新一輪工業(yè)革命：物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與智慧能源的結(jié)合

在過去的工業(yè)革命中，技術(shù)的進步導致了對當時經(jīng)濟的全面改革，而第三次產(chǎn)業(yè)革命中，個人技術(shù)和一體化系統(tǒng)正在創(chuàng)造一個人類共同渴望的生態(tài)系統(tǒng)，并最終將跨越到第四次工業(yè)革命中去。因為新一輪工業(yè)革命關(guān)乎的不僅僅是經(jīng)濟競爭問題，更是包括能源在內(nèi)的人類生存發(fā)展的生態(tài)問題。

三次產(chǎn)業(yè)革命的周期性

產(chǎn)業(yè)革命的周期性

1939年，奧地利人熊彼特總結(jié)和分析前人的觀點，以“創(chuàng)新理論”為基礎(chǔ)首次提出經(jīng)濟發(fā)展過程中同時存在著長、中、短“三種周期”理論?！伴L周期”即為“康德拉季耶夫”周期，“中周期”即為“朱格拉周期”，“短周期”為“基欽周期”。熊彼特還宣稱，上述幾種周期并存而且相互交織的情況。在他看來，一個“長波”大約包括有六個“中周期”，而一個中周期大約包含有三個“短周期”。熊彼特沿襲了康德拉季耶夫的觀點，把百余年來社會經(jīng)濟發(fā)展過程進一步分為三個“長周期”，而且用“創(chuàng)新理論”作為基礎(chǔ)，以各個時期的主要技術(shù)發(fā)明和它們的應(yīng)用，以及生產(chǎn)技術(shù)的突出發(fā)展作為各個“長周期”的標志。

熊彼特在1934年的《經(jīng)濟發(fā)展理論》中對三次長周期的劃分為：第一波長周期從18世紀80年代到19世紀50年代，是所謂第一次“產(chǎn)業(yè)革命時期”，這個周期的基本特征是手工制造或工場制造的蒸汽機逐步推廣到所有工業(yè)部門和工業(yè)國家，也可以說是煤炭成為主要能源階段；第二波長周期從19世紀50年代末年到19世紀末，是所謂的“蒸汽機和鋼鐵時代”或“鐵路化時代”，即第二次產(chǎn)業(yè)革命，其特征是機器制造的蒸汽機成為主要的動力機，并得到普及，也可以說是石油和煤炭共同主導的時代；第三波長周期從1898年開始（當時這個“長周期”尚未最后結(jié)束），是所謂“電氣、化學和汽車時代”，即第三次產(chǎn)業(yè)革命，其特征是電動機和內(nèi)燃機在工業(yè)部門中的普遍應(yīng)用，可以說是電氣、石油和煤炭共同使用階段；后來，人們把以電子計算機的發(fā)明和應(yīng)用以及信息化和智能化作為第四波長周期的標志，現(xiàn)在正在確定標志性方向，對能源來說，是將能源更加優(yōu)化可控和在控。因此，迄今為止，伴隨著四次科技和產(chǎn)業(yè)革命也產(chǎn)生了四波康德拉季耶夫周期（每周期為45～60年），當然，第四波應(yīng)該到達第三至四個中周期。

