基于能源大數(shù)據(jù)的數(shù)智雙碳平臺(tái)設(shè)計(jì)

甘肅同興智能科技發(fā)展有限責(zé)任公司 張兆師 李方軍 陳佐虎 王 婷 國網(wǎng)甘肅省電力公司 劉志遠(yuǎn)

伴隨著碳達(dá)峰、碳中和3060目標(biāo)的鄭重承諾，“雙碳”的政策措施、行動(dòng)方案、市場機(jī)制不斷涌現(xiàn)，將“雙碳”目標(biāo)的發(fā)展推向了一個(gè)全新的熱度和高度。其中涉及的數(shù)智雙碳平臺(tái)是以電力數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)為基礎(chǔ)的一種智能系統(tǒng)，針對于不同行業(yè)的能源消費(fèi)以及生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的溫室氣體排放數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和提供相關(guān)服務(wù)。

和以往線上報(bào)送、增量治理的思路不同，主動(dòng)雙碳管控以政策引導(dǎo)、多方主動(dòng)、數(shù)字創(chuàng)新、安全融合、金融助力為主，不需要大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)，擁有良好的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)發(fā)展性，可在低碳發(fā)展政策制訂、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能、增加碳吸收和綠色金融支撐碳中和等方面提供數(shù)據(jù)支撐和輔助決策。

1 數(shù)智雙碳平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)劃

數(shù)智雙碳平臺(tái)的建設(shè)結(jié)合電碳之間的能源轉(zhuǎn)換，核心為碳核算方法，實(shí)現(xiàn)雙碳時(shí)空協(xié)同，從時(shí)間、地域、行業(yè)等維度對碳排放、碳減排、碳匯進(jìn)行“全景畫像”。通過探索綠色供應(yīng)鏈管理、綠色金融等商業(yè)化增值服務(wù)，探索綠色發(fā)展新模式，拓展碳資產(chǎn)管理平臺(tái)等多個(gè)應(yīng)用場景，逐步提升全場景的智慧化服務(wù)能力。根據(jù)數(shù)智雙碳決策分析平臺(tái)應(yīng)用需求，通過能源管理、低碳管理、低碳服務(wù)、低碳信息等多種方式，統(tǒng)一規(guī)劃數(shù)智雙碳決策分析系統(tǒng)。

1.1.1 整體規(guī)劃

量化-碳排放核算。根據(jù)國際國內(nèi)關(guān)于各行業(yè)碳核算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碳排放的科學(xué)計(jì)算，涵蓋8大重點(diǎn)碳排放行業(yè)（電力、航空、石化、鋼鐵、化工、有色、造紙）、新能源消納（風(fēng)電、水電、光伏）和碳匯能力分析（森林、草原、園林等）。碳核算相關(guān)功能可涵蓋核算、核查、閾值以及接口管理等。

分析-智能預(yù)警預(yù)測。通過多方數(shù)據(jù)融合智能分析，對標(biāo)行業(yè)排放水平。預(yù)測未來排放量，為企業(yè)碳減排以及開展碳交易提供碳管理決策建議。為行業(yè)、企業(yè)關(guān)停、限產(chǎn)等提供有力監(jiān)控預(yù)測，支撐各區(qū)域能夠達(dá)到“3060”的目標(biāo)；管理-系統(tǒng)管理。包括系統(tǒng)層面的行業(yè)管理、層級管理、機(jī)構(gòu)管理、用戶管理、碳資產(chǎn)管理（配額支撐及CCER 等）以及碳減排項(xiàng)目流程管理等。

報(bào)告-編譯報(bào)告。參照國際國內(nèi)碳排放報(bào)告格式自動(dòng)生成可編輯、多格式的碳排放報(bào)告，滿足碳交易、碳披露等不同訴求；補(bǔ)充功能。除了主要的量化、分析、管理以及報(bào)告的功能之外，比較通用的其它功能包括環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)控、低碳資訊、節(jié)能減排技術(shù)對接、低碳能力建設(shè)平臺(tái)等。

