為什么GAO要做這項研究

兵棋推演是一種分析方法，可以為復雜的問題提供有價值的見解，并為有關作戰概念、能力和計劃的決策提供信息。美國防部認為，兵棋推演對二戰期間太平洋地區關鍵行動的軍事規劃做出了重要貢獻。2015年，美國防部開始了一項倡議，以重振兵棋推演，以配合準備近距離的力量競爭的戰略轉變。

美國政府問責局被要求審查美國防部對分析性兵棋推演的使用。本報告審查了：（1）美國防部的兵棋推演活動的范圍；（2）美國防部對內部和外部兵棋推演供應商的使用；以及（3）美國防部確保兵棋推演質量的程度。

GAO分析了2017至2021財年的兵棋推演數據；美國防部的相關指導和文件；以及兵棋推演質量的主要做法。GAO還觀察了兵棋推演，并采訪了美國防部和外部兵棋供應商的兵棋推演官員。

GAO的建議

GAO向美國防部提出了10條建議，包括評估內部和外部兵棋供應商的使用情況；制定有效的方法來管理兵棋推演數據和分享有關即將到來的兵棋推演的信息；以及評估制定標準兵棋推演教育和資格的成本和效益。美國防部同意這些建議。

GAO的發現

兵棋--對沖突的表述，在游戲中玩家做出決定并對這些決定的后果做出反應--被廣泛用于整個美國防部（DOD），以提供對挑戰的洞察力并為決策提供信息。美國防部和其他兵棋提供者計劃、進行和分析兵棋推演（見圖），美國防部將其結果與其他分析方法如軍事演習和建模結合起來使用。例如，2022年5月，美國政府問責局觀察了一場海軍有爭議的后勤戰役，包括來自國防部40多個組織以及國際合作伙伴的200多名參與者。海軍計劃使用這些結果來為后勤規劃提供信息，以支持分布式海軍部隊。

圖：美國防部(DOD)的一般兵棋推演流程

美國防部的一些內部組織作為兵棋供應商運作，美國防部也使用外部兵棋供應商--聯邦資助的研究和開發中心以及承包商。美國防部使用的兵棋提供者的組合各不相同，并具有優勢和劣勢，包括不同的能力、及時性、信息獲取、專業知識和獨立性。然而，美國防部還沒有評估其對兵棋供應商的使用，包括其內部兵棋推演能力的充分性或與依賴外部兵棋供應商有關的風險。因此，美國防部的兵棋資源可能是錯位的。

美國政府問責局確定了美國防部組織用來指導其兵棋推演的13條共同質量原則。美國防部有合作的兵棋推演論壇、信息系統和一些與兵棋推演有關的教育。然而，美國政府問責局發現，在獲取兵棋推演數據方面存在障礙，關于即將到來的兵棋推演的信息沒有被共享，而且各部門還沒有為兵棋推演者制定標準教育和資格。解決這些問題將提高國防部兵棋推演工作的有效性。

為了應對一個日益動態的作戰環境的挑戰，必須適應技術發展的快速步伐。無人系統（UxS）在改善美國海岸警衛隊的卓越任務方面發揮著關鍵作用，并擁有巨大的前景。無人系統可以幫助找到遇險的海員。它們可以提高在海上探測非法毒品和移民販運的能力，這樣就可以最有效地分配有限的船只、船舶和飛機。UxS可以成為監測世界各地非法、未報告和無管制（IUU）捕撈活動的有力工具。在不斷變化的北極地區，UxS可以幫助破冰船的導航，跟蹤冰山和增加的船只交通，并監測其他商業活動的增長。未來將在一個可互操作的系統的互聯范圍內采用UxS，并使人工智能得到有效的整合，以便在這樣的情況下和更多的情況下向海岸警衛隊的操作員提供可操作的數據。能夠實現最佳人機協作的UXS為海岸警衛隊提供了改變游戲規則的機會。

海岸警衛隊還將有目的地在復雜的海洋環境中抵御和管理無人系統。將采用適合海岸警衛隊在所有領域的海上安全作用的反無人系統能力，以幫助確保海洋運輸系統（MTS）的安全。此外，自動化、自主化和無人駕駛系統的采用有望改變海運業。

雖然海岸警衛隊成功的關鍵一直是人，但無人駕駛系統提供了提高勞動力的性能和效率的前景，并作為一個真正的力量倍增器。海岸警衛隊將尋求調整要求、采購、收購和資金，以確保UXS能夠以需要的速度交付，并與勞動力和現有資產相結合。擁抱和整合UxS將在復雜和不斷變化的環境中促進海上安全和保障。

無人系統的變化、威脅和機遇

引言

海岸警衛隊的一系列廣泛的任務要求海岸警衛隊的人員和漁船、艦艇、飛機和海岸站都要做到最好。然而，海洋領域繼續迅速變化并提出新的挑戰。"當今世界的變化步伐正在加快。地緣政治戰略競爭、經濟動蕩、氣候變化影響、勞動力期望值的變化、不斷發展的技術和新興的海洋用途正在匯聚在一起，推動服務發生變化。" 非法、無管制和未報告的捕撈活動已取代海盜行為成為最大的全球海事威脅之一。毒品和移民的非法販運正在向更遠的地方轉移，并持續對公眾構成威脅。北極地區的海事活動正在增加。自然災害繼續威脅著海洋上和海洋附近的人們。對海岸警衛隊服務的需求是強烈的，并繼續增長。

在一個不斷變化的海洋領域中保持意識和執行管理，仍然是幾乎所有海岸警衛隊任務的核心。在國內，"海洋環境的新興用途--包括近海能源生產、無人駕駛船只和航空系統的使用以及商業空間活動--正在迅速擴大，對現有的監管和操作框架提出了挑戰。" 更廣泛地說，"國家競爭者、暴力極端分子以及日益強大和有能力的跨國犯罪組織（TCOs）都在繼續試圖利用海上的薄弱治理、岸上的腐敗和海洋領域意識的差距來獲得經濟和政治優勢。" 這些變化給海岸警衛隊的任務執行帶來了威脅和機遇，同時也增加了對海岸警衛隊海上領域意識的需求，以支持美國和全球利益。

技術在不斷進步，提供了新的工具和能力，可以幫助執行海岸警衛隊的任務。"技術的快速發展，對海岸警衛隊服務不斷增長的需求，越來越多的動態操作環境，以及全球戰略競爭，使目前執行任務的方式更加緊張。必須加強競爭優勢，以配合影響海洋領域的變化速度。這是對行動的呼吁"。

UxS創造了機會，以新的方式將人員、資產、系統和數據結合起來，以創造一支更加靈活的部隊。UxS可以填補覆蓋面的空白，提高對形勢的認識。UxS還可以提供新的能力，以增強載人任務。UxS可以將人類從一些任務中經常是骯臟的、偶爾是枯燥的、有潛在危險的工作中解放出來。UxS不能單獨執行任務，但它們可以幫助保持人員準備狀態，直到正好需要海岸警衛隊人員的時刻。

