一、任务来源
自选项目。
二、应用领域和技术原理
能源不仅是现代经济增长的推动力，也是我国经济发展的根基。然而，在能源与环境双重约束的前提下，如何确保经济持续可持续发展，刻不容缓地需要建立一套清洁高效、低碳环保的能源管控体系。这个体系的核心是建立以能耗监控和优化为主的能源管控平台，着重对关键节点进行能耗监测，以实现全方位的节能优化，以此为基础实现经济的绿色发展。当前，能源管控领域还存在一系列问题亟待解决：首先，信息化建设缺乏整体规划。生产消耗和设备能耗计量体系尚未完善，导致计量结果缺乏准确性，不同能耗管理系统之间缺乏信息通畅，缺乏数字化技术支持制约了节能减排工作的实施。其次，能源优化的动态性不足。现有的节能方案难以适应生产过程中的变化，无法准确捕捉和应对能源系统在实际运行中的多样性和变化性。现行的能源优化模型通常建立在固定参数和假设的基础上，未能充分考虑能源系统在不同时间和环境变化下的动态特征。
针对上述问题，亟需通过理论创新和技术攻关，融合人工智能、大数据、知识工程等理论方法，深入研究能耗数据监控及治理、能源管控方案动态优化、数字孪生及可视化等关键技术，研发智慧能源管控一体化平台，提高能源利用效率，增强能效管理水平，为能源企业可持续发展提供有力支持。这不仅有助于推动经济增长，更能促进环境保护，为未来的发展打下坚实的基础。
本研究针对目前分布式智慧燃气存在的安全问题和技术难题，通过物联网技术、云计算和大数据分析等手段，开展分布式智慧燃气安全关键技术攻关及示范应用，实现“就地控制、远程监视、定期巡检、无人值守、按需供能”，研究成果缩小了我市分布式能源技术与发达国家的差距，打破技术瓶颈，推动了我市分布式能源技术的突破式发展，具有重要的经济社会效益和生态价值。
三、性能指标
根据发现的科学问题和应用需求，开展多源异构数据治理与管控技术、知识与数据结合的能源调控优化算法、数字孪生与动态数据推演模型等研究，重点研究湖仓一体数据架构及分布式存储、能源设备运行机理驱动的相关性语义提取、基于设备先验知识与多尺度数据特征的融合机制、时序关系抽取的能源数据动态推演、数字模拟仿真模型构建。在完成研究工作的基础上，将有以下几方面的创新之处：
1.提出能源数据“湖仓一体”的数据治理平台架构方案和系列关键技术。数据湖负责能源检测监视核心数据的统一管控、全局共享，区域数据库承担多类型能源源头数据治理和大块数据的分布式存储，数据仓库实现数据的一站式访问查询、挖掘分析和预测预警等深度应用能力，从而打破智慧化能源管控涉及的多系统、多区域数据孤岛顽疾，实现灵活高效的互联互通。
2.提出“能耗设备机理知识＋能源系统监测数据”双轮驱动的能源调控优化算法，实现能量转换、物理学等的先验知识与耗电量、供冷量等监测数据的有机融合。借助先进的数据模式识别与常态检测，预测电力、天然气等能源消耗波动，为能源结构优化及节能降耗提供支持，奠定基于知识驱动的绿色能源管控新模式的基础。
3.提出融合能源设备知识的数字孪生模型与能源数据动态推演算法，实现智能化能源管控。其中，设计智能多传感器数据管理与实时监测设备，实现数据实时采集、监测与管理；构建基于GAN和Transformer的能源数据推演算法，实现高精度的复杂数据推演。利用先进的数字孪生建模技术获取虚拟仿真模型，实现实际能源设备模拟、数据动态推演与展示。
四、与国内外同类技术比较
1.湖仓一体的能源数据架构和治理体系
针对由于目前能源管控领域现存平台多、数据库多、孤立应用系统多造成的数据存储和数据治理突出问题，研究湖仓一体数据架构和治理体系、大块数据分布式存储与就近应用技术、基于数据仓库的智能数据服务中台。
（1）湖仓一体数据架构和治理体系
设计包含中心数据湖、数据仓库和边缘专业数据库融合一体的能源数据一体化开放式架构；基于统一的能源数据模型标准，针对管控主数据、结构化数据、大块非结构化数据、时序数据进行数据治理，为上层查询分析、预测预警、智能决策等综合应用建立标准统一、逻辑一致、互联互通的能源数据共享平台。
（2）大块数据分布式存储与就近应用
