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数字孪生技术如何重塑能源产业？

news 来源：原创 2025/6/28 18:14:30

近年来，全球能源行业正步入一个前所未有的转型期。一方面，“双碳”目标驱动能源结构向低碳化、清洁化发展；另一方面，新能源比例快速上升，给传统电力系统带来巨大的不确定性。与此同时，数字化浪潮也席卷能源行业，成为提升效率、降低成本、优化调度的重要手段。在这个背景下，一种融合了物理建模、实时数据和人工智能的技术——数字孪生（Digital Twin），正在成为能源行业数字化转型的核心引擎。从电力系统运行到油气田开发，从风电场规划到智能电网优化，数字孪生正在成为能源企业迈向智能化、高效化、绿色化的关键支撑。
那么，数字孪生到底是什么？为什么它会在能源领域引发如此大的关注？它又具体能解决哪些问题？本文将从行业背景、行业痛点和场景与实践三个方面，为你全面解析数字孪生如何重塑能源产业。点击详情，带你深入了解！

一、行业背景

能源产业是国民经济的命脉，正经历着前所未有的转型期。随着全球气候变化问题日益严峻，能源结构正加速向低碳化、清洁化方向转变。同时，我国步入构建现代能源体系的新阶段，随着全球“双碳”目标的提出，能源产业正面临前所未有的挑战与机遇。一方面，新能源占比持续上升，风电、光伏等可再生能源接入带来了系统的不确定性；另一方面，传统能源企业也在积极探索“低碳+智能”的转型路径。在这个背景下，数字技术被视为推动能源变革的关键引擎。以人工智能、物联网、大数据为代表的“新基建”技术正在加速与能源产业融合，而数字孪生，作为数字化转型的“桥梁”与“大脑”，在其中扮演着至关重要的角色。简而言之，数字孪生就是构建一个与现实世界高度一致的“数字镜像”，它不仅能实时反映物理系统的状态，还能预测其未来演变，甚至主动优化控制策略。通过数字孪生技术，能源产业能够实现更高效、更可靠、更可持续的运营，为实现“双碳”目标和构建现代能源体系提供强大支持。

二、行业痛点

虽然能源系统关乎国计民生，但其运行依然面临不少“老大难”问题：

2.1 资产管理低效与高成本维护

能源行业资产密集，设备分布广、数量多、价值高，但传统管理模式依赖人工巡检，效率低下。以电网为例，中国国家电网拥有设备资产高达数万亿元，每年仅维护成本就高达数千亿元。同时设备故障检测往往滞后，预测性维护能力弱，导致意外停机频发。

2.2 系统复杂性与安全风险

能源系统是复杂的超大型网络，安全稳定运行至关重要。随着可再生能源占比提升，系统波动性增加，调控难度指数级上升。例如，风电、光伏等新能源的并网比例每提高的同时系统稳定性控制复杂度也随之增加。传统模拟手段难以全面把握系统动态特性，导致"看不见、摸不着"的潜在风险增多，系统韧性不足。

2.3 能源效率低下与资源浪费

传统能源系统效率普遍不高。据统计，中国能源系统综合效率远低于国际先进水平。以电厂为例，煤电机组实际运行效率通常比设计值低，每年造成数千万吨标煤的额外消耗。在新能源方面，由于调度优化不足，弃风弃光现象严重，资源浪费明显。

2.4跨领域协同困难与信息孤岛

能源产业链长、环节多，上下游信息共享不畅。例如，发电侧与用电侧信息不对称，导致电力供需平衡优化困难；能源与交通、建筑等领域协同不足，综合能效提升受限。
这些痛点正是数字孪生能够切入的关键领域。

三、应用场景与实践（以某大型能源集团数字孪生智慧燃气管控一体化平台建设为例）

目前通过采用数智化技术和管理手段来为燃气企业构建高效、合理、实用的燃气管网信息系统，使其原有粗放式管理向由数据驱动的精细化管理转型，已成为燃气企业当前的首要任务，亦是“数字城市”、“智慧城市”以及“韧性城市”建设的重要组成部分，也是城市可持续发展的迫切要求。
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3.1 解决方案

