工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)

■文/郭朝暉

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和節(jié)能減排有著較深的淵源，這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本身的技術(shù)特點決定的，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)便于在大的空間范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)雜的實時管控。能源系統(tǒng)就是一個復(fù)雜系統(tǒng)，它既涉及大的空間范圍，又對實時性要求較高。在推進(jìn)“雙碳”工作的過程中，可再生能源的使用比例將越來越高，這增加了能源系統(tǒng)的復(fù)雜性，但也為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供了機(jī)會。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

在我國，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念的內(nèi)涵非常廣泛。其中，與能源管控相關(guān)的主要是2012年美國通用電氣公司（GE）提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念。GE 所指的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是物聯(lián)網(wǎng)，連接的對象是設(shè)備和人。GE 在其發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：打破智慧與機(jī)器的邊界》白皮書里描述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價值時，提到了3 個視角：經(jīng)濟(jì)視角、能源視角、實物資源。從中可以看出，能源系統(tǒng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最重要的應(yīng)用場景之一。

GE 提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包括3 個技術(shù)要素：智能機(jī)器、高級分析（算法）、工作中的人。所謂的智能機(jī)器，本質(zhì)上是能夠通過互聯(lián)網(wǎng)獲取設(shè)備實時信息并接受控制指令的機(jī)器?？梢栽O(shè)想，互聯(lián)網(wǎng)上連接了大量的機(jī)器并高頻采集實時數(shù)據(jù)，如果直接把這些數(shù)據(jù)傳給人，人類大腦的注意力就會被淹沒在數(shù)據(jù)的海洋中，大腦就無法及時、有效地處理這些信息。為了解決這個問題，就必須采用名為“高級分析”的算法。高級分析算法的作用就像人的“小秘書”，幫助人過濾掉無用的信息。“小秘書”在發(fā)現(xiàn)需要關(guān)注的問題時，會把相關(guān)的信息推送給“工作中的人”去處理。這樣，“工作中的人”可以把自己的注意力集中在需要關(guān)注的問題上，注意力就不會被淹沒在數(shù)據(jù)的海洋中了。

當(dāng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接大量的設(shè)備并采集和存儲大量數(shù)據(jù)之后，就為大數(shù)據(jù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。通過對數(shù)據(jù)的分析和研究，人們可以獲得大量的工業(yè)知識。這些知識可以用于對遠(yuǎn)程設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行有效的管控，如可以用來更好地維護(hù)設(shè)備、優(yōu)化生產(chǎn)流程。其中，節(jié)約能源就是一個重要的應(yīng)用點。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用

人類要減少碳排放、實現(xiàn)碳中和，就要減少石油、煤炭等化石能源的使用量。核聚變是解決這個問題的終極手段，實用化卻遙遙無期。在此期間，必須大力發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等可再生能源，還要提高煤炭、石油等能源的使用效率。

10 多年前，美國華盛頓特區(qū)經(jīng)濟(jì)趨勢基金會總裁杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）寫過一本暢銷書，叫作《第三次工業(yè)革命》。里夫金認(rèn)為，第三次工業(yè)革命是能源革命。他主張未來用太陽能、風(fēng)能等可再生能源代替化石能源。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，需要把每棟樓宇都變成小型的發(fā)電站，然后把成千上萬個微小的電站、蓄電設(shè)施、用電設(shè)備結(jié)合在一起，形成復(fù)雜的“能源互聯(lián)網(wǎng)”。

按照這個設(shè)想，電網(wǎng)的管控將非常復(fù)雜。為了應(yīng)對這個挑戰(zhàn)，里夫金認(rèn)為需要采用互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)。這種互聯(lián)網(wǎng)其實就屬于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的范疇。目前看來，各國政府未必會在短時間內(nèi)采用《第三次工業(yè)革命》的設(shè)想，但太陽能、風(fēng)能等可再生能源的發(fā)展肯定會大大加速。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。典型的應(yīng)用有兩種。第一種是設(shè)備的遠(yuǎn)程故障診斷、預(yù)測性維護(hù)等技術(shù)。因為風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的發(fā)電設(shè)備一般布置在荒郊野外，設(shè)備維護(hù)比較麻煩，所以遠(yuǎn)程的故障診斷和維護(hù)的價值就特別大。第二種常見的應(yīng)用是相關(guān)的參數(shù)優(yōu)化，以便提高發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)量。

