中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 能源模型是用于模擬和預(yù)測(cè)能源系統(tǒng)行為的數(shù)學(xué)模型，是研究和解決能源相關(guān)問題的重要工具。20世紀(jì)70年代中期，世界性石油危機(jī)的發(fā)生促使學(xué)術(shù)界高度關(guān)注能源供應(yīng)安全問題，積極開展能源預(yù)測(cè)及關(guān)聯(lián)模型研究，能源系統(tǒng)分析工具方法開始不斷涌現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能源需求預(yù)測(cè)和能源供應(yīng)規(guī)劃的模型化得以實(shí)現(xiàn)，出現(xiàn)了TESOM、MARKAL等模型。伴隨能源市場(chǎng)化進(jìn)程，能源模型在更豐富的數(shù)據(jù)支撐下得到進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了以LEAP和NEMS為代表的經(jīng)典模型。在應(yīng)對(duì)氣候變化成為全球性問題并逐步得到重視的背景下，越來(lái)越多的能源模型開始考慮并納入溫室氣體排放，進(jìn)而有了綜合評(píng)估模型的雛形。隨著能源模型的日益功能化，模型開發(fā)與應(yīng)用所關(guān)注的焦點(diǎn)從單一的能源供應(yīng)安全，延伸到能源經(jīng)濟(jì)、能源與環(huán)境、能源與健康，甚至能源與社會(huì)等系列問題。能源模塊、經(jīng)濟(jì)模塊、大氣化學(xué)模塊、地球系統(tǒng)模塊等連接、耦合多模塊的綜合模型逐漸形成。目前，大多數(shù)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的研究機(jī)構(gòu)及主流智庫(kù)均投入大量人力、物力，開發(fā)了成熟的能源模型工具，并不斷增加新的應(yīng)用場(chǎng)景，這些模型工具已在能源戰(zhàn)略規(guī)劃與氣候政策的制定過(guò)程中發(fā)揮了巨大作用。

隨著新一代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字技術(shù)與能源行業(yè)逐步融合，并為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展賦能。煤礦智能化、智慧油氣田、智能電網(wǎng)建設(shè)得到快速推進(jìn)，源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)一體化協(xié)同配置，煤、油、氣、電、氫等多能互補(bǔ)，電網(wǎng)、熱網(wǎng)、燃料網(wǎng)甚至水網(wǎng)等多網(wǎng)融合，使得現(xiàn)代能源體系呈現(xiàn)出包容、韌性、綠色、低碳、智慧的特征。面對(duì)全新的能源發(fā)展格局與能源經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，傳統(tǒng)的能源模型已無(wú)法滿足當(dāng)前復(fù)雜多變的決策需求。同時(shí)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，正在深刻重塑經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的模式和動(dòng)能，數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)能源系統(tǒng)變革。數(shù)字經(jīng)濟(jì)和能源革命交織演進(jìn)，為能源模型創(chuàng)新發(fā)展帶來(lái)重大機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)能源模型的適用性、精準(zhǔn)性、創(chuàng)新性提出了更高要求。數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代創(chuàng)新發(fā)展能源模式亟須重新定義能源模型及其內(nèi)涵，充分融合大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)，構(gòu)建出與新型能源體系相適應(yīng)的智能化建模與決策支持工具。

為此，本文系統(tǒng)梳理了能源模型的基本內(nèi)涵和研究范疇，全面總結(jié)了當(dāng)前主流模型的構(gòu)建思路。在此基礎(chǔ)上，探討了全球能源模型研發(fā)的最新進(jìn)展，深入剖析了數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代我國(guó)能源模型的研發(fā)需求和當(dāng)前研究與實(shí)踐面臨的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，進(jìn)而為主動(dòng)把握數(shù)字經(jīng)濟(jì)的變革趨勢(shì)，推進(jìn)有中國(guó)特色的能源模型研發(fā)及其方法體系的構(gòu)建，提供研究、應(yīng)用及管理決策參考。

能源模型的基本內(nèi)涵與范疇界定

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，能源模型研發(fā)正在經(jīng)歷由依賴傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)化過(guò)程分析或經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論假設(shè)向基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)的新范式轉(zhuǎn)變。這種變革不僅拓展了能源模型的傳統(tǒng)范疇，也增加了其復(fù)雜性和功能性，以適應(yīng)新興技術(shù)和不斷變化的能源復(fù)雜系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)。基于此，對(duì)能源模型的理解與認(rèn)知需要從狹義和廣義兩個(gè)層面進(jìn)行界定。