海岸警衛隊已經雇用了一些UXS，但主要是以分離和以平臺為中心的方式進行的。海岸警衛隊已經經歷了一些項目的成功，如國家安全快艇上的中程無人駕駛航空系統（UAS），以及在海岸警衛隊各水上和岸上單位使用的短程UAS。當與其他技術無縫整合時，作為技術生態系統的一部分，無人機系統可以成為一個力量倍增器，將傳感器與作戰決策者通過資產、網絡、數據系統、高級分析和信息共享平臺聯系起來，并具有更高的速度和效率。必須保持靈活和適應性，以追求這一變革性變化。

雖然無人駕駛系統為海岸警衛隊的就業提供了機會，但它們已經被海洋環境中的所有類型的行為者所使用，而且應該預期它們的存在將大幅增長。公民使用無人駕駛系統正在無意中影響著政府和商業船只以及沿海設施的日常運作。商業航天公司正在使用無人駕駛的駁船進行作業，航運公司正在將自主系統甚至完全自主的車輛納入其船隊。麻醉品販子已經建造了小型的自制無人潛水艇，以秘密地在海上邊界非法運輸毒品。應該預料到，無人駕駛系統將在海洋環境中變得無處不在，必須為其影響做好準備。

了解海岸警衛隊任務的變化、機會和風險，使能夠構建一個愿景，為戰略制定方向。

作戰概念：UXS，作戰/戰術ISR

即使在俄烏戰爭肆虐之際，北約正在尋求整合戰場上的經驗教訓，以調整其防御規劃，以適應一個快速變化的世界。已經有一個教訓是明確的：在一個有爭議的歐洲，盟友需要對行動環境有更好的認識。決策和執行的速度和質量必須提高。北約的有效和道德的決策必須轉化為行動效果。北約必須優先考慮其指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察（C4ISR）架構的現代化和整合，以跟上快速變化的作戰環境。

雖然是一個復雜的概念，但C4ISR最容易被理解為軍隊的 "神經系統"。它對日常運作、自動反應和大型企業固有的復雜流程至關重要。安全環境發生了迅速而根本的變化--包括歐洲大規模戰爭的回歸、氣候變化以及新興技術的變革潛力--要求立即對北約的C4ISR架構進行嚴格審查。C4ISR的現代化是保持競爭優勢的必要條件，以應對基于國家的對手、其他系統性挑戰和尚未實現的威脅--所有這些都可能顛覆北約致力于維護的基于規則的國際秩序。

北約的新戰略概念為加強防御和威懾提供了平臺，同時利用新興和顛覆性技術，為跨大西洋的決策者提供了一個獨特的機會窗口。正是北約的C4ISR能力將使一個相關的、可信的北約 "神經系統 "能夠應對未來的挑戰。

為此，大西洋理事會的這項研究--北約負責國防投資的前副秘書長助理一年來的研究和采訪的最終成果--提供了一個實現這一目標的詳細路線圖。這份全面的報告對C4ISR現代化這一主題進行了專業處理，以幫助跨大西洋的決策者、作戰部隊、專家和政策界以及軍事技術觀察家更好地理解北約C4ISR架構所固有的挑戰和機遇。重要的是，它通過一系列深思熟慮的建議來想象C4ISR現代化的可能性。

歸根結底，問題不在于北約是否需要進化和發展其C4ISR能力，而在于它是否能及時做到這一點，以應對聯盟所面臨的不斷增長的威脅。相信這項廣泛的研究巧妙地提出了北約C4ISR架構必要的現代化路徑。

C4ISR五步發展路徑

1.加強數據和情報共享

共享數據、信息和情報是C4ISR的燃料。然而，現實表明，數據和情報共享水平并未達到預期。這意味著由于信息未被共享，可能會產生巨大的機會成本。在具備正確的政治意愿和適當的安全措施下，北約及其成員國收集到的海量數據和情報可以更好地用于集體安全和防御。

2.數字化轉型

數字化轉型旨在解決數字化、連通性、數據架構和數據管理問題，為提高安全和防御能力、提高彈性提供基礎。數字革命與C4ISR架構密切相關，因為先進的C4ISR技術可以幫助聯盟在指揮、控制、通信、數據和情報分析、決策、操作和互操作性等方面實現顯著的提速、更高的安全性和效用。在這方面取得進展尤為重要，特別是當盟國試圖轉向新的作戰概念和有效的多領域作戰時，后者要求在所有作戰領域實現動能和非動能力量的整合和快速擴展。

3.通過新概念、政策和計劃明確C4ISR要求

為了超越潛在對手，北約必須立即行動，制定未來C4ISR架構需求。一些已經展開的工作，如新的北約部隊模型、多域作戰概念、盟軍作戰指揮與控制評估和《北約聯合情報監視和偵察2030+》的遠景規劃，將直接影響未來北約C4ISR的需求。北約需要為盟國提供一個明確的C4ISR定義，促使成員國達成共識，并確保計劃、能力和概念開發方面的一致性。

4.通過現代化增強和形成能力，以滿足C4ISR新需求

北約應采取一些實際措施，以在未來保持其技術和軍事優勢。這包括改變現有的C4ISR部隊結構，提高北約接收國家和商業空間信息的能力，縮小集成空中和導彈防御的差距，發展更強大的電子戰能力，并投資于以及推廣人工智能、自主性、空中能力和量子計算等新興和顛覆性技術的創新和應用。

5.持續投資C4ISR互操作性、戰備、彈性、創新和適應性

北約的實力在于其集體決策和行動、組織和互操作能力。北約的C4ISR力量和能力為盟國提供可互操作的結構和數字骨干，有助于盟國集體意識、決策和行動。投資于C4ISR準備性、彈性和能力，直接為聯盟本身的潛力做出貢獻。

目錄

• 前言
• 塑造北約C4ISR的威脅和挑戰
• 俄烏戰爭給北約C4ISR帶來的教訓和未來需求
  • 多域作戰
  • 零天準備就緒
  • 北約情報機構(NIE)
  • 持久性和生存能力
  • 多學科的情報和融合
  • 任務分配、收集、處理、開發和傳播(TCPED)
  • 網絡
  • 私營企業的作用
  • 數字化、連接性和大數據
• 影響北約C4ISR的決策和正在進行的工作
  • 多域作戰
  • 數字化轉型
  • 強化威懾和防御態勢
  • 健全的、有彈性的、一體化的指揮結構和加強C2安排
  • 全球感知
  • 創新和EDTs
  • 國防投資
• 建議：共享、轉型、實施、現代化和投資
  • 1.分享更多的數據和情報
  • 2.數字化轉型
  • 3.實施新的概念、政策和計劃，明確對北約C4ISR的要求
  • 4.實現現代化，增強和獲取能力，以滿足新的C4ISR要求。
  • 5.繼續投資于北約C4ISR的互操作性、準備性、復原力、創新和適應性。
• 結論

