隨著全球氣候變化問題日益凸顯，越來越多的國家將“碳中和”上升為國家戰(zhàn)略，提出無碳未來的愿景。工業(yè)園區(qū)作為城市經(jīng)濟(jì)的主要承載平臺(tái)和增長動(dòng)力，全國2500余家國家和省級工業(yè)園區(qū)貢獻(xiàn)了全國一半以上的工業(yè)產(chǎn)值，同時(shí)不可避免的產(chǎn)生了大量的碳排放。
傳統(tǒng)減排方式成本高：但傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)以工業(yè)硬件設(shè)備的更新迭代實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的方式存在難度大、成本高等問題，導(dǎo)致企業(yè)主動(dòng)開展節(jié)能減排工作的積極性不高。
缺乏有效評估手段：如何理解和識別制造車間生產(chǎn)過程碳排放狀況、機(jī)理以及揭示制造系統(tǒng)及過程的碳排放靜動(dòng)態(tài)特性、碳源分布與流量、碳排放全過程時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及擾動(dòng)規(guī)律，構(gòu)建制造系統(tǒng)碳排放動(dòng)態(tài)模型、評估及優(yōu)化方法是亟需解決的問題。
解決方案結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)，遵循現(xiàn)有的雙碳領(lǐng)域國際國內(nèi)相關(guān)指南、標(biāo)準(zhǔn)和核算方法，打造了面向工業(yè)企業(yè)的“工業(yè)雙碳大數(shù)據(jù)平臺(tái)”。平臺(tái)力求提供面向企業(yè)在碳監(jiān)管下需求的全生命周期服務(wù)，為企業(yè)的監(jiān)測、核算、優(yōu)化建議、產(chǎn)品碳足跡追溯等環(huán)節(jié)提供精確、可信的數(shù)據(jù)支撐。
以央企集團(tuán)總部及所屬各級單位為用戶，提供碳核算、碳足跡、碳畫像、碳排放定額及碳配額的統(tǒng)計(jì)及管理、節(jié)能減排效果分析、碳排放預(yù)測等，支撐央企集團(tuán)公司碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略落地及管理工作的實(shí)施。面向政府、園區(qū)、集團(tuán)型企業(yè)總部及所屬各單位，通過構(gòu)建碳排放機(jī)理模型，結(jié)合數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)獲取，設(shè)備、工藝、產(chǎn)品、企業(yè)的碳足跡數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳排放監(jiān)測和核算，并為企業(yè)在碳約束下的工藝優(yōu)化提供決策支撐。
集團(tuán)層面，全面推進(jìn)“碳核算、碳定額、碳效率、碳技術(shù)、碳意識”五碳工程，打造工業(yè)雙碳大數(shù)據(jù)平臺(tái)等，建設(shè)零碳示范工廠、碳中和示范企業(yè)、碳中和園區(qū)。
面向企業(yè)層面，重點(diǎn)提供碳排放核算、碳排放定額管理、碳效率精益管控功能。實(shí)現(xiàn)碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取，構(gòu)建碳排放核算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，建立企業(yè)碳排放核算模型庫，打造企業(yè)碳排放應(yīng)用。
在生產(chǎn)型企業(yè)的工廠層級，實(shí)現(xiàn)了對工廠整體碳排放和主要生產(chǎn)信息的統(tǒng)計(jì)和分析，如當(dāng)日碳排放量，當(dāng)日產(chǎn)量，月度碳排放情況，當(dāng)前工廠配額及各區(qū)域定額的使用情況。
在車間層級，將生產(chǎn)過程信息與碳排放過程相耦合，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)碳排放異常環(huán)節(jié)，助力企業(yè)碳排放精益化管控。在設(shè)備層面，將生產(chǎn)工藝與碳排放關(guān)聯(lián)，通過實(shí)時(shí)碳排放、單位產(chǎn)品碳排放信息、關(guān)鍵工藝參數(shù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)碳排放的敏感參數(shù)，并進(jìn)行節(jié)能減碳分析，提出可能的工藝優(yōu)化方案。
在產(chǎn)品維度，在對接廠內(nèi)物流、廠外物流等供應(yīng)鏈能源雙碳數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)過程中的消耗，對不同類型產(chǎn)品所包含的能源碳、零件碳、工藝碳進(jìn)行全供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)對齊，為供應(yīng)鏈最終環(huán)節(jié)的綠色低碳產(chǎn)品認(rèn)證提供可靠數(shù)據(jù)。