研究建立符合湖仓一体要求的边缘或区域专业数据库部署方案，基于分布式存储策略实现视频监控等大块数据的本地分布式存储与就近应用访问，承载能源管控涉及的特定垂直应用数据的边缘接入、源头治理，并支撑智慧管控扩展业务的数据管理与共享接入，保证数据的一致性与溯源能力。
（3）能源数据智能访问及服务中台
基于数据仓库、大数据分析人工智能新技术，利用能源数据湖的丰富数据资源，研发满足上层能源管控业务需要的数据访问和智能分析服务中台，包括能源数据高速索引、领域知识库、分析库、模型库等，重点研发能源数据深度分析功能模块，发现能源消耗趋势、节能模式和异常情况，支持城市居民燃气能源管控的智能决策。开发能源数据统一服务接口对外提供数据扩展服务。
2.“双轮驱动”的能源调控方案优化方法
针对能源结构优化动态适应性弱等问题，研究基于“知识+数据”的能源调控优化算法，构建“双轮驱动”的能源调控方案优化体系。
（1）提出具有泛在适应性的机理知识发现方法，深入挖掘机理知识的复杂程度和关联关系，确定不同知识的表征形式，将机理知识进行符号化、形式化、模型化，实现设备预测预警、能源监控度量、异常问题发现等场景下的知识抽取与管理。
（2）采用GM(1,1)等灰色模型和MBO等智能算法，构建主流大数据技术路线，形成大数据知识发现技术框架的参考模型，深入分析能源大数据特点，准确捕捉能源系统之间关联性与变化趋势。
（3）研究“知识+数据”双轮驱动混合建模方法，将实时监测数据与先验知识有机融合，通过数据模式识别与常态检测，提前预测潜在能源波动，完善监控度量体系，实现业务创新对实时、动态知识发现的需求。
3.数字仿真模型与数字孪生过程推演
针对能源管控缺乏仿真推演过程的问题，研究融合机理知识的仿真建模技术与能源数据动态推演算法，实现能源智能化管控。
（1）搭建智能多传感器数据管理与实时监测设备，采用多传感器实现多源数据采集，设置节点边缘计算设备进行数据与阈值对比，实现数据的边缘性监测，无需后续算法参与，避免网络传输延迟带来的安全风险。
（2）构建基于GAN和Transformer的能源数据推演算法，采用生成对抗网络（GAN）实现数据扩充，Transformer机制实现时序数据预测，保证模型学习复杂特征分布，增强数据预测的准确性。
（3）研究融合机理知识的数字孪生建模方法，利用先进的仿真建模技术建立高可视化的能源管控虚拟模型；在仿真模型中模拟实际情境，将深度学习模型嵌入仿真中来实现数据的动态推演，实现能源的智能化管控。
4.智慧能源管控平台研发与应用
集能耗监控、智能决策、设备运维与碳管理为一体的能源管控平台系统的研发及应用示范。通过上述内容与关键技术研究，利用泰能天然气有限公司的软硬件设备环境，设计并实现研究内容包含的算法模型与软硬件工具。研发硬件设备采集现场数据，湖仓一体数据架构和治理方法进行数据处理与存储，基于实时、历史数据实现“双轮驱动”的能源调控优化算法，打造融合机理知识的数字孪生模型模拟物理设备实际运行情况，进行数据动态推演。该应用可示范项目所提出的理论方法及其软硬件工具的可用性，对能源运行的智能化管控至关重要。
五、成果的创造性、先进性
1.能源管控需要采集、存储和应用大规模的多源异构数据，包括视频监控等大块数据，面临高效、可扩展的数据存储挑战，缺乏灵活实用的数据治理体系和一体化架构方案，在确保数据逻辑一致性和实时互联互通的基础上，满足多类型能源数据的就近应用访问需求。
2.传统能源管控体系中生产消耗及设备能耗数据不完整，现有节能方案不能适应过程性变化，难以精准捕捉和应对实际运行中能源系统的多样性与变化性。现行的能源优化模型，由于大多基于固定参数和假设，未能充分考虑能源系统在不同时间和环境下的动态特征，导致模型的预测与优化精度受限。
3.能源管控决策人员依靠静态和历史数据分析来制定策略，难以有效应对突发事件与紧急情况。静态决策难以应对能源需求的动态变化，导致能源资源的低效利用。缺乏动态的仿真推演过程，难以识别潜在的能源节约和减排机会，从而限制可持续发展目标的实现。
4.“湖仓一体”的能源数据平台架构和治理体系设计，需要突破能源监控视频等大块数据分布式存储与就近应用访问技术，满足智慧能源管控的数据管理、分析及挖掘应用需求。
