基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)演化發(fā)展研究

王俐英， 宋美琴， 董厚琦， 方 程， 曾 鳴

(華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206)

0 引 言

能源是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力源,能源大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)技術(shù)在能源領(lǐng)域的深入應(yīng)用,也是能源生產(chǎn)、消費(fèi)與大數(shù)據(jù)理念的深度融合[1]。能源大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含巨大的商業(yè)價(jià)值,如何有效地組織和利用能源大數(shù)據(jù),打造一個(gè)健康持續(xù)發(fā)展的能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng),已引起產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。

目前,有關(guān)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的研究較少,主要集中于能源大數(shù)據(jù)中心的功能體系設(shè)計(jì)和能源大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)等方面的研究。在功能體系設(shè)計(jì)方面,文獻(xiàn)[2]提出了通過(guò)“虛擬化+大數(shù)據(jù)+云計(jì)算”技術(shù)為分布式電源用戶(hù)提供云服務(wù)的設(shè)想,設(shè)計(jì)了分布式電源云服務(wù)與大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的架構(gòu)體系;文獻(xiàn)[3-4]分別構(gòu)建了適用于電動(dòng)汽車(chē)充放電管理、區(qū)域新能源管理和江蘇省能源規(guī)劃研究的大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái),闡釋了平臺(tái)的數(shù)據(jù)獲取機(jī)制、系統(tǒng)架構(gòu)和基本功能。在應(yīng)用服務(wù)研究方面,文獻(xiàn)[5]分析了能源大數(shù)據(jù)的特征,提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧能源管理模型,并分析了能源大數(shù)據(jù)在可再生能源管理、資產(chǎn)管理、需求側(cè)管理等方面的應(yīng)用;文獻(xiàn)[6]提出通過(guò)收集能源系統(tǒng)中大量的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、用能數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等,實(shí)現(xiàn)能源預(yù)測(cè)[7]、用戶(hù)分析[8]、輔助決策[9]等功能。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究復(fù)雜系統(tǒng)工程的一種重要方法,通過(guò)分析系統(tǒng)內(nèi)部各變量間的因果關(guān)系,分析系統(tǒng)整體運(yùn)作的邏輯[10]。目前,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型已廣泛應(yīng)用于能源領(lǐng)域的系統(tǒng)演化研究。文獻(xiàn)[11]研究了“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展背景下,基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理建立了考慮清潔能源發(fā)展場(chǎng)景下電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)對(duì)區(qū)域碳排放演化的動(dòng)力學(xué)反饋模型。文獻(xiàn)[12]建立了車(chē)網(wǎng)互動(dòng)過(guò)程的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型,通過(guò)細(xì)化電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)子模塊內(nèi)部因素間的關(guān)系,探討了電價(jià)及出行計(jì)劃對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充放電響應(yīng)的影響規(guī)律。文獻(xiàn)[13]建立了包括分布式光伏電能共享模塊、配電公司收益和輸配電價(jià)等耦合模塊的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,模擬仿真了不同分布式光伏安裝率和上網(wǎng)電價(jià)下的共享價(jià)值變化。文獻(xiàn)[14]以提高產(chǎn)業(yè)政策效用、促進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化為目的,構(gòu)建了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的氫燃料電池汽車(chē)的財(cái)政補(bǔ)貼政策優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[15]構(gòu)建了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)演化模型,分析了新能源電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)和主要影響因素。

綜上,目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的研究較少,且能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)等多方面影響,其影響因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜,因此系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可作為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的有效分析工具?；诖?本文以能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,首先明確能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵、提出系統(tǒng)架構(gòu),其次,通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,剖析能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的主要影響因素,最后對(duì)于能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展提出對(duì)策建議。