產(chǎn)業(yè)革命的特征

回顧過去的三次產(chǎn)業(yè)革命，似乎至少可以總結(jié)出三個顯著特征：一是產(chǎn)業(yè)革命必須是符合人類社會變革的需要，從而滿足人類消費意愿。前三次產(chǎn)業(yè)革命都是在人類要提高生產(chǎn)效率、擴大生產(chǎn)和生活水平提高的需要，人類因此愿意去投資和改變；二是產(chǎn)業(yè)革命必須是深刻改變?nèi)祟惿a(chǎn)和生活方式。第一次產(chǎn)業(yè)革命將人類從手工制造時代帶入機器生產(chǎn)時代，從第二次到第三次產(chǎn)業(yè)革命，通過火車鐵路、汽車公路和計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了對地域限制的突破，甚至形成了全球的無形網(wǎng)絡(luò)，深刻改變了人類的經(jīng)濟交往和生活方式；三是產(chǎn)業(yè)革命必須能夠形成相當長的產(chǎn)業(yè)鏈，使生產(chǎn)者大量轉(zhuǎn)移到新的生產(chǎn)方式中。汽車產(chǎn)業(yè)從現(xiàn)在的眼光看屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但作為第三次產(chǎn)業(yè)革命的產(chǎn)物，汽車產(chǎn)業(yè)形成了至今為止最長的產(chǎn)業(yè)鏈，極大地解決了就業(yè)問題。因此，正在發(fā)展中的計算機、通訊、信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用也分散形成了很長的產(chǎn)業(yè)鏈，只是沒有像汽車產(chǎn)業(yè)顯得那樣集中而已。

新一波產(chǎn)業(yè)革命方興未艾

新一波產(chǎn)業(yè)革命進入信息思維空間

2018年初，世界經(jīng)濟論壇估計，100個國家已經(jīng)為工業(yè)4.0做好了準備。工業(yè)4.0起源于德國政府推動制造業(yè)數(shù)字化的一項高科技戰(zhàn)略。它包括網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和認知計算。工業(yè)4.0的小單元通常被稱為“智能工廠”，因為它們將集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和工廠的制造過程無縫銜接，并由去中心化的決策支持。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)進行實時通信和協(xié)作。下面十項技術(shù)被認為是工業(yè)4.0包括的主要內(nèi)容：

1.大數(shù)據(jù)分析：現(xiàn)在，隨著計算能力的增強，我們現(xiàn)在可以實時分析大量的數(shù)據(jù)。從生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)等不同來源收集的數(shù)據(jù)，以及企業(yè)和客戶管理系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，都需要進行整理，最終成為支持實時決策的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)還將決定企業(yè)的重大決策，因為它在本質(zhì)上更具預測性，能夠洞察因果關(guān)系、未來趨勢和行為。

數(shù)據(jù)集的互操作性、標準數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)安全問題是挖掘大數(shù)據(jù)潛力需要解決的關(guān)鍵問題。另外，目前的分析能力與數(shù)據(jù)生成速度之間也需要縮小“分析差距”。

2.智能機器人：制造業(yè)為提高生產(chǎn)效率和精度，機器人首先推動了工業(yè)4.0的發(fā)展，因此，制造業(yè)是第一個擁有機器人的行業(yè)，這些機器人將在自身和人類之間進行協(xié)調(diào)，以擴大現(xiàn)有的生產(chǎn)能力和效率。

3.模擬系統(tǒng)：是指利用實時數(shù)據(jù)，在虛擬模型中反映物理世界。該模型旨在幫助用戶在虛擬模型中測試活動，以便根據(jù)時間、成本和總體效率提前調(diào)整，以應(yīng)對現(xiàn)實中的變化。

4.橫向聯(lián)系和垂直集成：當一個任務(wù)與制造流程中的其他任務(wù)銜接脫節(jié)時，可以通過流程自動化將這些任務(wù)相互聯(lián)系在一起，為突發(fā)事件、同步活動、優(yōu)化資源甚至可能與框架之外的系統(tǒng)通信做好準備。它的目標是跨越整個價值鏈、公司、部門、職能和能力來創(chuàng)建一個更具凝聚力的網(wǎng)絡(luò)?？缦到y(tǒng)的通用數(shù)據(jù)集成和互操作性旨在真正實現(xiàn)整個價值鏈的自動化。

5.物聯(lián)網(wǎng)：這將使更多的設(shè)備通過嵌入式計算相互“交談”。這種通過集中控制器進行的通信還將分散分析和決策，從而實現(xiàn)更多的實時響應(yīng)。這一領(lǐng)域在短期內(nèi)實現(xiàn)了快速增長，反過來又轉(zhuǎn)化為更大的機遇。

