数字化转型节能降碳“行动指南”

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2022-01-05 来源: 工业互联网周刊
保供稳价、电价新规……“两高”企业尤其是高耗能企业,这个冬天有点“冷”。如果再加上要落实“双碳”目标,这简直就是“双击”——但不是666。
但实现碳达峰、碳中和不是可选项而是必选项。对企业而言,尤其是碳排放居前的行业,如电力和热力、钢铁、化工、交通及建筑等,节能减排降碳压力巨大。因此,这些行业,“是时候展现真正的技术了”。
言归正传。数字化转型、工业互联网助力节能降碳,近年来已逐渐被认同,但具体是什么逻辑,怎么做,为什么,缺少系统性、可操作性路线图。
近日,中国工业报采访了用友网络智能制造事业部产品总监唐洪华博士,梳理出一份可供参考的从零起步的数字化转型节能降碳“行动指南”,包括了主要政策、管控路径研判、工艺改进等技术创新、数字化转型与节能降碳以及解决方案。
指南一:需要把握的主要政策
1、中国的碳排放现状
以煤炭为代表的化石能源在中国能源结构中占比超过了83%。
全球二氧化碳排放主要来自于电力和热力、钢铁、化工、交通及建筑等工业领域。
电力行业是我国碳排放的主要来源,其次是工业,以钢铁行业为重。2020年钢铁行业占全国碳排放的17%。
2、“双碳”目标
我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”(简称双碳),并列入“十四五规划”。实现“双碳”目标采取的措施包括:加快调整优化产业结构、能源结构,推动煤炭消费尽早达峰,大力发展新能源,加快建设全国用能权、碳排放权交易市场,完善能源消费双控制度等。
3、“双碳”“1+N”政策体系
2021年10月24日,《中共中央国务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》正式发布。该文件是“双碳”“1+N”政策体系中的“1”,为“双碳”目标进行了系统谋划和总体部署。
2021年10月26日,国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》,作为实现2030年前碳达峰的目标而提出的具体行动方案。是“1+N”政策体系“N”中为首的政策文件。
4、能耗双控
完善能源消费强度和总量双控制度方案(以下称能耗双控)于2015年10月26日开幕的党的十八届五中全会提出,“十三五”规划开始实行。能耗双控是减少污染物和温室气体排放,推进生态文明建设,解决资源约束趋紧、环境污染严重的一项重要措施。在“双碳”目标背景下,能耗双控将融汇更多政策工具与具体举措。
5、温室气体排放核算方法与报告指南
2013年10月,国家发改委发布《首批10个行业企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》,供开展碳排放权交易、建立企业温室气体排放报告制度、完善温室气体排放统计核算体系等相关工作参考使用。目前,国家发改委牵头制订的温室气体排放核算方法与报告指南已覆盖24个行业,大部分已转化为国家标准即《GB/T 32151温室气体排放核算与报告要求》。
6、碳市场
全国碳排放权交易市场(简称碳市场)是实现碳达峰与碳中和目标的核心政策工具之一。2011年以来,北京、天津、上海等地开展了碳排放权交易试点工作。2017年底,中国启动碳排放权交易。2021年元旦起,全国碳市场发电行业第一个履约周期正式启动。2021年7月16日,全国碳市场启动仪式于北京、上海、武汉三地同时举办,备受瞩目的全国碳市场正式开始上线交易。
7、金融工具
2021年11月8日,中国人民银行推出碳减排支持工具。重点支持清洁能源、节能环保和碳减排技术三个碳减排领域。重点支持正处于发展起步阶段,但促进碳减排空间大、给予一定金融支持可以带来显著碳减排效应的行业。
指南二:研判“双碳”目标落地的基本方向
降碳是红线。故,“双碳”目标之下,企业最需要关心的,将是管控政策的落地及具体路径,预期包括以下几个方向。
一是能源计量的精益化管理。这里面包括两点:首先是计量,然后是精益管理。没有计量,不掌握自己企业的能耗数据,就谈不上管理,更勿论降碳。