1 能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)概述

1.1 能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)涵

能源大數(shù)據(jù)是國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略在能源領(lǐng)域的具體實(shí)施,覆蓋能源生產(chǎn)、傳輸、儲(chǔ)存和消費(fèi)全環(huán)節(jié),能夠?qū)崟r(shí)反映能源系統(tǒng)狀態(tài),客觀反映經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息。生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)的自我調(diào)節(jié)的復(fù)雜開(kāi)放系統(tǒng),商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)指的是在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中由經(jīng)濟(jì)主體與環(huán)境的相互作用關(guān)系所構(gòu)成的延伸系統(tǒng)[16]。因此,能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)是在區(qū)域范圍內(nèi)匯聚電力、經(jīng)濟(jì)、金融、交通、環(huán)境等更多行業(yè)數(shù)據(jù),按照“平臺(tái)+生態(tài)”的思路由能源大數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)鏈各方企業(yè)、消費(fèi)者、市場(chǎng)和政府共同構(gòu)成,并為政府、企業(yè)、居民和園區(qū)等不同主體提供能源大數(shù)據(jù)增值服務(wù)的一個(gè)商業(yè)生態(tài)系統(tǒng),是數(shù)字經(jīng)濟(jì)在能源行業(yè)的新技術(shù)、新業(yè)態(tài)和新模式[17]。

1.2 能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)

從商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的視角分析,主體、業(yè)務(wù)和環(huán)境是能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的三個(gè)關(guān)鍵要素,基于此,本文將能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)圈層,如圖1所示。

圖1 能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1)第一圈層為核心層。該層主要以能源大數(shù)據(jù)中心作為核心主體,通過(guò)以數(shù)據(jù)傳感計(jì)量、物聯(lián)代理、通信網(wǎng)絡(luò)為核心的信息側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施,有效匯聚能源生產(chǎn)、傳輸、配送和使用全環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)以及氣象、經(jīng)濟(jì)、交通、環(huán)境等非能源系統(tǒng)數(shù)據(jù),并通過(guò)數(shù)據(jù)感知采集、數(shù)據(jù)傳輸歸集、數(shù)據(jù)加工處理以及數(shù)據(jù)整合應(yīng)用等技術(shù)為各類(lèi)用戶(hù)提供數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。具體來(lái)說(shuō),對(duì)政府提供城市宏觀經(jīng)濟(jì)觀測(cè)、重點(diǎn)行業(yè)景氣度分析等能源經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析服務(wù),城市住房空置率分析、商業(yè)選址分析等規(guī)劃輔助分析服務(wù),城市能耗地圖、環(huán)保預(yù)警分析等環(huán)保輔助分析服務(wù);對(duì)用能企業(yè)提供企業(yè)用能系統(tǒng)運(yùn)維托管、用能優(yōu)化分析等能效優(yōu)化服務(wù),上下游企業(yè)產(chǎn)能分析、企業(yè)信用評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)分析服務(wù);對(duì)居民用戶(hù)提供能效分析、智慧社區(qū)狀態(tài)觀測(cè)等居民保障分析服務(wù),治安盲點(diǎn)排查、社區(qū)配套設(shè)施分析等社會(huì)保障分析服務(wù);對(duì)能源系統(tǒng)用戶(hù)提供系統(tǒng)規(guī)劃服務(wù),系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù),綜合能源項(xiàng)目輔助拓展、電能替代業(yè)務(wù)推廣等市場(chǎng)拓展服務(wù)[18]。

(2)第二圈層為支持層。該層主要由與能源大數(shù)據(jù)中心具有互補(bǔ)性服務(wù)功能等合作伙伴組成,包括金融服務(wù)商、數(shù)據(jù)服務(wù)商、通訊服務(wù)商、技術(shù)服務(wù)商、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)以及高校和科研機(jī)構(gòu)等。能源大數(shù)據(jù)中心通過(guò)與這些企業(yè)合作,發(fā)揮引流聚合效應(yīng),從而催生新的商業(yè)模式和主體利益關(guān)系。

