新時代能源安全與“雙碳”戰(zhàn)略
能源安全是國家安全的基石，國家長治久安的基礎性保障。近年來，全球經(jīng)濟增速大幅放緩，俄烏沖突復雜持續(xù)，國際能源市場波動明顯，錯綜復雜的國際局勢對保障國家能源安全提出新的更高要求?！笆奈濉睍r期是中國經(jīng)濟社會轉向高質量發(fā)展的重要歷史性窗口期，也是中國加快能源綠色低碳轉型、落實應對氣候變化國家自主貢獻目標的攻堅期。新形勢下，推動能源高質量發(fā)展不僅是實現(xiàn)國家經(jīng)濟持續(xù)平穩(wěn)增長的必然要求，更是保障國家能源安全的必由之路。中國“富煤、少油、貧氣”的能源稟賦，決定了煤炭必須長期承擔能源兜底保障的責任。中國是全球最大的燃煤熱電生產(chǎn)國，燃煤熱電承擔了全國68％的電力供應和超過100億平方米的城市集中供熱，與此同時也產(chǎn)生了42％的碳排放量。
黨的二十大報告指出，要積極穩(wěn)妥推進碳達峰和碳中和，立足我國能源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動。在“雙碳”目標牽引下，燃煤熱電面臨保供和減碳雙重壓力。熱電能源產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，鍋爐、汽輪機、輔機、熱網(wǎng)等主要設備的運行效率已經(jīng)接近物理極限，很難進一步大幅提高。如何有效提升熱電系統(tǒng)整體運行效率，節(jié)煤降碳，清潔高效，既是熱電企業(yè)降本增效的迫切需求，也是貫徹落實碳達峰的重要課題。
傳統(tǒng)熱電生產(chǎn)方式面臨嚴峻挑戰(zhàn)
熱電生產(chǎn)過程是將煤炭在鍋爐內燃燒，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，用蒸汽推動汽輪機發(fā)電，乏氣通過熱網(wǎng)管道輸送給下游工業(yè)或居民的流程型生產(chǎn)過程，是把煤炭化石能源轉化為電能和熱能的重要生產(chǎn)系統(tǒng)。由于下游負荷不斷變化，煤炭熱值變化和品質波動，熱電機組需要動態(tài)調整運行參數(shù)來實現(xiàn)在生產(chǎn)安全前提下滿足下游客戶的用能需求。當前，我國的熱電運行調控均采用專家決策和自動化控制指令執(zhí)行相結合的方式，專家經(jīng)驗直接決定了熱電機組運行的安全性、平穩(wěn)性和能效高低。熱電系統(tǒng)是由幾十套裝備組合而成的復雜生產(chǎn)系統(tǒng)，具有調控參數(shù)多、參數(shù)耦合性強、系統(tǒng)反應延遲大、設備特性隨著時間變化等特性，依賴專家經(jīng)驗的調控方式亦普遍呈現(xiàn)出系統(tǒng)效率低、煤炭消耗大、碳排放強度高、環(huán)保指標難保障、能源品質波動大等問題。傳統(tǒng)熱電生產(chǎn)方式已經(jīng)成為熱電行業(yè)發(fā)展的瓶頸，熱電因此成為“雙碳”戰(zhàn)略最關注的行業(yè)之一。
科技創(chuàng)新推動熱電能源數(shù)字化革命
當前，以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新一輪信息技術發(fā)展突飛猛進，在全球范圍內賦能實體經(jīng)濟轉型升級。2011年美國提出“先進制造伙伴計劃AMP”，明確指出未來制造業(yè)將迎來智能化、網(wǎng)絡化、互聯(lián)化，技術創(chuàng)新是實現(xiàn)未來制造的助推器。2012年德國提出“工業(yè)4．0”理念，將先進的技術、完善的解決方案與傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術相結合，生產(chǎn)出具備“智能”與樂于“交流”的生產(chǎn)設備，為德國的制造業(yè)增添活力，實現(xiàn)“德國制造”質的飛躍。
2015年中國提出“中國制造2025”戰(zhàn)略，旨在通過信息化和工業(yè)化深度融合，引領和帶動整個制造業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)我國從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉變。黨的二十大報告指出：“加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，促進數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟深度融合，打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。”《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》提出，加快新型數(shù)字技術推動工業(yè)綠色低碳發(fā)展，相關單位正聚焦熱電、鋼鐵、有色金屬、石化、水泥等工業(yè)領域重點行業(yè)，研究編制“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)＋雙碳”實施方案，指導利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G等新一代信息技術提升能源、資源、環(huán)境管理水平，深化生產(chǎn)制造過程的數(shù)字化應用，賦能綠色制造。熱電行業(yè)要深入貫徹落實黨的二十大精神及相關戰(zhàn)略部署，充分發(fā)揮我國數(shù)字經(jīng)濟獨特優(yōu)勢，大力推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術與能源經(jīng)濟深度融合，促進熱電能源產(chǎn)業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展。