本研究的興趣系統(SOI)集中在藍軍(BF)控制敵方紅軍(RF)對戰略瓶頸貿易路線的影響的任務，以及BF在隨后的沖突中執行的殺傷鏈功能。殺傷鏈功能 "發現RF威脅 "由BF的情報監視偵察（ISR）執行，"瞄準RF威脅 "的功能由BF的決策者執行，而 "與RF威脅交戰 "的功能由BF的射手執行。在執行殺傷鏈功能的過程中，BF的ISR、決策者和射手之間會交換多種信息，并且公認需要在進行合作交戰時提高指揮和控制（C2）的反應能力，以確保在2030年之前超額完成對近距離敵人的任務，屆時海軍無人水面艦艇預計將加入艦隊。

本頂點研究將改進的合作交戰能力（CEC）和指揮與控制（C2）結合起來，以適應在分布式海上行動（DMO）地點作戰的部隊包（AFP）。這項研究考察了CEC的四個重要實體。首先，一個完整的CEC有一個能夠識別潛在目標精確位置的觀察者。在導彈威脅環境中，位置細節的精確度必須極高，并且每秒更新多次。這一功能要素將被歸類為觀察者/ISR或傳感器功能。第二，一個完整的CEC有能力從觀察者/ISR平臺向其他參與平臺交換這種高保真、目標質量的數據。第三，一個完整的CEC有一個發射平臺，其彈藥能夠成功地起訴所觀察的目標。第四，一個完整的CEC具有決策支持/決策能力，其中人類決策者與系統對接并表達他或她的武器釋放權。觀察者/ISR、決策者和射手的組合將在本文中被稱為致命三要素。

這項研究的中心是藍軍(BF)控制敵方紅軍(RF)對戰略瓶頸貿易路線的影響的任務，以及在隨后的沖突中由BF執行的殺傷鏈功能。發現、瞄準和打擊威脅的殺傷鏈功能分別由BF的觀察者、決策者和射手執行。在執行殺傷鏈功能的過程中，致命的三人組之間會交換多種信息，并且公認需要在執行CEC時提高C2的反應能力，以確保在2030年海軍無人水面艦艇預計加入艦隊時能超額完成任務。

為縮短目前殺傷鏈執行過程中的C2周期，建議對致命三體的互操作性進行改進，包括將致命三體之間通常的模擬信息進行數字化，將無線電信息從一種協議轉換為另一種協議，為致命三體提供最佳解決方案的自動化，以及納入類似于F-35上使用的MADL通信。在每個平臺上實施這些改進，應該可以建立一個分布式的、AFP的、特設的網絡。

最重要的是縮短C2周期應該對殺傷鏈和戰斗的結果產生影響。殺傷鏈的好處應該包括在致命的三位一體之間更快、更少的干擾；在高度競爭的環境中做出更靈敏、更可靠的決策；改進武器系統與威脅的匹配，最終形成一個更適當、更有效的特設、自我形成的AFP。

在開發擬議改進的能力和功能模型的同時，還對任務場景進行了模擬，使用各種組合的BF致命三合會攻擊和防御敵人的RF武器系統，其中包括無人駕駛的現實武器系統參數。仿真數據收集和分析結果表明，在實施擬議的JCEC C2互操作性改進措施時，BF的生存能力提高了5.9%到6.4%，最大的改進是由于自動決策。額外的數據還表明，通過JCEC C2的改進來加速殺傷鏈，可以使多達12個額外的BF彈藥可用于發射，4.6個額外的RF彈藥被摧毀，從而作為一種形式的BF倍增器發揮作用。BF損失也減少了12.6%。

這些結果表明，通過提高致命三要素之間的互操作性，并通過自動化改善人類的決策，可以挽救作戰人員的生命，因為更少的BF平臺被損失，并在2030年保持對近似同行的敵人的超強實力。分析支持，日本空軍面臨的最重要的因素是人類的認知反應時間與未來敵人的超高速射彈（HVP）可能的速度之間的不匹配。數據表明，人類決策者在指揮和控制系統中引入了嚴重的延遲，這可能會阻礙聯合艦隊在未來的沖突中迅速作出反應和保衛其平臺的能力。2030年的聯合艦隊應該考慮追求人工智能和機器學習算法，以大大減少聯合艦隊C2的C2周期時間和數據交換延遲，從而增加化解新開發和更快到來的威脅的機會。

本專著分析了為聯合全域作戰（JADO）組織、訓練和裝備空軍特種作戰（AFSPECWAR）武器系統的挑戰。2017年，美空軍參謀長（CSAF）實施了戰場空軍部隊改進計劃（BA FIP），以增加戰備和提高殺傷力。該倡議旨在整合空軍特戰部隊，以實現統一行動，并為戰略效果提供不對稱的空中力量優勢。作為一個武器系統，AFSPECWAR的愿景是提供一個整體的能力，執行全球接入、精確打擊和人員恢復。盡管美國空軍（USAF）在2019年建立了一個局（HAF/A3S），但AFSPECWAR面臨著組織、理論和資源方面的挑戰，限制了其在聯合行動中作為連接組織的能力。AFSPECWAR需要組織變革和持久的機構投資，以確保美國空軍能夠投射空中、太空和網絡空間能力以支持聯合部隊和國家目標。

重要性

美國空軍提供行動和機動自由的能力是對聯合部隊進行聯合全域作戰（JADO）能力的一個重要貢獻。在高度競爭的環境中，實現全球準入，實現空中優勢，擊敗反介入/區域封鎖（A2AD）系統和綜合防空（IAD）網絡，整合致命和非致命火力，以及營救或恢復人員以拒絕敵人的利用，都是至關重要的能力。通過利用AFSPECWAR，美國空軍可以創建解決方案來推進戰略目標，同時將任務風險降到最低。

2017年戰場空軍部隊改進計劃（BA FIP）報告指出，AFSPECWAR的組織結構是有效部署的障礙。盡管采取了重組和整合部隊的初步行動，但作為聯合部隊的推動者，AFSPECWAR缺乏一個連貫的任務集、綜合的理論和整體的部署。 在前CSAF司令戈德費恩將軍的戰略要求的基礎上，現任CSAF司令查爾斯-布朗（Charles Q. Brown）將軍在一份題為 "加速變革或失去 "的備忘錄中闡明了他對美國空軍的指導。布朗警告說，美國空軍不適應將增加任務和部隊的風險。美國空軍必須繼續評估和調整內部部隊結構，以實現互操作性，在全球范圍內擴大其部隊網絡，并制定新的作戰概念，以提高聯合防務的殺傷力。

AFSPECWAR的部隊結構和零散的作戰概念與以前和現在CSAF的戰略指導和意圖相沖突。需要采取緊急行動來解決AFSPECWAR的不足，進一步拖延 "加速變革或失去 "會增加部隊和美國競爭、威懾和獲勝能力的風險。

