基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的碳排放管理研究

摘要：碳達(dá)峰和碳中和背景下建立排放管理體系是企業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑?；诠I(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的碳排放管理平臺(tái)為企業(yè)碳排放量分析、產(chǎn)品的碳足跡測(cè)算提供了技術(shù)保障。文中分析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)促進(jìn)碳減排的機(jī)理，設(shè)計(jì)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的碳排放管理平臺(tái)架構(gòu)，包含數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)?、業(yè)務(wù)應(yīng)用層，支撐企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理，同時(shí)包含碳能源源頭、碳排放過程管理、雙碳服務(wù)等功能，從政策引導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與評(píng)估等方面提出碳排放管理發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：碳排放管理；碳減排；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；雙碳發(fā)展

Research on Carbon Emission Management Leveraging the Industrial Internet Platform

LIN Zhenyi

（ Fujian Institute of Standardization， Fuzhou 350013， Fujian， China ）

Abstract： In the context of carbon peaking and neutrality， establishing an emission management system is an important pathway for enterprises to attain green， low-carbon， and high-quality development. The carbon emission management platform， leveraging industrial Internet of Things technology， provides technical support for enterprise carbon emission analysis and product carbon footprint calculation. This study analyzes the mechanism by which the industrial Internet platform promotes carbon emission reduction. It designs a carbon emission management platform architecture based on industrial Internet technology， encompassing a data collection layer， data service layer， data analysis and mining layer， and application layer. This architecture supports enterprise operations and management， incorporating carbon energy sources， carbon emission process management， dual-carbon services and other functions. Additionally， the study propose carbon emission management development suggestions from the aspects of policy guidance， standard formulation， technology innovation and application， and strengthening monitoring and evaluation.

Key Words： Carbon emission management; Carbon reduction; Industrial internet platform; Dual carbon development

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)水平的穩(wěn)步提升，碳排放總量仍處在上升階段，面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境壓力。為此，國(guó)家提出碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)。此外，近年來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日趨成熟，為碳排放管理提供了新型的解決技術(shù)及思路，學(xué)者對(duì)此開展了深入研究。李萌（2023）結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前沿技術(shù)，多角度地討論了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“綠色化”的實(shí)現(xiàn)途徑[1]。李芳（2023）研究認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可從技術(shù)、結(jié)構(gòu)、價(jià)值三個(gè)維度推動(dòng)工業(yè)低碳發(fā)展[2]。肖斌（2023）采用解釋結(jié)構(gòu)模型研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化平臺(tái)改造是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要路徑[3]。梅玉坤（2022）認(rèn)為將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與節(jié)能降碳技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)的融合匯聚，是工業(yè)綠色低碳的新經(jīng)濟(jì)模式[4]。

從以上成果來(lái)看，學(xué)者關(guān)于利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的研究已取得了豐碩成果。但工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)如何促進(jìn)碳減排的機(jī)理研究，以及如依托用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在支撐原有企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳排放管理的研究仍較少，因此文中提出基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的碳管理系統(tǒng)架構(gòu)，以期實(shí)現(xiàn)企業(yè)碳排放的全生命周期管理，助推企業(yè)、行業(yè)、區(qū)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)促進(jìn)碳減排的機(jī)理分析

1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的內(nèi)涵

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口、協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物、系統(tǒng)等跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的全面連接[5]，促進(jìn)信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合，從而構(gòu)建覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全新制造和服務(wù)體系，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。該平臺(tái)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)為核心要素、安全為保障，催生了智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制等新型模式，極大提升了行業(yè)生產(chǎn)效率及服務(wù)質(zhì)量。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)匯聚大量的參與者，產(chǎn)生大量的可信數(shù)據(jù)，如何充分共享、開發(fā)這些數(shù)據(jù)為碳排放管理、促進(jìn)碳減排提供了新思路。

1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在碳排放管理中的作用

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，其在碳減排領(lǐng)域的作用將會(huì)更加顯著。從技術(shù)角度看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)采集大量的數(shù)據(jù)，為更小顆粒度碳管理提供技術(shù)上的可行性；從價(jià)值邏輯上看，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)衍生大量的新型商業(yè)模式，驅(qū)動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用，提高了企業(yè)的運(yùn)作效率及能源使用效率，是企業(yè)降本增效的有效方案，為企業(yè)利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)碳管理提供了內(nèi)在動(dòng)力。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在碳排放管理中的具體價(jià)值有以下四個(gè)方面。

1）沉淀大量高價(jià)值數(shù)據(jù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集企業(yè)生產(chǎn)全過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包含設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)工藝參數(shù)等，同時(shí)也包含供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，研究企業(yè)的能耗瓶頸和減排潛力。