预计政策将推进相关行业全面推进能源智能计量仪表的普及,同时通过物联网等技术实现能源数据的实时采集、远程监控和精细化分析,以此支撑能源计划、能源供应、能源使用和能源核算的智慧化管理。
这一块,将是本“行动指南”的重点。
二是量化碳排放。逐步形成开放的碳交易市场,执行碳排放配额,这一块正在快速发展中,虽然面临的挑战也不小。
“双碳”目标是国家提出的明确的、量化的绿色发展目标,需要科学、通用且量化的碳排放衡量技术与评价基准,为钢铁等行业碳排放提供量化依据与节能降碳指导建议。目前,随着碳排放配额的制定,电力和钢铁企业将率先进入碳交易市场。
三是ESG企业绩效评估。ESG 即环境(Environmental)、社会(Social)和治理(Governance),体现企业行动对社会、环境和宏观经济的影响。目前,中国上市企业正面临渐趋严格的ESG信息披露和监管要求。同时,ESG信息已逐渐成为投资者决策的重要参考依据之一,A股上市企业有必要为ESG信息披露做更充足的准备。
也就是说,ESG的高低,或将成为企业评价体系中的的一个重要指标,不仅影响商誉,更会影响上市公司市值。而对环境的影响或贡献将是ESG的重要组成部分,因此将逐步得到企业重视。
四是产品生命周期评价报告。将成为高耗能产品出口的重要依据。长期以来,欧盟等发达经济体已建立了较为完善的环境法律法规体系,早期的WEEE指令、RoHS指令,对我国产品出口形成了绿色贸易壁垒。新的产品生命周期评价报告将如何发展,值得关注。
以钢铁行业为例,产品生命周期评价报告包括了原材料、生产、运输和储存、使用、回收处置5个阶段,涵盖了钢铁产品全生命周期过程中资源、能源消耗及污染物排放等环境指标,以及在此基础上核算的不可再生资源消耗、温室效应、人体毒性等典型环境影响量化结果,是国际通用的产品绿色水平证明材料,将会成为钢铁产品出口中应对绿色贸易壁垒、碳关税等的重要依据文件。
指南三:深入工艺改进、技术创新促进节能降耗
目前的共识是,企业落实碳中和,实现节能减排降碳,无外乎4点:工艺变革;装置改进;制度;信息化、数字化、智能化。是的,工艺变革、设备改造排在数字化转型的前面。
当然,这几方面不是串行关系。唐洪华博士指出,企业需要系统性地落实节能降耗,因此需要多措并举。而如果是系统思维,一定要从头开始——节能首先是“设计出来的”——所谓“设计”,是指企业选择的工艺、装备、原材料,都对节能有较大的影响。
例如在钢铁行业,从工艺角度,大部分是转炉炼钢,也就是长流程炼钢,这与以废钢为主要原料的电炉短流程炼钢的能耗是完全不一样的。当然,因为中国废钢保有量和循环量较少,所以电炉短流程低碳工艺不太普遍。
因此,降碳一定要更深入到业务层面,这意味着首当其冲的是生产、工艺、装备等环节的节能降碳。企业可以优先或同步处理这些环节的节能降耗——也就是通过工艺改进、技术创新等压降行业碳排放,具体如下。
首先是系统性考虑考虑节能降碳。如从前期的工程规划、产品设计、工艺设计、供应链规划等环节,原材料是高耗能还是低耗能?选择哪个工厂生产产品?供应商是就近还是更远?物流是选火车还是汽车运输?这些涉及到产业链协同与供应链节能减排。   
其次是生产排程层面。如何根据订单,合理选用低耗能设备、减少高耗能设备的生产,以及避峰用电、少换产等。排程优化是综合性的能耗体验,最终体现为企业万元产值综合能耗的降低。目前,万元工业产值综合能耗是使用最多的反映企业能源经济效益高低的综合指标。   
第三,生产要精料。其实在10数年前,冶金工业已经在探索精料的节能降耗。例如,高炉炼铁是以精料为基础的,精料技术水平对高炉生产经济指标的影响率达到70%以上。可见原材料对节能降耗的影响。
第四,稳定工艺。冶金、化工、建材等高耗能行业,在原料稳定的情况下,就能稳定工艺,稳定工艺之后就能节能降耗。所以保持工艺稳定、优化工艺非常重要,节能效果相当显著。
第五,加强生产过程管控。如果工况不好,忽高忽低,生产质量不会好,废品率也会很高,能耗自然而然就会高。
指南四:数字化转型助力碳中和始于能源计量
数字技术的发展与应用对节能降碳具有显著的使能作用,因此现实意义重大。这里面,有针对显性问题的举措,也有解决隐性问题的方法。
