李?;?,錄天鳳,景浩盟
(中國信息通信研究院工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)研究所,北京 100191)
保護(hù)生態(tài)環(huán)境、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展是世界各國的共同責(zé)任。截至目前,全球超過130個(gè)國家和地區(qū)做出“碳中和”的承諾[1],歐盟、英國、日本等國家紛紛提出“綠色新政”,且已有50多個(gè)國家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,走向碳中和成為全球共識(shí)。2021年,“雙碳目標(biāo)”被納入生態(tài)文明的總體布局。各部委先后制定并出臺(tái)了一系列綠色低碳發(fā)展重點(diǎn)政策,在雙碳目標(biāo)下推動(dòng)不同領(lǐng)域的減排工作有序開展。
工業(yè)園區(qū)作為產(chǎn)業(yè)集約化發(fā)展和資源聚集的區(qū)域性關(guān)鍵承載平臺(tái),為工業(yè)企業(yè)提供了大量基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)。公開數(shù)據(jù)顯示,目前全國各類產(chǎn)業(yè)園區(qū)超兩萬個(gè)[2],工業(yè)園區(qū)的耗能約占全社會(huì)總耗能的69%,碳排放占全國總排放約31%,工業(yè)園區(qū)在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和過程中依舊存在很大提升空間。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用模式和工業(yè)生態(tài),是第四次工業(yè)革命的重要基石[3]。隨著碳足跡動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、碳排放模擬預(yù)測(cè)等技術(shù)逐漸成為零碳園區(qū)的關(guān)鍵基礎(chǔ)工作,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能“零碳”園區(qū)將會(huì)成為未來園區(qū)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。
為解決傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展難的問題,我國采取了一系列的相關(guān)措施。自2010年以來,我國陸續(xù)開展了51個(gè)低碳工業(yè)園區(qū)試點(diǎn)建設(shè)[4]。進(jìn)入“十四五”時(shí)期,“零碳”示范園區(qū)的建設(shè)也在國內(nèi)快速推進(jìn),武漢、無錫和深圳等地都在規(guī)劃“零碳”示范園區(qū)。2021年以來,政府多部門出臺(tái)相關(guān)政策措施支持園區(qū)綠色低碳發(fā)展,提出要將碳達(dá)峰碳中和作為園區(qū)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。
園區(qū)作為城市碳排放最集中的空間,雖然直接和間接碳排放均占比較大,但在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和過程中依舊存在很大提升空間。一是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化能力不足,尚未實(shí)現(xiàn)深度結(jié)構(gòu)降碳。園區(qū)內(nèi)仍存在產(chǎn)業(yè)鏈低碳化發(fā)展水平較低、產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩等問題,尚未形成綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展動(dòng)力。二是園區(qū)能源管理水平不高,尚未實(shí)現(xiàn)深度節(jié)能降碳。園區(qū)內(nèi)能源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化處理和統(tǒng)一調(diào)度等管理過程智能化水平較低。三是園區(qū)資源利用效率較低,尚未實(shí)現(xiàn)深度循環(huán)降碳。園區(qū)資源配置結(jié)構(gòu)不完善,資源利用效率較低。園區(qū)內(nèi)部與外部的原料、再生、固廢等資源的有效協(xié)同需進(jìn)一步增強(qiáng)。四是園區(qū)智能化綠色化融合度低,尚未實(shí)現(xiàn)深度數(shù)字降碳。新一代信息技術(shù)與碳排放管理缺乏深度融合,碳排放數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、核算和預(yù)測(cè)實(shí)施難度和改造成本較大[5]。
針對(duì)以上問題,園區(qū)可以通過數(shù)字化手段打造高端化、智能化、綠色化的減污降碳方式,利用數(shù)字技術(shù)加快推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域低碳工藝革新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型,全面推進(jìn)減污降碳和能源資源高效利用,以更加精細(xì)、動(dòng)態(tài)的方式推動(dòng)工業(yè)園區(qū)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效,從而促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域綠色高質(zhì)量發(fā)展。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過對(duì)人、機(jī)、物、系統(tǒng)等的全面連接,構(gòu)建起覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全新制造和服務(wù)體系,為工業(yè)乃至產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展提供了實(shí)現(xiàn)途徑[6]。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+轉(zhuǎn)型升級(jí),可以有效解決傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)降碳環(huán)節(jié)中技術(shù)成本高、管理難度大的問題,在顯著提升企業(yè)生產(chǎn)力和工作效率的同時(shí),降低園區(qū)能源使用和碳排放強(qiáng)度,進(jìn)而使園區(qū)發(fā)展達(dá)到生產(chǎn)力提升與環(huán)境友好之間的新平衡點(diǎn)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)零碳園區(qū)的建設(shè)與發(fā)展,應(yīng)在政府相關(guān)政策措施的引領(lǐng)下,在碳交易市場(chǎng)與企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型需求驅(qū)動(dòng)下,充分發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和新業(yè)態(tài)、新模式的作用,推動(dòng)園區(qū)實(shí)現(xiàn)雙碳創(chuàng)新變革。