狹義的能源模型

狹義的能源模型即傳統(tǒng)的能源模型，通常基于運(yùn)籌、優(yōu)化等數(shù)學(xué)方法，聚焦于能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化/轉(zhuǎn)換、分配和消費(fèi)的數(shù)學(xué)模擬。模型參數(shù)往往依賴于人工提取的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識(shí)，包括能源消費(fèi)、生產(chǎn)能力、資源分布等，以及與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和技術(shù)進(jìn)步相關(guān)的外部數(shù)據(jù)。模型功能主要專注于預(yù)測(cè)未來(lái)的能源需求和供應(yīng)情況，探討優(yōu)化資源配置，評(píng)估不同能源政策的潛在影響，常用于處理線性系統(tǒng)和穩(wěn)定條件下的能源問題，從而服務(wù)于中長(zhǎng)期的能源政策和戰(zhàn)略規(guī)劃制定。根據(jù)不同的分類方式，傳統(tǒng)的能源模型的分類也不同。根據(jù)模型的功能和使用目的，有研究將其分為能源系統(tǒng)優(yōu)化模型、能源系統(tǒng)仿真模型，以及定性和混合方法模型。根據(jù)應(yīng)用的數(shù)學(xué)方法劃分，將能源模型分為線性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、隨機(jī)規(guī)劃及基于Agent的建模等類型。

一般而言，最常用的分類方式是按照建模邏輯及模型分析方法，將能源模型劃分為自上而下的模型、自下而上的模型與混合模型。前兩種模型的本質(zhì)區(qū)別在于處理消費(fèi)者行為、企業(yè)行為，以及市場(chǎng)表現(xiàn)的方法不同。

自上而下的模型。自上而下的模型是一種基于經(jīng)濟(jì)學(xué)理論的能源系統(tǒng)建模方法，側(cè)重于將能源系統(tǒng)與其他宏觀經(jīng)濟(jì)部門建立聯(lián)系，簡(jiǎn)化能源系統(tǒng)的組成部分和復(fù)雜性。此類模型包括可計(jì)算一般均衡（CGE）模型、投入產(chǎn)出模型、計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及多智能體等。其中，CGE模型是自上而下的模型中最為典型的代表。CGE模型通過(guò)構(gòu)建福利、就業(yè)以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的互饋關(guān)系，一般以最大化社會(huì)福利為目標(biāo)，利用生產(chǎn)要素（勞動(dòng)力、資本等）分配來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡（圖1）。模型對(duì)于能源技術(shù)的考慮主要是基于價(jià)格相關(guān)政策，如稅收、補(bǔ)貼等。技術(shù)進(jìn)步通常利用基于學(xué)習(xí)或研發(fā)的學(xué)習(xí)曲線來(lái)刻畫，對(duì)特定部門詳細(xì)的規(guī)劃能力較弱。

自下而上的模型。自下而上的模型的主要特征是基于能量及物質(zhì)平衡原理，從能源系統(tǒng)最小單元（如單個(gè)技術(shù)或者設(shè)備）的輸入、輸出及效率入手，構(gòu)建局部能源模塊，進(jìn)而通過(guò)能源從供給到需求的全過(guò)程，自下而上地構(gòu)建和分析整個(gè)能源系統(tǒng)（圖2）。模型搭建過(guò)程依賴于大量的技術(shù)及設(shè)備參數(shù)，并依據(jù)技術(shù)及設(shè)備的投入產(chǎn)出，基于工程技術(shù)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源供給與需求的分析。自下而上的能源模型能夠較好地刻畫能源系統(tǒng)的物理特性和技術(shù)特征，分析不同能源部門之間的相互聯(lián)系，但缺少能源系統(tǒng)對(duì)宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)影響的反饋分析。由于對(duì)能源活動(dòng)產(chǎn)生的成本評(píng)估局限在所分析的系統(tǒng)內(nèi)部，一般情況下，自下而上的模型對(duì)于給定減排目標(biāo)的成本估計(jì)小于自上而下的模型。

混合模型。混合模型是將自上而下模型和自下而上模型相結(jié)合，包括“軟鏈接”和“硬鏈接”兩種方式。“軟鏈接”需要人為地將數(shù)據(jù)及參數(shù)在模型間傳輸，而“硬鏈接”借助程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)在模型間的傳輸。近年來(lái)，常見的氣候變化綜合評(píng)估模型均是將氣候、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源模塊相互耦合形成閉環(huán)，是混合模型的典型代表。自下而上的能源模型可以與自上而下的經(jīng)濟(jì)模型相結(jié)合進(jìn)行不斷的迭代優(yōu)化，還可以進(jìn)一步與大氣循環(huán)模塊、氣候模塊及相關(guān)的影響評(píng)估模塊進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)人類活動(dòng)與地球系統(tǒng)的雙向耦合，進(jìn)而形成多種形式的閉環(huán)模擬（圖3）。

