大模型技術(shù)：能源安全與綠色轉(zhuǎn)型的未來
馮杰
2024年10月11日 08:19
張芳 任天佩
光明日?qǐng)?bào)（ 2024年10月10日 14版）引言：當(dāng)前全球發(fā)展和安全形勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜，能源安全與環(huán)境可持續(xù)性是擺在各國(guó)面前的雙重難題。能源是工業(yè)的糧食、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈。全球“雙碳”目標(biāo)的緊迫要求以及頻繁出現(xiàn)的極端天氣，正不斷給能源供應(yīng)體系帶來波動(dòng)和挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，一種新興技術(shù)——大模型技術(shù)，創(chuàng)造了能源技術(shù)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)新機(jī)遇。大模型技術(shù)不僅為能源產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供了無限可能，也為全球綠色轉(zhuǎn)型開辟了新道路。
全球視野：多重危機(jī)下的能源安全挑戰(zhàn)
在全球范圍內(nèi)，能源安全正面臨前所未有的挑戰(zhàn)，世界進(jìn)入多重危機(jī)時(shí)代。地緣政治風(fēng)云變幻、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)疲軟乏力、民粹主義加速崛起和氣候變化加劇等問題相互交織，成為多國(guó)面臨的難題。傳統(tǒng)的能源增長(zhǎng)模式、能源管理手段與全球合作秩序正逐漸失效，人類面臨重大治理挑戰(zhàn)。
首先，地緣政治將能源博弈擺上棋局，全球政治風(fēng)暴使得能源市場(chǎng)面臨極大不確定性。地緣政治沖突直接影響能源供給，造成能源價(jià)格劇烈震動(dòng)。國(guó)家間的局部熱戰(zhàn)直接影響能源生產(chǎn)設(shè)施和運(yùn)輸路線，并擾動(dòng)能源供需市場(chǎng)。例如，隨著中東緊張局勢(shì)升級(jí)，全球能源市場(chǎng)變得越來越不穩(wěn)定。2024年，北亞現(xiàn)貨液化天然氣價(jià)格飆升至每百萬英熱單位11美元，自2月底以來已攀升約40%。若中東局勢(shì)再度惡化，一旦伊朗關(guān)閉霍爾木茲海峽，亞洲液化天然氣價(jià)格可能會(huì)上漲至歷史新高，達(dá)到每百萬英熱單位100美元以上。
其次，大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)和貿(mào)易保守主義浪潮加速產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，擾亂全球能源產(chǎn)業(yè)鏈安全。大國(guó)博弈促使歐美國(guó)家進(jìn)一步加強(qiáng)能源關(guān)鍵材料和技術(shù)的投入，甚至違背經(jīng)濟(jì)規(guī)律推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)鏈向本土或者盟國(guó)轉(zhuǎn)移，以期快速實(shí)現(xiàn)控制能源產(chǎn)業(yè)鏈。近年來，美國(guó)和歐盟采取一系列措施吸引新能源產(chǎn)業(yè)向本土轉(zhuǎn)移，降低對(duì)外國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈的依賴。比如美國(guó)通過實(shí)施《降低通貨膨脹法案》，特別規(guī)定只有在北美生產(chǎn)的電動(dòng)汽車和其電池組件才能享受投資稅收抵免和生產(chǎn)稅收抵免等優(yōu)惠政策。然而，這些本土化趨勢(shì)事實(shí)上嚴(yán)重破壞市場(chǎng)規(guī)則和國(guó)際經(jīng)貿(mào)秩序，威脅全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定，也阻礙了全球共同應(yīng)對(duì)氣候變化的進(jìn)程。
再次，能源關(guān)鍵技術(shù)中隱藏安全漏洞嚴(yán)重威脅著能源部門的網(wǎng)絡(luò)安全。隨著全球能源部門日益向數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型，能源部門的關(guān)鍵技術(shù)在提供便利的同時(shí)，也暴露出一些嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)安全漏洞。近年來，全球范圍內(nèi)多家能源企業(yè)和設(shè)備遭到黑客攻擊。2023年底，某能源集團(tuán)的相關(guān)數(shù)據(jù)被黑客團(tuán)伙在暗網(wǎng)上以50比特幣的價(jià)格拍賣，泄露數(shù)據(jù)涵蓋了財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙、職工信息等敏感內(nèi)容。2024年，據(jù)日本媒體《產(chǎn)經(jīng)新聞》報(bào)道，由工控電子制造商CONTEC公司生產(chǎn)的光伏監(jiān)控系統(tǒng)中的800臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備遭黑客組織劫持。這些事件啟示我們，技術(shù)依賴帶來的安全隱患不容忽視。