5.以数据驱动为主的人工智能手段依然面临数据获取成本高、可解释性弱、鲁棒性不强等不足，知识表示产生的损失、常识和领域知识的精准表征等限制了知识与深度学习的深度融合。利用基于离散符号表示的数学定义和表达，研究人工智能和科学知识相互结合的途径，探索混合建模方法和解算方案，实现双轮驱动的能源优化。
6.融合机理知识的仿真建模方法研究，获取多源数据是建模前提，采集设备缺乏边缘性监测，过度依赖中心化的数据处理和存储，导致出现数据传输延迟、网络拥塞和安全风险。解决当前数据推演算法缺乏复杂特征学习能力，时序数据预测精度不足的问题对能源动态推演至关重要。
六、作用意义
1.经济效益
我公司研发与应用基于天然气、太阳能、空气能等相耦合的综合能源智慧化管控平台项目。通过计算应用本项目研发的基于分布式智慧能源云平台建设技术开展的能源站建设、综合能源服务、能源托管等服务合同产生的经济效益。
目前本项目技术已成功应用于商场、写字楼、学校、公寓等多种业态，12个清洁能源项目，其中典型应用案例：为青岛国汇联行园区运营管理有限公司提供融汇中心综合能源服务，总供能面积达30511平方米；为青岛地铁华润置地开发有限公司提供青岛华润城四期（塔楼酒店）综合能源服务，总供能面积达9870平方米；为青岛置海房地产开发有限公司提供欢乐滨海城C-5-06 地块清洁能源供热综合能源服务，总供能面积达20395平方米；为青岛万科房地产有限公司提供万科未来城 D 地块集中商业（万科广场）综合能源服务，总供能面积达83200平方米。
2.社会效益
（1）推动科技升级，促进行业进步
本项目通过构建分布式能源管控云平台，实现了能源管理和运营的智能化、信息化。这一创新举措有效刺激了能源市场的需求，为能源行业的发展注入了新的活力。项目的成功应用推动了我国能源产业高新技术的研究和发展，为能源领域的升级换代提供了关键的技术支撑和基础条件。在能源生产、传输、分配和使用的各个环节，引入了先进的监测、控制和优化技术，提高了能源系统的整体效率和可靠性。
（2）改善劳动环境，加强环境保护
在传统的能源供应模式下，能源站的运营和管理需要大量的人力投入，工作环境较为复杂，存在一定的安全风险。而分布式智慧能源云平台的建设，实现了对能源站的远程集中监控和智能化管理，提高了工作效率。工人不再需要长期在现场进行复杂的操作和监控，劳动强度显著降低，同时也减少了现场安全隐患和环境对工人健康的潜在威胁。这有助于打造更加安全、舒适、高效的工作环境。此外，项目的实施促进了能源的清洁、高效利用，减少了污染物的排放，对环境保护和可持续发展具有重要意义。在国家推进环保政策的背景下，为能源行业的绿色转型发挥了积极的示范作用。
（3）促进产业创新，提高生产效率
通过持续的技术创新和优化，分布式智慧能源云平台不断完善和升级。新的算法和模型应用于能源的调度和分配，提高了能源的利用效率；智能化的故障诊断和预警系统，减少了设备故障和停机时间，提高了生产的稳定性和可靠性。同时，项目的成功经验为行业内其他企业提供了借鉴和参考，推动了整个能源行业的技术进步和管理创新。广泛应用的分布式能源解决方案，促进了能源行业的多元化发展，提高了市场的竞争力和活力。

本项目在国家双碳战略的指引下，以天然气作为基础能源，积极探索与太阳能、空气能等清洁能源相耦合的技术路线，合理优化天然气、太阳能、空气能配比，为用户提供供冷、供热服务。针对不同用能需求，制定标准化设计方案和运行策略，实现各分布式能源站点安全、高效、低碳、节能运行，推动能源系统绿色低碳发展。
目前本项目技术已成功应用于商场、写字楼、学校、公寓等多种业态，12个清洁能源项目，其中典型应用案例：为青岛国汇联行园区运营管理有限公司提供融汇中心综合能源服务，总供能面积达30511平方米；为青岛地铁华润置地开发有限公司提供青岛华润城四期（塔楼酒店）综合能源服务，总供能面积达9870平方米；为青岛置海房地产开发有限公司提供欢乐滨海城 C-5-06 地块清洁能源供热综合能源服务，总供能面积达20395平方米；为青岛万科房地产有限公司提供万科未来城 D 地块集中商业（万科广场）综合能源服务，总供能面积达83200平方米。因此，本项目技术具备广泛适用性和有效性。