2020年9月22日,我国在第七十五届联合国大会上正式提出力争在2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和目标。随着各项政策文件的出台,我国碳达峰碳中和的时间表、路线图及相关举措的政策布局也相继清晰。目前,我国碳达峰碳中和面临着减排幅度大、转型任务重、时间窗口紧、核心技术受制约、资本投入大等挑战,面对这一背景情况,数字化和双碳协同是我国高质量发展的必然选择。
物联网作为信息技术发展的产物,正通过其强大的感知识别、联网传输、智能处理的能力,化身为整个数字化的基石与底座,在双碳管理中起着尤为重要的作用,主要表现在以下四个方面。
(一)促进低碳生产新模式
• 推动能源结构转型升级
立足于我国富煤、少气、贫油的能源资源特征,通过物联网等数字技术可促进化石能源的高效开采、加工,以及各类可再生能源的高效发电与系统运行。
物联网技术可以解决传统发电厂在信息孤岛、数据质量、两化融合等方面的问题。传统发电厂可通过物联网进行智能化监控、操作及管理,利用大数据分析、数字建模、自动拟合、数字孪生等方式,确定电厂最优运行方式,降低单位产能能耗,对生产流程的排放数据进行监测分析,对高排放环节进行智能控制及优化,真正实现传统发电厂向智慧电厂的转型。
此外,物联网等数字化技术还可以提升可再生能源的利用比例。物联网是调节新能源发电间断性、波动性、随机性等特征的有效手段,既可以利用大数据平台、物联网、云计算、机器学习及移动互联等先进技术实现选址建站和生产,也可以通过收集分析风、光等新能源资源实时及历史监测数据,智能安排发电时间及时长,提升电站运行安全水平及发电效率。同时,还可以在运维过程中将系统数据进行集中收集、存储、处理、分发,实现新能源电站的智能巡检、异常排查等智能化运维手段。以多能融合信息系统为多种能源的运行优化提供支撑,进一步推动多源协同、多能互补、供需互动的新型电力系统建设,有效助推能源结构绿色化发展。
• 促进能源传输方式安全高效升级
管道运输是石油、天然气的重要传输方式之一,但管道传输存在着故障率高、管理覆盖不全等问题。物联网数字化管道技术在充分利用国家空间数据的基础上,加强自身的设施建设,结合卫星遥感影像,航空摄影测量技术等,能够动态监测油气管道附近的水温和天气情况,保障数据传输的有效性和及时性,从而实现长距离油气管道的安全运行和智能化管理。通过物联网数字化管道技术,能够实现长距离油气管道的自动化管理,检测的内容更加丰富、更新速度更快,投入资源较少,数据更加精确,长距离管控能力进一步提高,实现管道损坏率、能源损耗率大幅度降低。
据《中国电力行业发展行业报告(2022)》,我国电力线损率占全国发电量的5.26%,随着未来我国电气化率进一步提升,社会用电量将持续增长,输配电网络损耗将成为不容忽视的能源浪费。在电网建设和电力传输方面,利用物联网数字化技术,助力实现输配电网路的智能运维、状态监测、故障诊断等,提升电网管理水平,降低输配电网络损耗,助推电网绿色化发展。借助数字技术可建立全网协同、数据驱动、主动防御、智能决策的新一代电力调度体系,实现高弹性、高柔性智能电网,解决高比例新能源接入下系统随机性与波动性问题,提升能源传输效率。
能源传输方式的数字化升级,将降低能源运输中的损耗和排放,实现更精准和高效的能源配置,为实现双碳目标提供重要支撑。这充分体现了物联网数字化技术在优化能源传输方式、减少能源浪费方面的重要作用。
(二)推进终端用能节能降碳
• 强力建设现代化产业体系
利用物联网、数据库、大数据分析等技术,在源头设计阶段进行产品绿色创新,并基于全生命周期数据采集与分析,优化性能参数,从而开发出高能效产品,实现制造过程与使用阶段的能耗与碳排放双降低。在制造过程中,通过物联传感采集、数据分析,实现工序协同,优化工艺流程,从而达到节能降碳的效果。设备出厂后,利用远程诊断系统,对设备的运行情况、能耗情况等进行监测与控制,并利用数据挖掘技术,对设备进行诊断与预警,降低因故障导致的能源资源消耗。
