可再生能源領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享機(jī)制的缺乏正在阻撓技術(shù)進(jìn)步，讓改善能源市場(chǎng)錯(cuò)失良機(jī)。

能源產(chǎn)業(yè)一直在通過(guò)改變能耗速率滿足人們的需求。控制一個(gè)燃油發(fā)電廠的發(fā)電量，就像改變一輛汽車(chē)的速度一樣：踩下油門(mén)踏板，就會(huì)有更多汽油涌向發(fā)動(dòng)機(jī)。

但風(fēng)能卻不能如此隨心所欲。不過(guò)，智能軟件卻可以讓風(fēng)電廠提高能效，增強(qiáng)對(duì)位置情況的應(yīng)對(duì)能力。計(jì)算機(jī)模型能夠預(yù)測(cè)風(fēng)速，控制渦輪數(shù)量和能量，從而滿足能源需求。低振動(dòng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)可以讓渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)得更快，避免昂貴的齒輪箱以及其他部件損壞。這些部件的替換可能會(huì)花費(fèi)數(shù)十萬(wàn)美元，并且耗費(fèi)很多天的時(shí)間。

優(yōu)化可再生能源需要數(shù)據(jù)，需要提前數(shù)秒或數(shù)日了解設(shè)備性能、能源產(chǎn)出以及天氣預(yù)報(bào)。然而，由渦輪生產(chǎn)商、操作者以及使用公司收集的大量數(shù)據(jù)和信息卻被埋藏進(jìn)檔案卷里。任何外來(lái)者想要獲取這些信息都非常困難。

呼吁共享

美國(guó)愛(ài)荷華大學(xué)機(jī)械與產(chǎn)業(yè)工程學(xué)教授、智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任Andrew Kusiak用兩年時(shí)間和不同的能源公司作了交涉，簽署了若干項(xiàng)保密協(xié)議，才獲取到足夠數(shù)據(jù)用來(lái)研究愛(ài)荷華州風(fēng)電廠的運(yùn)行狀況。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)通常每10秒記錄一次，每次記錄時(shí)長(zhǎng)在10分鐘以上;得到更高頻率的數(shù)據(jù)需要獲得感應(yīng)器生產(chǎn)商的許可。即便是諸如風(fēng)速以及風(fēng)輪葉片運(yùn)行情況的基礎(chǔ)歷史數(shù)據(jù)也很難獲得。通過(guò)接觸不同的合作者，與其簽署數(shù)據(jù)共享協(xié)議，Kusiak團(tuán)隊(duì)最終獲得了一些風(fēng)能數(shù)據(jù)的有限訪問(wèn)權(quán)。

Kusiak認(rèn)為，可再生能源領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享機(jī)制的缺乏正在阻撓技術(shù)進(jìn)步，讓改善能源市場(chǎng)錯(cuò)失良機(jī)。

為此，Kusiak近日在《自然》雜志撰文呼吁能源產(chǎn)業(yè)能夠延續(xù)國(guó)防、商業(yè)以及衛(wèi)生健康領(lǐng)域的例子共享數(shù)據(jù)，這樣研究人員就能夠設(shè)計(jì)出更好的能源供給解決方案。

Kusiak指出，這里面有利可圖。但是首先，科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的研究人員需要研發(fā)出適宜的風(fēng)電管理模型，并證明其存在價(jià)值。軟件公司可以銷(xiāo)售能源以及天氣監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)?；萜栈蚬雀璧却笮图夹g(shù)公司應(yīng)該像通用電氣公司在風(fēng)輪葉片生產(chǎn)方面所做的那樣，建立風(fēng)能部門(mén)，用來(lái)計(jì)劃以及平衡各地區(qū)與各國(guó)的能源。

投資可再生能源數(shù)據(jù)領(lǐng)域在經(jīng)濟(jì)上具有可行性，因?yàn)槿粘Ｉ钇毡樾枰?。和其他商業(yè)產(chǎn)業(yè)不同，能源產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)不是以產(chǎn)品質(zhì)量為基礎(chǔ)，而是以發(fā)電、分配過(guò)程及其商業(yè)運(yùn)作模式為基礎(chǔ)，這些特征都使這個(gè)行業(yè)成為大數(shù)據(jù)挖掘的最大受益者。