本解決方案總體面向不同對象層級搭建云邊端一體化平臺(tái)，生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至邊緣服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和數(shù)據(jù)清洗，實(shí)現(xiàn)能源碳排放、物料碳排放、工藝碳排放、產(chǎn)量碳效率、利潤碳效率、和質(zhì)量碳效率等數(shù)據(jù)的采集；指標(biāo)識別、模型加載、行業(yè)專家知識系統(tǒng)、機(jī)理模型存儲(chǔ)于云端，基于海量數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)理模型計(jì)算、分析及生產(chǎn)優(yōu)化，并將計(jì)算結(jié)果返回至終端，實(shí)現(xiàn)碳排放參數(shù)和生產(chǎn)參數(shù)的識別、碳效率評估、碳效率優(yōu)化、執(zhí)行控制以及與其他生產(chǎn)系統(tǒng)的交互，并在終端進(jìn)行評估與優(yōu)化結(jié)果的可視化展示，為制造車間設(shè)備管理人員、現(xiàn)場管理人員、生產(chǎn)管理者以及決策者在考慮實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)時(shí)提供生產(chǎn)指導(dǎo)參考。
針對供應(yīng)鏈上的物流企業(yè)，本解決方案可以打造構(gòu)建供應(yīng)鏈碳排放管理平臺(tái)，幫助物流企業(yè)建立供應(yīng)鏈上的數(shù)字雙碳數(shù)據(jù)服務(wù)能力，滿足當(dāng)前綠色供應(yīng)鏈發(fā)展過程中遇到的能源雙碳數(shù)據(jù)跨企業(yè)雙向傳遞和下游主機(jī)廠ESG社會(huì)責(zé)任需要上游供應(yīng)商分擔(dān)等場景需求：
1）賦能上游制造業(yè)供應(yīng)商，打造共享碳數(shù)據(jù)鏈：
發(fā)揮數(shù)字化能力，提供雙碳管理解決方案，推動(dòng)上游各級供應(yīng)商綠色轉(zhuǎn)型；賦能上游供應(yīng)商能碳數(shù)據(jù)精準(zhǔn)核算，有效制定減排目標(biāo)和減排路徑，分擔(dān)碳數(shù)據(jù)采集和減排責(zé)任。
2）服務(wù)下游主機(jī)廠，建立碳生態(tài)圈：
解決下游主機(jī)廠無法精準(zhǔn)控制上游供應(yīng)商雙碳數(shù)據(jù)的問題；實(shí)現(xiàn)全環(huán)節(jié)碳排放量精準(zhǔn)核算和跟蹤；聯(lián)合打造綠色化產(chǎn)品，全面提升產(chǎn)品品控，滿足更多重點(diǎn)客戶的綠色制造需求。
在數(shù)據(jù)采集層, 針對制造車間碳排放源的多樣性、復(fù)雜性和廣域分布性等特點(diǎn)，通過邊緣智能設(shè)備搭載物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的碳排放數(shù)據(jù)采集與智能分析。
在工業(yè)PaaS層依托INDICS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)承載能力，進(jìn)行海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，復(fù)雜運(yùn)算處理及系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的執(zhí)行，是整個(gè)平臺(tái)數(shù)據(jù)的集散中心。并按照一定的算法、規(guī)則和業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行分析處理和數(shù)據(jù)整合。
在工業(yè)SaaS層，根據(jù)企業(yè)的雙碳目標(biāo)需求，應(yīng)用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等新一代信息技術(shù)進(jìn)行工業(yè)APP的開發(fā)、測試及運(yùn)行，對碳排放開展持續(xù)的監(jiān)測、分析和診斷，幫助企業(yè)提高減排節(jié)能意識、明確減排方向、規(guī)范減排管理。
整個(gè)系統(tǒng)采用云邊端一體化結(jié)構(gòu)，整體架構(gòu)如下：
在平臺(tái)層面，建設(shè)部署“雙碳”大數(shù)據(jù)分析中心，開發(fā)制造車間網(wǎng)絡(luò)化管控云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)制造車間碳排放、碳效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期碳排放信息的遠(yuǎn)程訪問和管理；對車間各個(gè)狀態(tài)的碳排放進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算車間的碳效率，并根據(jù)設(shè)置的車間碳效率閾值，在云終端進(jìn)行預(yù)警提示；通過對關(guān)鍵設(shè)備和主要設(shè)備的工藝參數(shù)等基本信息進(jìn)行分析對比，建立工藝參數(shù)與碳排放的影響關(guān)系，并且分析制造車間生產(chǎn)計(jì)劃要素，優(yōu)化制造車間的生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率與碳效率的協(xié)同優(yōu)化，從而達(dá)到降低制造車間的碳排放、提高碳效率的目的。