6.云計算：這是如軟件開發(fā)平臺、服務(wù)器、存儲和軟件等服務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)上的使用，通常被稱為“云”。系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和功能將超越站點和公司邊界，將通信和反應(yīng)時間縮短到幾毫秒，極大地促進更多用于生產(chǎn)和服務(wù)集成的數(shù)據(jù)驅(qū)動服務(wù)。

7.網(wǎng)絡(luò)安全與區(qū)塊鏈：設(shè)備的連接性增強，以及開放網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的不斷流動，使得系統(tǒng)容易受到惡意軟件和間諜軟件的網(wǎng)絡(luò)威脅。識別這些威脅并保護數(shù)據(jù)對于維護工作協(xié)議和系統(tǒng)的完整性以及數(shù)據(jù)本身的保密性非常重要。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以保護虛擬世界的地步。

8.增材制造：這一領(lǐng)域最常見的示例是3D打印，用于模型制作和小規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域。這一領(lǐng)域的長足發(fā)展對于生產(chǎn)小批量的定制產(chǎn)品很有吸引力，這些定制產(chǎn)品優(yōu)勢明顯：例如可以使用不同的材料，并將復雜輕型的設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實。

9.智慧能源:大數(shù)據(jù)中心和智能控制系統(tǒng)運行，需要能源支撐，多數(shù)需要電能的保障，同時也是高能耗設(shè)備，如何發(fā)展智慧能源是可持續(xù)發(fā)展的需要。

10.增強現(xiàn)實：它在真實的特性之上添加了一個虛擬層以提供更多的信息和維度，增強理解和可視化。預計它將為工人和用戶提供更廣泛的用途，為改進決策和工作程序提供實時信息。

新一波產(chǎn)業(yè)革命已經(jīng)開始

顯然，問題不在于新一波工業(yè)革命是否會發(fā)生，而在于它發(fā)生的速度。在歐洲、亞洲和美洲的許多國家，已經(jīng)開始了一場為工業(yè)4.0做好準備的競賽，因為工業(yè)4.0被越來越多地視為生產(chǎn)率提高的關(guān)鍵決定因素，同時它的成本效益將最終決定快速變化的技術(shù)和流程生態(tài)系統(tǒng)的收入增長。

德國被公認為第四次工業(yè)革命的先驅(qū)，它以強大的教育成果、先進的技術(shù)培訓計劃、高素質(zhì)的現(xiàn)有勞動力和經(jīng)過證明的創(chuàng)新能力而脫穎而出。德國正在加快制定自己的標準，隨著工業(yè)4.0在2011年的推出，它是第一個加強產(chǎn)品、價值鏈和商業(yè)模式的數(shù)字化和互聯(lián)互通，推動數(shù)字制造業(yè)向前發(fā)展的國家之一。

另一個主導制造業(yè)的國家是美國。美國在生產(chǎn)要素驅(qū)動因素方面得分最高，在除可持續(xù)資源和制度框架外的所有驅(qū)動因素方面得分均排在前5名。目前處于圍繞第四次工業(yè)革命新興技術(shù)的主要發(fā)展前沿。此外，由于其強大的高等教育機構(gòu)，美國還能夠培養(yǎng)、吸引和保留先進的人力資本。

2015年，中國為提升中國制造向高質(zhì)量發(fā)展，也為制造業(yè)創(chuàng)新提供資金。

工業(yè)4.0與循環(huán)經(jīng)濟在很多地方交叉。例如，機器人技術(shù)的進步將使制造商能夠在越來越多的應(yīng)用中使用機器人，從而提高產(chǎn)量和減少浪費，并延長產(chǎn)品壽命。利用3D打印技術(shù)按需生產(chǎn)零部件，可提高維修性，延長產(chǎn)品和設(shè)備的生命周期。這也將影響產(chǎn)品設(shè)計，未來的3D零件維修可以內(nèi)置到流程中。