可再生能源發(fā)電廠如果安裝了可用于精確預(yù)測(cè)能源以及迅速反饋的軟件系統(tǒng)，將能夠獲得及利用實(shí)時(shí)信息，比如能源價(jià)格等，從而當(dāng)能源價(jià)格高、需求量大時(shí)提供更多能源，在價(jià)格較低或需求量較低時(shí)提供較少能源。這種利益會(huì)鼓勵(lì)更多企業(yè)和公司投入到可再生能源資產(chǎn)領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)科學(xué)

可再生能源領(lǐng)域的數(shù)據(jù)正如洪水一般涌來(lái)。例如，風(fēng)輪葉片制造商通常會(huì)從用于實(shí)驗(yàn)的以及已安裝設(shè)備上的數(shù)以千計(jì)的感應(yīng)器上收集風(fēng)速、油溫、振動(dòng)、發(fā)電等數(shù)據(jù)。公用事業(yè)公司也會(huì)記錄鍋爐和發(fā)電機(jī)的類(lèi)似數(shù)據(jù)。

“平衡機(jī)構(gòu)”(通常是非營(yíng)利機(jī)構(gòu)、政府組織或私人機(jī)構(gòu))會(huì)提前數(shù)小時(shí)把所需要的能源和公用事業(yè)公司可生產(chǎn)的能源進(jìn)行對(duì)比。國(guó)家和地區(qū)氣象局以及天氣預(yù)報(bào)員可以積累雷達(dá)數(shù)據(jù)，然后每隔1~3小時(shí)運(yùn)行數(shù)字天氣預(yù)報(bào)模型，提供風(fēng)速等預(yù)測(cè)參數(shù)。

新的數(shù)據(jù)來(lái)源也在涌現(xiàn)。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正在嘗試用聲吶和激光雷達(dá)設(shè)備預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速、風(fēng)向和湍流。一些公用事業(yè)公司利用無(wú)人機(jī)在風(fēng)電場(chǎng)上空監(jiān)測(cè)渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)情況以及風(fēng)速、風(fēng)向等，以此提高能源預(yù)測(cè)以及評(píng)估數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)內(nèi)的大氣湍流狀態(tài)。

當(dāng)前，可再生能源生產(chǎn)商都在單打獨(dú)斗。如果業(yè)界參與者可以把它們的數(shù)據(jù)采集并集中起來(lái)，大家都會(huì)受益。更加有效的低成本風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)也會(huì)出現(xiàn)，讓渦輪機(jī)使用壽命更長(zhǎng)，從而產(chǎn)生更多能源，并讓能源產(chǎn)出可以更加準(zhǔn)確地得到預(yù)測(cè)。例如，把美國(guó)不同州的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)集中在一起，將會(huì)顯著提高每小時(shí)能源產(chǎn)出預(yù)測(cè)的精確度。

模型顯示，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軟件控制風(fēng)輪葉片，可以讓能源產(chǎn)出至少增加10%，增長(zhǎng)14%~16%也有可能。而且，提高最大運(yùn)行速度可以輕而易舉地再增加10%。同時(shí)，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還會(huì)讓風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)成本降低10%。另外，通過(guò)數(shù)據(jù)分享可以避免因?yàn)辇X輪箱和其他構(gòu)件損害導(dǎo)致的渦輪機(jī)障礙。

開(kāi)放共享

當(dāng)前大部分風(fēng)電企業(yè)仍未意識(shí)到數(shù)據(jù)科學(xué)和開(kāi)放共享的重要性。

然而，一些公用事業(yè)公司正在組建內(nèi)部數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)，但是它們并未意識(shí)到與科研人員以及其他機(jī)構(gòu)合作帶來(lái)的潛在利益。盡管不會(huì)直接影響渦輪機(jī)操作的模型和使軟件廣受歡迎，比如一臺(tái)渦輪機(jī)能源產(chǎn)出的顯示圖像，但直接干預(yù)的模型和軟件卻受到冷落。