在企業(yè)層，對制造車間關(guān)鍵設(shè)備調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，對各生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一編碼，從提高設(shè)備管理效率、減少人力、提高設(shè)備利用率、降低碳排放等多個(gè)方面綜合考慮，提煉出通用的異構(gòu)設(shè)備基本參數(shù)，統(tǒng)一采集內(nèi)容，結(jié)合數(shù)字化車間需要和精益管理思想，設(shè)置采集的參數(shù)類型、頻率等信息，改善企業(yè)的設(shè)備管理狀況，提高企業(yè)的資源利用率，在數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)管理階段實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，降低數(shù)據(jù)噪聲，為后期模型建立和結(jié)果顯示提供保障。
在現(xiàn)場邊緣側(cè)，提供邊緣計(jì)算的軟硬件支撐。對于密集采集的碳排放信息，必須在邊緣計(jì)算以后，才能把結(jié)果上傳至云端，這樣不僅可以大大減少了云端的數(shù)據(jù)量，而且保障了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性。另外，在邊緣側(cè)也可以對部分原始數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場展示，方便車間現(xiàn)場工人、班組長及管理人員的查看、填報(bào)等息，為提高生產(chǎn)效率和降低車間碳排放提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
本解決方案應(yīng)用在某工廠壓鑄車間碳足跡核算與優(yōu)化，以布勒160壓鑄機(jī)為例，利用系統(tǒng)可以得到所選壓鑄單元的碳效率指標(biāo)和等級，根據(jù)模具管理記錄，定位碳排放激增原因，給出優(yōu)化建議。實(shí)施這些碳效率提升措施后，平均碳排放由1.15 kgCO2e/kg下降到1.03 kgCO2e/kg，下降了11.3%。通過對設(shè)備進(jìn)行特殊改造，使數(shù)據(jù)全年不間斷的進(jìn)行采集，不受斷網(wǎng)、通訊協(xié)議等條件限制，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)碳排放量填報(bào)準(zhǔn)確度提升8%；通過構(gòu)建碳足跡數(shù)據(jù)庫、碳排放模型，對碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)分析，幫助現(xiàn)場工人了解各設(shè)備生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用率提升10%；通過對碳排放數(shù)據(jù)的分析，獲取碳排放率等指標(biāo)，幫助現(xiàn)場員工發(fā)現(xiàn)高碳排放環(huán)節(jié)及涉及設(shè)備，使得總體能耗降低8%；通過工藝仿真技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建工藝仿真模型，為企業(yè)新產(chǎn)品仿真優(yōu)化提供決策支撐，實(shí)現(xiàn)原材料回收率提升50%；通過碳足跡核算與優(yōu)化，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排降耗，提升產(chǎn)品碳效率，節(jié)約金額達(dá)5萬元/月。
眾多工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中都會(huì)遇到排放管理管控難的問題，除了碳排放數(shù)據(jù)的收集外，還有碳排放源的確認(rèn)、碳核算模型的搭建、碳排放優(yōu)化的技術(shù)等難題，本解決方案在工業(yè)行業(yè)應(yīng)用前景廣闊。綠色低碳車間的建設(shè)使本方案得到了有效的驗(yàn)證，解決了工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的碳足跡核算與優(yōu)化的共性難題，后續(xù)計(jì)劃將本方案復(fù)制推廣至多行業(yè)的企業(yè)中。不同類型的行業(yè)只需將模型算法中的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，便可適用，可復(fù)制性高，推廣性強(qiáng)，可有效解決了工業(yè)企業(yè)碳足跡核算與優(yōu)化的難題，提升產(chǎn)品體系整體供應(yīng)鏈的綠色化水平。