工業(yè)革命對環(huán)境和氣候的影響一直是一個令人關(guān)注的問題。因此，工業(yè)4.0不只是通過自動化、提高生產(chǎn)率，同時開發(fā)創(chuàng)新的商業(yè)模式來實現(xiàn)經(jīng)濟增長，同樣重要的是如何管理廢物，并向循環(huán)經(jīng)濟邁進。循環(huán)經(jīng)濟不像線性經(jīng)濟那樣遵循“使用-處理”模型，而是遵循“使用-再用”模型。工業(yè)4.0支持循環(huán)商業(yè)模式，只消耗可再生資源。除了環(huán)境影響的可持續(xù)性作為生產(chǎn)驅(qū)動因素外，工業(yè)4.0本身也關(guān)乎傳統(tǒng)企業(yè)的生存和成長。隨著對非可再生能源依賴的增加，該行業(yè)的利潤遲早會受到影響。

智慧能源托起空間智能網(wǎng)絡(luò)

在未來，世界是否醞釀出一場轟轟烈烈的新一波產(chǎn)業(yè)革命是決定未來全球能否獲得新的經(jīng)濟增長引擎的關(guān)鍵。對于新產(chǎn)業(yè)革命形成，也將帶來世界新一波的朱格拉周期(中周期)，這會是智慧能源的興起嗎?回答應(yīng)該是肯定的，因為這是人類生存的需要。

新能源戰(zhàn)略給經(jīng)濟帶來增長希望

智能能源是指將能效技術(shù)與智能技術(shù)相結(jié)合，強調(diào)具體的技術(shù)及其物質(zhì)或物理屬性，還沒有延伸到觀念、制度等非物質(zhì)或非物理的范疇。就其能源形式而言，新能源屬于智慧能源，但智慧能源的外延要大于新能源，例如相對傳統(tǒng)能源的清潔、高效利用技術(shù)也屬于智慧能源的范疇。

當人們意識到科技革命可以成為經(jīng)濟增長引擎時，人們就會在經(jīng)濟衰退階段主動去尋找新的技術(shù)革命。奧巴馬當美國總統(tǒng)時，向世人拋出了他的新能源戰(zhàn)略，為人們勾勒出新一輪產(chǎn)業(yè)革命的構(gòu)想。從產(chǎn)業(yè)革命必須具備的三個特征來看，新能源戰(zhàn)略給人們帶來希望。第一，新能源符合人類減少對地球資源過度消耗和環(huán)保的需求，只要全球?qū)Υ诉_成共識，人類就愿意投資和消費新能源，即使在初期要承擔比使用傳統(tǒng)能源更高的成本。第二，新能源可以改變?nèi)祟惿a(chǎn)和生活方式，通過節(jié)能就可以大大提高生產(chǎn)效率。第三，新能源可以分散形成很大的產(chǎn)業(yè)鏈，由于人類生產(chǎn)和生活已經(jīng)離不開能源，因此新能源將不僅僅局限于新型能源生產(chǎn)過程，還將滲透到很多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，如汽車和建筑業(yè)等，形成新的新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)，從而創(chuàng)造更多的就業(yè)。當美國這項技術(shù)研制成熟后，就會掀起新一輪的全球擴張，從而帶動新一輪全球經(jīng)濟增長。

掌控新一波工業(yè)革命再次點亮“中國制造”

在全球經(jīng)濟增長持續(xù)低迷的背景下，達沃斯年會似乎找到了破解全球經(jīng)濟難題的辦法，這次新工業(yè)革命將會給全球經(jīng)濟增長帶來新的動能。同時，也將在資本市場找到新的投資機遇，工業(yè)機器人等先進制造業(yè)領(lǐng)域有望迎來新一輪發(fā)展。

