甲子光年：碳中和数智化实践案例报告-制造业能效管理

报告指导：宋涛报告撰写：刘瑶发布时间：2022.07 Part01碳中和已经成为金石实现“双碳”目标，不是别人让我们做，而是我们自己必须要做——2020年9月22日，习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话碳中和及碳达峰已经涉及生活生产的方方面面，能效管理作为生产方式的重要绿色变革，数字化及智能化在工厂生产中的能效管理可以成为碳中和过程的重要创新实践。2院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》发布，作为碳达峰碳中和“1+N”对碳达峰、碳中和工作进行的系统2020年首次提及碳中和第七十五届联合国大会一般性辩论中提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标，从氢能创新体系、基础设施、多元应用、政策保障、组织实施等几个方面构建了我国氢能战谋划和总体部署碳中和。”谋划和总体部署碳中和。”2022.32020.92021.102022.32020.92021.102022.12021.32022.12021.3《“十四五”现代能源体系规划》发布制定2030年前碳排放达峰行动方案《“十四五”现代能源体系规划》体系的核心内涵，也是对能源系统如2021年3月5日，国务院政府工作报告中制定2030年前碳排放达峰行动方案，优化产业结构和能源结构“……国家发改委和能源局出台了《“十四五”现代能源体系规划》，其背后意义非常深刻。能源局也发布了《氢能产业《“十四五”现代能源体系规划》发布制定2030年前碳排放达峰行动方案《“十四五”现代能源体系规划》体系的核心内涵，也是对能源系统如2021年3月5日，国务院政府工作报告中制定2030年前碳排放达峰行动方案，优化产业结构和能源结构导……“——北京大学能源研究院副院长杨雷3数据来源：甲子光年智库，甲子发现公众号文章-“优也对话北大能源研究院：碳中和就是最大的政策方向”3碳中和领域是挑战与机遇并存，碳中和政策已受广泛认可腾讯不希望通过大量购买森林碳汇的方式实现碳中和，我们希望通过更先进的技术手段实现腾讯不希望通过大量购买森林碳汇的方式实现碳中和，我们希望通过更先进的技术手段实现楼宇能效上，……从耗能的角度来说，数据中心的CPU、IO与存储系统在低功率运转时的差异不大，降低能耗的关键要看……从耗能的角度来说能不能在CPU满负荷计算的时候把IO停下来，如果能做到，绝对电耗就会降低。同时，我们也在研究数据中心能不能在CPU”……腾讯希望能在这个过程中帮助中小企业，从开源的角度”……腾讯希望能在这个过程中帮助中小企业，从开源的角度出发，用平台化的方式降低大家的减碳成本。我们最近成立了一个碳中和开放技术联盟，联盟囊括了几乎所有互联网企业，我们希望能凭借这个联盟，将一些基础的碳中和能力开放给中小企业，比如碳核算，我们可以与供电局、供水局、天然气局合作，自动获取企业的电费、水费、燃油费信息，据此评估企——腾讯可持续社会价值创新事业部副总裁许浩腾讯、阿里巴巴、百度、西门子、施耐德电气、ABB电气、平安银行、平安证券、中汽中心等多家知名企业发布企业碳中和目标及路径相关白皮书——腾讯可持续社会价值创新事业部副总裁许浩4 数据来源：甲子光年智库，甲子发现公众号文章-“优也对话腾讯：没什么碳排放的鹅厂为什么要关心碳中和？”4能效管理作为生产方式的重要绿色变革源转型，我们所有的生产方式、生活方式转型都需要巨大的资金去支持，这样才能将地球升温在预定时限内控制在1.5℃以内。