新時(shí)代能源安全與“雙碳”戰(zhàn)略
能源安全是國(guó)家安全的基石，國(guó)家長(zhǎng)治久安的基礎(chǔ)性保障。近年來(lái)，全球經(jīng)濟(jì)增速大幅放緩，俄烏沖突復(fù)雜持續(xù)，國(guó)際能源市場(chǎng)波動(dòng)明顯，錯(cuò)綜復(fù)雜的國(guó)際局勢(shì)對(duì)保障國(guó)家能源安全提出新的更高要求?！笆奈濉睍r(shí)期是中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的重要?dú)v史性窗口期，也是中國(guó)加快能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、落實(shí)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)的攻堅(jiān)期。新形勢(shì)下，推動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展不僅是實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)持續(xù)平穩(wěn)增長(zhǎng)的必然要求，更是保障國(guó)家能源安全的必由之路。中國(guó)“富煤、少油、貧氣”的能源稟賦，決定了煤炭必須長(zhǎng)期承擔(dān)能源兜底保障的責(zé)任。中國(guó)是全球最大的燃煤熱電生產(chǎn)國(guó)，燃煤熱電承擔(dān)了全國(guó)68％的電力供應(yīng)和超過(guò)100億平方米的城市集中供熱，與此同時(shí)也產(chǎn)生了42％的碳排放量。
黨的二十大報(bào)告指出，要積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰和碳中和，立足我國(guó)能源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)。在“雙碳”目標(biāo)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(guò)幾十年的發(fā)展，鍋爐、汽輪機(jī)、輔機(jī)、熱網(wǎng)等主要設(shè)備的運(yùn)行效率已經(jīng)接近物理極限，很難進(jìn)一步大幅提高。如何有效提升熱電系統(tǒng)整體運(yùn)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(shí)碳達(dá)峰的重要課題。
傳統(tǒng)熱電生產(chǎn)方式面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
熱電生產(chǎn)過(guò)程是將煤炭在鍋爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，乏氣通過(guò)熱網(wǎng)管道輸送給下游工業(yè)或居民的流程型生產(chǎn)過(guò)程，是把煤炭化石能源轉(zhuǎn)化為電能和熱能的重要生產(chǎn)系統(tǒng)。由于下游負(fù)荷不斷變化，煤炭熱值變化和品質(zhì)波動(dòng)，熱電機(jī)組需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)安全前提下滿足下游客戶的用能需求。當(dāng)前，我國(guó)的熱電運(yùn)行調(diào)控均采用專家決策和自動(dòng)化控制指令執(zhí)行相結(jié)合的方式，專家經(jīng)驗(yàn)直接決定了熱電機(jī)組運(yùn)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(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)，具有調(diào)控參數(shù)多、參數(shù)耦合性強(qiáng)、系統(tǒng)反應(yīng)延遲大、設(shè)備特性隨著時(shí)間變化等特性，依賴專家經(jīng)驗(yàn)的調(diào)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(qiáng)度高、環(huán)保指標(biāo)難保障、能源品質(zhì)波動(dòng)大等問(wèn)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(guān)注的行業(yè)之一。
科技創(chuàng)新推動(dòng)熱電能源數(shù)字化革命
當(dāng)前，以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新一輪信息技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，在全球范圍內(nèi)賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)。2011年美國(guó)提出“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃AMP”，明確指出未來(lái)制造業(yè)將迎來(lái)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、互聯(lián)化，技術(shù)創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)未來(lái)制造的助推器。2012年德國(guó)提出“工業(yè)4．0”理念，將先進(jìn)的技術(shù)、完善的解決方案與傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，生產(chǎn)出具備“智能”與樂(lè)于“交流”的生產(chǎn)設(shè)備，為德國(guó)的制造業(yè)增添活力，實(shí)現(xiàn)“德國(guó)制造”質(zhì)的飛躍。
2015年中國(guó)提出“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，旨在通過(guò)信息化和工業(yè)化深度融合，引領(lǐng)和帶動(dòng)整個(gè)制造業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)從制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。黨的二十大報(bào)告指出：“加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(shù)推動(dòng)工業(yè)綠色低碳發(fā)展，相關(guān)單位正聚焦熱電、鋼鐵、有色金屬、石化、水泥等工業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)行業(yè)，研究編制“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)＋雙碳”實(shí)施方案，指導(dǎo)利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G等新一代信息技術(shù)提升能源、資源、環(huán)境管理水平，深化生產(chǎn)制造過(guò)程的數(shù)字化應(yīng)用，賦能綠色制造。熱電行業(yè)要深入貫徹落實(shí)黨的二十大精神及相關(guān)戰(zhàn)略部署，充分發(fā)揮我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，大力推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)與能源經(jīng)濟(jì)深度融合，促進(jìn)熱電能源產(chǎn)業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。