2）優(yōu)化生產(chǎn)流程及工藝參數(shù)。基于采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，自動(dòng)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，提高產(chǎn)品合格率及生產(chǎn)效率；采用高級(jí)計(jì)劃與排程算法優(yōu)化作業(yè)流程，合理分配和調(diào)度資源，實(shí)現(xiàn)能源的精細(xì)化管理，減少不必要的能源消耗和碳排放。

3）推動(dòng)綠色技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為綠色技術(shù)創(chuàng)新提供了基礎(chǔ)的技術(shù)支持，例如提取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)建設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)模型預(yù)測(cè)故障類型，提前制定應(yīng)對(duì)策略，減少設(shè)備故障導(dǎo)致的能源浪費(fèi)和碳排放。

4）促進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建了供應(yīng)鏈生態(tài)伙伴，匯聚多方參與者，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈信息的共享及協(xié)同，降低了企業(yè)間的溝通成本。同時(shí)為綠色技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)改造提供了交流合作平臺(tái)，共同促進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排。

2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的碳排放管理

平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)視角設(shè)計(jì)碳排放管理平臺(tái)的整體架構(gòu)如圖1所示，具體包含數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)?、業(yè)務(wù)應(yīng)用層等四層架構(gòu)。平臺(tái)采集企業(yè)的硬件設(shè)備數(shù)據(jù)、管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及外部數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)服務(wù)層的融合及預(yù)處理，進(jìn)入數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)?，采用積累的業(yè)務(wù)模型支撐企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理；另一方面，可通過數(shù)據(jù)開發(fā)組件及算法庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，產(chǎn)生更具價(jià)值的決策信息，在業(yè)務(wù)應(yīng)用層包含企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理應(yīng)用功能，以及能源源頭管理、碳足跡測(cè)算、能耗管理優(yōu)化、雙碳服務(wù)等碳排放管理的核心功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，所采集的數(shù)據(jù)源包含硬件設(shè)備數(shù)據(jù)、管理信息系統(tǒng)、外部數(shù)據(jù)三個(gè)主要來(lái)源。硬件設(shè)備數(shù)據(jù)包含企業(yè)生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備數(shù)據(jù)、PLC（可編程邏輯控制器）數(shù)據(jù)、監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)以及物流設(shè)備數(shù)據(jù)等；管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)包含支撐當(dāng)前企業(yè)運(yùn)作的各個(gè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)或者已經(jīng)集成在ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)為主；外部數(shù)據(jù)包含影響企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、政策數(shù)據(jù)及行業(yè)數(shù)據(jù)。上述三類數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以流式采集或者批量采集的方式匯聚到數(shù)據(jù)服務(wù)層。

2.3 數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層主要包含多源異構(gòu)數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與清洗、數(shù)據(jù)整合與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新等功能。該服務(wù)層整合來(lái)自多個(gè)系統(tǒng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)格式不一致的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化及清洗處理，將清洗后的數(shù)據(jù)整合存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)湖或者數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中。該服務(wù)層還需要定時(shí)分析數(shù)據(jù)質(zhì)量，并及時(shí)動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)?/p>

數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)又饕瑪?shù)據(jù)開發(fā)組件、算法庫(kù)、多維業(yè)務(wù)模型庫(kù)。數(shù)據(jù)開發(fā)組件指封裝了數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)控件，包含實(shí)時(shí)計(jì)算、規(guī)則引擎、多維引擎等。算法庫(kù)包含了回歸算法、分類算法、聚類算法、關(guān)聯(lián)規(guī)則算法等經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)算法，也包含了知識(shí)圖譜、NLP（自然語(yǔ)言處理）、熵權(quán)法等評(píng)價(jià)算法。多維業(yè)務(wù)模型庫(kù)存儲(chǔ)多維度、多視角分析企業(yè)業(yè)務(wù)的模型庫(kù)，可直接面向市場(chǎng)、銷售、制造等具體業(yè)務(wù)。

2.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)拥姆治鼋Y(jié)果進(jìn)行展示或者指導(dǎo)優(yōu)化企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理。其中包含企業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等環(huán)節(jié)。另外一個(gè)重要的應(yīng)用即從全生命周期視角實(shí)現(xiàn)碳排放管理，為企業(yè)建立碳排放管理體系及碳數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。從能源源頭看，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源供應(yīng)商的評(píng)價(jià)及選擇、能源類型的選擇；從碳管理的過程看，包含了以碳足跡測(cè)算、碳排放預(yù)測(cè)為主題的碳排放檢測(cè)核算和以能效管理、工藝減碳為主題的碳管理優(yōu)化；從碳管理輸出的角度看，可提供碳服務(wù)咨詢、碳賬戶、碳交易的服務(wù)?；谏鲜龉δ?，企業(yè)可實(shí)現(xiàn)多維度、多視角的碳管理分析，從時(shí)間維度分析企業(yè)碳排放隨不同顆粒度時(shí)間（月度、季度、年度）的變動(dòng)趨勢(shì)；從空間維度分析碳排放強(qiáng)度在同類企業(yè)的排行；從過程維度分析企業(yè)在不同運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放強(qiáng)度。