(3)第三圈層為環(huán)境層。社會(huì)、政策、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)環(huán)境是影響能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中參與主體及其業(yè)務(wù)的重要因素。具體來(lái)說(shuō),在社會(huì)層面,隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)于數(shù)據(jù)服務(wù)的消費(fèi)認(rèn)知體系的形成和“雙碳目標(biāo)”驅(qū)動(dòng)下低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略使得各類(lèi)用戶(hù)產(chǎn)生了對(duì)于能源大數(shù)據(jù)服務(wù)的需求;在政策層面,政府出臺(tái)了多項(xiàng)有關(guān)政策,推動(dòng)能源與大數(shù)據(jù)的深度融合,將發(fā)展大數(shù)據(jù)上升至國(guó)家戰(zhàn)略高度,推動(dòng)了能源大數(shù)據(jù)的發(fā)展;在經(jīng)濟(jì)層面,“十四五”規(guī)劃綱要草案中提出“十四五”期間會(huì)繼續(xù)加大對(duì)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的投入,為能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了資金支持;在技術(shù)層面,能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、“大云物移智鏈”等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了能源大數(shù)據(jù)新業(yè)態(tài)的產(chǎn)生。

1.3 能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展主要影響因素

能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)是一種資金和技術(shù)密集型的新興產(chǎn)業(yè),作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)與能源行業(yè)深度融合的新型業(yè)務(wù),其發(fā)展主要受政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)等多維度因素的影響[19]。具體影響因素如表1所示。

表1 主要影響因素

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.1 因果關(guān)系圖

因果關(guān)系圖是通過(guò)定性分析,描述復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)不同要素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系,因此,建立因果關(guān)系圖是建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的重要環(huán)節(jié),是進(jìn)一步建立系統(tǒng)存量流量圖的必要基礎(chǔ)[20]。為了深入研究能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)各要素的因果關(guān)聯(lián),本文以技術(shù)(Technology)、市場(chǎng)(Market)、數(shù)據(jù)(Data)、資本(Capital)、產(chǎn)品或服務(wù)(Product)等因素為核心研究指標(biāo),旨在研究上述5種影響因素下的能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的演進(jìn)趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)發(fā)展。所建立的因果關(guān)系圖如圖2所示。

以上因果回路圖中包括技術(shù)、市場(chǎng)、數(shù)據(jù)、資金、業(yè)務(wù)等5個(gè)子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)回路分析如下:

(1)技術(shù)子系統(tǒng)

圖3為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)子系統(tǒng)因果關(guān)系圖,包括產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)和需求/數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的2條主要回路。一方面,“云大物移智鏈”等新一代信息技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)資源爆發(fā)式增長(zhǎng),從而產(chǎn)生了技術(shù)升級(jí)需求的同時(shí),為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ);另一方面,持續(xù)迭代的技術(shù)資源為能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)的增加提供基礎(chǔ),通過(guò)提高用戶(hù)體驗(yàn)的滿(mǎn)意度擴(kuò)大能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

回路1:產(chǎn)業(yè)和服務(wù)(P)—用戶(hù)體驗(yàn)—用戶(hù)數(shù)—市場(chǎng)資源(M)—用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀—數(shù)據(jù)資源(D)—技術(shù)升級(jí)需求—技術(shù)資源(T)

回路2:產(chǎn)業(yè)和服務(wù)(P)—產(chǎn)業(yè)增加值—技術(shù)研發(fā)投入—技術(shù)資源(T)

(2)市場(chǎng)子系統(tǒng)

圖4為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)市場(chǎng)子系統(tǒng)因果關(guān)系圖,包括5條主要回路。一方面,人們收入與消費(fèi)力的提升、大數(shù)據(jù)體驗(yàn)的提升、數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生的消費(fèi)新趨勢(shì)、新興業(yè)態(tài)的發(fā)展帶來(lái)的能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)需求以及“雙碳”目標(biāo)的提出帶來(lái)的更多環(huán)保需求等影響因素?cái)U(kuò)大了能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)市場(chǎng)資源;另一方面,能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)不竭的市場(chǎng)資源為產(chǎn)生更多的用戶(hù)數(shù)據(jù)的和豐饒的產(chǎn)品和服務(wù)提供了基礎(chǔ)。

回路1:產(chǎn)業(yè)和服務(wù)(P)—用戶(hù)體驗(yàn)—用戶(hù)數(shù)—市場(chǎng)資源(M)