廣義的能源模型

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，能源模型不斷融合大數(shù)據(jù)分析、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng)等各種數(shù)字技術(shù)，以提高模型的預(yù)測(cè)精度、適應(yīng)性和交互性。模型的形態(tài)已經(jīng)不僅僅是預(yù)測(cè)和優(yōu)化的工具，更是實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整能源系統(tǒng)的平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)收集和分析來(lái)自各種智能設(shè)備的數(shù)據(jù)，以優(yōu)化能源流和提升系統(tǒng)的整體效能。不同于傳統(tǒng)模型側(cè)重于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)和靜態(tài)優(yōu)化，廣義模型強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性，能夠及時(shí)響應(yīng)外部變化，及時(shí)優(yōu)化決策。

廣義能源模型是伴隨數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代能源系統(tǒng)數(shù)字化、智能化的新趨勢(shì)而逐步興起的新事物，其內(nèi)涵外延還處在不斷豐富和拓展之中，尚未形成統(tǒng)一、規(guī)范、成熟的定義和分類體系。一方面，不同研究視角和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)廣義能源模型的理解和界定各有側(cè)重，尚未達(dá)成普遍共識(shí)。例如，部分模型突出呈現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和人工智能視角，部分模型聚焦于能源系統(tǒng)和數(shù)字技術(shù)的融合，還有部分模型關(guān)注于多能互補(bǔ)和智慧能源，也有部分模型的研發(fā)立足于能源區(qū)塊鏈和能源互聯(lián)網(wǎng)視角等。另一方面，由于廣義能源模型尚處在快速發(fā)展演進(jìn)之中，新模型、新內(nèi)涵、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，其內(nèi)在邏輯和外在表征尚未完全清晰和穩(wěn)定，不同模型之間的異同、聯(lián)系和邊界有待進(jìn)一步厘清。因此，對(duì)廣義能源模型的界定和分類還有待學(xué)界和業(yè)界在理論、方法和實(shí)踐上進(jìn)一步探索、積累和凝練，形成較為成熟的知識(shí)體系。

盡管廣義能源模型的定義和分類尚不成熟，但其代表了能源模型發(fā)展的新方向、新趨勢(shì)，對(duì)探索數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代能源系統(tǒng)新模式具有重要意義。未來(lái)，廣義能源模型的研發(fā)及應(yīng)用無(wú)疑將引領(lǐng)能源模型領(lǐng)域的理論創(chuàng)新、方法突破和應(yīng)用拓展，成為支撐能源體系變革和能源行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵力量之一。

全球能源模型發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)

傳統(tǒng)能源模型的研發(fā)趨勢(shì)

傳統(tǒng)能源模型在建模理念、技術(shù)路線上相對(duì)穩(wěn)定，雖然還未能廣泛融入數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新技術(shù)和特征，但也在不斷與時(shí)俱進(jìn)，呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢(shì)。

集成度不斷提高。隨著研究需求及技術(shù)水平的提高，能源模型的集成度不斷提高，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)、軟件和學(xué)科上的集成。從數(shù)據(jù)層面看，能源模型從最開始的經(jīng)濟(jì)、能源數(shù)據(jù)擴(kuò)展到了生態(tài)、環(huán)境、健康、氣象等數(shù)據(jù)類型。隨著數(shù)據(jù)范圍的持續(xù)擴(kuò)大，能源模型也逐步拓展為綜合評(píng)估模型，涵蓋氣候、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)、水資源、土地利用等多個(gè)模塊，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。從軟件層面看，能源模型從最初的模型優(yōu)化求解軟件出發(fā)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前大部分模型通常需要使用各種軟件工具，包括數(shù)據(jù)處理工具、可視化工具等，更好地集成了各種軟件工具，提高了模型的易用性和效率。從學(xué)科層面看，能源模型從能源科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)出發(fā)，隨著社會(huì)需求的發(fā)展，模型開發(fā)涉及更多的學(xué)科，包括但不限于信息科學(xué)、管理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)及工程技術(shù)科學(xué)等方面的知識(shí)。隨著多學(xué)科交叉與融合，以及建模技術(shù)的不斷發(fā)展，能源模型可以更好地整合各種學(xué)科的知識(shí)，提高模型的綜合性能。總體來(lái)看，集成度的提升可以大幅提高能源模型的準(zhǔn)確性和可靠性，使得政策制定者與研究者可以更加科學(xué)地?cái)M訂政策，并且更好地預(yù)測(cè)評(píng)估政策的實(shí)施效果和可能影響、提高政策的綜合性和協(xié)調(diào)性。