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数字孪生智慧燃气管控一体化平台致力于提供城市燃气运行运营数字化的全面解决方案，引入包括AI、数字孪生、云计算，大数据等技术，构建覆盖全业务链的“数据中枢+决策大脑”，搭建企业级数据驾驶舱，通过支持多维度数据融合与智能分析，实现了从全局态势感知精准业务管控的闭环管理。助力管理层及相关业务部门快速洞察业务态势，提升决策效率与管理水平，推动燃气企业向数智化转型。
该数字孪生智慧燃气管控一体化平台建设存在如下难点：
一是数据孤岛现象严重。该大型能源集团内部存在安全监察、天然气、LPG等多个主营业务，其不同业务的不同模块数据又分别在SCADA、ERP、CRM、LOT设备等多个不同的系统中，需要跨系统整合多业务的数据进行联动分析，实现难度很高。
二是问题追踪定位困难。本次项目的核心建设目标之一是对供气系统进行全天候的动态监控，能够实现快速定位故障隐患并优化应急响应机制。其中涉及到采购、储运、配送等多重供应链环节的复杂数据，需要针对全流程作业的相关实时数据进行优化升级。
三是受众群体广泛。本次项目建设面向公众、政府、运营人员和管理层等多重角色，要求该数字孪生智慧燃气管控一体化平台，可以实现面向不同的适用人群展现不同的使用视角。
该项目主要围绕以下建设思路进行：
安全管理升级。通过整合燃气管网压力、流量、泄漏检测等实时数据，实现对供气系统的全天候动态监控，辅助企业精准调配资源，降低运营成本。同时，还可以通过动态分析用户用气量来平衡供需调度，避免区域性的用气紧张或铺张浪费。
运营效率优化。将客户分布、设备状态、市场拓展等分散的业务数据，转化为图表、热力图等可视化的表现形式，为管理层提供宏观的全局视角。有助于分析用户消费行为、挖掘市场趋势，从而制定更精准的营销策略，进一步提升运营效率。
客户体验提升。通过实时展示用户投诉处理进度、工单完成率等数据，构建以用户为中心的智慧服务体系，推动服务流程透明化与高效化，从而进一步提升客户的粘性与满意度。
数智化转型。以“数据驱动、智能协同、生态赋能”为核心，通过数字化技术与智能化应用深度融合，重构燃气行业从“安全防控”到“客户服务”的全链条管理模式，推动企业从传统燃气供应商向“智慧能源综合服务商”的战略升级。
该项目主要针对以下场景进行应用建设：
（1）安全监察模块
该模块由风险等级比例、安全监察机构数据分析、安全动态信息、安全履职数据、履职管理数据图、安全教育数据分析、管道检测数据多个视图构成。集中展示了该企业安全监察领域的关键数据，并支持详细查看各地区安全监察中心的具体信息，消除管理盲区，提升企业隐患整改监管率。
该模块通过实时追踪监察任务的分配情况，保障安全监察覆盖的全面性，并通过监控安全履职行为，推动安全责任有效落地，从而实现安全任务的闭环管理。一是通过记录学习进度与考核结果，针对性加强安全培训效果；二是通过实时告警机制，提前识别风险，缩短应急响应时间，达到真正的风险防控。三是通过数字化手段，提升企业安全监察相关动态的透明度，以“人防+技防”的手段落实燃气本质安全管理。

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（2）天然气模块
运营板块通过整合安全组织、工程概况、运营分析、客户服务等核心数据，宏观监测天然气施工建设概况，构建全链路数字化运营管理体系。辅助管理层动态调整资源投入，优化资源配置与运营效率，避免工期延误或资源浪费，强化运营管理能力。
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全景板块采用WebGL与游戏引擎搭建3D孪生场景，模拟园区漫游效果与各建筑细节展示，同时支持通过业务场景交互动态展示多屏联通效果。

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（3）LPG模块
贸易板块整合了历年贸易采购数据、历年贸易销售数据、购销网络信息、运输能力分析、库区管理信息、车辆管理信息等LPG贸易的全流程相关视图，以可视化的形式直观展示全球&全国的购销渠道网络，有利于针对性的布局资源，从而实现贸易决策优化。同时可以通过整合物流相关数据，以及实时监控国内外LPG市场价格波动、供应商动态、库存成本，动态调度相对应的资源以应对突发情况，降低企业运营风险。

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终端板块通过整合销售管理数据分析、门店管理数据、客户服务信息、客户管理数据、安检管理数据分析、运营管理数据等LPG终端相关视图，统一展示门店分布、服务能力、业绩排名等数据。可以实现对各区域销售数据的实时监控，有利于结合数据波动，动态调整促销策略。还可以针对运营信息分析车辆利用率、人力成本等，智能优化配送方案，实现资源的动态调度，有效降低物流成本。同时，支持动态统计安检数据，智能生成安检计划，从而降低安全事故风险发生概率。
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3.2 建设成果

系统借助轻量化3D引擎与数字孪生场景，成功实现安全监察、天然气、LPG三部分业务的数智化重构，成功为该大型能源搭建起集团级智慧驾驶舱，实现多业态的业务信息整合。同时，通过聚焦于具体的业务使用场景并关联业务数据，支撑资源调配与策略调整，提升跨部门协同决策效率，实现企业运营成本降低并显著提升管理决策效率，全面推动传统燃气业务向数智化转型
数字孪生不仅是一项技术，更是一种思维方式的转变。它使能源系统从“被动响应”走向“主动优化”，从“经验驱动”迈向“数据驱动”。在能源数字化转型的道路上，数字孪生无疑是最具潜力的“关键变量”。未来，它将成为能源系统的“大脑”，实现真正意义上的“可视、可控、可预测、可优化”。对于能源行业从业者与关注者而言，现在正是理解、布局、拥抱数字孪生的最佳时机。
易知微基于多年在数字孪生及数据可视化领域丰富实践，沉淀了诸多经验成果，欢迎大家互相交流学习：
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一、行业背景

二、行业痛点

2.1 资产管理低效与高成本维护

2.2 系统复杂性与安全风险

2.3 能源效率低下与资源浪费

2.4跨领域协同困难与信息孤岛

三、应用场景与实践（以某大型能源集团数字孪生智慧燃气管控一体化平台建设为例）

3.1 解决方案

3.2 建设成果

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