熱電能源生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是一個(gè)重要資產(chǎn)。隨著信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人們可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、深度分析和挖掘，并利用數(shù)據(jù)建模，驅(qū)動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程更精細(xì)、更高效。經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，我國(guó)熱電能源生產(chǎn)和消費(fèi)體系全部實(shí)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(yīng)用，生產(chǎn)系統(tǒng)每時(shí)每刻的狀態(tài)均有數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)，具有良好的數(shù)字化基礎(chǔ)。基于此，我們可以全面采集熱電生產(chǎn)和消費(fèi)數(shù)據(jù)，整合各子系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建能源統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺(tái)，并以工業(yè)機(jī)理為基礎(chǔ)，采用大數(shù)據(jù)分析和人工智能建模等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，全方位構(gòu)建熱電系統(tǒng)數(shù)字孿生模型體系，在數(shù)字空間重構(gòu)能源生產(chǎn)與消費(fèi)過(guò)程，從而建立數(shù)字能源體系。數(shù)字能源系統(tǒng)能夠?qū)δ茉聪M(fèi)最佳分配和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，對(duì)能源生產(chǎn)精準(zhǔn)調(diào)控，使其處于高效率運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)大幅降低對(duì)專家知識(shí)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(fèi)朝著高效清潔、綠色低碳方向轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)。
數(shù)字能源賦能熱電生產(chǎn)與消費(fèi)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值雙贏
上海全應(yīng)科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“全應(yīng)科技”）自主研發(fā)的數(shù)字能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已具有50多項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在13個(gè)省區(qū)市為50多家熱電企業(yè)提供在線智能化服務(wù)。
從目前已落地的案例來(lái)看，全應(yīng)科技平均能為熱電系統(tǒng)帶來(lái)綜合能效2％－5％的提升?！坝脽犭娫乒I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)來(lái)提高整個(gè)燃煤機(jī)組的運(yùn)行效率，效果是非常驚人的?！比珣?yīng)科技CEO夏建濤博士表示，從目前已經(jīng)交付使用的項(xiàng)目來(lái)看，使用該系統(tǒng)后，每個(gè)熱電廠每年能節(jié)省1萬(wàn)噸到2萬(wàn)噸的煤炭使用量；如果1萬(wàn)噸的煤炭不燃燒，就會(huì)少排放2．7萬(wàn)噸二氧化碳。同時(shí)，燃燒鍋爐中用來(lái)抑制二氧化硫、氮化物生成的化學(xué)藥劑的用量也會(huì)減少?！熬C合各方面成本來(lái)看，全應(yīng)熱電云系統(tǒng)平均每年能給熱電廠帶來(lái)千萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。”夏建濤說(shuō)。
在能源消耗重點(diǎn)省份浙江，熱電是其重點(diǎn)高能耗行業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前浙江省熱電企業(yè)百余家，2020年消耗原煤超過(guò)4000萬(wàn)噸（當(dāng)年全省煤炭消費(fèi)總量為1．31億噸），占比達(dá)30．5％。浙江省熱電行業(yè)專家李軍算過(guò)一筆賬，以浙江目前的體量，按2％的節(jié)能效率提升計(jì)算，每年可減少原煤消耗量80萬(wàn)噸，減少160萬(wàn)噸二氧化碳凈排量。全國(guó)每年動(dòng)力煤使用量達(dá)34億噸以上，如果數(shù)字能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)普及應(yīng)用，每年可望節(jié)省6800萬(wàn)噸煤炭，減少二氧化碳排放量1．3億噸以上，相當(dāng)于種植5400萬(wàn)畝森林。
2020年，海寧大都市熱電與全應(yīng)科技攜手，部署實(shí)施了熱電系統(tǒng)智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了熱電生產(chǎn)系統(tǒng)端到端實(shí)時(shí)在線運(yùn)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\(yùn)行數(shù)據(jù)相比，2021年熱電廠的系統(tǒng)進(jìn)行智能化升級(jí)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(wàn)元，減少二氧化碳排放上萬(wàn)噸?！焙幋蠖际袩犭姀S總經(jīng)理張榮榮表示。
2021年，全應(yīng)科技為山西介休市部署實(shí)施全市1200萬(wàn)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(gòu)建供熱大數(shù)據(jù)平臺(tái)、人工智能供熱數(shù)字孿生模型，實(shí)時(shí)在線精準(zhǔn)調(diào)控每棟樓、每個(gè)小區(qū)的供熱熱量。在確保供熱達(dá)標(biāo)的情況下，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)每年15％以上供熱能效提升，在保障人民群眾溫暖過(guò)冬的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了城市集中供熱高效綠色升級(jí)。
數(shù)字能源助力我國(guó)能源消費(fèi)更高效
我國(guó)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(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)效率提升的基礎(chǔ)上，降低下游高能耗行業(yè)的能源消耗量，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)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(tái)為核心，全面鏈接燃煤熱電能源生產(chǎn)，太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠色能源，儲(chǔ)能以及下游能源消費(fèi)系統(tǒng)，建立“源儲(chǔ)荷一體化智能調(diào)度控制系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)以煤為基、多能互補(bǔ)、智慧用能的能源格局，將成為我國(guó)能源安全的重要保障以及“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑。