受眾

這本專著是為兩個受眾準備的。首先，是AFSPECWAR社區和它的作戰能力者。戰略環境要求AFSPECWAR通過發展作為綜合團隊的專業知識，而不是不同組織的單一能力來最大限度地發揮其效用。應該考慮在AFSPECWAR企業中增加以地面為中心的美國空軍能力，包括爆炸物處理（EOD），生存逃避抵抗逃亡（SERE）專家，以及特別選擇的安全部隊（SF）和軍事工作犬（MWD）。這些作戰能力提供了快速適應基地的選擇，增強了靈活性，并實現了敏捷作戰（ACE）和攻擊下的后勤（LUA）等新興概念。AFSPECWAR領導人必須優先考慮招募、培訓和評估高質量的候選人，以實現規模和效率的增長。

第二，本專著旨在向戰略家、學者、聯合和軍種高級領導人以及機構間合作伙伴介紹AFSPECWAR的能力。戰略競爭推動了美國防部的優先事項，需要 "增加和持續投資"。2018年國防戰略（NDS）確定需要建立 "有爭議環境中的聯合殺傷力"，有能力 "打擊對手空中和導彈防御網絡內的不同目標"，并通過較小的機動部隊投資于 "前沿部隊的機動性和態勢復原力"，這些部隊可以 "在受到攻擊時跨領域部署、生存、運作、機動和再生"。如果整體部署，AFSPECWAR擁有這些能力來滿足聯合部隊的需求，并支持美國空軍的作戰敏捷性概念。

引言

聯合部隊指揮官（JFC）組織部隊以最大限度地提高反應能力，發展有效的指揮和控制，并促進統一指揮以執行聯合行動。 作為聯合部隊的一個組成部分，美國空軍（USAF）通過其五個核心任務提供持久的空中力量能力。空中優勢、全球打擊、快速全球機動性、指揮和控制（C2）以及情報、監視和偵查（ISR）。通過這些任務，美國空軍擁有獨特的能力來監測對手的行動，快速部署部隊，威懾競爭對手，并打擊敵人的目標。要保持在這些任務中取得成功的能力，需要持續的技術創新，靈活的部隊結構和發展作戰能力。

2018年國防戰略（NDS）和2021年臨時國家安全戰略（NSS）將美國的國防重點從全球反恐戰爭（GWOT）轉向戰略競爭，特別是關注來自俄羅斯等大國的威脅。俄羅斯等試圖通過利用國家權力的外交、信息、軍事和經濟手段來擴大其影響范圍并重塑國際規范。在追求全球優勢的過程中，大國的脅迫以及快速的軍事現代化，越來越多地威脅到美國的利益以及印度洋-太平洋地區以外的伙伴和盟國的主權。

俄羅斯愿意入侵烏克蘭和格魯吉亞的主權領土，并利用網絡和信息戰能力詆毀格魯吉亞、羅馬尼亞、烏克蘭和摩爾多瓦的民主機構，這種模式威脅著歐洲的穩定和安全。俄羅斯對北約盟國的顛覆，非傳統戰爭和軍事能力的擴張，以及影響和操縱歐洲國家和前蘇聯國家政治的能力，對美國的利益構成了直接威脅。

區域和國際權力斗爭，加上武裝的非國家行為者的擴散，以及對新興技術的不斷擴展，提供了一系列的安全威脅。行動環境的特點是快速變化和不可預測，現在不清楚，未來不確定。戰略競爭要求國防部（DOD）重新調整美國國防戰略、計劃和方案，以更好地準備和整合聯合部隊。這包括現有能力和部隊態勢的現代化，增加武器系統開發的創新和速度，實施新的采購政策，以及與美國機構間合作伙伴同步，在戰役計劃中運用國家力量的所有要素。

在《國家安全戰略》中，總統聲稱，美國將采用 "外交作為我們的第一手段"，并作為與世界接觸和管理威脅的主要手段，但外交必須源于權力、信心和實力的地位。在最近的歷史上，美國軍隊享有領域優勢，有能力在海外部署和集結部隊開展行動。今天，美軍面臨著有爭議的領域，這些領域考驗著美軍保持均勢或實現優勢的能力

美國防部的戰略轉變，從傳統的要么和平要么戰爭的視角，轉向合作、低于武裝沖突水平的競爭以及與競爭對手的武裝沖突的競爭連續體框架，更加強調綜合和靈活的戰役。 新的作戰概念尋求對抗俄羅斯在歐洲的侵略和在全球的惡性影響，以及中國在印度-太平洋地區不斷擴大的反介入/區域封鎖（A2AD）能力。雖然聯合部隊專注于聯合全域作戰（JADO），但具體軍種的作戰概念旨在同步美國的軍事能力，并在陸地、空中、海上、太空和網絡/電磁頻譜領域分配部隊，此外還獲得和保持信息優勢。部隊的分布提供了行動自由，增強了網絡的生存能力，提高了對形勢的認識，并改善了決策。這些能力在各領域的融合 "給對手帶來了多種困境"，并降低了行動節奏，"使聯合部隊能夠在對手的決策周期內行動"。這種 "協同使用增強了有效性，并產生了通過單一領域行動不容易實現的選擇"，同時減少了美國部隊的脆弱性。

JADO的理論依據是空軍理論家約翰-博伊德的OODA循環（觀察、定向、決定、行動），強調通過操縱對手處理反饋的能力來破壞他們的物理和認知節奏，從而降低適應的速度和能力。然而，操作JADO的主要挑戰在于聯合部隊處理 "大量數據為可操作情報 "的能力，以同步和C2行動。

為了應對這一挑戰，軍方指定美國空軍作為全域聯合指揮與控制（JADC2）的執行機構，負責開發技術、政策、理論和要求，這些將被納入未來的聯合作戰概念。JADC2被定義為 "將決定迅速轉化為行動的決策藝術和科學，JADC2利用各種能力在競爭和沖突中實現作戰和信息優勢"。國防部設想JADC2為聯合部隊創建一個 "物聯網 "網絡，將 "眾多傳感器 "與武器系統連接起來，并利用人工智能實現同步的信息共享和溝通。通過建立對作戰環境的共同理解，JADC2使指揮官能夠做出時間緊迫的決策。快速決策為對手制造了困境，同時也為聯合部隊指揮官提供了協調行使權力、整合規劃或同步效果的選擇。

美國空軍擁有獨特的能力，可以同時進行ISR，提供空中機動性以快速部署部隊，并打擊戰略目標。它在維護核三系統的兩條腿方面的作用要求美國空軍規劃和執行許多靈活的威懾選擇（FDO），并支持一系列的危機反應。此外，"綜合威懾 "的概念將成為2022年國家發展戰略的基礎，它要求在所有作戰領域、行動區以及 "從高強度戰爭到灰色地帶行動的沖突范圍內 "進行整合。2022年印度-太平洋戰略同樣強調綜合威懾是美國 "推動倡議并加強威懾和反脅迫努力，如改變領土邊界或破壞主權國家的海上權利 "的方法的基石。鑒于支持快速、全球戰斗力投射和JADC2的核心戰略任務和能力，美國空軍為綜合威懾提供了一個核心，特別是在印度太平洋地區。