通過構(gòu)建“高速、安全、融合、泛在”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)絡(luò),提升園區(qū)的信息傳輸能力和信息感知能力,推動(dòng)園區(qū)各企業(yè)能源計(jì)量器具的遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn),以及碳數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集和有效傳輸;打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)園區(qū)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)園區(qū)生產(chǎn)物料、系統(tǒng)設(shè)備、碳排放量、能源能耗等要素的全流程數(shù)字化管理;基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架建立園區(qū)可信碳資產(chǎn)交互與可信身份認(rèn)證機(jī)制,提升園區(qū)日常運(yùn)營的安全防護(hù)能力[7];依托區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改、公開透明、可追溯和智能執(zhí)行等特點(diǎn),構(gòu)建零碳園區(qū)信息基礎(chǔ)設(shè)施,顯著提升園區(qū)的智能化、精準(zhǔn)化水平。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)零碳園區(qū)總體規(guī)劃如下圖所示。
圖 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)零碳園區(qū)總體框圖
同時(shí),園區(qū)應(yīng)與外部政府、區(qū)域、能源供給單位、產(chǎn)學(xué)研共同構(gòu)建園區(qū)協(xié)同零碳生態(tài)模式,在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系、評(píng)價(jià)體系、前沿技術(shù)等保障下,構(gòu)建能源結(jié)構(gòu)降碳、資源增效減碳、技術(shù)創(chuàng)新負(fù)碳及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控碳體系,實(shí)施碳盤查、碳核查、碳交易、碳改造及碳評(píng)價(jià)等管理閉環(huán),并面向鋼鐵、石化化工、電力、建材及有色金屬等典型行業(yè)開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)零碳園區(qū)應(yīng)用示范,推動(dòng)我國工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展及零碳工業(yè)園區(qū)建設(shè),釋放工業(yè)園區(qū)在工業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)性降碳方面的優(yōu)勢(shì),保障我國工業(yè)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
在國家與地方政策的引導(dǎo)下,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群不斷融合發(fā)展,涌現(xiàn)出一批具有區(qū)位特性和產(chǎn)業(yè)特色的優(yōu)秀案例,建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)零碳園區(qū)成為各地推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集群轉(zhuǎn)型發(fā)展的共識(shí)??傮w來看,我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)零碳園區(qū)主要?dú)w納為以下典型場(chǎng)景。
一是主動(dòng)開展碳數(shù)據(jù)的在線采集與監(jiān)測(cè)。通過摸清園區(qū)碳排放現(xiàn)狀,診斷碳減排潛力,實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)生產(chǎn)、業(yè)務(wù)等全流程的碳排放的具體、可量化的統(tǒng)計(jì),進(jìn)而找到其中可以進(jìn)行減排的空間,制定園區(qū)雙碳目標(biāo)和實(shí)施路徑。衢州市智造新城運(yùn)用數(shù)字化技術(shù),打造工業(yè)雙碳智治綜合服務(wù)平臺(tái),支持多種數(shù)據(jù)接入采集方式,包括直接采集、系統(tǒng)對(duì)接、計(jì)費(fèi)平臺(tái)對(duì)接及其他多種數(shù)據(jù)獲取方式,對(duì)關(guān)鍵能耗區(qū)域、設(shè)備的能耗和碳排進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。同時(shí),平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集建設(shè)工作,結(jié)合實(shí)際,充分利用衢州市碳賬戶系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù),并統(tǒng)籌結(jié)合相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。該數(shù)字化工具可為園區(qū)管理者及園區(qū)企業(yè)的雙碳管理和能源雙控的監(jiān)管考核,提供科學(xué)治理的依據(jù),為園區(qū)和企業(yè)低碳減排生產(chǎn)提供智能輔助決策。
