潘井寶，閆立新，梁宏霞，張顯雨

(內(nèi)蒙古自治區(qū)計量測試研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

1 重要發(fā)展背景和政策導(dǎo)向

目前，積極應(yīng)對氣候變化，減少溫室氣體排放，已經(jīng)成為世界達成的共識。在全球降碳減排工作者的不懈努力下，摸索出一種經(jīng)得起實踐檢驗的手段——碳交易。這一手段的實現(xiàn)，經(jīng)歷了漫長過程，但最終成為目前落實減排相關(guān)重要承諾、實現(xiàn)減碳目標的重要政策和技術(shù)工具。自2011年起開展碳排放權(quán)交易試點的地區(qū)包括北京、天津、上海、重慶、湖北、廣東和深圳等7個省市，2017年正式啟動建設(shè)全國統(tǒng)一碳排放權(quán)交易市場，并預(yù)計率先啟動上線交易時間定在2020年底，以發(fā)電行業(yè)為率先突破口，“十四五”時期諸如石化、化工、建材、鋼鐵、有色、造紙、航空等高排放行業(yè)也將陸續(xù)納入全國碳市場，到“十四五”時期末，全球最大碳交易市場將在中國建成。2020年9月習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上宣布中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和，12月12日再次宣布，到2030年，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kW以上。這為中國應(yīng)對氣候變化工作明確了目標，也為中國全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)提振了信心。

2 數(shù)字化技術(shù)引領(lǐng)新的技術(shù)變革

當前，以數(shù)字技術(shù)為代表的第四次工業(yè)革命正在加速改變這個世界，引領(lǐng)生產(chǎn)模式和組織方式的變革。數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)也將深化應(yīng)用于當前熱門領(lǐng)域中，如火力發(fā)電行業(yè)的電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)，對電網(wǎng)輸電線路作業(yè)模式、儲存、損耗、管理流程再造、組織結(jié)構(gòu)變革等方面都產(chǎn)生深遠影響。數(shù)字化總體來說分成兩個階段：數(shù)字化建設(shè)階段和數(shù)字化轉(zhuǎn)型階段。其中：①數(shù)字化建設(shè)就是把所做的實驗過程、看到的實驗現(xiàn)象和感受到的實驗相關(guān)信息用數(shù)字終端、傳感器通過通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字處理平臺形成可供信息系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)資源，是數(shù)字化的基礎(chǔ)。②數(shù)字化轉(zhuǎn)型則是利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進的數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進行分析、驗證、歸納、篩選、學(xué)習(xí)、計算，通過特定的應(yīng)用系統(tǒng)自動處理后進行發(fā)布決策和執(zhí)行。

3 數(shù)字化技術(shù)優(yōu)越性逐步顯現(xiàn)

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在能源方面，通過數(shù)字化智能配電不同客戶、不同行業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)最高達到80%的能耗降低，節(jié)約至少30%的成本，通過利用節(jié)省的最高達55%和70%的資本及運營支出來推動生產(chǎn)力提升，不光如此，還能提升最高40%和30%的設(shè)備可用性和場所安全性，并有效降低碳足跡，這都是源于數(shù)字化的力量。種種數(shù)據(jù)表明，只有靠數(shù)字化的手段，才能更好地實現(xiàn)規(guī)劃、建設(shè)、運行、管理、調(diào)控，再靠人工智能來進一步提升效能。碳中和目標提出后，所有新建項目都要考慮碳排放的問題，數(shù)字化、智慧能源已經(jīng)成了基礎(chǔ)條件，數(shù)字化將圍繞項目全生命周期。研究結(jié)果表明，數(shù)字化發(fā)電站前景之所以非常樂觀，其中一個重要原因是惠及環(huán)境。據(jù)大部分公用事業(yè)單位和規(guī)模以上企業(yè)相關(guān)業(yè)內(nèi)人士預(yù)估，數(shù)字化轉(zhuǎn)型投資將助推一次能源損耗率的降低和提升化石燃料發(fā)電效率，更為重要的是還可降低碳排放量。盡管數(shù)字化發(fā)電站的收益可能極為可觀，但目前僅有8%的公用事業(yè)企業(yè)在數(shù)字化方面發(fā)展成熟，并僅有不到20%的發(fā)電站預(yù)計將于五年內(nèi)完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型。如果更多的公用事業(yè)企業(yè)優(yōu)先投資數(shù)字技術(shù)，則行業(yè)和全球氣候都將獲得更大收益。