“人類要減少碳排放、實現(xiàn)碳中和，就要減少石油、煤炭等化石能源的使用量。核聚變是解決這個問題的終極手段，實用化卻遙遙無期。在此期間，必須大力發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等可再生能源，還要提高煤炭、石油等能源的使用效率。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)能源管控中的應(yīng)用

能源管理最常見的工作就是“產(chǎn)用平衡”。“產(chǎn)用平衡”問題會出現(xiàn)在很多尺度的系統(tǒng)上，如社會的電網(wǎng)系統(tǒng)、企業(yè)整體的能源系統(tǒng)、車間內(nèi)的設(shè)備系統(tǒng)等。

一般來說，發(fā)電廠發(fā)出的電必須立刻消耗掉，否則就會造成浪費。傳統(tǒng)做法是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)做出預(yù)測，再根據(jù)預(yù)測結(jié)果給出發(fā)電計劃。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電廠有望通過信息集成的手段，及時獲知耗能大戶的用電需求，以便提升預(yù)測的準(zhǔn)確度，減少浪費。

在傳統(tǒng)車間里，在生產(chǎn)停止的間隙設(shè)備仍然會保持運行。例如，生產(chǎn)停止時，空壓機(jī)提供較高的壓力，運輸輥道仍然在轉(zhuǎn)，這些都會消耗大量的能源。在一些規(guī)模不大的工廠中，每年因此造成的能量損失就高達(dá)幾十萬元。利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把生產(chǎn)和供能設(shè)備聯(lián)系起來，可以減少這些間隙時間的浪費。

大工廠的能源系統(tǒng)非常復(fù)雜。例如，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)可能會有成千上萬臺產(chǎn)能和用能設(shè)備，能源介質(zhì)則包含了水、電、煤氣、蒸汽、高壓空氣等。多數(shù)能源介質(zhì)需要保持產(chǎn)用的動態(tài)平衡，否則會導(dǎo)致能源浪費或影響正常生產(chǎn)。

在這些能源介質(zhì)中，煤氣最為典型。在鋼鐵企業(yè)，高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐等都會產(chǎn)生不同類型的煤氣，加熱爐、熱風(fēng)爐、鍋爐等許多設(shè)備都需要使用煤氣。煤氣的生產(chǎn)和使用隨時都可能產(chǎn)生變化。如果能源調(diào)度不當(dāng)，就會影響煤氣的動態(tài)平衡。另外，設(shè)備的健康狀態(tài)是會經(jīng)常變化的。與之相對應(yīng)，設(shè)備的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品合格率、能源使用效率都會發(fā)生變化。企業(yè)總是希望讓狀態(tài)較好的設(shè)備投入生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)效益、降低能耗，這意味著需要把生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、能源供給等問題進(jìn)行綜合考慮。這些要求無疑增大了問題的復(fù)雜性，但也能為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用帶來機(jī)會。

許多企業(yè)將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于能源管理，取得了顯著的效益。例如，上海優(yōu)也信息有限公司在其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上開發(fā)了一種類似交通導(dǎo)航的工業(yè)App。這個App 中包含若干高級算法，用于實時計算和跟蹤能源的平衡情況。如果預(yù)見到可能出現(xiàn)的問題或存在優(yōu)化空間時，App 會給予操作工特定的提示。采用這種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，一個中等規(guī)模的鋼鐵廠每年能夠多創(chuàng)造4 000 多萬元的經(jīng)濟(jì)效益。