• 全面推进建筑领域低碳转型
根据国际能源署(IEA)统计,建筑材料(钢铁、水泥等)的生产和建筑物运行过程中化石能源使用产生了全球9%的直接碳排放和19%的间接碳排放,因此该领域急需数字化绿色化协同节能降碳。
物联网数字化技术助力建筑全生命周期节能。在设计施工阶段,尽管碳排放占比小,但建筑的绿色化程度80%由设计阶段决定,设计阶段应充分考虑节能低碳等因素,提前进行物联网监控埋点,为后续的全程管控做好准备;在建筑的运营阶段,物联网数字化技术助力建筑行业从传统建筑向绿色智慧建筑转变。绿色智慧建筑以智能控制平台或中央控制系统为基础,综合管理各设备设施子系统,通过物联网、大数据和云计算等对整个建筑进行实时监测和管理,降低建筑运维总体能耗,实现建筑内部能源资源利用最优,效率、性能和功能全面提升。
(三)助力能耗与碳排放的精准管理
碳排放又包含直接排放、间接排放等,并非如能耗数据通过相对简单计算便可得出。而海量能耗及碳排放信息的智能化获取、处理以及匹配度高的策略制定,必须依靠物联网数字化技术来实现。
利用工业物联网标识解析体系,通过给每一个实体对象生成唯一的身份编码,同时承载相关数据信息,实现实体对象的定位、连接和对话。任何载体可以通过标识解析体系的建立来获取物理边界范围内所有耗能设备的用能信息,同时借助碳排放核算相关标准及数据库的基础支持,获取有效的碳排放信息。
另外,碳排放还涉及组织、设施、产品等诸多方面,复杂度较高,存在重复核算的风险,依靠人脑进行非常细致的甄别和区分是很难实现的。而物联网数字化技术可以利用监测和计算相结合的模式,借助预设核算模型,获得各类设备的碳排放数据,对于重复核算问题,通过数字化监测,融合能耗服务资费数据,基于模型学习和迭代,及时发现并有效规避相关问题。
部分地区和企业敢为人先,率先将物联网技术应用在碳排放核算管理中,起到了很好的试点示范效果,这些经验对全国碳核算体系建设具有重要借鉴意义。以山东省聊城市为例,该市在全国范围内先行先试,将企业碳排放相关的工况数据进行了汇集,改变了以往企业手工填报数据工作量大、容易出错等问题。通过物联网自动监测采集上报的方式,监测采集端支持百万级并发,并结合国密加密传输链路及区块链存证,既保障了数据的时效性,同时提升了数据的安全性和准确性,目前该技术已获得生态环境部相关部门的高度认可,未来将作为先进经验逐步探索在全国的推广应用,对全国碳市场、碳排放核算体系的建设具有重要意义。物联网技术为碳核算提供了智能化手段,既降低了企业自身的工作负担,又为政府部门提供了精细化的碳排放数据支持,使区域内的碳排放管理更加精准与高效。
(四)助推绿色低碳生活方式形成
物联网数字化技术已广泛深入人们的生产生活,在终端消费环节数字生活和绿色生活的协同增效模式不断被开发探索,数字生活中倡导绿色低碳新方向,绿色生活中体现数字智能新要素。
在智能家居方面,利用物联网技术,通过智能硬件、软件系统等,实现家庭生活智能化,如家庭安全监控、智能照明、智能家电、智能窗帘、智能音响等,从而降低能源消耗,减少碳排放。
在绿色出行方面,伴随着物联网技术的普及,无论是公共交通,还是共享单车,都极大的提升了人们出行的便利性。而借助数字技术对共享交通工具进行资源最优化配置,构建灵活、高效、经济、绿色的共享出行方式,有效提升了公众绿色出行行动力。
综上所述,物联网作为信息革命的重要成果,通过感知、联网和智能化处理手段,在双碳管理的方方面面发挥着越来越大的作用。在推进绿色低碳发展过程中,物联网生成的海量数据本身就蕴含着巨大价值。这些数据可以更好地反映碳排放状况、找出重点治理领域、评估减排效果。同时,这些数据经过智能分析处理,可以洞察碳排放规律,进行碳排放预测,辅助决策制定。
运用物联网思维和技术,以科技创新引领双碳目标实现。充分利用物联网的数据价值,构建数字化碳管理体系,对于精准高效实现碳达峰、碳中和目标将起到关键作用。