4 數(shù)字化技術(shù)成為核心競爭力

眾所周知，降碳與低能耗緊密關(guān)聯(lián)，數(shù)字化與信息化息息相關(guān)，數(shù)據(jù)中心能耗問題將是一個巨大挑戰(zhàn)。根據(jù)科學(xué)預(yù)測，到2025年，數(shù)據(jù)中心的能耗將在整個ICT領(lǐng)域占比達30%，碳排放會占整個社會的4.5%，而數(shù)據(jù)中心數(shù)字化不僅可以保障數(shù)據(jù)中心安全平穩(wěn)運行，還能保障數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能運行。通過學(xué)習(xí)、診斷、維護等數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化手段，數(shù)據(jù)中心即將迎來高效、綠色、智能的新局面。數(shù)字化顯然已在改變發(fā)電領(lǐng)域，幫助公用事業(yè)企業(yè)保持競爭力，并大幅降低全球碳排放量。然而，這個行業(yè)還能走得更遠。許多公用事業(yè)企業(yè)的發(fā)電站尚未實現(xiàn)數(shù)字化；如果這些企業(yè)在數(shù)字化技能和技術(shù)方面進行投資，碳排放量將有望進一步降低。如今，選擇接納數(shù)字化發(fā)電趨勢的企業(yè)將得以擴大競爭優(yōu)勢、降低生產(chǎn)成本，并提升品牌聲譽。

5 數(shù)字化技術(shù)逐步站穩(wěn)綠色發(fā)展市場

能源支撐著數(shù)字世界和數(shù)字經(jīng)濟，數(shù)字化、智能化技術(shù)正在使能源低碳化、電氣化，基于這一市場需求和轉(zhuǎn)型趨勢，有的企業(yè)已經(jīng)走在前列，比如華為公司發(fā)布了全新一代模塊化數(shù)據(jù)中心——智能微模塊5.0解決方案。華為數(shù)字能源基于電力電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的融合，實現(xiàn)對電能的轉(zhuǎn)換、存儲和控制，將AI和大數(shù)據(jù)的智能應(yīng)用帶入到傳統(tǒng)的能源里面，支撐了各行各業(yè)的數(shù)字化的轉(zhuǎn)型。今天人們對“碳交易”這個市場已不再感到陌生，實際上，十九大報告中指出要“加快建立綠色生產(chǎn)和消費的法律制度和政策導(dǎo)向，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系”。2017年底，中國啟動碳市場以來，交易體系建設(shè)也正在加速推進，對排放企業(yè)、減排單位和投資機構(gòu)等均蘊藏巨大的發(fā)展前景。

6 數(shù)字化技術(shù)逐步滲透到碳排放領(lǐng)域

筆者根據(jù)工作實際以火電廠化驗流程為基礎(chǔ)，建立一套適用于樣品管理、樣品檢測、產(chǎn)品檢測、儀器儀表管理等質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作的專業(yè)管理平臺，其宏觀架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)將智能工作流程應(yīng)用于樣品管理、檢驗報告管理業(yè)務(wù)工作中，根據(jù)檢驗數(shù)據(jù)自動判定結(jié)果、按照標準格式自動打印報告；系統(tǒng)具有很高的數(shù)據(jù)準確性、安全性、易用性，大大提高檢驗、檢測工作效率。應(yīng)用到具體實際工作中初步總結(jié)有以下幾個關(guān)鍵步驟。

圖1 火電廠數(shù)字化技術(shù)宏觀架構(gòu)

6.1 數(shù)字化驗室系統(tǒng)

以火電廠化驗設(shè)備為基礎(chǔ)，建立適用于火電廠的數(shù)字接口，將數(shù)據(jù)自動進行傳輸、計算、上報，做到化驗數(shù)據(jù)全過程不落地，避免人為干預(yù)因素。如：X-熒光光譜分析儀、碳硫儀、ICP分析儀、量熱儀、定硫儀、電子天平、工業(yè)分析自動測定儀、水分自動測定儀等化驗設(shè)備。對樣品化驗數(shù)據(jù)及設(shè)備進行實時、高效的數(shù)字化管控，以保證化驗數(shù)據(jù)的客觀、真實、準確與安全，為質(zhì)檢管理者提供數(shù)據(jù)支持，提升化驗室乃至整個質(zhì)檢管理的能力與水平。