所以需要投入大量的资金和技术应对气候变化，各国都要制定本国的碳达峰碳中和战略核目标……”——盟浪可持续数字科技（深圳）有限责任公司研究院院长李文构建清洁低碳安全高效能源体系提升供能效率，降低环境破坏程度解决清洁能源消纳与稳定构建清洁低碳安全高效能源体系提升供能效率，降低环境破坏程度解决清洁能源消纳与稳定生产方式的绿色变革生产方式的绿色变革智能化绿色制造、能源管理全生命周期降低建筑能耗智能交通工具、提升运输组织效率发、输、变、配、用的全周期管理“能效是第一能源，省下来的能源是最清洁的，是落袋的真金白银.”“能效是碳中和过程中最重要的领域，是第一能源，其对减排的贡献超过可再生能源全部之和”——智能化绿色制造、能源管理全生命周期降低建筑能耗智能交通工具、提升运输组织效率发、输、变、配、用的全周期管理“能效是第一能源，省下来的能源是最清洁的，是落袋的真金白银.”“能效是碳中和过程中最重要的领域，是第一能源，其对减排的贡献超过可再生能源全部之和”——《优也对话北大能源研究院：碳中和就是最大的政策方向》提升生态固碳效率提升封存转化效率碳核算监测、碳交易、碳金融等“……碳交易市本质也是一个碳金融市场，8大行业全部进场能涵盖100亿吨碳排量。按照今天的碳价，成就的现货市场高达6000亿元，当中一定会有很高的周转率。现货就已经是个万亿市场了，再结合期货、衍生品，市场规模可超万亿……提升生态固碳效率提升封存转化效率碳核算监测、碳交易、碳金融等“……碳交易市本质也是一个碳金融市场，8大行业全部进场能涵盖100亿吨碳排量。按照今天的碳价，成就的现货市场高达6000亿元，当中一定会有很高的周转率。现货就已经是个万亿市场了，再结合期货、衍生品，市场规模可超万亿……”55数据及智能技术围绕数据支持、分析、优化、分析及预测等角度展开数据支持数据分析实时优化数据挖掘趋势预测模拟碳达峰与碳中和的路径规划激励减排交易风控反欺诈术碳达峰与碳中和的实践方式数据支持数据分析实时优化数据挖掘趋势预测模拟碳达峰与碳中和的路径规划激励减排交易风控反欺诈术碳达峰与碳中和的实践方式“……我们非常关注包括低碳化、数字化、电气化等方面的技术创新，这是未来的趋势。部署其信息系统，从而对能耗做统一管理，实时监测排放情况……“——道达尔能源研发亚洲副总裁徐忠华博士大数据及人工智能碳排放与碳吸收的数据监测建模“……我在十年前，就开始致力于大工业的节能工作，这个过程中，区域化一定会发生。包括新能源介质、储能还有电气大数据及人工智能碳排放与碳吸收的数据监测建模“……我在十年前，就开始致力于大工业的节能工作，这个过程中，区域化一定会发生。包括新能源介质、储能还有电气化它都会发生。这其中，数字化是一个必要的背景。因为它需要平衡计算，因为所有的这些新能源都是非稳定介质，都是变化的……“——优也董事长&创始人傅源参数优化智能分析碳排放与碳吸收的数据测算参数优化智能分析碳排放与碳吸收的数据测算分析规划的效果反馈及预测仿真“……前企业都在进行数字化转型，数字化转型是碳管理非常有利的工具。碳数据本身是无形的，非常适合以数字定量的形式存在于一个数字化体系的工具中，然后我们利用技术手段和工具，对这些碳数据进行管理分析，为企业优化自己的碳排放管理提供策略……“——社会价值投资联盟副理事长葛兴安分析规划的效果反馈及预测仿真“……前企业都在进行数字化转型，数字化转型是碳管理非常有利的工具。碳数据本身是无形的，非常适合以数字定量的形式存在于一个数字化体系的工具中，然后我们利用技术手段和工具，对这些碳数据进行管理分析，为企业优化自己的碳排放管理提供策略……“——社会价值投资联盟副理事长葛兴安 数据来源：甲子光年智库他山之石，可以攻玉。从丹麦、德国及美国的工厂能效管理案例中，发掘数字化、智能化的新型能源系统的重要借鉴作用。