程序代碼開源化。早期的能源模型通常由政府、大型企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)等專業(yè)組織開發(fā)和使用，這使得公眾很難獲得詳細(xì)信息，也限制了研究人員和其他組織在能源模型領(lǐng)域開展工作。網(wǎng)絡(luò)社區(qū)的出現(xiàn)是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的重要產(chǎn)物，各種在線社區(qū)（如Github、Stack Overflow等）聚集了大量的專業(yè)人士和技術(shù)開發(fā)愛好者，尤其是能源建模愛好者開始在此類社區(qū)分享知識(shí)、討論問題。2014年，開源能源建模倡議（OEMI）作為一項(xiàng)國(guó)際性的倡議，旨在促進(jìn)能源領(lǐng)域的開源建模和數(shù)據(jù)共享，大多數(shù)模型可以在Github上公開獲取。截至2024年5月已有超過(guò)250個(gè)開源能源模型加入，編程語(yǔ)言以Python、R為主，并且開源的能源模型逐漸接近商業(yè)模型的功能，能源模型情景研究的透明度問題也出現(xiàn)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。目前，大型研究機(jī)構(gòu)的模型都陸續(xù)做了開源化處理，模型的開源化有利于被不同研究小組用于涵蓋全球和區(qū)域尺度的能源問題研究。總體來(lái)看，能源模型朝開源化的方向發(fā)展是一種必然的趨勢(shì)，有助于彌合理論和實(shí)踐的差距，產(chǎn)生更大社會(huì)影響，增加模型透明性，加速模型改進(jìn)，促進(jìn)模型的交叉驗(yàn)證和準(zhǔn)確性提升。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，我國(guó)的能源模型研究團(tuán)隊(duì)在模型代碼的透明度上還整體落后于國(guó)際水平，大部分并未實(shí)現(xiàn)自主化和開源化。

模型尺度精細(xì)化。數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代下的數(shù)據(jù)處理技術(shù)及數(shù)據(jù)獲取方式為傳統(tǒng)能源模型尺度的精細(xì)化提供了技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。高性能的計(jì)算機(jī)、并行計(jì)算、分布式計(jì)算等技術(shù)為能源模型提供了更多的計(jì)算資源，可以保證模型的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。能源模型尤其是電力系統(tǒng)的模型時(shí)間分辨率已經(jīng)從早期的年度、月度提高到了日、小時(shí)，甚至更高的時(shí)間分辨率（圖4）。在空間上，模型從大洲、國(guó)家尺度細(xì)化到了網(wǎng)格及點(diǎn)源尺度。數(shù)據(jù)獲取技術(shù)提供了更準(zhǔn)確、更豐富的能源數(shù)據(jù)。互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù)收集的大量設(shè)備級(jí)數(shù)據(jù)，使得模型具備了更豐富的技術(shù)細(xì)節(jié)，可以在更細(xì)致的層面上描述或刻畫不同的技術(shù)、設(shè)備和情景，如電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用、儲(chǔ)能設(shè)備等。應(yīng)用需求進(jìn)一步促進(jìn)了模型精度的提高。隨著供給與需求界限的模糊，電力規(guī)劃為了更好地適應(yīng)需求，需要更高精度的模擬分析。總體來(lái)看，隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)獲取方式及應(yīng)用需求的不斷發(fā)展，能源模型的時(shí)空精度也在不斷提高，有助于模型應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，在更加微觀的層面上，以更高的時(shí)空分辨率，采用更加全面準(zhǔn)確的信息和手段來(lái)模擬和預(yù)測(cè)未來(lái)的能源供需情況及其與經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等系統(tǒng)的互動(dòng)耦合，這有助于制定更加切實(shí)可行的戰(zhàn)略與政策。

廣義能源模型的研發(fā)趨勢(shì)

廣義能源模型正以數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化為牽引，以體系化、生態(tài)化、平臺(tái)化為導(dǎo)向，呈現(xiàn)出下述演進(jìn)趨勢(shì)。

模型智能化。通過(guò)集成機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，包括深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等子領(lǐng)域，來(lái)賦予能源模型更高級(jí)的認(rèn)知能力。自主學(xué)習(xí)和自我調(diào)整。通過(guò)持續(xù)的學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析，智能化的能源模型能自動(dòng)識(shí)別和適應(yīng)能源市場(chǎng)和環(huán)境變化的新模式。例如，自動(dòng)調(diào)整預(yù)測(cè)算法，根據(jù)實(shí)時(shí)天氣條件、用戶行為或市場(chǎng)需求變化來(lái)優(yōu)化能源分配策略。 復(fù)雜數(shù)據(jù)分析。深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等技術(shù)特別適用于處理非線性和高維度的問題，處理和分析來(lái)自各種傳感器和智能設(shè)備的大規(guī)模實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集，提取有價(jià)值的洞察。智能決策支持。模型的智能化使其能夠提供基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持（如自動(dòng)調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)載）優(yōu)化能源儲(chǔ)備使用，以及預(yù)測(cè)和管理能源系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