二是建立綜合能源數(shù)據(jù)分析與治理體系。整合園區(qū)內(nèi)太陽能、風(fēng)能、天然氣和電力等多種能源,利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)提升園區(qū)能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃、優(yōu)化運(yùn)行、協(xié)同管理、交互響應(yīng)和互補(bǔ)互濟(jì)水平,滿足了園區(qū)多元化的用能需求,實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源系統(tǒng)可靠功能[8]。肇慶國家高新區(qū)打造了“采集-分析-服務(wù)-交易”四層能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系,建立能源數(shù)據(jù)從“精細(xì)化采集-價(jià)值挖掘-多維度適配應(yīng)用-市場(chǎng)化交易中數(shù)據(jù)價(jià)值增值”的完整價(jià)值鏈條。通過構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)園內(nèi)端到端的連接,形成園區(qū)信任網(wǎng)絡(luò);并通過平臺(tái)化的方式推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在能源用戶側(cè)落地應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)源荷互動(dòng)的閉環(huán),助力以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)。同時(shí),面向園區(qū)企業(yè)提供全方位、一站式智慧能源解決方案,助力企業(yè)節(jié)能減排、降費(fèi)增效,推動(dòng)園區(qū)整體實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。
三是利用數(shù)字化技術(shù)支撐園區(qū)加快開展碳排放權(quán)交易。基于區(qū)塊鏈、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建可信碳/能交易市場(chǎng),探索園區(qū)數(shù)據(jù)要素市場(chǎng)和碳交易市場(chǎng)協(xié)同機(jī)制,推進(jìn)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的雙碳金融產(chǎn)品和服務(wù)開發(fā),助于從市場(chǎng)化的角度提升園區(qū)內(nèi)綠色低碳項(xiàng)目和技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,促進(jìn)企業(yè)綠色低碳生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型[9]。合川智慧園區(qū)以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析、區(qū)塊鏈為核心技術(shù),打造“碳鏈”體系和低碳數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái),通過將每一筆碳交易賦予標(biāo)識(shí)形成智能合約,實(shí)現(xiàn)企業(yè)間碳排放的可信資產(chǎn)管理、供需對(duì)接和實(shí)時(shí)交易,同時(shí)通過結(jié)合AI技術(shù)幫助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)能優(yōu)化、減污降碳及降本增效。
四是開展園區(qū)雙碳評(píng)估能力建設(shè)。定期開展對(duì)零碳園區(qū)的檢測(cè)評(píng)估認(rèn)證工作,幫助園區(qū)定位自身發(fā)展階段、診斷園區(qū)存在問題,幫助園區(qū)明確綠色數(shù)字化改造演進(jìn)路徑、確定階段化升級(jí)目標(biāo)、制定針對(duì)性的節(jié)能減排解決方案,同時(shí)可助力園區(qū)順應(yīng)國際形勢(shì)與環(huán)保要求,通過碳認(rèn)證彰顯零碳園區(qū)形象,極大提升產(chǎn)業(yè)園區(qū)公眾形象。某碳中和智慧園區(qū)內(nèi)搭建了數(shù)字化能源管理系統(tǒng),利用傳感器、表計(jì)等設(shè)備儀器及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù),統(tǒng)計(jì)和展示園區(qū)內(nèi)能源生產(chǎn)與消費(fèi)等情況并進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào),并基于碳效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、計(jì)算模型、碳排放因子庫,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)算企業(yè)碳排放量、碳效值及碳中和率,形成園區(qū)碳效評(píng)價(jià)結(jié)果和碳效碼,助力園區(qū)及時(shí)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源調(diào)整,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳、綠色低碳發(fā)展。
園區(qū)通過產(chǎn)品碳足跡、園區(qū)綜合能源調(diào)控、園區(qū)雙碳智能化管理等新模式的構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)園區(qū)企業(yè)綠色化改造升級(jí)、園區(qū)和產(chǎn)業(yè)集群綠色發(fā)展、園區(qū)綠色生態(tài)體系構(gòu)建等發(fā)展需求。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)零碳園區(qū)的高端化、智能化、綠色化發(fā)展,綜合考慮多種因素,結(jié)合未來發(fā)展趨勢(shì),本文提出以下推進(jìn)建議。
園區(qū)應(yīng)構(gòu)建含網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)識(shí)、平臺(tái)、安全的園區(qū)數(shù)字底座與可信價(jià)值互聯(lián)體系,并同步開展綜合能源供應(yīng)、能源信息化管理、能源數(shù)字化運(yùn)營為一體的綜合能源體系化建設(shè)。通過園區(qū)內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一體化信息基礎(chǔ)建設(shè)和數(shù)據(jù)流動(dòng)共享,構(gòu)建園區(qū)內(nèi)企業(yè)、設(shè)施及車輛等要素的全連接體系,并同步建立虛實(shí)融合的園區(qū)一體化服務(wù)和管理視圖,實(shí)現(xiàn)園區(qū)物質(zhì)流、能量流及信息流的高效運(yùn)營管理。同時(shí),通過賦予園區(qū)內(nèi)能源生產(chǎn)企業(yè)/設(shè)備、關(guān)鍵用能企業(yè)/設(shè)備、計(jì)量設(shè)備等物理實(shí)體對(duì)象唯一身份標(biāo)識(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)電、熱、冷、水及氣等能源參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集和分析預(yù)測(cè),打造覆蓋園區(qū)能源設(shè)備、能源系統(tǒng)、場(chǎng)站及工廠等實(shí)時(shí)安全感知與協(xié)同交互的應(yīng)用場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)園區(qū)常態(tài)化運(yùn)營、數(shù)據(jù)共享交易、生態(tài)鏈協(xié)同的價(jià)值延伸。