71980-2018，丹麦的GDP在提升1980-2018，丹麦的GDP在提升，但能耗却并未增加•调整后的二氧化碳排放量：-42%•总水耗：-40%本地化能源利用包括许多新的能源运用场景，比如数据中心与污水处理的余热利用，甚至是一些超市余热都能纳入到这个体系中。联合国对这个也很重视•调整后的二氧化碳排放量：-42%•总水耗：-40%化、智能化对区域能源而言很重要；利用人工智能与云端大数据丹佛斯作为私营部门的合作伙伴，在联合国环境署等的领导下，一直在包括中国在内的世界许多国家城市推动区域能源的实践和项目落实丹佛斯作为私营部门的合作伙伴，在联合国环境署等的领导下，一直在包括中国在内的世界许多国家城市推动区域能源的实践和项目落实“大家知道本溪是我国的“钢都”，对我国国民经济贡献很大，但也是高污染的城市，据说联合国环境署曾经在卫星上无法辨认找到这座城市。长期以来“大家知道本溪是我国的“钢都”，对我国国民经济贡献很大，但也是高污染的城市，据说联合国环境署曾经在卫星上无法辨认找到这座城市。长期以来，负责城市供热的本钢热力公司一直亏损，而且高污染高排放。我们参与以后，利用热力平衡等创新技术，利用本钢生产余热，给城市进行区域供热，每年少烧几十吨煤炭，大大降低了污染。这个企业之前每年亏损达1500万人民币，与我们合作之后，第一年就盈利了100万，第二年则盈利了800多万元。这是一个比较典型的区域能源成功案例。我们不仅为城市创造了经济和社会效益，也——丹佛斯中国区副总裁车巍——丹佛斯中国区副总裁车巍8 数据来源：《优也对话丹佛斯：他山之玉，从丹麦零碳之路看中国的双碳实践》8吸收德国经验，打造中国“智慧能源”“德国的解决办法是依靠用户，解决需求端。因2020年开始，德国部分时间段的可再生能源发电量会超过总的用电需求。据此，德国做了预测分析，在2050年，在一年365天、8760个小时中，有“德国的解决办法是依靠用户，解决需求端。因2020年开始，德国部分时间段的可再生能源发电量会超过总的用电需求。据此，德国做了预测分析，在2050年，在一年365天、8760个小时中，有近5000个小时电力是不够的，另外将近4000个小时电力是过剩的。这是因为可再生资源受自然条件限制，区别于化石能源发电，其自身调节能力较差，所以我们才需要用技术手段去平衡能源产出与使用，这种技术就叫“智慧能源”，实际上就是多存少补，灵活调节。“智慧能源”实际就是将原本的“发电端调节”转展的方向，这种技术就是能源技术与IT技术的结合，是云计算、大数据、物联网、区块链、人工智能等技术在能源领域的应用。实际上是一个将能源知识转变成可使用的系统软件的过程。“不同条件下的能效最优解。随着“双碳”目标的推进与未来可再生能源的普及，越来越多的波动性与不稳定的能源介质都会加入，这时，进行多元平衡，进行有智慧的调度调节就变得十分关键。赋能这一领域，实际上就是优也的愿景……“——不同条件下的能效最优解。随着“双碳”目标的推进与未来可再生能源的普及，越来越多的波动性与不稳定的能源介质都会加入，这时，进行多元平衡，进行有智慧的调度调节就变得十分关键。赋能这一领域，实际上就是优也的愿景……“——优也董事长&创始人傅源发发输输 用用 售源荷 售源荷VVVV业网网储储数据来源：《优也对话德国能源署：中国能否借鉴德国20年能源转型经验？》智能化自动优化系统将能源中心效率再提高15%•斯坦福能源创新系统(SESI)将整个斯坦福校园建设成为综合能源示范区，经过四年的规划和三年的建设，SESI的全新中央能源系统在2015年正式投⼊运营•降低68%的校园温室⽓体排放，降低15%的校园饮用水用量，为学校带来4.2-5.0亿美元的综合能源成本节约斯坦福能源创新系统总览斯坦福能源系统的创新11大规模集中热回收，兼采欧美最佳技术手段2斯坦福能源创新系统2斯坦福能源创新系统 中央能源优化模型•CEPOM/EOS是⼀套拥有斯坦福专营系统，该系统采用了超过1220个各类参数，包括能源价格预测，功耗预测和能源中心设备及热储能容量等，优化⽣成能源中心的每小时运营计划•战略计划系统基于每个年度(8760小时)定和生成长程系统计划，年度预算，长程系统效率评估和其它战略规划管理⼯作。