1.1.2 數(shù)據(jù)規(guī)劃

根據(jù)數(shù)智雙碳決策分析平臺(tái)整體規(guī)劃，通過數(shù)據(jù)溯源、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)感知、服務(wù)調(diào)用、異步數(shù)據(jù)同步等多種方式，統(tǒng)一接入數(shù)智雙碳決策分析系統(tǒng)，按監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)際分析的時(shí)間維度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各類生態(tài)環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)、用電指標(biāo)數(shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)融合、關(guān)聯(lián)、分析和統(tǒng)計(jì)；其它時(shí)間維度的數(shù)據(jù)則存入大數(shù)據(jù)平臺(tái)，供其它大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

1.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

就實(shí)現(xiàn)雙碳的目標(biāo)來講，數(shù)智雙碳平臺(tái)可分兩個(gè)層次來理解：一是“數(shù)”。即碳排放、碳減排等線上化、數(shù)字化，如能源活動(dòng)過程中的碳排放核算、工業(yè)生產(chǎn)過程的信息化管理、重點(diǎn)行業(yè)進(jìn)行的碳盤查、碳排放碳減排相關(guān)方法學(xué)的制訂、碳交易市場將要落地的政策法規(guī)等；隨著信息化的發(fā)展及各項(xiàng)碳相關(guān)政策的落地實(shí)施，可明顯改善管控手段，提升管控效果，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展[1]；二是“智”。即以數(shù)字化為基礎(chǔ)的雙碳管控智能化，如實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)勾勒、產(chǎn)業(yè)碳排放強(qiáng)度的識(shí)別、高碳排放的成因分析等。數(shù)智雙碳平臺(tái)建設(shè)在研判當(dāng)前形勢及未來發(fā)展態(tài)勢的基礎(chǔ)上，提出升級構(gòu)想，打造“13N”發(fā)展模式：“1”為數(shù)智雙碳平臺(tái)，“3”為節(jié)能減排與低碳發(fā)展、碳資產(chǎn)開發(fā)與交易服務(wù)、綠色金融服務(wù)。

大數(shù)據(jù)時(shí)代萬物皆可數(shù)字化，而當(dāng)“雙碳”遇見數(shù)字化技術(shù)，勢必會(huì)有大碰撞。目前對于雙碳方面的研究還不是特別成熟，仍有大量的核算技術(shù)和模型正在被研究和論證。為共建、共治、共享模式形成更精準(zhǔn)、更全面的能源大數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)各類能源數(shù)據(jù)、用電指標(biāo)數(shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)融合、關(guān)聯(lián)、分析，打通“能—電—碳”一條數(shù)據(jù)鏈條，提升碳核算精度，激活數(shù)據(jù)價(jià)值，為雙碳不斷拓展應(yīng)用場景提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，率先構(gòu)建了數(shù)智雙碳平臺(tái)。該平臺(tái)能夠支撐節(jié)能減排與低碳發(fā)展、碳資產(chǎn)開發(fā)與交易服務(wù)以及綠色金融服務(wù)三大業(yè)務(wù)。

節(jié)能減排和低碳發(fā)展分析。數(shù)智雙碳平臺(tái)的建設(shè)可以引導(dǎo)碳排放超標(biāo)的企業(yè)開展節(jié)能減排綠色改造，服務(wù)企業(yè)進(jìn)行低碳發(fā)展。通過能耗、碳排放和碳資產(chǎn)綜合分析映射，可以為平臺(tái)用戶建立起一套健全的碳排放管理體系，從而全面監(jiān)測雙碳目標(biāo)的有效落實(shí)，壓緊、壓實(shí)約束性的目標(biāo)任務(wù)，達(dá)到碳履約成本最小化、碳減排項(xiàng)目收益最大化的效果，為生產(chǎn)經(jīng)營過程中的節(jié)能減排和低碳發(fā)展提供分析和服務(wù)。

碳資產(chǎn)與碳交易服務(wù)分析。通過數(shù)智雙碳平臺(tái)構(gòu)建碳資產(chǎn)供應(yīng)鏈，探索建立雙碳的數(shù)據(jù)池，將相關(guān)的碳排放數(shù)據(jù)、碳減排數(shù)據(jù)、凈碳排放數(shù)據(jù)、碳配額數(shù)據(jù)等存入數(shù)據(jù)池，登陸用戶能夠結(jié)合自身企業(yè)現(xiàn)狀，進(jìn)行碳數(shù)據(jù)的規(guī)劃。數(shù)智雙碳平臺(tái)還為減排企業(yè)提供了資源減排采購渠道，為控排企業(yè)提供碳排放監(jiān)測、碳配額管理、碳交易等服務(wù)，探索適宜的商業(yè)模式，充分挖掘碳減排（CCER）資產(chǎn)，構(gòu)建碳資產(chǎn)供應(yīng)鏈體系，為碳交易市場體系建設(shè)提供服務(wù)。