回路2:能源大數(shù)據(jù)消費(fèi)趨勢(shì)—能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)長(zhǎng)尾效應(yīng)—市場(chǎng)資源(M)

回路3:能源大數(shù)據(jù)消費(fèi)趨勢(shì)—能源大數(shù)據(jù)需求—市場(chǎng)資源(M)

回路4:面臨新問(wèn)題(“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo))—能源大數(shù)據(jù)需求—市場(chǎng)資源(M)

回路5:收入與消費(fèi)力的提升—能源大數(shù)據(jù)需求—市場(chǎng)資源(M)

(3)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)

圖5為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)因果關(guān)系圖,包括3條主要回路。一方面,新一代信息技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)資源呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)、不竭的市場(chǎng)資源使得用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀量增加、國(guó)家和省級(jí)層面大數(shù)據(jù)相關(guān)政策制度的制定提升了數(shù)據(jù)資源的可用性,從而為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)提供了不竭的數(shù)據(jù)資源;另一方面,爆發(fā)式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)資源推動(dòng)了能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)豐饒的產(chǎn)業(yè)和服務(wù)的增加,創(chuàng)造了技術(shù)升級(jí)的需求,為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)迭代的技術(shù)資源提供基礎(chǔ)。

回路1:市場(chǎng)資源(M)—用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀—數(shù)據(jù)資源(D)

回路2:技術(shù)資源(T)—數(shù)據(jù)資源的爆發(fā)式增長(zhǎng)—數(shù)據(jù)資源(D)

回路3:數(shù)據(jù)相關(guān)法律法規(guī)政策—數(shù)據(jù)資源的可調(diào)用性提升—數(shù)據(jù)資源(D)

(4)資金子系統(tǒng)

圖6為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)資金子系統(tǒng)因果關(guān)系圖,包括2條主要回路。一方面,能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)豐饒的產(chǎn)業(yè)和業(yè)務(wù)擴(kuò)大了能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模,數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得政府加大對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的財(cái)政支持力度,從而為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供了資金保障;另一方面,充足的資金資源使得能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)大對(duì)產(chǎn)業(yè)服務(wù)等專(zhuān)項(xiàng)業(yè)務(wù)的投資,從而進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模的同時(shí)提升了用戶(hù)的體驗(yàn)感。

回路1:產(chǎn)品和服務(wù)(P)—用戶(hù)終身價(jià)值—產(chǎn)業(yè)增加值—資金資源(C)

回路2:財(cái)政投入—資金資源(C)

(5)產(chǎn)品/業(yè)務(wù)子系統(tǒng)

圖7為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品/業(yè)務(wù)子系統(tǒng)因果關(guān)系圖,包括4條主要回路。一方面,能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)不竭的市場(chǎng)資源、持續(xù)迭代的技術(shù)資源、有保障的資金資源和爆發(fā)式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)資源為豐饒的產(chǎn)業(yè)和服務(wù)提供了市場(chǎng)、技術(shù)、資金和數(shù)據(jù)層面的全面支撐;另一方面,能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)豐饒的產(chǎn)業(yè)和服務(wù)推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步增加和用戶(hù)體驗(yàn)的進(jìn)一步提升。

圖7 產(chǎn)品/業(yè)務(wù)子系統(tǒng)因果回路圖

回路1:用戶(hù)體驗(yàn)—用戶(hù)數(shù)—市場(chǎng)資源(C)—產(chǎn)品和服務(wù)(P)

回路2:市場(chǎng)資源(C)—用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀—數(shù)據(jù)資源(D)—產(chǎn)品和服務(wù)(P)

回路3:數(shù)據(jù)資源(D)—技術(shù)升級(jí)需求—技術(shù)資源(T)—產(chǎn)品和服務(wù)(P)

回路4:資金資源(C)—產(chǎn)品和服務(wù)(P)

2.2 存量流量圖

基于前文所建立的系統(tǒng)因果關(guān)系圖,建立能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的存量流量圖。系統(tǒng)存量流量圖是運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行動(dòng)態(tài)演化分析定量分析的基礎(chǔ),為重點(diǎn)突出本文所提影響因素,因果關(guān)系圖中的非重點(diǎn)關(guān)注要素不在系統(tǒng)存量流量圖中體現(xiàn)[21]。