总体上,智能制造、工业互联网等数字化转型助力碳中和,主要体现为降低能耗与碳足迹可视化,具体路径,一是精细化能源管理,二是基于工业互联网标识解析的碳足迹可视化。
所谓精细化能源管理,主要通过能源管理合理利用能源,降低单位产品的能源消耗,或通过智能配料系统优化工艺的运行策略,从而促进节能减排。
但能源管理精细化不是近期才有。早期,我国从2006、2007年开始推动能源计量,在石油、石化、化工、冶金、电力、钢铁等能源消耗总量较大的行业,能源计量已经具有相当的基础,
但是,以往的能源计量,数据实时采集、传输功能不足,总体上处于计量统计阶段。下一步需要推进仪器仪表的智能化改造,结合IoT技术,建设企业能源管控平台,深入实施和实现能源的精细化管理。具体步骤如下:
首先,要安装能源计量仪器仪表。企业要知道水、电、风、气在哪个车间、哪个工序、哪个设备、哪个产品的能耗,就要安装能源计量仪器仪表,同时结合IoT,尽可能做到能源的精细化。传统的方式如班次抄表,只能做到能源统计。
唐洪华表示,能源精细化管理能实现重点耗能设备的监控。在钢企,每一个炉子、每一个生产批次和生产成品相关联后,就能得到相关的设备在生产哪个产品的能耗数据,在此基础上进行能源排产的优化,实打实地降低能耗。
但能源精细化计量面临的挑战是,如果每一个工序都安装仪器仪表,同时进行数据采集,投资将比较大。可是,“没有工序能耗的计量统计和采集能力,通过精细化管理降低能耗不可能实现。”唐洪华说。
其次,实现能源监控。基于能源计量表具与计量数据管理,将能帮助企业实现能耗数据的实时采集,统计分析用能情况,还可建立用能指标体系,动态监测能耗指标,以及核算能源成本、能源绩效分析,挖掘节能潜力。
例如二次能源的利用。煤气是钢铁企业重要的二次能源,其综合利用对于节能降耗意义重大。如果没有协调好可能就要放空,产生浪费和污染。但如果把煤气产生装置、使用装置与生产计划结合起来,通过监控实现合理的调度,则可减少异常排放,实现有效利用,降低全厂综合能耗。
第三,能源优化。在钢铁企业,氧气优化是保证用氧装置供氧平稳,同时减少制氧机频繁起停、降低电耗的重要方式。在闽源钢铁,用友协助企业优化了氧气罐的缓冲能力,帮助企业降低制氧机电耗,实现了全厂氧气优化,降低整个工厂的能耗。
指南五:数字化节能降耗解决方案
如前所述,工业界推进节能降耗减排,基本三个维度,一是调整用能结构,例如用煤改为用电或用气。二是技术创新,如工艺变革、装备智能化,或采用更先进的废污处理技术。三是优化管理,这一点体现为与信息化、数字化、智能化的结合。
但对于已经建成投产的工厂,一般意味着确定了几件事,一是确定用能方式,二是确定生产工艺,三是确定生产线也就是装备,三者密不可分。工艺变革往往体现为单点或局部的优化。节能降耗减排,此场景下的重点还在于结合IT技术的精细化能源管理。
“双碳”目标之下,工业互联网、数字化转型主题的节能降碳减排受到供给侧与需求侧的共同关注,也正呼唤更多数字化解决方案。以用友为例,从十数年前开始服务钢铁企业能源管理开始,用友在该领域持续耕耘,积累了覆盖节能降耗到碳足迹可视化的较全面的方案系列,包括AIoT平台、能源管理、精智工业大脑、碳计量、碳足迹可视化等。
在奎山水泥,企业AIoT平台采集300多台电能仪表,70多块燃气仪表,对全厂的用能数据收集分析,为统计能源成本、核查碳排放情况、确认产品的碳足迹提供了必要数据。在天瑞水泥智能工厂,通过实时采集、智能监控和智能分析,对生产过程、生产设备、能源消耗等进行集中管理,原煤和电的消耗减少3-5%;按照年节约6.44万吨标煤计算,可以减排CO2约16.1万吨、SO2约1060吨、粉尘1.61万吨。
唐洪华指出,用友的解决方案不仅仅是能源监控、计量等,更多是从产品设计开始,包括PLM、供应链优化、多工厂协同、MES优化配料等在内的系统级方案。
对用友而言,其整体构想将使打造四个方向的目标主题场景:操作少人化、无人化;核心专业主题诊断与分析;运用大数据与数模的过程控制与能源运行优化调度;多基地联合监管的低碳环保样本工程。此外,还将从面向流程行业,向单个企业耗能低但总量较高的离散行业渗透。

  

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