綠色金融服務(wù)分析?！吧鷳B(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的共識(shí)，發(fā)展綠色金融是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要措施。通過對企業(yè)綠色評級、企業(yè)運(yùn)行監(jiān)測，提供全面風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警監(jiān)控定向推送風(fēng)險(xiǎn)信息，實(shí)行環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)信息分級預(yù)警、分類管理，釋放產(chǎn)業(yè)升級動(dòng)能，為企業(yè)碳交易提供碳配額測算、綠證交易和碳數(shù)據(jù)產(chǎn)品增值服務(wù)，探索開展碳金融和綠色金融服務(wù)，助力能源產(chǎn)業(yè)鏈低碳綠色發(fā)展。數(shù)智雙碳之“智”就在于如何在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以“電+核查數(shù)據(jù)”為變量提煉企業(yè)運(yùn)行特性，刻畫企業(yè)碳核算模型，獲取行業(yè)、區(qū)域碳排放、碳減排變化規(guī)律，為低碳綠色發(fā)展提供可靠的支撐。

數(shù)據(jù)融合程度制約碳核算精度。數(shù)智雙碳的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，要發(fā)揮數(shù)智雙碳之智，就需完善數(shù)據(jù)源建設(shè)、融合標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)覆蓋、數(shù)據(jù)管理等工作，數(shù)據(jù)源不夠多元制約著智能化程度。這不僅要解決技術(shù)上的問題，更要解決管理機(jī)制上的問題。

多方互動(dòng)決定智能決策能力。數(shù)智雙碳之“智”在于分析和決策，目前的人工智能（AI）距離真正的認(rèn)知智能還有很大距離，但要輔助分析和決策確有非常高的應(yīng)用價(jià)值，關(guān)鍵是如何進(jìn)行融合賦能和多方互動(dòng)。碳路由中間件服務(wù)通過數(shù)據(jù)接口、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、數(shù)據(jù)爬取、RPA 機(jī)器人和碳檢測等方式將碳相關(guān)數(shù)據(jù)安全高效的接入平臺(tái)，依據(jù)碳核算體系進(jìn)行碳計(jì)算，建立行業(yè)、企業(yè)核算模型，服務(wù)數(shù)智雙碳、碳資產(chǎn)管理等應(yīng)用場景，平臺(tái)應(yīng)用大數(shù)據(jù)按照政策、管理者的目的演化規(guī)律，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律和管理理念提出管控策略和方案，最終形成監(jiān)管方案、管理方案、運(yùn)營方案等。

從過程上看，這是一個(gè)多方互動(dòng)合作的過程，也是智能決策的過程。

2 數(shù)智雙碳平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

2.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

數(shù)智雙碳平臺(tái)的建設(shè)，將要完成電力供給側(cè)、需求側(cè)碳排放、碳匯能力等相關(guān)數(shù)據(jù)共享接入、轉(zhuǎn)換測算、評估預(yù)警，開展電力全產(chǎn)業(yè)鏈碳相關(guān)數(shù)據(jù)展示與分析等應(yīng)用功能建設(shè)，優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行管理策略，以電力相關(guān)數(shù)據(jù)為切入點(diǎn)，結(jié)合環(huán)保、林業(yè)、新能源等數(shù)據(jù)，通過聚焦發(fā)、用電企業(yè)碳排放，結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模、能源結(jié)構(gòu)、能效水平、綠化面積等多維數(shù)據(jù)，對綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保、新能源消納、碳中和規(guī)劃、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、布局綠色生態(tài)等方面提供有力的數(shù)據(jù)支撐及輔助決策。

2.2 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)和整體技術(shù)路線采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)[2]，技術(shù)架構(gòu)由下而上依次為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層、展示層。其中基礎(chǔ)層涉及服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等；數(shù)據(jù)層主要分布式緩存數(shù)據(jù)；平臺(tái)層涉及推送服務(wù)、緩存服務(wù)等；應(yīng)用層主要為碳分析、碳核算、碳監(jiān)測等；展示層為數(shù)智雙碳可視化界面。