為更好地量化分析能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的演化趨勢(shì)和關(guān)鍵影響因素,本研究以能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模表征能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的資金資源,以能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)規(guī)模表征其產(chǎn)品/業(yè)務(wù)資源。表征各子系統(tǒng)之間關(guān)系的主要方程設(shè)置如下:

能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源=能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)長(zhǎng)尾效應(yīng)+IFTHENELSE(能源大數(shù)據(jù)用戶(hù)數(shù)量>=0.5×總?cè)丝?0.8,0.5)×能源大數(shù)據(jù)需求因子,Dmnl;

能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)長(zhǎng)尾效應(yīng)=SMOOTH(能源大數(shù)據(jù)消費(fèi)趨勢(shì)影響因子,2)×TIMESTEP,Dmnl;

能源大數(shù)據(jù)需求因子=收入水平與消費(fèi)力影響因子×環(huán)境影響因子×能源大數(shù)據(jù)消費(fèi)趨勢(shì)影響因子,Dmnl;

技術(shù)資源=技術(shù)研發(fā)投入/能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)?！良夹g(shù)升級(jí)需求,Dmnl;

技術(shù)升級(jí)需求=EXP(數(shù)據(jù)資源)/5,Dmnl;

技術(shù)研發(fā)投入=技術(shù)投入因子×能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模,億元;

數(shù)據(jù)質(zhì)量=技術(shù)資源×數(shù)據(jù)相關(guān)法律法規(guī)政策投入因子,Dmnl;

數(shù)據(jù)資源=INTEG(用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀,25),萬(wàn)條;

新增用戶(hù)=0.04×總?cè)丝凇?1+用戶(hù)體驗(yàn))/TIMESTEP,萬(wàn)人/Year;

用戶(hù)體驗(yàn)=0.807 5/(1+310.696×EXP(-21.662 7×能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)規(guī)模)),Dmnl;

用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀=數(shù)據(jù)匯聚×(1+數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率+數(shù)據(jù)質(zhì)量+能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源)/TIMESTEP,萬(wàn)條/Year;

能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模=INTEG(產(chǎn)業(yè)增加值,100),億元;

能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)規(guī)模=(0.5×技術(shù)資源+0.3×能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源)+0.2×財(cái)政投入/億元,Dmnl;

能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源=能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)長(zhǎng)尾效應(yīng)+IFTHENELSE(能源大數(shù)據(jù)用戶(hù)數(shù)量>=0.5×總?cè)丝?0.8,0.5)×能源大數(shù)據(jù)需求因子,Dmnl;

能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)長(zhǎng)尾效應(yīng)=SMOOTH(能源大數(shù)據(jù)消費(fèi)趨勢(shì)影響因子,2)×TIMESTEP,Dmnl;

能源大數(shù)據(jù)用戶(hù)數(shù)量=INTEG(新增用戶(hù),100),萬(wàn)人;

能源大數(shù)據(jù)需求因子=收入水平與消費(fèi)力影響因子×環(huán)境影響因子×能源大數(shù)據(jù)消費(fèi)趨勢(shì)影響因子,Dmnl;

財(cái)政投入=IFTHENELSE(財(cái)政投入因子<財(cái)政投入目標(biāo),GDP×財(cái)政投入因子,GDP×財(cái)政投入目標(biāo)),億元;

產(chǎn)業(yè)增加值=用戶(hù)終身價(jià)值×能源大數(shù)據(jù)用戶(hù)數(shù)量×能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)規(guī)模/TIMESTEP,億元/Year;

GDP增加值=產(chǎn)業(yè)增加值/對(duì)GDP增加值的貢獻(xiàn)度,億元/Year;

GDP=INTEG(GDP增加值,9224),Units:億元。

3 結(jié)果分析

3.1 模型有效性檢驗(yàn)