移動通訊的迅猛發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，尤其5G的出現(xiàn)，我國已經(jīng)具有偉大的世界引領(lǐng)作用。4G改變生活，5G改變社會，網(wǎng)速、超低延遲、超多設(shè)備連接數(shù)是5G的三大優(yōu)勢，已經(jīng)滿足感知系統(tǒng)的高精度，使移動物體比人類更加精準，當然，結(jié)合邊界計算等技術(shù)，移動智能控制成為可能，尤其是移動服務(wù)更強大，但5G仍然是空間信息傳輸，空間信息網(wǎng)絡(luò)的各種問題并沒有徹底解決，為實現(xiàn)高智能化就要與大數(shù)據(jù)、云計算、甚至霧計算結(jié)合。

5G的發(fā)展也有能耗問題，5G基站必須比4G高密度布置，大功率發(fā)射，應(yīng)該說與4G相比，5G基站是高能耗設(shè)備。從整體功耗來說，中興5G基站在100%功耗下是3674.85瓦，華為也達到了3852.5瓦，而中興4G基站只有1044.72瓦，5G基站功耗約為4G的3.5倍，在其他負載下5G功耗也要比4G高得多，平均是4G功耗的3倍左右。另外，5G基站還有一個問題就是空載功耗降不下來，中興和華為的5G基站空載依然有2200到2300瓦功耗，比4G的837瓦功耗高得多。

當然，這是直觀對比，由于5G速率快得多，從能效比較，5G要好些，但也要加上基站密度和投資綜合考慮才是應(yīng)用經(jīng)濟性基礎(chǔ)。

我國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略是新一輪周期出現(xiàn)的基礎(chǔ)

可再生能源是相對于不可再生能源而言的，強調(diào)一定時空下能源的可再生性，無疑是智慧能源的一部分，因為它實現(xiàn)了能源的可再生，體現(xiàn)了人類的智慧。但可再生能源不等于智慧能源，因為智慧能源遠比可再生能源的范圍寬泛，不可再生能源的技術(shù)創(chuàng)新也屬于智慧能源的范疇。

能量守恒是自然法則，能量只能轉(zhuǎn)換不能消失，如何通過智慧能源實現(xiàn)循環(huán)利用，才能不會使能量在自然界中形成危機環(huán)境的因素是人類重大課題。能量利用一方面要注意生態(tài)約束條件，不要將廢棄能量分散到我們的生存環(huán)境中，尤其基礎(chǔ)環(huán)境，如空氣和江河湖海，人的生活質(zhì)量需要能源滿足自身要求，沒有生態(tài)文明就沒有人與自然和諧共生。清潔是智慧能源的一個重要屬性，但不是說所有的清潔能源都能歸入智慧能源的范疇，清潔能源必須還要滿足高效、安全等其他條件才能成為智慧能源，因此清潔能源與智慧能源擁有交集，但又不完全重合。

堅持以科技創(chuàng)新為第一動力。當前，我國能源市場結(jié)構(gòu)和市場體系深層次問題仍很突出，科技創(chuàng)新在能源發(fā)展中的作用還不顯著，長期形成的粗放發(fā)展方式亟待轉(zhuǎn)變。習近平總書記關(guān)于能源安全新戰(zhàn)略的重要論述，深入總結(jié)我國能源發(fā)展的經(jīng)驗教訓，明確新時代我國能源發(fā)展必須加快轉(zhuǎn)換發(fā)展動力，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動我國產(chǎn)業(yè)升級的新增長點，從根本上回答了順應(yīng)能源發(fā)展大勢“怎么干”的問題。我們要堅定實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，推進能源領(lǐng)域向智慧能源發(fā)展，只有將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與智慧能源的結(jié)合，才能推動新一輪產(chǎn)業(yè)革命出現(xiàn)，并向可持續(xù)化方向發(fā)展。