多模型混合。通過(guò)集成優(yōu)化模型、物理模型、統(tǒng)計(jì)模型、智能模型等多種范式的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建高度融合、高維可視化的混合智能模型體系，全方位分析復(fù)雜能源系統(tǒng)。模型間的高度融合。多模型混合通過(guò)算法和數(shù)據(jù)層面的集成，實(shí)現(xiàn)了模型間的無(wú)縫對(duì)接和相互補(bǔ)充。例如，數(shù)字孿生技術(shù)、物理模型可提供關(guān)于能源系統(tǒng)物理和化學(xué)過(guò)程的深入洞見；統(tǒng)計(jì)模型則擅長(zhǎng)處理和預(yù)測(cè)大規(guī)模歷史數(shù)據(jù)模式；智能模型（如基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型）則能從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)，優(yōu)化系統(tǒng)性能。多能流系統(tǒng)的整合分析。隨著能源形態(tài)的多樣化，如電力、熱能、冷能等不同形式能源的綜合管理變得越來(lái)越重要。多模型混合允許進(jìn)行跨能源形態(tài)的協(xié)同優(yōu)化和規(guī)劃，通過(guò)模擬不同能源之間的交互作用，實(shí)現(xiàn)能效最大化和成本最小化。

模型生態(tài)化。通過(guò)構(gòu)建模型組件庫(kù)、模型算法庫(kù)、知識(shí)圖譜等，將各類能源模型按照標(biāo)準(zhǔn)接口有機(jī)地組合起來(lái)，形成靈活定制、功能多樣的綜合建模平臺(tái)。模型組件庫(kù)和算法庫(kù)。通過(guò)開發(fā)和維護(hù)一個(gè)包含各種模型組件和算法的庫(kù)，使模型開發(fā)者可以輕松訪問和使用資源來(lái)構(gòu)建或優(yōu)化自己的能源模型。組件可以是預(yù)處理數(shù)據(jù)的工具、優(yōu)化算法或是特定能源應(yīng)用的模擬技術(shù)等。跨平臺(tái)模型的服務(wù)。利用最新的API技術(shù)和微服務(wù)架構(gòu)，構(gòu)建跨平臺(tái)的模型服務(wù)，允許模型功能以服務(wù)的形式被部署在云平臺(tái)上，支持多種客戶端訪問，實(shí)現(xiàn)模型的即用即走。云邊端協(xié)同則進(jìn)一步拓展了模型的應(yīng)用場(chǎng)景，使模型能夠在云中進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算，同時(shí)在邊緣端快速響應(yīng)本地?cái)?shù)據(jù)。

未來(lái)，傳統(tǒng)能源模型與廣義能源模型相互借鑒、交叉融合將成為必然趨勢(shì)。二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有機(jī)結(jié)合，必將不斷催生能源模型的新理念、新范式，為建設(shè)新型的能源復(fù)雜系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)的模型工具和方法支撐。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代我國(guó)能源模型研發(fā)需求與面臨的挑戰(zhàn)

我國(guó)能源模型研發(fā)的現(xiàn)實(shí)需求

我國(guó)正處在能源革命、數(shù)字經(jīng)濟(jì)兩大變革疊加期，能源體系正經(jīng)歷前所未有的深刻變革，亟須研發(fā)自主創(chuàng)新、體系完備、適應(yīng)國(guó)情的能源模型。同時(shí)，從國(guó)際視野審視，我國(guó)能源模型發(fā)展還存在短板，研發(fā)及應(yīng)用需要進(jìn)一步強(qiáng)化。

實(shí)現(xiàn)模型研發(fā)的自主創(chuàng)新方面。在國(guó)內(nèi)能源模型研發(fā)領(lǐng)域，長(zhǎng)期依賴于引進(jìn)和模仿國(guó)外的成熟模型，雖然在技術(shù)空白期能迅速補(bǔ)齊短板，但隨之而來(lái)的是一系列深層次問題。例如，限制了國(guó)內(nèi)研發(fā)在原創(chuàng)性、適應(yīng)性及技術(shù)深度上的發(fā)展。由于缺少對(duì)模型底層邏輯和核心算法的掌握，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)模型在復(fù)雜的國(guó)際場(chǎng)景中往往無(wú)法展示其應(yīng)有的適應(yīng)性和解釋力，國(guó)內(nèi)模型服務(wù)于國(guó)際能源治理和國(guó)際氣候談判面臨較大挑戰(zhàn)。由于缺乏能夠獨(dú)立支撐決策的模型系統(tǒng)，我國(guó)在重要的全球性議題中話語(yǔ)權(quán)受限，不僅影響了我國(guó)的國(guó)際影響力，也制約了我國(guó)在全球能源與氣候政策形成中的參與度和主導(dǎo)能力。國(guó)內(nèi)模型的局限性反映了一個(gè)更廣泛的技術(shù)依賴問題，即在關(guān)鍵技術(shù)和理論研究方面未能實(shí)現(xiàn)自主突破。在日益復(fù)雜的地緣政治博弈與國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，以及資源環(huán)境領(lǐng)域國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇的背景下，急需我國(guó)科研力量在能源模型領(lǐng)域進(jìn)行深入和系統(tǒng)的自主創(chuàng)新研究。