與可再生能源領(lǐng)域相比，有一些領(lǐng)域做得更好。國(guó)防、商業(yè)和衛(wèi)生機(jī)構(gòu)在維持保密性和安全性的同時(shí)，均研發(fā)了與科學(xué)界共享數(shù)據(jù)的程序。一些機(jī)構(gòu)已經(jīng)創(chuàng)建了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，用來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析算法。還有一些機(jī)構(gòu)通過(guò)競(jìng)賽方式解決特殊問(wèn)題。例如，網(wǎng)飛公司在2006年提供了100萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金，用于改善預(yù)測(cè)電影評(píng)分軟件的算法。2011年，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)運(yùn)行了循環(huán)賽項(xiàng)目。其間，他們和競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)共享了分別來(lái)自一個(gè)運(yùn)行良好的變速箱和一個(gè)有缺陷的變速箱的高頻振動(dòng)數(shù)據(jù)，以便找出診斷錯(cuò)誤的最準(zhǔn)確方式。據(jù)推測(cè)，該項(xiàng)目16個(gè)團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)價(jià)值達(dá)到200萬(wàn)~300萬(wàn)美元。

保密協(xié)議概括了數(shù)據(jù)共享的具體內(nèi)容，結(jié)果分發(fā)被用于數(shù)據(jù)密集型項(xiàng)目。例如，日用消費(fèi)品公司保潔向其潛在用戶(hù)揭示了一種產(chǎn)品(比如一種新洗發(fā)水或剃須刀)在設(shè)計(jì)初期的相關(guān)信息，消費(fèi)者的反饋將有助于提高最終設(shè)計(jì)。而在諸如臉譜網(wǎng)、推特網(wǎng)等社交媒體平臺(tái)上，是用戶(hù)在決定信息共享的傳播范圍。

制定協(xié)定

考慮到任何人都能夠測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向，因此這些信息應(yīng)該共享。盡管出于競(jìng)爭(zhēng)原因，一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)能源產(chǎn)出信息應(yīng)該嚴(yán)格保密，分享一個(gè)風(fēng)輪發(fā)電機(jī)或其中一些風(fēng)輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電量卻不至于損害商業(yè)利益。因此，在需要的時(shí)候，數(shù)據(jù)分享可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換或是匿名。

Kusiak認(rèn)為，可再生能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)該采取類(lèi)似的實(shí)踐方法。首先，它需要決定哪些數(shù)據(jù)可以共享以及存在哪些風(fēng)險(xiǎn)。例如，

亞洲、歐洲、南北美洲的風(fēng)電協(xié)會(huì)應(yīng)該促進(jìn)數(shù)據(jù)共享方面的討論。這些參與方應(yīng)該界定一條如下所述的數(shù)據(jù)開(kāi)放共享道路。

首先，讓所有可再生能源利益相關(guān)者意識(shí)到該問(wèn)題以及數(shù)據(jù)共享帶來(lái)的潛在利益。邀請(qǐng)其他制造業(yè)和服務(wù)業(yè)領(lǐng)域的代表介紹數(shù)據(jù)共享經(jīng)驗(yàn)。

其次，制定數(shù)據(jù)共享協(xié)定和監(jiān)管形式。Kusiak說(shuō)，美國(guó)能源部實(shí)驗(yàn)室，如NREL和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室可以引領(lǐng)此項(xiàng)工作，因?yàn)樗鼈儚囊恍╋L(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)那里收集了用于研究的可再生能源相關(guān)數(shù)據(jù)。

再次，可以搭建一個(gè)可再生能源數(shù)據(jù)和知識(shí)共享平臺(tái)。利益相關(guān)者必須決定這些數(shù)據(jù)在被科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界使用之前應(yīng)該如何組織以及進(jìn)行預(yù)處理。

Kusiak相信，這項(xiàng)長(zhǎng)期以來(lái)翹首以盼的協(xié)定一定會(huì)產(chǎn)生新的科學(xué)創(chuàng)新。通過(guò)以更低的成本生產(chǎn)出更多的能源，它將有助于顯著提高可再生能源公司、能源設(shè)備生產(chǎn)商以及整個(gè)社會(huì)的利益。(紅楓)