日常运营系统基于日常（每15分钟数据）实际运营数据积累制定和生成未来⼀周的运营计划，并适时进⾏优化调整和自动运营管理 数据来源：《优也对话李浩博士：构建“象牙之塔”，“碳”论斯坦福能源系统创新》中国的“双碳”工作还需要长期在经济和能源增长需求下进行，数智化升工厂在生产过程中的能效管理效率，既有专业又有合适能效管理工具的能效管理解决方案商未来可期服务于中国大型工业企业甚至所有工业企业，特别是在能碳以及效率方面。我们有专业的PaaS平台，数字孪生平台做这种大型实时交互计算而且这个PaaS也开放给ISV，搭建自己能碳监测体系，同时还会有不少对于解决方案……”2020年中国工业（钢铁、建材、化工）碳排放为35.7亿吨，占全国31%。100%75%50%25%0%100%75%50%25%0%13.0%13.0%13.6%14.5%15.3%15.9%62.2%62.2%60.6%60.6%59.0%57.7%57.7%56.8%56.8%20162017201820192020 能源钢铁交通建材煤炭石油天然气一次电力及其他能源建筑化工其他能耗管理提升能源效率能源数据采集能源数据采集企业能耗在线监测系统企业能耗在线监测系统数据来源:甲子光年智库传统垂直架构工业互联网架构传统垂直架构开发工作开发工作业务性：业务逻辑的实现工业性：工业系统的表征物联性：工业数据的汇聚数据仓库服务器数据仓库服务器数据仓库数据仓库服务器数据仓库服务器典型案例实践：某年产1000万吨钢企业的能河南省某钢铁企业集采矿选矿、炼焦烧结、钢铁冶炼、轧钢及机械加工、冶金建筑、科研开发等产业于一体，年产钢能力1000万吨的现代化钢铁集团，形成了中厚板、热轧和冷轧卷板、高速线材、型棒材、球墨铸管等丰富的产品系列，产品广泛应用 度系统智能调度系统界面示例1.公司总能源消耗降低5%以上2.管理方式从经验调度到数据决策的智能调度，整体经验软件化，年轻员工亦可轻松掌握3.降低高/焦煤气放散损失，提热回收利用，提高余热发电价值，降低压空运营损失，平抑系统管网波动，助力产线提质增效1.经过多次实地调研,结合客户焦化等近度系统智能调度系统界面示例1.公司总能源消耗降低5%以上2.管理方式从经验调度到数据决策的智能调度，整体经验软件化，年轻员工亦可轻松掌握3.降低高/焦煤气放散损失，提热回收利用，提高余热发电价值，降低压空运营损失，平抑系统管网波动，助力产线提质增效1.经过多次实地调研,结合客户焦化等近10个生产工序，开发出热风炉错峰导航等不少于15个能源算法模型库统，建立跨工序、跨价值的资源优化智能调钢铁行业的“煤气系统”、“氧气系统”及“锅炉系统在热轧带肋钢筋、高速线材、制造加工用高线精品等10大类30余个品种客户背景：湖北某钢铁企业，该公司拥有先进水平的炼铁、炼钢、轧钢等完整的钢铁生产工艺流程,钢材产品共计7大类、500多个品种，商品材总生产能力在热轧带肋钢筋、高速线材、制造加工用高线精品等10大类30余个品种客户背景：湖北某钢铁企业，该公司拥有先进水平的炼铁、炼钢、轧钢等完整的钢铁生产工艺流程,钢材产品共计7大类、500多个品种，商品材总生产能力痛点：煤气系统资源平衡失调和协同矛盾的管理痛点：管理人员无法直观方便依据实时运行数据对锅炉运行状态痛点：煤气系统资源平衡失调和协同矛盾的管理痛点：管理人员无法直观方便依据实时运行数据对锅炉运行状态做出实时准确的判断分