構(gòu)建適應(yīng)國(guó)情的模型體系方面。各國(guó)的資源環(huán)境條件差異要求能源模型擁有能夠精準(zhǔn)反映國(guó)家特點(diǎn)的模型體系，而我國(guó)的能源系統(tǒng)展現(xiàn)出能源資源稟賦多樣、能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，以及政策調(diào)控性強(qiáng)、約束條件多等獨(dú)特性。盡管如此，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用的能源模型常常缺乏足夠的本土化定制，未能充分反映出能源系統(tǒng)的復(fù)雜性與時(shí)空差異。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的模型多聚焦于特定技術(shù)或經(jīng)濟(jì)過(guò)程，而在國(guó)家層面缺乏整合，尤其是聚合多尺度（從地方到國(guó)家級(jí)）、多領(lǐng)域（涵蓋產(chǎn)業(yè)、居民和交通多個(gè)能源消費(fèi)領(lǐng)域）、多場(chǎng)景（正常供需平衡、突發(fā)事件響應(yīng)等情境）的能源模型體系缺失，導(dǎo)致現(xiàn)有模型在應(yīng)對(duì)復(fù)雜的國(guó)家能源戰(zhàn)略政策制定和應(yīng)急管理時(shí)顯得難以適配。更為重要的是，從國(guó)家能源安全的高度考慮，構(gòu)建一個(gè)能夠全面反映和預(yù)測(cè)能源流動(dòng)、市場(chǎng)反應(yīng)及政策影響的協(xié)同模型體系，不僅能處理常規(guī)的能源經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，還能在能源危機(jī)、環(huán)境變化等非常態(tài)事件中提供決策支持，其對(duì)保障國(guó)家能源安全與可持續(xù)發(fā)展，顯得尤為迫切。

服務(wù)“雙碳”目標(biāo)的模型研發(fā)及應(yīng)用方面。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，給我國(guó)現(xiàn)有能源系統(tǒng)帶來(lái)前所未有的挑戰(zhàn)，也對(duì)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型提出了階段性要求。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型的能源模型刻畫存在顯著分歧，尤其是在路徑選擇和政策評(píng)估方面，分歧的原因部分源于現(xiàn)有的模型在覆蓋領(lǐng)域、數(shù)據(jù)質(zhì)量、方法論等方面的局限。國(guó)內(nèi)的能源模型主要集中在傳統(tǒng)的能源消費(fèi)和生產(chǎn)模擬，而對(duì)于納入金融、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)維度的溫室氣體排放預(yù)測(cè)（以碳排放為主）及具體減排路徑的綜合模擬分析能力尚顯不足。模型難以為“雙碳”進(jìn)程預(yù)測(cè)、路徑優(yōu)化及具體政策的制定提供全面的、科學(xué)的決策支持，尤其是在評(píng)估各種氣候政策和減排技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響方面。

加速數(shù)字技術(shù)賦能模型研發(fā)方面。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，能源系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型對(duì)能源模型提出了新的高標(biāo)準(zhǔn)，不僅需要模型在傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)和分析能力上更加精確，還要求模型能夠?qū)崟r(shí)互動(dòng)、迅速適應(yīng)變化并進(jìn)行智能優(yōu)化。然而，當(dāng)前我國(guó)能源模型在智能化應(yīng)用方面還存在一定的短板。多數(shù)模型還停留在依賴傳統(tǒng)算法和人為調(diào)整的階段，這使得能源模型在處理復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的能源數(shù)據(jù)時(shí)效率低下、響應(yīng)遲緩，難以滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和決策支持的需求。特別是在數(shù)字經(jīng)濟(jì)背景下，這種不足更加突出，需要深度融合能源技術(shù)與數(shù)字技術(shù)，打造一批智能預(yù)測(cè)、智能優(yōu)化、智能調(diào)控的新型數(shù)字化能源模型。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代我國(guó)能源模型研發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)處理能力水平不足。隨著大量傳感器、智能計(jì)數(shù)器的發(fā)展及數(shù)字化能源資產(chǎn)的增加，能源行業(yè)的數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)，涵蓋了從能源供給到終端消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有高維度、高頻率和大體量的特性。這對(duì)能源模型的數(shù)據(jù)處理能力提出了新的要求。我國(guó)能源行業(yè)龐大復(fù)雜，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施總體薄弱，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋率低，各環(huán)節(jié)智能傳感器布局不足，難以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時(shí)獲取全面的數(shù)據(jù)支撐，對(duì)海量數(shù)據(jù)收集存在瓶頸。大數(shù)據(jù)分布式處理、實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)處理、并行計(jì)算等基礎(chǔ)技術(shù)和工具的應(yīng)用相對(duì)滯后，數(shù)據(jù)處理能力不足制約了模型的實(shí)時(shí)性和高維度。高效的數(shù)據(jù)處理不僅需要先進(jìn)的技術(shù)，也依賴于具備相關(guān)技能的人才，能源數(shù)據(jù)的處理需要掌握能源行業(yè)知識(shí)和數(shù)據(jù)智能處理技能的復(fù)合型人才，但目前這類人才的培養(yǎng)模式單一，人才匱乏已成為瓶頸。