美國空軍的空中、太空和網絡部隊執行其核心任務，提供全球警戒、全球覆蓋和全球力量。雖然美國空軍擁有支持聯合防務的空中、太空、網絡/電磁頻譜能力，但這些行動主要是在允許的環境下進行的，沒有受到有爭議的環境的影響。美國空軍發現，其支持能力和作戰概念沒有足夠的互操作性，通信速度也不夠敏捷，無法滿足預期的未來作戰環境的需要。

2017年，空軍參謀長大衛-L-戈德費恩將軍（CSAF，2016-2020年）認識到，美國空軍沒有充分利用陸域來執行其核心任務以支持聯合部隊。由于多域戰場對美國空軍的資產構成了關鍵的脆弱性，CSAF確定戰場空軍人員（BA）群體需要轉型。CSAF指示空軍總部（HAF）開展一項部隊改進計劃（FIP），為未來發展BA部隊并提供資源，優化BA事業的全部能力，并使BA部隊及其組織結構與美國空軍的未來作戰理念保持一致。

在2017年8月至2018年7月期間，HAF領導80名BA FIP團隊成員組織成職能工作組（FWG），進行了800多次同行訪談，并審查了四個職能領域的1600多份調查答復：招募、生產、就業和維持。BA FIP報告確定了165項建議，后來被歸類為28個行動項目，以改善BA部隊的任務、文化、組織、領導、招募、資源和培訓。2018年7月，《2030年BA愿景》將這些行動項目和確定的解決方案編入美國空軍的戰略要務，在四個關鍵領域優化BA部隊：組織、培訓、資源和人員表現。《2030年BA愿景》還確定了使部隊結構現代化以實現NDS目標的必要性。這導致了基于人的武器系統的概念，以作為美國空軍的地面機動要素。2019年4月，隨著空軍特種作戰（AFSPECWAR）武器系統的啟動，這一作戰概念得以實現。

作為美國空軍唯一的進攻性地面部隊，AFSPECWAR "專門在敵對的、被拒絕的和政治敏感的環境中進行空中-地面-空間-網絡整合，以實現空中、空間和網絡優勢"。AFSPECWAR《2030年愿景》承認擴大空中力量優勢的戰略必要性，同時為聯合部隊提供直接支持，以最大限度地提高靈活性并減少生命和資源的損失。AFSPECWAR提供了一個以空軍為重點的跨軍種和跨領域的連接組織，其有機選擇是 "1）獲得全球準入；2）執行精確打擊；和3）進行人員恢復。" 這種獨特的能力確保了JFC和聯合空軍司令部（CJFACC）擁有不對稱的優勢，可以開發和指定目標，為空中攔截進行直接行動和特別偵察，建立空中基礎設施，訓練代理人員進行直接打擊，并加強現有的人員恢復架構。

盡管2019年命名規則從BA改為AFSPECWAR，并且特種作戰氣象技術員（SOWT）的任務重點發生了微妙的變化，現在稱為特種偵察（SR），但BA 2030年愿景的變化并沒有增強作戰能力或降低風險。截至2022年，AFSPECWAR部隊仍然分散在多個主要指揮部（MAJCOM），分別針對全球準入、精確打擊或指定戰區的人員恢復行動等任務領域進行調整，而不是通過一個整體的武器系統來支持作戰指揮官（CCDR）。此外，AFSPECWAR部隊經常為聯合或機構間伙伴提供這些獨特的能力。

盡管有眾多的任務要求，美國空軍太平洋戰區的職業領域仍然是低密度/高需求（LD/HD）的資產。國防部長（SECDEF）指定作戰能力、單位或系統為低密度/高需求，如果評估表明它們的資金、設備或人員嚴重不足，無法完全滿足或維持區域指揮官規定的實際或預期的作戰要求。

2002年，美國國務卿拉姆斯菲爾德在談到軍事轉型以及軍隊武器和部隊的 "再平衡 "時提到了這個問題。在 "持久自由行動 "的高峰期和 "伊拉克自由行動 "前不久，美國空軍副參謀長羅伯特-H-福格萊松將軍告訴國會小組，18種武器系統被認為是LD/HD，其中戰斗搜索和救援以及戰斗控制小組最為突出。盡管LD/HD這個詞直到2002年才被使用，但這個問題在1999年北約在科索沃的空襲行動 "盟軍行動 "中出現了。1999年，約翰-P-詹普將軍告訴立法者，這些部隊已經 "捉襟見肘"，美國空軍 "敏銳地感受到 "這些永久性能力的缺乏，并且 "無法像其他資產那樣重組 "這些部隊。美國空軍缺乏對這些LD/HD部隊的適當再平衡和重組的關注，降低了其為支持戰略目標而提供理想的空中力量效果的總體能力，并影響了向前推進的部隊現代化努力。

今天，AFSPECWAR在提供必要的關鍵能力以支持有爭議的環境中的JADO方面面臨嚴重的限制。如果有適當的結構和資源，"AFSPECWAR可以提供履行這一關鍵職能的工具和選擇，而其他軍種或特種部隊不能......也不應該。" 資金、設備的退化和部隊的失調提高了風險并限制了決策。AFSPECWAR需要組織變革和持久的投資，以確保美國空軍能夠在有爭議的環境中投射空中、太空和網絡空間力量以支持JADO。

研究方法及路線圖

本專著確定了在組織、訓練和裝備AFSPECWAR以在整個競爭過程中進行聯合全域作戰方面的挑戰。AFSPECWAR的三個角色是本研究和分析的框架：全球準入、精確打擊和人員恢復。這項研究依賴于主要和次要來源的文件，包括聯合和空軍的理論、研究和行動后報告，為案例研究的比較提供組織和行動背景。

第二部分提供了每個BA職業領域的歷史，以及其演變為今天的AFSPECWAR的歷史，包括理論發展、組織和部隊結構、培訓要求和設備采購計劃。

第三和第四部分通過對盟軍行動（1999年）和蟒蛇行動（2002年）的案例研究說明了AFSPECWAR的能力。對這些案例的結構化分析側重于全球進入、精確打擊和人員恢復行動，以及指揮和控制（C2）關系、技術和作戰使用方法等因素。

第五部分介紹了跨案例的比較，并確定了共同的主題、優勢和能力的不足之處。有關實施的建議涉及當前的行動不足、組織力量結構差距、統一指揮安排和未來能力要求。橫向案例比較框架建立了一個共同的參考標準，以確定在未來作戰環境中增強聯合部隊作戰能力的同時降低風險的潛在途徑。

附錄A包含了一個行動小插曲，描述了所需的和建議的現代化努力，以確保AFSPECWAR的組織、訓練和裝備能夠為聯合部隊提供全方位的全球接入、精確打擊和人員恢復支持，以對抗一個同行的對手。