工業(yè)領(lǐng)域?yàn)閷?shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo),應(yīng)以園區(qū)為載體,打造園區(qū)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一體化發(fā)展新模式,加快推進(jìn)區(qū)域一體化的綠色產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系,全面提升綠色發(fā)展基礎(chǔ)能力。園區(qū)應(yīng)發(fā)揮自身區(qū)位和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì),持續(xù)推進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程的數(shù)字化改造和綠色化升級(jí),鼓勵(lì)開展碳排放核算、碳效率評(píng)價(jià)及企業(yè)間碳交易活動(dòng),并基于產(chǎn)品的物流、生產(chǎn)、經(jīng)營及服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建產(chǎn)品碳足跡跟蹤,建立全生命周期的能耗和碳排放管理。園區(qū)應(yīng)推動(dòng)綠色產(chǎn)業(yè)鏈與綠色供應(yīng)鏈協(xié)同布局,實(shí)現(xiàn)園區(qū)外產(chǎn)業(yè)鏈上下游的生產(chǎn)、物流及庫存等數(shù)據(jù)互通,推進(jìn)園區(qū)節(jié)能治污降碳與區(qū)域綠色化一體化協(xié)同發(fā)展。
園區(qū)管委會(huì)、園區(qū)建設(shè)與運(yùn)營單位、園區(qū)企業(yè)間可圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和雙碳融合領(lǐng)域開展全面交流和合作,聯(lián)合開展低碳零碳負(fù)碳關(guān)鍵核心技術(shù)公關(guān),建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型促進(jìn)中心等公共服務(wù)創(chuàng)新載體,并基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行雙碳模型、算法及軟件等技術(shù)與成果的共享、開放、協(xié)同。園區(qū)可利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)再生資源高值化循環(huán)利用新模式,推動(dòng)建立再生資源供應(yīng)鏈,提高資源利用水平,強(qiáng)化園區(qū)內(nèi)部、園區(qū)與外部組織之間的循環(huán)鏈接,促進(jìn)資源有效、協(xié)同供給,提高資源利用水平。同時(shí),建立“企業(yè)-政府-第三方服務(wù)機(jī)構(gòu)-金融機(jī)構(gòu)-交易機(jī)構(gòu)”的多邊可信數(shù)據(jù)鏈,多方用戶主體可在交互中建立相對(duì)及時(shí)、完整的碳數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)共享共治,并為碳排放交易及相關(guān)業(yè)務(wù)過程中的數(shù)據(jù)交互提供保障,實(shí)現(xiàn)園區(qū)數(shù)據(jù)資產(chǎn)至碳資產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。
園區(qū)可為企業(yè)提供基于虛擬零碳園區(qū)的全廠數(shù)字孿生與生產(chǎn)仿真等能力和服務(wù),借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及算法模型等,模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)及控制園區(qū)物理實(shí)體全生命周期過程碳排放。園區(qū)將入駐企業(yè)的產(chǎn)品、排放廢品廢料等數(shù)據(jù)全部數(shù)字化上云,基于5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)建立起入駐企業(yè)間的物料或能量聯(lián)系,并通過構(gòu)建信息共享平臺(tái),進(jìn)行企業(yè)間的合作談判和廢物資源交換,在虛擬園區(qū)內(nèi)形成“原料-廢料-原料交換”的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。園區(qū)企業(yè)間可按照“再生-循環(huán)-回用-替換”原則形成虛擬的生態(tài)供應(yīng)鏈,不斷吸引新企業(yè),擴(kuò)大園區(qū)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng),提高物料和能量利用效率。
園區(qū)可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一體化綠色信息基礎(chǔ)建設(shè)和數(shù)據(jù)流動(dòng)共享,充分發(fā)揮園區(qū)綠色低碳產(chǎn)業(yè)和資源聚集化的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì),助力優(yōu)化綠色產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同布局,推動(dòng)園區(qū)產(chǎn)業(yè)循環(huán)鏈接,促進(jìn)區(qū)域能源資源的高效利用與綜合利用。同時(shí),通過打造基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的園區(qū)綠色低碳循環(huán)新服務(wù)模式和管理理念應(yīng)用,促進(jìn)綠色低碳產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、人才及數(shù)據(jù)等資源聚集,助力園區(qū)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳模式創(chuàng)新、高效運(yùn)營,從而培育壯大工業(yè)綠色發(fā)展新動(dòng)能,促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域綠色可持續(xù)發(fā)展。