6.2 區(qū)域煤質(zhì)成分數(shù)據(jù)庫

根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)收錄的供應(yīng)商信息，將供應(yīng)商按地區(qū)分類，并通過基礎(chǔ)的化驗數(shù)據(jù)，將該地區(qū)內(nèi)的燃煤數(shù)據(jù)按照區(qū)域、時間段劃分，經(jīng)過時間積累形成“區(qū)域煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫”，為后續(xù)煤質(zhì)研究提供數(shù)據(jù)支撐。

6.3 構(gòu)建碳排放模型

通過“數(shù)字化驗室系統(tǒng)”中入廠、煤場、入爐的化驗數(shù)據(jù)，結(jié)合火電廠中生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，形成采購—存放—燃燒的燃煤全生命周期的閉環(huán)管理，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建“機組—排放模型”“煤質(zhì)—排放模型”，為后續(xù)合理摻配，優(yōu)化燃燒提供指導(dǎo)，最終實現(xiàn)減少燃煤使用，降低排放總量的目的。

6.4 平臺建設(shè)

對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層進行設(shè)計，在保證硬件配置高效化的同時，靈活應(yīng)用虛擬化技術(shù)來將火電廠化驗所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳到云網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。并通過常見的服務(wù)器虛擬化，來對物理機進行虛擬化，減少硬件配置的同時實現(xiàn)更多資源信息的存儲與應(yīng)用，減少各火電廠在化驗室方面的硬件投入，實現(xiàn)“一處投入，多處使用”。

6.5 遠程數(shù)據(jù)綜合管理

建立統(tǒng)一的信息傳輸規(guī)范，將不同企業(yè)及企業(yè)之間的關(guān)鍵煤炭物流信息數(shù)據(jù)實時動態(tài)采集并集中存儲到遠程數(shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)字建模技術(shù)，完成煤炭流轉(zhuǎn)過程的實時展示，滿足大數(shù)據(jù)分析的需要。

6.6 優(yōu)化排放模型

優(yōu)化排放模型是銜接煤場存儲環(huán)節(jié)與鍋爐燃燒的重要支持，通過優(yōu)化排放模型及數(shù)字化驗室可對煤場管理實現(xiàn)可視化動態(tài)管理；通過三維煤場動態(tài)管控及查詢，實時反饋煤場儲量、分布、煤質(zhì)情況；通過對原煤倉實現(xiàn)動態(tài)管理，對原煤倉煤質(zhì)情況進行實時跟蹤；優(yōu)化排放模型是對入爐煤質(zhì)進行有效預(yù)測控制，做到預(yù)測前根據(jù)鍋爐要求指定上煤區(qū)域，并對上煤和鍋爐燃燒全過程跟蹤，根據(jù)數(shù)據(jù)實時分析反映機組運行情況；同時根據(jù)數(shù)據(jù)采集形成指標報表用以對入爐煤進行總結(jié)分析。系統(tǒng)為鍋爐燃燒提供了有效的保證，對控制機組非停(非正常停產(chǎn)、維修等情況)、降低標煤單價、提高機組經(jīng)濟效益有重要意義。同時系統(tǒng)利用廠內(nèi)調(diào)運系統(tǒng)產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為前期數(shù)據(jù)依托，采集廠內(nèi)生產(chǎn)實時系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和輸煤過程中的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)建模及大數(shù)據(jù)處理，提煉精華數(shù)據(jù)以提高電廠生產(chǎn)管理及經(jīng)濟性分析能力，最終形成最佳尋優(yōu)系統(tǒng)。優(yōu)化排放模型結(jié)合了傳統(tǒng)火電廠燃料管理過程中堆、存、取、耗、燒等各個流程，利用計算機技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對煤場管理中的各個環(huán)節(jié)點進行信息化改造。實現(xiàn)煤場的動態(tài)管理，引入閉環(huán)管理理念，使煤場管理更加精細化，并提供有效的管控和優(yōu)化手段。

7 結(jié)束語

以數(shù)字化和低碳化相結(jié)合，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。當前加強數(shù)字經(jīng)濟及高新科技產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以數(shù)字化來提高資源和能源的利用效率。另一個方面是新型城鎮(zhèn)化，加強建筑和交通的節(jié)能和能源替代。還有就是交通、水利等重大工程建設(shè)，也有利于優(yōu)化交通結(jié)構(gòu)，提高運輸效率，促進能源節(jié)約和電氣化替代。所以總體上是利用數(shù)字化和低碳化的結(jié)合來推進碳強度的下降，促進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促使二氧化碳排放盡快達峰。