附錄B提供了一個更徹底的檢查和詳細的歷史說明，包括今天AFSPECWAR武器系統的每個職業領域的演變。

附錄C提供了對歷史條令的分析和概述，并確定了當前適用的美國空軍和聯合部隊條令，這些條令為AFSPECWAR任務領域提供了信息和動力。

遠征軍主要依靠柴油發電機來維持關鍵任務的指揮、控制、通信、計算機、作戰系統情報、監視和偵察（C5ISR）以及中小型戰術電網的生命支持系統。在支持遠程特種作戰部隊（SOF）和海軍陸戰隊在有爭議的環境中的遠征行動時，這種依賴性帶來了重大的后勤和維護挑戰。研究的主要目的是衡量當前或接近市場的儲能和光伏充電解決方案的有效性，以增加或取代柴油發電機，支持遠征軍事行動。次要目標是衡量這些儲能和充電解決方案與柴油發電機同步運行對部隊燃料消耗的影響，特別是對現有燃料補給計劃的影響。這項研究的結論是，現有的和接近市場的可再生能源系統可以有效地與戰術柴油發電機整合，并產生足夠的能量來滿足支持遠征軍在偏遠地區作戰所需的相當一部分能源。

滿足維持復雜的長途通信網絡、戰術無線電、指揮、控制、通信、計算機、作戰系統情報、監視、偵察（C5ISR）和生命支持系統所需的能源要求，在面臨有爭議和灰色地帶環境中的持續戰略競爭時，是一個獨特的挑戰。支持這些系統的柴油動力戰術發電機的運行成本，再加上維護這些系統所需的廣泛的后勤基礎設施，是非常可觀的。自2009年以來，美國（U.S.）國防部（DOD）一直在尋求可再生能源選項，以建立戰場上的能源安全。這一努力主要是由2001年至2021年在伊拉克和阿富汗的燃料行動的財政和人力成本驅動的，其中燃料的完全負擔率為每加侖15-42美元（Solis 2009），傷亡率為每24個燃料車隊發生一次（Wald 2009, 19）。隨著國家安全戰略（NSS）從西南亞洲的反叛亂轉移到南太平洋和東歐的持續戰略競爭，強大的后勤管道可能不容易獲得，部隊的生存能力將基于在有爭議的地區實現后勤可持續性的能力。(海軍陸戰隊司令部2021年）。為了在這些環境中開展行動時實現能源安全，需要利用可再生能源。

這項研究旨在研究在混合配置中部署的光伏（PV）鋰離子能源解決方案是否會大大延長為傳統柴油發電機提供動力的預置燃料供應的運行能力；最終，這種系統是否能夠通過光伏太陽能充電解決方案在偏遠地區獨立維持運行。雖然在戰術班、排和連一級對提高能源效率和采用可再生能源的關注有限，但國防部的大部分節能舉措都影響了大規模的駐軍基礎設施。研究的主要目的是衡量當前或接近市場的COTS/GOTS能源儲存和光伏充電解決方案的有效性，以增加或取代柴油燃料發電機，支持遠征的軍事行動。次要目標是衡量COTS/GOTS儲能和充電解決方案與柴油發電機同時運行對部隊燃料消耗的影響，特別是對現有燃料補給計劃的影響。還討論了前期系統采購成本和生命周期運營成本節約之間的權衡。

為支持本論文，對現有研究和文獻的審查表明，現有的大部分工作都集中在大規模實施可再生能源系統，為偏遠村莊或大型駐軍和遠征軍事設施供電。審查還確定了相關的行動后報告，詳細說明了排到連級單位的設備串、能源需求、發電機功率輸出和燃料消耗率。選擇的其他資源與電力可再生能源混合優化模型（HOMER）程序有關，該程序用于對COTS/GOTS可再生能源解決方案進行建模和模擬，以及已投入使用的、接近市場的和名義的COTS/GOTS能源解決方案的技術文件。

配置A包括傳統的戰術發電機，配置B是地面可再生遠征能源網絡系統（GREENS），該系統目前已作為美國海軍陸戰隊的記錄項目投入使用，配置C是移動電動混合電源（MEHPS），該系統正在采購過程中，配置D是一個由通用光伏收集板和特斯拉電源包組成的COTS系統。部隊的組成是一個SOF團隊大小的元素（部隊1），其能源需求由TOC設備串定義，一個USMC連大小的元素（部隊2），其能源需求基于COC設備串。每個能源生產配置都在HOMER中建模，并根據兩個部隊組成所產生的電力需求進行分析。除了分析基于系統規格的電力需求輸入外，HOMER還根據位置、季節和歷史太陽輻照度數據考慮了環境變量，以預測可再生能源生產。

對評估結果的分析表明，無論是配置B還是配置C都不能產生足夠的能量來有效地滿足部隊1或部隊2的100%的動力需求。然而，這兩個系統在與戰術發電機的混合配置中產生了足夠的能量，大大降低了燃料燃燒率，并延長了后勤補給窗口。配置B產生了部隊1所需能量的30%，并將燃料補給窗口從10天延長到29天，假設預置了200加侖的燃料儲存。雖然配置B只產生部隊2所需能量的9%，但假設有3000加侖的預置燃料儲存，這就轉化為128天的燃料再供應窗口。由于系統目前設計的發電機選項不足，配置C只能與部隊1進行評估。配置C的特點是加強了電池存儲和自動混合管理系統，同時向TOC提供發電機電源，并用多余的發電機容量為耗盡的電池充電。因此，配置C產生了1號部隊所需電力的52.6%，并將燃料補給窗口延長到55天。配置D提供了1號部隊所需的100%的電力，消除了燃料再供應的需要，并需要最小的備用發電機基礎設施和預置的燃料。盡管2號部隊COC設備的電力需求超過了COTS解決方案的能力，但在這種情況下，可再生能源的滲透率相當高，達到56%，將燃料再供應窗口延長到270天。

這項研究的結論是，現有的和即將上市的COTS/GOTS可再生能源系統可以有效地與戰術柴油發電機整合，并產生足夠的能量來滿足支持遠征作戰所需的相當一部分能源。對燃料消耗的影響證明，即使是9%的名義可再生能源滲透率也能將燃料補給窗口延長56%。本論文中評估的每一個可再生能源系統都可以按比例調整，以更好地適應從特種部隊到美國海軍陸戰隊連隊規模的部隊配置的具體要求。建議對電池組研究、光伏材料和能源管理軟件進行額外的投資，以提高旨在支持遠征作戰的可再生能源系統的影響。

澳大利亞海軍能力主管奎因少將強調了快速交付能力的必要性，以應對澳大利亞海軍在一個動態和不確定的戰略環境中所面臨的挑戰。他還明確指出，海軍需要通過 "常青"過程不斷地尋求優勢。該計劃提出了一個可執行的過程來實現這一目標。