基于所建立能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn),判斷模型的正確性,以保證模型的正常運(yùn)行,為之后的仿真模擬做好準(zhǔn)備。由于研究對(duì)象較為復(fù)雜,在建模過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)部變量間的定量關(guān)系中包含較多的參數(shù),雖然部分參數(shù)是通過(guò)歷史相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算得出,但仍有一些參數(shù)的設(shè)定含有主觀因素,可能會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的準(zhǔn)確性。因而,本文通過(guò)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,對(duì)模型有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。

根據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)流圖及其方程,以年為時(shí)間單位,利用Vensim PLE對(duì)2010—2030年能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程進(jìn)行仿真。以2010—2018年天津市GDP歷史數(shù)據(jù)作為模型的檢驗(yàn)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來(lái)源于天津市統(tǒng)計(jì)局等。

為驗(yàn)證所構(gòu)建模型的可靠性和有效性,將系統(tǒng)的仿真結(jié)果與真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)計(jì)算GDP實(shí)際值與仿真值之間的相對(duì)誤差來(lái)表征模型偏差,分析所構(gòu)建模型的可信度,結(jié)果如表2和圖9所示。

表2 GDP模擬值與實(shí)際值以及相對(duì)誤差

表3 場(chǎng)景設(shè)置

通過(guò)以上圖表可以看出,基于所提系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型得到的GDP模擬值與實(shí)際值的偏差均在5%以?xún)?nèi),所建立的模型通過(guò)了有效性檢驗(yàn)。

3.2 影響因素分析

利用所構(gòu)建的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,基于天津市數(shù)據(jù),對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)在2010—2030年的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行仿真。為分析不同因素對(duì)能源大數(shù)據(jù)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)演化發(fā)展的動(dòng)態(tài)影響,選取能市場(chǎng)資源、技術(shù)資源、數(shù)據(jù)資源、產(chǎn)品/業(yè)務(wù)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)規(guī)模作為能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的績(jī)效指標(biāo),通過(guò)調(diào)整財(cái)政投入因子、消費(fèi)趨勢(shì)影響因子、技術(shù)升級(jí)需求、技術(shù)投入因子、環(huán)境影響因子和法律法規(guī)政策投入因子等因素的變化,觀察未來(lái)10年能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)在參數(shù)發(fā)生變化時(shí)的發(fā)展演化趨勢(shì)。通過(guò)分析結(jié)果,提出相應(yīng)的管理對(duì)策,以促進(jìn)能源大數(shù)據(jù)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。仿真結(jié)果如圖10～14所示。

圖10 能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源仿真圖

從圖10可以看出,消費(fèi)趨勢(shì)影響因子變化對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)市場(chǎng)資源的影響最大。能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源增長(zhǎng)曲線(xiàn)為“S”型,消費(fèi)趨勢(shì)影響因子主要通過(guò)改變能源大數(shù)據(jù)長(zhǎng)尾效應(yīng)以及能源大數(shù)據(jù)需求因子的大小去影響能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源,并且隨著時(shí)間的推移,由于能源大數(shù)據(jù)用戶(hù)數(shù)量的增長(zhǎng)速度先增加后緩慢減少,能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源將趨于飽和。

從圖11可以看出,由于技術(shù)升級(jí)需求和技術(shù)研發(fā)投入對(duì)于技術(shù)資源的影響最直接,技術(shù)升級(jí)需求變化和技術(shù)投入因子變化對(duì)于能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)資源的影響最大,其次是消費(fèi)趨勢(shì)影響因子變化,最后是財(cái)政投入因子變化、環(huán)境因素變化和法律法規(guī)政策投入因子變化的影響。能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)密集型新興產(chǎn)業(yè),技術(shù)資源的規(guī)模對(duì)于能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。而能源大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展一方面受技術(shù)研發(fā)投入大小的影響,另一方面受技術(shù)升級(jí)需求的影響,因此,當(dāng)技術(shù)研發(fā)投入因子和技術(shù)升級(jí)需求提高時(shí),能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)資源將會(huì)顯著增加,且其增長(zhǎng)曲線(xiàn)呈指數(shù)增長(zhǎng)型。