此外，新舊能源轉(zhuǎn)型不平衡和能源系統(tǒng)復(fù)雜性提升帶來斷層危機(jī)。目前，全球110多個(gè)國(guó)家已承諾到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，預(yù)計(jì)未來新能源在整個(gè)電力系統(tǒng)中的裝機(jī)量占比和發(fā)電量占比將有可能超過90%；同時(shí)在需求側(cè)由于靈活用電需求增加、隨機(jī)性加大，供電管理更為復(fù)雜。據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2025年，全球電動(dòng)汽車數(shù)量將達(dá)到2億輛，在充電高峰期，大規(guī)模的電動(dòng)汽車充電需求可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷劇增，威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)一旦新能源的發(fā)展與舊能源的退役不同步，或發(fā)生供需不平衡，都將導(dǎo)致能源系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)，威脅整體能源安全。
最后，全球氣候生態(tài)危機(jī)使得能源系統(tǒng)面臨著極端天氣的重重考驗(yàn)。極端氣候事件的頻發(fā)不僅是環(huán)境問題，更是能源問題。數(shù)據(jù)顯示，過去20年間，全球的洪水災(zāi)害數(shù)量從1389起上升到3254起，增加了兩倍多；風(fēng)暴災(zāi)害，發(fā)生數(shù)量從1457起上升到2034起；此外，干旱、山火、極端氣溫的發(fā)生次數(shù)均明顯增加。極端天氣不僅給電網(wǎng)帶來了巨大的負(fù)荷，還導(dǎo)致了一系列的電力供應(yīng)問題。2024年6月24日，由于高溫天氣持續(xù)不斷，埃及將全境停電措施延長(zhǎng)至6月30日，且每日停電時(shí)間從2小時(shí)增加至3小時(shí)。7月9日，颶風(fēng)“貝利爾”登陸美國(guó)得克薩斯州，超過250萬戶家庭和企業(yè)失去電力供應(yīng)，大面積停電事件持續(xù)了2周以上。
大模型技術(shù)：前所未有的變革機(jī)會(huì)
大模型技術(shù)，作為當(dāng)代科技發(fā)展的佼佼者，正在為全球能源領(lǐng)域帶來前所未有的變革機(jī)會(huì)。中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本和印度等國(guó)家，正全力推動(dòng)大模型技術(shù)在能源安全和綠色轉(zhuǎn)型中集成與應(yīng)用，為全球能源治理提供了新的思路和解決方案。
大模型技術(shù)重塑能源知識(shí)生成模式，加速能源技術(shù)創(chuàng)新突破。2024年，來自普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上刊文，人工智能助力實(shí)現(xiàn)核聚變研究取得重大突破，人工數(shù)智模型進(jìn)行訓(xùn)練能預(yù)測(cè)出潛在的等離子體不穩(wěn)定性，提前300毫秒進(jìn)行預(yù)測(cè)并提供反應(yīng)策略，從而提高了能源輸出的穩(wěn)定性和效率，使我們離穩(wěn)定、高效核聚變能源又近了一步。此外，通過大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析和模型預(yù)測(cè)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)為可再生能源技術(shù)的開發(fā)提供了更加精確和可靠的解決方案。來自中國(guó)、加拿大和新加坡的研究團(tuán)隊(duì)在《自然》子刊《自然評(píng)論材料》上探討了機(jī)器學(xué)習(xí)如何加速新能源材料的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化。利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，研究人員能夠預(yù)測(cè)新材料的特定性能，生成具有所需特性的新材料結(jié)構(gòu)，了解可再生能源的使用和生成模式，并優(yōu)化能源的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
大模型技術(shù)與能源場(chǎng)景的豐富數(shù)據(jù)，助力智能工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)培育。美國(guó)政府高度重視大模型技術(shù)在能源產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，通過一系列頂層設(shè)計(jì)加快培育本土化智能生態(tài)系統(tǒng)。2023年，美國(guó)能源部發(fā)布了《面向科學(xué)、能源和安全的人工智能》報(bào)告，并通過量子計(jì)算計(jì)劃部署了百億億次級(jí)計(jì)算系統(tǒng)，這一項(xiàng)目將借助能源產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)源進(jìn)行復(fù)雜建模及仿真，進(jìn)一步提高能源產(chǎn)業(yè)的人工智能實(shí)力。在最新發(fā)布的《能源領(lǐng)域AI前沿研究方向》報(bào)告中，美國(guó)能源部再次突出強(qiáng)調(diào)了人工智能在未來能源開發(fā)和管理中的重要性。在中國(guó)北部的鄂爾多斯市，一個(gè)由大模型技術(shù)驅(qū)動(dòng)的礦山項(xiàng)目正在改變傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)的面貌。鄂爾多斯發(fā)布的礦鴻操作系統(tǒng)，僅兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)9次迭代，通過設(shè)備利舊、算法提升和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)提升能源操作系統(tǒng)效率，推動(dòng)區(qū)域能源產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。大模型技術(shù)使得礦山運(yùn)營(yíng)更加高效安全，極大地減少了能源開采過程中的環(huán)境破壞。
