能源与数字技术的融和将推动构建一个全新的综合智慧能源体系，数字孪生技术作为一种先进的数字化技术，在能源领域的应用尚处于初级阶段，但其应用和发展正在加速。
什么是数字孪生？
数字孪生（Digital Twin）的概念由美国密歇根大学迈克尔•格里夫教授于2002年提出，但目前尚无业界公认的标准定义。
数字孪生是对物理实体或流程的数字化镜像。创建数字孪生的过程，集成了人工智能、机器学习和传感器数据，以建立一个可以实时更新的、现场感极强的真实模型，用来支撑物理产品生命周期各项活动的决策。
也可以说，数字孪生是物理世界的数字化表达，它可以帮助我们在数字世界中模拟真实世界，并预测可能发生的各种情况，从而基于模拟结果做出判断，选取最优方案，再反馈到物理世界。
而事实上，早在上世纪70年代，数字孪生的概念就已经开始被应用。在美国航天局NASA阿波罗13号事故中，NASA曾尝试利用数字孪生技术模拟航天器在太空中的各种场景，并以此帮助宇航员解决在太空遇到的突发情况。
今天，数字孪生正在成为影响全球数字化变革的关键技术，其被广泛应用在城市建设、医疗保健和汽车工业、智慧能源等各个领域。德勤发布的《技术趋势2020报告》将数字孪生列为五大重点趋势之一。
美国研究机构Markets and Markets的预测称，2019年，数字孪生体的市场价值为38亿美元，预计2025年将增至358亿美元。数字孪生的发展势头迅猛，得益于快速发展的仿真和建模能力、更好的互操作性和物联网传感器，以及更多可用的工具和计算的基础架构等。
比如在汽车和飞机制造领域，数字孪生技术逐渐成为优化整个制造价值链和创新产品的重要工具；在能源领域，油田服务运营商通过获取和分析大量井内数据，建立数字模型，实时指导钻井作业;在医疗保健领域，心血管研究人员正在为临床诊断、教育、培训，创造高仿真的人类心脏的数字孪生体；作为智慧城市管理的典型案例，新加坡使用详细的虚拟城市模型，用于城市规划、维护和灾害预警项目。
数字孪生+智慧能源
数字化的智慧能源系统已成能源行业的发展大趋势。当前，数字孪生技术在智慧能源行业应用仍处于起步阶段。数字孪生技术可在物理世界和数字世界之间建立精准的联系，有助于解决智慧能源发展所面临的技术难题，支持从多角度对能源互连网络进行精确仿真和控制。
一般认为，数字孪生技术特别适用于资产密集型且可靠性需求高的复杂系统。该技术已逐渐应用到诸多工业领域，以制造业领域为典型。智慧能源系统是融合多能源的综合复杂系统，与数字孪生技术的应用方向高度契合。然而，当前数字孪生技术在智慧能源领域应用发展比较零散，没有建立数字孪生技术在智慧能源领域的应用实施框架。
数字孪生技术可以充分利用精细化物理模型、智能传感器数据、运维历史等数据，集成电、磁、热、流体等多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成对智慧能源系统的映射；数字孪生实例反映对应智能设备的全生命周期过程，能够实时更新与动态演化，进而实现对智慧能源系统的真实映射。
我国已有相关单位在推进数字孪生在综合智慧能源系统中的应用。清华四川能源互联网研究院CloudPSS团队研发的综合能源系统建模仿真平台IESLab 2.0，即支持综合能源系统项目的数字孪生体生成、部署及交付功能。
▲CloudPSS数字孪生体
CloudPSS团队介绍称，该功能基于云计算和虚拟化技术，为不同类型综合能源系统定制化“安全可靠”、“双向同步”、“持续改进”的数字孪生体，即为综合能源系统构建云端高性能引擎，并封装为用户专项虚拟机，贯通应用于系统规划设计、建设调试、调度运行和检修维护等业务流程，保持和实际系统参数、数据、控制逻辑的双向同步和互动，进而基于人工智能技术获得持续改进的系统调控和运维策略。
综合能源系统的数字孪生体是一种可交付的数字产品，可以衍生出丰富的应用功能。例如将数字孪生体与数值天气预报结合，可在线模拟极端气象条件下综合能源系统故障和恢复，给出隔离故障和恢复供能的最优方案；也可以在云端利用数字孪生体开展强化学习训练，获得综合能源系统最优调度运行策略，进而下载部署于实际系统中，持续改善综合能源开发和利用成效。