圖11 能源大數(shù)據(jù)技術(shù)資源仿真圖

從圖12可以看出,消費(fèi)趨勢(shì)影響因子對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的影響最大,其次是數(shù)據(jù)相關(guān)法律法規(guī)政策的投入。其主要原因是數(shù)據(jù)資源的規(guī)模是由用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀累積的,而用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀受市場(chǎng)資源、數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率和數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響,最終能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的增長(zhǎng)曲線(xiàn)呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)型,數(shù)據(jù)規(guī)模隨著時(shí)間的推移不斷增加,其增長(zhǎng)速度逐年加快。一方面,消費(fèi)趨勢(shì)影響因子通過(guò)影響市場(chǎng)資源的大小對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀產(chǎn)生影響,市場(chǎng)資源規(guī)模提高時(shí),用戶(hù)側(cè)可沉淀的數(shù)據(jù)將會(huì)增加;另一方面,數(shù)據(jù)相關(guān)法律法規(guī)政策的投入主要通過(guò)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量影響用戶(hù)數(shù)據(jù)沉淀量,進(jìn)而增加數(shù)據(jù)資源的規(guī)模。

圖12 能源大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)資源仿真圖

從圖13可以看出,消費(fèi)趨勢(shì)影響因子對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)模的影響最大,其次是技術(shù)研發(fā)投入因子和技術(shù)升級(jí)需求,最后是數(shù)據(jù)相關(guān)法律法規(guī)政策和環(huán)境影響因子。其中,消費(fèi)趨勢(shì)影響因子通過(guò)影響市場(chǎng)資源去影響能源大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模,技術(shù)研發(fā)投入因子和技術(shù)升級(jí)需求則通過(guò)影響技術(shù)資源規(guī)模去影響能源大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模,數(shù)據(jù)相關(guān)法律法規(guī)政策通過(guò)影響數(shù)據(jù)資源規(guī)模去影響能源大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模,而環(huán)境影響因子也通過(guò)影響能源大數(shù)據(jù)需求因子,間接對(duì)市場(chǎng)資源規(guī)模產(chǎn)生影響,最終影響能源大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模,但其變化對(duì)于市場(chǎng)資源的影響程度遠(yuǎn)小于消費(fèi)趨勢(shì)影響因子。因此,消費(fèi)趨勢(shì)、技術(shù)研發(fā)投入和技術(shù)升級(jí)需求是影響能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)模的關(guān)鍵因素。

圖13 能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)品/業(yè)務(wù)規(guī)模仿真圖

從圖14可以看出,與能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)模相似,消費(fèi)趨勢(shì)影響因子對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的影響最大,其次是技術(shù)研發(fā)投入因子和技術(shù)升級(jí)需求,最后是數(shù)據(jù)相關(guān)法律法規(guī)政策和環(huán)境影響因子。主要原因在于能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模是其產(chǎn)業(yè)增加值逐年累計(jì)得到的,其規(guī)模大小除了受用戶(hù)終身價(jià)值大小的直接影響以外,還受業(yè)務(wù)規(guī)模、市場(chǎng)資源、技術(shù)資源和數(shù)據(jù)資源的直接和間接的影響。因此,作為衡量能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)是否可持續(xù)發(fā)展的主要因素,能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模主要受消費(fèi)趨勢(shì)、技術(shù)升級(jí)需求和技術(shù)研發(fā)投入因子,其增長(zhǎng)曲線(xiàn)為指數(shù)型,直到2030年,增長(zhǎng)速度越來(lái)越快。