大模型支撐跨時(shí)空多維耦合能源系統(tǒng)新平衡，加速清潔能源安全和高效轉(zhuǎn)型。2022年8月，受夏季極端高溫天氣影響，特斯拉公司在缺電情況最為嚴(yán)峻的美國(guó)加利福尼亞州舉辦了一場(chǎng)緊急響應(yīng)活動(dòng)。散布在加州各地的2300多名特斯拉用戶通過虛擬電廠，將家用儲(chǔ)能設(shè)備“能量墻”中存儲(chǔ)的電能輸送至最缺電的地方。這些家庭用戶共同提供的電力達(dá)到了16兆瓦，在高峰時(shí)段有效緩解了電力供應(yīng)的壓力。在建筑領(lǐng)域，法國(guó)達(dá)索公司成功開發(fā)了先進(jìn)的電氣設(shè)備數(shù)字孿生仿真模型，通過高精度的仿真和模型優(yōu)化整體能源消耗。模型使設(shè)計(jì)師能夠在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建、測(cè)試并完善電氣系統(tǒng)的布局和功能，用戶則可以直接影響和調(diào)整自己居住或工作空間的電氣配置，以適應(yīng)個(gè)人的舒適偏好和節(jié)能需求。
大模型技術(shù)提升國(guó)家和全球能源治理的現(xiàn)代化和前瞻性，提升極端情境下的能源供應(yīng)安全和韌性?！蹲匀弧冯s志上發(fā)表的伏羲氣候氣象大模型，能提前15天準(zhǔn)確預(yù)測(cè)全球天氣變化，比如氣溫、風(fēng)速和氣壓等天氣參數(shù)。2024年6月，中國(guó)氣象局發(fā)布人工智能全球中短期預(yù)報(bào)系統(tǒng)“風(fēng)清”、人工智能臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)“風(fēng)雷”和人工智能全球次季節(jié)—季節(jié)預(yù)測(cè)系統(tǒng)“風(fēng)順”。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)防控能力，最大程度地減少自然災(zāi)害帶來的影響。在利比里亞，世界銀行使用先進(jìn)的大模型技術(shù)來精確識(shí)別和優(yōu)先處理需要電氣化服務(wù)的關(guān)鍵區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)基于成本效益的電氣化策略。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)到2030年將為超過100萬戶家庭提供電力，其中至少三分之一需要小型電網(wǎng)或離網(wǎng)太陽能解決方案。
前沿探索：能源革新中的可能與挑戰(zhàn)
雖然大模型技術(shù)在能源領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，但其實(shí)施過程中也面臨諸多挑戰(zhàn)。
首先，大模型技術(shù)發(fā)展與能源技術(shù)發(fā)展之間存在天然的不平衡。大模型技術(shù)更新速度很快，迭代快；而能源技術(shù)要求穩(wěn)定，從開始的技術(shù)示范到最后推廣應(yīng)用需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)過程。此外，能源專家與大模型專家之間的知識(shí)距離和認(rèn)知差距使得合作模式的建立也成為一大難題。
其次，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)是大模型技術(shù)必須解決的重要問題，這些技術(shù)的應(yīng)用有可能加劇能源系統(tǒng)本身的網(wǎng)絡(luò)安全問題。保護(hù)敏感數(shù)據(jù)不被未授權(quán)訪問，同時(shí)確保操作的透明度和可審計(jì)性，對(duì)于維護(hù)公眾信任和確保系統(tǒng)安全至關(guān)重要。在全球范圍內(nèi)，如何保證這些復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)在多變環(huán)境中的魯棒性和可靠性，是技術(shù)研發(fā)和政策制定中不可忽視的關(guān)鍵議題。
再次，大模型技術(shù)依賴大量的數(shù)據(jù)輸入和強(qiáng)大的計(jì)算能力，這對(duì)許多國(guó)家的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高要求。在全球范圍內(nèi)，技術(shù)發(fā)展的不平衡問題可能加劇。能源和人工智能技術(shù)強(qiáng)國(guó)與落后發(fā)展中國(guó)家之間的數(shù)字鴻溝若進(jìn)一步擴(kuò)大，將引發(fā)新的國(guó)際公平性問題。
最后，潛在的社會(huì)影響和倫理風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。自動(dòng)化和智能化的提升可能會(huì)導(dǎo)致就業(yè)替代問題，特別是傳統(tǒng)能源部門的職位可能會(huì)因技術(shù)進(jìn)步而減少。同時(shí)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策系統(tǒng)可能由于數(shù)據(jù)偏見導(dǎo)致歧視問題，需要通過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)管理和算法審查來加以控制和糾正。
盡管存在挑戰(zhàn)，大模型技術(shù)的故事才剛剛開始。隨著全球科技能力的提升和國(guó)際合作的深化，這項(xiàng)技術(shù)預(yù)計(jì)將成為推動(dòng)全球能源產(chǎn)業(yè)向更安全、更高效、更綠色方向轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。在未來，我們將見證大模型技術(shù)如何在全球舞臺(tái)上續(xù)寫其輝煌的篇章，不僅在提高能效和減少排放方面發(fā)揮作用，更在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的斗爭(zhēng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
（作者分別系清華大學(xué)公共管理學(xué)院副教授，清華大學(xué)公共管理學(xué)院博士研究生）