发电、用电很多时候必须同时进行，那么怎样保证发电源发出来的电和人们在此点所需的电刚好一样？这是一个大的挑战。特别是，近些年，大家可能注意到的，可再生能源、分布式能源很多，如风能、太阳能，这些能源是不稳定的。这就给保证供给侧带来了挑战，需要通过其他的，如传统的火力发电，与新能源配合，才能保证人们在每一天、每一个想用电的时候用上电。现在有了人工智能，我们可以更好地去预测本身不稳定的能源，到底怎样发电、发多少电，比如人工智能可以预测下周天气，或者根据卫星遥感资料，看天气情况怎样。天气对太阳能发电很重要，同时还可以比较历史数据，历史上，在同样天气下发电量的情况，对整个系统起怎样的作用，通过这种机器学习方式，可以更好地预测不稳定的分布式能源可以发多少电，从而更好地实现供给与需求的平衡。

往深来说，不知大家是否听说过“能源互联网”，意思是现在的能源产业从以往的发电厂发电，到用户用电，这种单向传输过程，正在发生转变。为什么？因为过去我们用电厂发的电，但现在我们自己家也可以装太阳能板，可以把自己发的电返还给用电网络，给别人用；自己家也可以装电动车，电动车的电池在不用电时也可以给电网充电，这样，发电端和用电端就变得模糊了，不再是以往从发电端把电传到用电端，现在消费者也可以发电了，就产生了双向网络。但也带来了一个挑战，怎样去实时处理这些散乱的发电端信息，即不稳定，又有这么多用户在发电，我觉得这方面就是人工智能能帮助处理的事情。人工智能使得“能源互联网”的概念在未来成为可能。同时，由于我们有了更多的数据，不管是智能电表，还是监控太阳能板电量的电表，可以使得人工智能在这一领域中发挥更大的作用。不管是现在还是将来，它的作用会越来越大。

编者信息：

撰稿、编辑：范犁洲，就读于加州大学洛杉矶分校（UCLA）。

审稿：刘登凯，美国喷射动力实验室（JPL, NASA）太空系统经理，JPL副总工程师，美国金华之声广播电台节目主持人，科技与生活栏目创始人。