數(shù)據(jù)共享壁壘有待突破。由于一些能源數(shù)據(jù)涉及國(guó)家能源安全問題，數(shù)據(jù)共享的同時(shí)需要保證數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，能源模型數(shù)據(jù)的共享已有進(jìn)展，仍不如計(jì)算機(jī)科學(xué)或生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域普遍。目前，大部分能源模型關(guān)聯(lián)的公開數(shù)據(jù)為宏觀數(shù)據(jù)，如人口、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）、城鎮(zhèn)化率等。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）一直強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)模型的透明度，但是《全球升溫1.5℃特別報(bào)告》所用的支撐模型也只對(duì)外公布了結(jié)果數(shù)據(jù)，輸入?yún)?shù)未公開發(fā)布，影響報(bào)告科學(xué)性和權(quán)威性。國(guó)際能源署（IEA）、國(guó)際能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家協(xié)會(huì)（IAEE）等國(guó)外大型組織提供了一些公開數(shù)據(jù)，但數(shù)量和范圍還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。我國(guó)在數(shù)據(jù)共享方面也較為落后，詳細(xì)的微觀數(shù)據(jù)，特別是企業(yè)和個(gè)體級(jí)別的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)均不易獲取，限制了我國(guó)能源模型的深入研究。在強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)共享的同時(shí)，如何平衡數(shù)據(jù)安全性、可用性和隱私保護(hù)是一大難題。

理論技術(shù)創(chuàng)新難度升級(jí)。由于能源系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加復(fù)雜多變的非線性和動(dòng)態(tài)性特征，傳統(tǒng)的建模方法論在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。數(shù)字技術(shù)與能源系統(tǒng)的深度融合，使得能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，能源流、信息流、價(jià)值流匯聚，能源系統(tǒng)的行為愈發(fā)依賴于海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的交互作用。單一學(xué)科的理論視角難以揭示其內(nèi)在機(jī)理。同時(shí)，大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等顛覆性技術(shù)在能源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，數(shù)字孿生、智慧能源、能源互聯(lián)網(wǎng)等新模式、新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)，使得能源供給與需求界限日益模糊，能源供需預(yù)測(cè)趨于復(fù)雜，而能源技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新與能源模型系統(tǒng)的交互影響機(jī)制尚不明晰，缺乏系統(tǒng)性理論闡釋。此外，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展大大拓展了能源系統(tǒng)邊界，各類主體行為更加活躍，能源生產(chǎn)、消費(fèi)行為更趨復(fù)雜多樣，供需博弈更趨激烈，進(jìn)一步加大了建模理論與技術(shù)突破的難度。

新時(shí)期我國(guó)能源模型創(chuàng)新發(fā)展的對(duì)策建議

抓住數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代機(jī)遇，準(zhǔn)確把握全球能源模型發(fā)展動(dòng)態(tài)與技術(shù)前沿，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和中國(guó)特色的大型能源模型，并加快其推廣應(yīng)用，有效服務(wù)于國(guó)家及區(qū)域重大戰(zhàn)略需求，是今后我國(guó)各類型能源模型創(chuàng)新發(fā)展亟須解決的問題。

強(qiáng)化關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升能源模型的綜合集成能力。立足我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)，建立國(guó)家級(jí)能源大數(shù)據(jù)中心。加快能源領(lǐng)域傳感器、智能儀表等數(shù)據(jù)采集設(shè)備的部署，構(gòu)建覆蓋能源全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的數(shù)據(jù)感知網(wǎng)絡(luò)。統(tǒng)籌能源數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用，推動(dòng)能源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和可用性，為跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)匯聚融合奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。加大海量能源數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提升數(shù)據(jù)處理效率。面對(duì)海量、異構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化的能源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)到信息、從信息到知識(shí)、從知識(shí)到智慧的躍升。加強(qiáng)能源模型集成技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用研究，吸收數(shù)字技術(shù)的新理念、新方法。借鑒人工智能、多智能體等前沿理論，推動(dòng)能源、經(jīng)濟(jì)、氣候、環(huán)境等不同領(lǐng)域模型的深度耦合集成，全面提高模型的綜合性和系統(tǒng)性。