圖14 能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模仿真圖

3.3 仿真結(jié)果分析

(1)能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源、數(shù)據(jù)資源、技術(shù)資源、業(yè)務(wù)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)規(guī)模在未來(lái)都將保持增長(zhǎng)趨勢(shì),其中,市場(chǎng)資源和業(yè)務(wù)規(guī)模的增長(zhǎng)曲線(xiàn)呈現(xiàn)“S”型,數(shù)據(jù)資源、技術(shù)資源和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的增長(zhǎng)曲線(xiàn)呈現(xiàn)指數(shù)型。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)以及大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)政策的影響,能源大數(shù)據(jù)的消費(fèi)趨勢(shì)先提高后減弱,由此導(dǎo)致能源大數(shù)據(jù)長(zhǎng)尾效應(yīng)和能源大數(shù)據(jù)需求的增長(zhǎng)速度由快到慢,使得能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源和業(yè)務(wù)規(guī)模處于一直增長(zhǎng)的趨勢(shì),但其增長(zhǎng)速度會(huì)越來(lái)越降低,最終達(dá)到一個(gè)市場(chǎng)資源和業(yè)務(wù)規(guī)模飽和的狀態(tài)。能源大數(shù)據(jù)技術(shù)資源、數(shù)據(jù)資源和產(chǎn)業(yè)規(guī)模互相影響,技術(shù)的進(jìn)步使得數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度加快、數(shù)據(jù)質(zhì)量提高,導(dǎo)致數(shù)據(jù)資源的增速提高,且更大規(guī)模的數(shù)據(jù)資源要求更先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù),且隨著能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的增長(zhǎng),對(duì)技術(shù)資源的投入也將增加,因此,數(shù)據(jù)資源和產(chǎn)業(yè)規(guī)模都對(duì)技術(shù)資源產(chǎn)生正向影響,是導(dǎo)致技術(shù)資源呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)的根本因素。與此同時(shí),產(chǎn)業(yè)規(guī)模和數(shù)據(jù)資源是持續(xù)增長(zhǎng)的因素,當(dāng)技術(shù)資源的增加反過(guò)來(lái)會(huì)使得數(shù)據(jù)資源和產(chǎn)業(yè)規(guī)模進(jìn)一步的增加時(shí),產(chǎn)業(yè)規(guī)模和數(shù)據(jù)資源的增長(zhǎng)也呈現(xiàn)出指數(shù)形式。

(2)在眾多因素中,影響能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的最關(guān)鍵因素為消費(fèi)趨勢(shì)影響因子,其次為技術(shù)研發(fā)投入因子和技術(shù)升級(jí)需求,最后為財(cái)政投入因子、環(huán)境影響因子和法律法規(guī)政策投入因子。消費(fèi)趨勢(shì)影響因子對(duì)能源大數(shù)據(jù)市場(chǎng)資源、數(shù)據(jù)資源、業(yè)務(wù)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的影響最大,技術(shù)升級(jí)需求和技術(shù)研發(fā)投入對(duì)于技術(shù)資源的影響最大,而技術(shù)資源的提升將間接影響能源大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)規(guī)模。由此可知,對(duì)于整個(gè)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),消費(fèi)趨勢(shì)是影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)最根本的影響因素。因此,為保證能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展,未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注推動(dòng)能源領(lǐng)域新模式、新業(yè)態(tài)的蓬勃興起,豐富能源大數(shù)據(jù)各項(xiàng)增值服務(wù),滿(mǎn)足不同主體的業(yè)務(wù)需求,設(shè)計(jì)更為合理的商業(yè)模式和盈利模式,從而推動(dòng)能源大數(shù)據(jù)消費(fèi)趨勢(shì)的增長(zhǎng),進(jìn)而保障能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

本文首先對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵、架構(gòu)和主要影響因素進(jìn)行了分析,其次構(gòu)建了因果關(guān)系模型和系統(tǒng)存量流量模型,最后利用Vensim PLE軟件對(duì)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行仿真,確定影響能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素,主要包括消費(fèi)趨勢(shì)影響因子、技術(shù)研發(fā)投入因子、技術(shù)升級(jí)需求、財(cái)政投入因子、環(huán)境影響因子和法律法規(guī)政策投入因子等。

為促進(jìn)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的快速發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展,為政府、企業(yè)和個(gè)人用戶(hù)提供更加成熟的數(shù)據(jù)增值服務(wù),未來(lái)應(yīng)針對(duì)能源大數(shù)據(jù)的具體業(yè)務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析,并探索能源大數(shù)據(jù)增值服務(wù)業(yè)務(wù)的可行商業(yè)模式,從而促進(jìn)能源大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展。