圖1. 工作路線

工作路線（LOE）

RAS-AI 2040戰略提出了四個LOE（人、發掘、開發和交付），作為海軍實現RAS-AI愿景的手段。海軍的RAS-AI戰略計劃確定了一個將發掘活動與交付聯系起來的過程。該計劃中涉及的這些LOE的關鍵方面是：

人（people）：未來的澳大利亞海軍勞動力正在進行大量的工作，以預測對RAS-AI系統的需求，然后由合格和有經驗的人員來操作和維護。此外，澳大利亞海軍將繼續通過第二條工作路線，即 "發掘"，增加我們對人機協作的理解。

發掘（discover）：發掘活動是工業界和學術界與海軍在RAS-AI領域進行合作的絕佳方式。發掘活動與海軍正在尋求解決的差距和機會直接相關。參與這些活動是工業界了解海軍RAS-AI優先事項的一種方式。“自主戰士” 將繼續作為海軍發掘的旗艦項目，并將持續開發。

開發（develop）：隨著海軍繼續開發和使用RAS-AI，它將促進知識體系（BOK）不斷增長，這些知識將被收集起來，形成RAS-AI協作環境（RACE）。RACE由 "發掘"提供信息并支持交付。RACE已經包括了諸如RAS-AI架構的元素，它為海上力量提供了一個客觀的設計，不受具體任務場景的影響。這些架構指導能力開發，同時提供對海軍RAS-AI優先事項的理解。它還包括提供共同控制環境（CCE）的路線圖和海軍開發成熟度模型的概要，以及許多其他仍在開發的資源。盡管RACE包含不同級別的人工制品，但其目的是為交付海軍RAS-AI提供資源。

交付（deliver）：海軍的能力項目發起人將繼續與交付機構一起，通過海事項目和計劃來支持RAS-AI的交付。除了支持現有的IIP項目和計劃外，鑒于技術發展的快速步伐，海軍還可能在IIP下實施專門的RAS-AI計劃。

有目的的創新

海軍是一個負責解決海洋領域中復雜、動態問題的組織。海軍面臨著許多復雜的挑戰，這些挑戰造成了差距和機遇，需要創新。盡管本計劃規定了對差距、風險、問題和機會（GRIO）清單的補充，但 "有目的的創新 "是本計劃的核心所在。因此，它規定了一個過程，以確定RAS-AI可以解決的現有的GRIO；實施發掘活動來解決這些問題；并支持能力開發者和用戶來實施這些活動。

“SEA 1905海上防雷措施和軍事調查”，代表了海軍對RAS-AI能力的重大投資。作為海軍最大和最復雜的RAS-AI項目之一，SEA 1905項目將被用作實施這一活動計劃的典范。支持SEA 1905的GRIO將在創新浪潮的第一次執行中被優先考慮。

合作關系

當海軍總司令發布RAS-AI戰略2040時，他明確表示，這個活動計劃將是非保密的，并可向工業界發布。發掘、開發和交付過程比海軍要大，需要國防、聯盟、工業和學術界的合作。有一些內容，由于它們的分類，將是內部的人工制品。然而，本計劃旨在創造機會，使聯合部隊、聯盟、工業和學術界能夠在一個促進創新的環境中進行合作，同時適當地管理安全和知識產權。重要的是，本計劃還描述了海軍將使用的各種活動，以使合作伙伴更好地了解海軍的優先事項，從而使他們反過來支持海軍實現這些優先事項。

這個戰略計劃構成了海軍準備海軍力量的任務的一個重要組成部分，以使聯合部隊成為可能。例如，戰爭創新性海軍處（WIN）與整個聯合部隊密切協作，并主持澳國防部的RAS-AI圓桌會議，這是一個分享前沿思想和確定聯合活動機會的論壇。海軍創新處還贊助了一個專門的聯盟聯絡功能，以了解伙伴國的計劃，并向盟友通報進展。該計劃的關鍵支柱，特別是CCE、成熟度模型和架構，代表了海軍的思想領導力。它們將成為互操作性的基礎，并將為聯合能力的發展提供信息，同時也為其提供信息。

行動計劃

最后一章 "執行"是一個行動計劃，列出了海軍將用來收集和定義差距和機會的行動節奏，對發掘活動進行優先排序和安排，并將其與海上能力的交付聯系起來。在這一過程中，為不斷增長的RAS-AI知識體系提供信息，并從中獲得信息。這種行動節奏是以 "行動研究"模式為基礎的，并被表述為 "創新浪潮"，它捕捉到了發掘、開發和交付的間斷性但持續重復的性質。

創新浪潮將提供一個有資源的前瞻性工作計劃；整合整個國防、工業、學術界和聯合聯盟伙伴；與海軍的優先事項保持一致；最重要的是，直接告知并加速RAS-AI能力。

海軍將繼續發展這一行動計劃，這包括開發支持性的程序和產品，其中一些將是保密的，包括：

1.RAS-AI路線圖，確定具體的聯系和依賴性（由CASG提供）。

2.RAS-AI的聯合工作

3.有資源的前瞻性工作計劃

4.分類級的RAS-AI架構

5.海軍RAS-AI成熟度評估

6.以SEA1905-1為例，實施戰略計劃。

2021年9月，世界經濟論壇、彭博新能源財經、德國能源署聯合發布《利用人工智能加速能源轉型》研究報告。賽迪智庫規劃研究所對該報告進行了編譯，期望對我國有關部門有所幫助。

“ 報告分析了人工智能技術在能源分散化、數字化和脫碳化轉型過程中的巨大需求和應用范圍，從設計、賦能、治理三方面提出了九項原則，旨在釋放人工智能潛力，助力能源轉型。報告為能源公司、政策制定者等利益相關方提出了指導性建議，即加強各方合作、優化市場運作機制、建立更明確的能源數據法規等。”

2021年8月政府間氣候變化專門委員會發布的第六次評估報告以及近年來日益明顯的熱浪、洪水和野火等氣候變化，均引起了政策制定者、企業和投資者的關注。隨著第二十六屆聯合國氣候變化締約方大會（COP26）的臨近，預計氣候目標的發布速度將進一步加快。低碳經濟轉型進程亟需加速，能源領域是這一進程的核心挑戰，人工智能在促進能源轉型中將發揮重要作用。

一、能源轉型需要人工智能

目前，全球能源系統正在轉型，人工智能加快能源轉型的潛力被不斷激發。

（一）能源系統需要利用數字化手段推動快速轉型

為實現深度脫碳，需要將能源系統的二氧化碳排放量迅速降至極低水平。能源系統脫碳化轉型帶來一體化和電氣化變革，電力、交通、工業、建筑等行業之間的互動顯著增強，且該系統將由相互依賴的能源和電信網絡構成。為了加快向廣泛、實惠、低碳化能源供應的轉變，需要進一步優化能源系統的各個環節，并強化每個環節之間的協調與合作。