3 碳排放管理發(fā)展建議

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為碳排放管理提供了新思路，但是我國(guó)中小企業(yè)的數(shù)字化水平仍偏低，碳排放管理仍需提高[7]，現(xiàn)階段仍面臨著企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基本薄弱、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)助推碳排放認(rèn)知不足、資金投入動(dòng)力不強(qiáng)的問題。因此，如何借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)讓企業(yè)愿意參與碳減排、明白如何減排、方便減排成為亟需解決的問題。

3.1 加強(qiáng)政策引導(dǎo)與支持

加強(qiáng)綠色低碳的制度體系是支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)碳排放管理保障。應(yīng)建立政府引導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、其他利益相關(guān)方共同積極參與的制度體系。政府應(yīng)持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)政策，鼓勵(lì)企業(yè)利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型，在企業(yè)稅收優(yōu)惠、土地、規(guī)劃、資金補(bǔ)貼等方面給予支持；應(yīng)積極探索新型投資方式，建立新型投資與融資體制，運(yùn)用對(duì)國(guó)有和國(guó)家控股企業(yè)的資金注入、貼息貸款、擔(dān)保、利率等經(jīng)濟(jì)杠桿，引導(dǎo)投資方向，調(diào)整和優(yōu)化投資結(jié)構(gòu)；應(yīng)開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)碳管理示范工程，樹立典型標(biāo)桿，建設(shè)示范企業(yè)及示范園區(qū)，推動(dòng)示范工程引領(lǐng)作用，調(diào)動(dòng)企業(yè)參與碳管理的主動(dòng)性和積極性。

3.2推動(dòng)碳管理標(biāo)準(zhǔn)制定

各地及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)牽頭制定和完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在碳排放管理領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、應(yīng)用等方面的規(guī)范性和一致性。具體包含：碳排放術(shù)語(yǔ)符號(hào)指示、碳排放清單等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；碳排放檢測(cè)方法、信息傳輸規(guī)范等監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；單位產(chǎn)品碳排放限額、單位產(chǎn)品能耗限額等碳排放標(biāo)準(zhǔn)；規(guī)范與考核評(píng)估、統(tǒng)計(jì)核算核查報(bào)告、管理監(jiān)督等管理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)推動(dòng)龍頭企業(yè)參與國(guó)際碳排放管理標(biāo)準(zhǔn)的制定和修訂，提升我國(guó)在國(guó)際碳排放管理領(lǐng)域的地位和影響力。

3.3鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)工業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)流程等各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，確保碳排放數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性。應(yīng)通過云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)采集到的碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，發(fā)現(xiàn)潛在的節(jié)能降碳機(jī)會(huì)，為企業(yè)的碳減排提供數(shù)據(jù)支持；依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，推動(dòng)清潔能源、高效節(jié)能等綠色技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，降低工業(yè)生產(chǎn)的能耗和排放；利用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)流程進(jìn)行智能化優(yōu)化，提高能源利用效率，減少不必要的碳排放。

3.4科學(xué)客觀監(jiān)測(cè)與評(píng)估

借鑒PDCA循環(huán)理論持續(xù)改進(jìn)碳排放管理成效，建立健全碳排放管理的監(jiān)測(cè)和評(píng)估機(jī)制，引入第三方機(jī)構(gòu)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在碳排放管理的應(yīng)用效果進(jìn)行定期評(píng)估。根據(jù)評(píng)估結(jié)果及時(shí)調(diào)整和完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的功能和性能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)政策，提升其在碳排放管理領(lǐng)域的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

文中對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的內(nèi)涵及對(duì)碳減排的機(jī)理進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的碳排放管理平臺(tái)，具體包含數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)印?yīng)用層。該平臺(tái)支撐企業(yè)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)管理，并且通過能源源頭管理、碳排放過程管理（碳排放檢測(cè)核算和能耗管理優(yōu)化）、雙碳服務(wù)，全面實(shí)現(xiàn)企業(yè)的碳排放一體化管理。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要引擎，平臺(tái)具有數(shù)據(jù)可信、企業(yè)高效協(xié)同的優(yōu)勢(shì)，為碳排放科學(xué)管理提供了新手段，在后續(xù)研究中建立完善的利益共享機(jī)制，鼓勵(lì)更多企業(yè)更加主動(dòng)參與平臺(tái)升級(jí)迭代，分享低碳經(jīng)濟(jì)效益是一個(gè)值得深入研究的問題。

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