析先的智能化冶炼工业及先进装备，建设优特钢产业基地方案：通过研发煤气智能平衡系统，助力该企业探索煤气系统最佳运行优化方式，形成煤气影响因素的因素分析链，建立跨工序协同、跨系统联动方案：通过研发煤气智能平衡系统，助力该企业探索煤气系统最佳运行优化方式，形成煤气影响因素的因素分析链，建立跨工序协同、跨系统联动痛点：氧气供需失耦和用氧成本高企的问题方案：基于工业互联网平台、大数据挖掘和建模技术而研发的工业APP，通过实施氧气系统端到端运行可视化、运行异常识别与精益分析、炼钢转炉需氧排程与节拍导航、策略化制氧供应、多维度氧气运行分析等功能方案：基于工业互联网平台、大数据挖掘和建模技术而研发的工业APP，通过实施氧气系统端到端运行可视化、运行异常识别与精益分析、炼钢转炉需氧排程与节拍导航、策略化制氧供应、多维度氧气运行分析等功能细配置、炉窑单体优化推送、加热炉集群策略协同等策略导航功能支持2.企业提升整体用能10%的利用效率3.实现年化收益4200多万元细配置、炉窑单体优化推送、加热炉集群策略协同等策略导航功能支持2.企业提升整体用能10%的利用效率3.实现年化收益4200多万元失藕问题、助推用氧成本下降调度能力3.企业实现年节能降本效益800万元左右度优化指导策略，形成全厂综合运行效率核算、分析2.热能电站锅炉运行热效率达到85.3% 公司努力降低单位GDP能耗，但缺乏有力融入精益管理理念，基于“工业互联网平台”、“数字孪生”及“融入精益管理理念，基于“工业互联网平台”、“数字孪生”及“型”技术，开发针对该企业实际业务场景下的智慧热电产品解决方案的学习，建立锅炉、汽机等主要设备的特性线，以全厂收益最优为目标函数，根运行工况建立一系列约束方程，从而求解得出锅炉、汽机最佳运行方式，并将方案实施前客户的典型用能困境方案实施后效果显著60%～70%。新厂的生产环境发生变化，历史能耗数据•热电车间整体能耗指标、物耗指标无实时在线展示•实现对全厂重要经济指标在线查阅、实时追踪在能源管理体系诊断和推进精益能效理念的基础上•热电车间整体能耗指标、物耗指标无实时在线展示•实现对全厂重要经济指标在线查阅、实时追踪•锅炉给煤量计量不准，入炉热值无法计量，锅炉能效无法评估，进而无法科学进行锅炉间负荷分•锅炉给煤量计量不准，入炉热值无法计量，锅炉能效无法评估，进而无法科学进行锅炉间负荷分配调度；锅炉风量仅维持基本燃烧需要，对变负荷工况下的最佳风量点不清楚•对锅炉间负荷进行科学分配，在满足蒸汽需求的情况下，耗煤量最低；对每台锅炉重要参数进行实时优化，保障锅炉运行效率最优；在节降煤耗的同时，增加蒸汽发电收益，从而实现热电车间的收益最大化•汽轮发电机组供电成本无法实时在线计算评估，在不同电价阶段的发电调度决策不清晰•对汽机运行方式进行科学调度，实现蒸汽收益最大化•汽轮发电机组供电成本无法实时在线计算评估，在不同电价阶段的发电调度决策不清晰•对汽机运行方式进行科学调度，实现蒸汽收益最大化“得益于优也公司这样一套智慧热电产品，我们能够科学化调度。在线实时掌握机组及管网的运行状况，对各种能源损耗看得见、算得准、管的住们将以“双碳目标”为引领，借助于数字化手段，全面推进企业绿色转型升级。”——客户热电厂副厂长上海优也信息科技有限公司成立于2016年，通过打造能效工业互联网服务，赋能流程工业节能减碳上海优也信息科技有限公司成立于2016年，通过打造能效工业互联网服务，赋能流程工业节能减碳，引领绿色可持续发展标杆工厂打造。优也以ThingswiseiDOS平台、工业智能应用系统和运营转型咨询服务的三位一体综合解决方案，更高效地为客户实现效益提升， 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