熱電能源生產(chǎn)和消費過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是一個重要資產(chǎn)。隨著信息技術的持續(xù)發(fā)展，人們可以對數(shù)據(jù)進行收集、深度分析和挖掘，并利用數(shù)據(jù)建模，驅動工業(yè)生產(chǎn)過程更精細、更高效。經(jīng)過近10年的發(fā)展，我國熱電能源生產(chǎn)和消費體系全部實現(xiàn)了數(shù)字傳感器、數(shù)字儀表和數(shù)據(jù)子系統(tǒng)的普及應用，生產(chǎn)系統(tǒng)每時每刻的狀態(tài)均有數(shù)據(jù)來表達，具有良好的數(shù)字化基礎?；诖?，我們可以全面采集熱電生產(chǎn)和消費數(shù)據(jù)，整合各子系統(tǒng)異構數(shù)據(jù)，構建能源統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺，并以工業(yè)機理為基礎，采用大數(shù)據(jù)分析和人工智能建模等先進數(shù)字技術，全方位構建熱電系統(tǒng)數(shù)字孿生模型體系，在數(shù)字空間重構能源生產(chǎn)與消費過程，從而建立數(shù)字能源體系。數(shù)字能源系統(tǒng)能夠對能源消費最佳分配和精準預測，對能源生產(chǎn)精準調控，使其處于高效率運行狀態(tài)，同時大幅降低對專家知識的依賴，減少人工投入。數(shù)字能源系統(tǒng)已成為熱電能源生產(chǎn)和消費朝著高效清潔、綠色低碳方向轉型升級的關鍵技術。
數(shù)字能源賦能熱電生產(chǎn)與消費，經(jīng)濟價值與社會價值雙贏
上海全應科技有限公司（以下簡稱“全應科技”）自主研發(fā)的數(shù)字能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已具有50多項知識產(chǎn)權，在13個省區(qū)市為50多家熱電企業(yè)提供在線智能化服務。
從目前已落地的案例來看，全應科技平均能為熱電系統(tǒng)帶來綜合能效2％－5％的提升。“用熱電云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺來提高整個燃煤機組的運行效率，效果是非常驚人的?！比珣萍糃EO夏建濤博士表示，從目前已經(jīng)交付使用的項目來看，使用該系統(tǒng)后，每個熱電廠每年能節(jié)省1萬噸到2萬噸的煤炭使用量；如果1萬噸的煤炭不燃燒，就會少排放2．7萬噸二氧化碳。同時，燃燒鍋爐中用來抑制二氧化硫、氮化物生成的化學藥劑的用量也會減少?！熬C合各方面成本來看，全應熱電云系統(tǒng)平均每年能給熱電廠帶來千萬元的經(jīng)濟效益?！毕慕f。
在能源消耗重點省份浙江，熱電是其重點高能耗行業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計，目前浙江省熱電企業(yè)百余家，2020年消耗原煤超過4000萬噸（當年全省煤炭消費總量為1．31億噸），占比達30．5％。浙江省熱電行業(yè)專家李軍算過一筆賬，以浙江目前的體量，按2％的節(jié)能效率提升計算，每年可減少原煤消耗量80萬噸，減少160萬噸二氧化碳凈排量。全國每年動力煤使用量達34億噸以上，如果數(shù)字能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺普及應用，每年可望節(jié)省6800萬噸煤炭，減少二氧化碳排放量1．3億噸以上，相當于種植5400萬畝森林。
2020年，海寧大都市熱電與全應科技攜手，部署實施了熱電系統(tǒng)智能化升級，實現(xiàn)了熱電生產(chǎn)系統(tǒng)端到端實時在線運行優(yōu)化，全面提升熱電生產(chǎn)效率，減少煤炭使用，降低二氧化碳排放?！昂椭暗倪\行數(shù)據(jù)相比，2021年熱電廠的系統(tǒng)進行智能化升級改造后，一年至少可節(jié)約原煤5000多噸，綜合能效提升2．34％左右，每年可以節(jié)省燃煤成本上千萬元，減少二氧化碳排放上萬噸?！焙幋蠖际袩犭姀S總經(jīng)理張榮榮表示。
2021年，全應科技為山西介休市部署實施全市1200萬平方米的城市數(shù)字智能化集中供熱系統(tǒng)，全面采集熱源、一次熱網(wǎng)、二次熱網(wǎng)、天氣數(shù)據(jù)等供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)，構建供熱大數(shù)據(jù)平臺、人工智能供熱數(shù)字孿生模型，實時在線精準調控每棟樓、每個小區(qū)的供熱熱量。在確保供熱達標的情況下，該系統(tǒng)實現(xiàn)每年15％以上供熱能效提升，在保障人民群眾溫暖過冬的同時實現(xiàn)了城市集中供熱高效綠色升級。
數(shù)字能源助力我國能源消費更高效
我國每年二氧化碳排放總量約為110億噸，其中熱電產(chǎn)業(yè)約占42％，其它高能耗工業(yè)二氧化碳排放量約占30％。在實現(xiàn)能源生產(chǎn)效率提升的基礎上，降低下游高能耗行業(yè)的能源消耗量，是我國實現(xiàn)碳達峰碳中和的重要途徑之一。
以數(shù)字能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為核心，全面鏈接燃煤熱電能源生產(chǎn)，太陽能、風能等綠色能源，儲能以及下游能源消費系統(tǒng)，建立“源儲荷一體化智能調度控制系統(tǒng)”，實現(xiàn)以煤為基、多能互補、智慧用能的能源格局，將成為我國能源安全的重要保障以及“雙碳”戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的重要途徑。