夯實(shí)能源模型基礎(chǔ)理論研究，構(gòu)建中國(guó)特色能源模型學(xué)科體系。加強(qiáng)重大理論和方法的原創(chuàng)性研究。針對(duì)能源系統(tǒng)的不確定性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)豐富的應(yīng)用場(chǎng)景與海量數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)不確定性理論、系統(tǒng)優(yōu)化理論、多能融合理論、多主體博弈理論等能源模型基礎(chǔ)理論研究。結(jié)合人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)發(fā)展，加強(qiáng)智能優(yōu)化、深度學(xué)習(xí)、多智能體等智能化建模新方法研究，形成一批原創(chuàng)性理論成果。推進(jìn)能源模型領(lǐng)域的學(xué)科交叉融合與知識(shí)創(chuàng)新。加強(qiáng)能源模型研發(fā)與數(shù)學(xué)、物理、信息、經(jīng)濟(jì)、管理等學(xué)科的交叉融合，深入研究能源系統(tǒng)建模的一般規(guī)律和中國(guó)特色的政策環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件及區(qū)域發(fā)展需求，提煉能源模型研發(fā)的“中國(guó)經(jīng)驗(yàn)”。加強(qiáng)中國(guó)區(qū)域特色和新興領(lǐng)域的模型研發(fā)。考慮區(qū)域能源資源條件，加強(qiáng)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)與綜合能源系統(tǒng)研究，提高多尺度能源系統(tǒng)整體優(yōu)化能力水平。順應(yīng)數(shù)字化、智能化趨勢(shì)，強(qiáng)化能源模型與智慧能源系統(tǒng)、綜合能源服務(wù)等新業(yè)態(tài)、新模式融合創(chuàng)新。

創(chuàng)新數(shù)據(jù)共享機(jī)制，改善能源模型的可靠性、實(shí)用性與靈活性。建立開放共享的能源模型數(shù)據(jù)平臺(tái)。明確數(shù)據(jù)的產(chǎn)權(quán)歸屬和使用權(quán)限，確保跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)匯聚的法律和政策支持。通過(guò)搭建國(guó)家、行業(yè)和企業(yè)級(jí)的共享平臺(tái)，促進(jìn)政府、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)共享，從而豐富能源模型的數(shù)據(jù)源。創(chuàng)新能源模型參數(shù)的辨識(shí)與動(dòng)態(tài)更新技術(shù)。基于能源物聯(lián)網(wǎng)等新型數(shù)據(jù)采集手段，獲取能源系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)同化等智能算法，實(shí)現(xiàn)能源模型關(guān)鍵參數(shù)的自動(dòng)識(shí)別和實(shí)時(shí)更新。強(qiáng)化數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)能力。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)安全管理制度，明確數(shù)據(jù)分級(jí)分類管理要求。借助區(qū)塊鏈等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯、不可篡改，保證數(shù)據(jù)溯源的真實(shí)性和完整性。

以重大戰(zhàn)略需求為牽引，加快能源模型領(lǐng)域的人才培養(yǎng)與開發(fā)。完善能源模型領(lǐng)域人才培養(yǎng)體系。面向數(shù)字經(jīng)濟(jì)與綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，加快建設(shè)多層次、多類型、學(xué)科交叉的能源模型人才培養(yǎng)體系。在高校開設(shè)能源模型相關(guān)專業(yè)課程，培養(yǎng)具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)和專業(yè)技能的高素質(zhì)人才。鼓勵(lì)能源企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等參與人才培養(yǎng)，開展訂單式、項(xiàng)目制人才的定制化培養(yǎng)。加強(qiáng)能源模型領(lǐng)域人才開發(fā)與領(lǐng)軍人才培育。制定能源模型領(lǐng)域?qū)I(yè)化人才支持政策，完善人才評(píng)價(jià)和激勵(lì)機(jī)制。重點(diǎn)支持一批能源模型領(lǐng)域具有戰(zhàn)略眼光、戰(zhàn)略思維、扎實(shí)理論基礎(chǔ)的拔尖創(chuàng)新人才。以科技攻關(guān)牽引能源模型人才隊(duì)伍成長(zhǎng)。加大科技投入，支持能源模型領(lǐng)域基礎(chǔ)理論、共性技術(shù)、重大工程的攻關(guān)，鼓勵(lì)能源企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等建立能源模型創(chuàng)新中心、應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等科技轉(zhuǎn)化平臺(tái)，打造人才聚集的“高地”。

（作者：高俊蓮，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）管理學(xué)院 湘江實(shí)驗(yàn)室；張博，廈門大學(xué)管理學(xué)院；張國(guó)生，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院；劉合，多資源協(xié)同陸相頁(yè)巖油綠色開采全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）