2.3 核算的要點(diǎn)及核算方法

主要的溫室氣體排放核算的完整工作流程包括：識(shí)別排放源；收集活動(dòng)水平數(shù)據(jù)；選擇和獲取排放因子數(shù)據(jù)；分別計(jì)算燃料燃燒排放量、企業(yè)凈購入的電力、熱力的排放量；匯總計(jì)算企業(yè)溫室氣體排放量。下面以發(fā)電企業(yè)為例探討CO2氣體排放的計(jì)算方法。其主要的CO2來源于化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放、脫硫過程的CO2排放、企業(yè)凈購入使用電力產(chǎn)生的CO2排放。

發(fā)電企業(yè)的溫室氣體排放總量等于企業(yè)邊界內(nèi)化石燃料燃燒排放、脫硫過程的排放和凈購入使用電力產(chǎn)生的排放之和:E=E燃燒+E脫硫+E電，式中：E 為企業(yè)CO2排放總量，單位為噸（tco2）；E燃燒為化石燃料(包括發(fā)電及其他排放源使用化石燃料)產(chǎn)生的CO2排放量，單位為（tco2）；E脫硫?yàn)槊摿蜻^程產(chǎn)生的CO2排放量，單位為噸（tco2）；E電為凈購入使用電力產(chǎn)生的CO2排放量(tco2）。排放因子主要采用區(qū)域電網(wǎng)排放因子（表1）。

表1 區(qū)域電網(wǎng)排放因子

3 智能決策的三大難題

核算規(guī)則的認(rèn)定。不論是從分析還是從決策出發(fā)，準(zhǔn)確掌握企業(yè)、行業(yè)、區(qū)域的碳數(shù)據(jù)及其發(fā)展演化規(guī)律是前提。這其中的難點(diǎn)則是核算方法形成、電碳核算模型的驗(yàn)證和影響因素的量化分析，盡管規(guī)律是確定的，但是規(guī)律的獲取卻需要碳核算、碳核查和碳資產(chǎn)管理等專業(yè)人員的定向研究和驗(yàn)證，制訂一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的核算規(guī)則，使其在企業(yè)和社會(huì)具有權(quán)威性。

評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。企業(yè)綠色評價(jià)策略或決策的目的是低碳綠色發(fā)展，但何為綠色低碳發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)、具體的量化標(biāo)準(zhǔn)又是多少、如何平衡碳強(qiáng)度指數(shù)，這些問題的答案不僅是建立評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（指標(biāo)體系）的依據(jù)，也是探索規(guī)律的導(dǎo)向，取決于城市發(fā)展和管理理念。當(dāng)答案確定后，平臺(tái)管理者將理念轉(zhuǎn)換成可定量表達(dá)且可實(shí)施的評價(jià)指標(biāo)，用于預(yù)測和評價(jià)低碳發(fā)展效果。

決策機(jī)制的建立。掌握了規(guī)律、確定了評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不等于就能做出決策。一般來講，決策是將要付諸實(shí)施的行動(dòng)，如果對于行動(dòng)的后果沒有預(yù)期和把握，決策的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)很大。數(shù)智雙碳就是借助電力數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)智雙碳平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)輔助決策，從而降低風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

快速發(fā)展的電力行業(yè)不僅是關(guān)系國家發(fā)展的重要行業(yè)，也是造成化石燃料大量燃燒產(chǎn)生溫室氣體的主要行業(yè)。在雙碳目標(biāo)的戰(zhàn)略任務(wù)下，必須有效進(jìn)行碳減排并保障數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可監(jiān)測性、真實(shí)性，因此對雙碳監(jiān)測平臺(tái)的性能要求非常高。數(shù)智雙碳決策分析平臺(tái)采用數(shù)據(jù)溯源、服務(wù)調(diào)用、異步數(shù)據(jù)同步等多種方式，統(tǒng)一接入，按監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)際分析的時(shí)間維度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)[3]，實(shí)現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)、用電指標(biāo)數(shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)融合、關(guān)聯(lián)、分析和統(tǒng)計(jì)；其它時(shí)間維度的數(shù)據(jù)則存入大數(shù)據(jù)平臺(tái)，供其它大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。這種設(shè)計(jì)保障了平臺(tái)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了平臺(tái)的執(zhí)行力。