（二）電力行業脫碳是整個能源系統脫碳的焦點

能源系統轉型包括迅速擴大可再生能源的供應以及供暖、工業和交通大規模清潔電氣化。隨著電動汽車保有量的增加、電池儲能成本的下降以及建筑和重工業均趨向凈零排放用電，預計從2019年到2050年，電力在全球能源需求中占比將增加60%。電力將被越來越多地用于供暖和制冷、運輸，甚至是制備氫氣等。

（三）能源轉型需要大量投資

在彭博新能源財經的《2020年新能源展望》中，有一項關于未來能源經濟轉型的長期預期，即到2050年，56%的發電量將來自太陽能和風能，分別達到7.6太瓦和4.6太瓦。且該假設建立在維持目前政策基礎上，這反映出即使不考慮高昂的煤炭價格或凈零排放目標，太陽能、風能和儲能經濟也成為電力行業快速脫碳的重要驅動力。

（四）未來的電力系統將高度去中心化

提高可再生能源發電的比例將使電力系統包含更多來自間歇式發電機供電，而且更加分散。目前，分布式小型光伏電站占全球發電裝機容量的4%，中型發電廠的裝機容量為944兆瓦，根據彭博新能源財經能源轉型的預測，到2050年，分布式小型光伏電站占比將提升至13%，而中型發電廠的裝機容量將縮減80%以上，僅158兆瓦。

（五）電力系統管理的復雜性將顯著增加

根據脫碳目標及目前發展趨勢判斷，未來將有大量的實體設備接入電網，尤其是配電網的接入。在配電網中，電流也將變得越來越動態和多向性（見圖1），諸如小型分布式設備可能會發電并回售給電網、電動汽車快充等導致需求激增、智能家居等設備可能會在電網運營商不知情的情況接入電網，這些都將對電流的穩定性產生不小的影響。

▲i僅包括電池、電動和插電式混合動力乘用車（不包括商務車和兩輪或三輪車）。ii僅包括太陽能和風能（不包括其他可再生能源）。iii包括大型電站級和節能型鋰離子電池存儲。來源：改編自德國能源署（2020），圖片來自彭博新能源財經（2020）

（六）人工智能可以加速能源轉型

人工智能指的是一個更加寬泛的概念，并非一項單一的技術或產品，而是一套能從大量數據庫中挖掘有效信息、進行模式識別以及預測潛在結果的算法。行業內已經有一些人工智能的應用案例，但要快速、安全和經濟地擺脫對化石燃料的依賴，就要更大規模、更快速地部署人工智能技術。

二、人工智能在能源轉型中的應用

人工智能是一款能夠應對全球能源轉型復雜性、提高系統效率，從而降低成本、加快轉型速度的強大工具，主要應用于四個重點領域：可再生能源發電能力和需求預測、電網運行和優化、能源需求管理以及材料發現和創新。根據德國能源署在2020年 對人工智能在能源行業應用領域的分析（見圖2），人工智能應用根據使用的數據資料可分為以下幾類：市場、商品和氣象數據， 圖像和視頻，設備和傳感器數據。以下各節將對這些應用詳細說 明。

▲來源：德國能源署分析（2020）

（一）可再生能源發電能力和需求預測

人工智能在可再生能源發電能力和需求預測中的應用主要表現為如圖2中的1-7，具體如下：

**太陽能和風能電場的選址。**選址對發電廠的容量因數影響較大，通過借助人工智能技術，可以尋找既有最佳的日照和風力資源又便于接入現有電網基礎設施的地點。

**發電廠的建設。**當發電廠開工建設后，人工智能也可以用于管理建設進度，例如優化設備運送到現場的順序和識別低效的施工流程。

**改善產品設計。**人工智能還可以幫助改善產品設計，例如在新型人體工程學風電機組葉片、光伏面板或電力電子器件、控制系統的設計方面。

**預測故障和停工。**發電廠投產后，運營商需要對其進行定期維護，以避免因系統故障導致停機和額外的維修費用。

**優化維護計劃。**人工智能通過借助傳感器的實時監測數據，在檢測到異常狀況時觸發預警，為海上風電場等偏遠設施維護節省大量成本。

**太陽能和風能設備發電量的預測。**目前，預測太陽能和風能電場的發電時間與發電量仍比較困難，人工智能通過學習歷史氣象數據、傳感器數據（例如實時風速和日照強度等測量數據）、圖像和視頻數據（例如衛星云圖）能夠實現對太陽能和風能設備發電量的預測。

**預測電力需求。**該預測過程也相當復雜，處理不當容易導致停電或可再生能源短缺，人工智能通過對歷史消費數據分析，來幫助預測系統的電力需求。

（二）電網運行和優化

借助人工智能來優化電網的運行方式，進一步提高現有線路的輸電和配電能力，并延長設備的使用壽命，將是支撐能源轉型的關鍵因素。

**電網設計和規劃。**根據彭博新能源財經預測，到2050年，需要投資至少14萬億美元用于建設新型電網基礎設施和更新改造電網，以加強可再生能源配電網的建設以及支持建筑、工業和交通電氣化發展。

**設備運行和維護。**在電網管理中，人工智能也被用于一系列重要設備的運行和維護工作。

**監測電網性能。**除設備維護外，人工智能還能用于監測電網性能。

（三）能源需求和分布式資源管理

管理和調節能源需求是決定能源領域能否實現低本高效脫碳的重要因素之一。人工智能的應用有助于提升工廠和數據中心的能源效率，加快分布式可再生設備的普及和使用。

（四）材料的發現和創新

開發用于清潔能源發電和存儲的高性能、低成本材料已經成為能源轉型的當務之急。為了滿足復雜的性能需求，材料的發現、開發、部署過程往往資本高度密集且周期較長。

三、人工智能促進能源轉型應遵循的原則

要激發人工智能在能源轉型中的全部潛力，就需要遵循共同的指導原則。

（一）設計方面

原則1自動化——設計發電設備的運行方式，實現系統自動化控制并提高電網人工智能的自主性。

原則2可持續性——積極推動新型基礎設施的節能降耗以及采取符合人工智能可持續發展的做法來限制碳足跡。

原則3實用性——可用性和可解釋性是人工智能開發的重點。

（二）賦能方面

原則4數據共享——建立統一的數據標準和數據共享機制，以提高數據質量和實現數據可用。

原則5價值最大化——建立全方位的市場體系與監管框架，使人工智能用例實現技術價值最大化。

原則6教育賦能——通過以人為本的人工智能技術為用戶和勞動力賦能，并進行技能教育以匹配技術的發展。

（三）治理方面

原則7安全可控性——商定通用的方法來管控人工智能風險。

原則8可兼容性——構建軟件兼容性通用技術標準和可互操作的接口。

原則9責任擔當——確保人工智能符合道德規范并以負責任的方式加以應用，是人工智能開發和部署的核心。

譯自： Harnessing Artificial Intelligence to Accelerate the Energy Transition, September 2021 by World Economic Forum in Collaboration with BloombergNEF and Deutsche Energie-Agentur (dena)