新时代能源安全与“双碳”战略
能源安全是国家安全的基石，国家长治久安的基础性保障。近年来，全球经济增速大幅放缓，俄乌冲突复杂持续，国际能源市场波动明显，错综复杂的国际局势对保障国家能源安全提出新的更高要求。“十四五”时期是中国经济社会转向高质量发展的重要历史性窗口期，也是中国加快能源绿色低碳转型、落实应对气候变化国家自主贡献目标的攻坚期。新形势下，推动能源高质量发展不仅是实现国家经济持续平稳增长的必然要求，更是保障国家能源安全的必由之路。中国“富煤、少油、贫气”的能源禀赋，决定了煤炭必须长期承担能源兜底保障的责任。中国是全球最大的燃煤热电生产国，燃煤热电承担了全国68％的电力供应和超过100亿平方米的城市集中供热，与此同时也产生了42％的碳排放量。
全应科技创始人兼CEO 夏建涛
党的二十大报告指出，要积极稳妥推进碳达峰和碳中和，立足我国能源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动。在“双碳”目标牵引下，燃煤热电面临保供和减碳双重压力。热电能源产业经过几十年的发展，锅炉、汽轮机、辅机、热网等主要设备的运行效率已经接近物理极限，很难进一步大幅提高。如何有效提升热电系统整体运行效率，节煤降碳，清洁高效，既是热电企业降本增效的迫切需求，也是贯彻落实碳达峰的重要课题。
传统热电生产方式面临严峻挑战
热电生产过程是将煤炭在锅炉内燃烧，产生高温高压蒸汽，用蒸汽推动汽轮机发电，乏气通过热网管道输送给下游工业或居民的流程型生产过程，是把煤炭化石能源转化为电能和热能的重要生产系统。由于下游负荷不断变化，煤炭热值变化和品质波动，热电机组需要动态调整运行参数来实现在生产安全前提下满足下游客户的用能需求。当前，我国的热电运行调控均采用专家决策和自动化控制指令执行相结合的方式，专家经验直接决定了热电机组运行的安全性、平稳性和能效高低。热电系统是由几十套装备组合而成的复杂生产系统，具有调控参数多、参数耦合性强、系统反应延迟大、设备特性随着时间变化等特性，依赖专家经验的调控方式亦普遍呈现出系统效率低、煤炭消耗大、碳排放强度高、环保指标难保障、能源品质波动大等问题。传统热电生产方式已经成为热电行业发展的瓶颈，热电因此成为“双碳”战略最关注的行业之一。
科技创新推动热电能源数字化革命
当前，以大数据、人工智能为代表的新一轮信息技术发展突飞猛进，在全球范围内赋能实体经济转型升级。2011年美国提出“先进制造伙伴计划AMP”，明确指出未来制造业将迎来智能化、网络化、互联化，技术创新是实现未来制造的助推器。2012年德国提出“工业4．0”理念，将先进的技术、完善的解决方案与传统的生产技术相结合，生产出具备“智能”与乐于“交流”的生产设备，为德国的制造业增添活力，实现“德国制造”质的飞跃。
热电厂数智化操控室
2015年中国提出“中国制造2025”战略，旨在通过信息化和工业化深度融合，引领和带动整个制造业发展，实现我国从制造业大国向制造业强国的转变。党的二十大报告指出：“加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群。”《“十四五”工业绿色发展规划》提出，加快新型数字技术推动工业绿色低碳发展，相关单位正聚焦热电、钢铁、有色金属、石化、水泥等工业领域重点行业，研究编制“工业互联网＋双碳”实施方案，指导利用工业互联网、大数据、5G等新一代信息技术提升能源、资源、环境管理水平，深化生产制造过程的数字化应用，赋能绿色制造。热电行业要深入贯彻落实党的二十大精神及相关战略部署，充分发挥我国数字经济独特优势，大力推动工业互联网、大数据、人工智能等数字技术与能源经济深度融合，促进热电能源产业加速向数字化、网络化、智能化发展。
热电能源生产和消费过程中产生的数据是一个重要资产。随着信息技术的持续发展，人们可以对数据进行收集、深度分析和挖掘，并利用数据建模，驱动工业生产过程更精细、更高效。经过近10年的发展，我国热电能源生产和消费体系全部实现了数字传感器、数字仪表和数据子系统的普及应用，生产系统每时每刻的状态均有数据来表达，具有良好的数字化基础。基于此，我们可以全面采集热电生产和消费数据，整合各子系统异构数据，构建能源统一大数据平台，并以工业机理为基础，采用大数据分析和人工智能建模等先进数字技术，全方位构建热电系统数字孪生模型体系，在数字空间重构能源生产与消费过程，从而建立数字能源体系。数字能源系统能够对能源消费最佳分配和精准预测，对能源生产精准调控，使其处于高效率运行状态，同时大幅降低对专家知识的依赖，减少人工投入。数字能源系统已成为热电能源生产和消费朝着高效清洁、绿色低碳方向转型升级的关键技术。
数字能源赋能热电生产与消费，经济价值与社会价值双赢
上海全应科技有限公司（以下简称“全应科技”）积极贯彻落实我国能源发展战略和“双碳”战略，聚焦数字能源技术突破，推动大数据、人工智能等先进数字技术与热电生产过程深度融合，有效提升能源生产与消费全系统运行效率，实现节煤降耗、降低碳排的目标。全应科技自主研发的数字能源工业互联网平台已具有50多项知识产权，在13个省区市为50多家热电企业提供在线智能化服务。
全应科技获颁“智慧中国大数据产业重点实验室科研示范基地”称号
从目前已落地的案例来看，全应科技平均能为热电系统带来综合能效2％－5％的提升。“用热电云工业互联网平台来提高整个燃煤机组的运行效率，效果是非常惊人的。”全应科技CEO夏建涛博士表示，从目前已经交付使用的项目来看，使用该系统后，每个热电厂每年能节省1万吨到2万吨的煤炭使用量；如果1万吨的煤炭不燃烧，就会少排放2．7万吨二氧化碳。同时，燃烧锅炉中用来抑制二氧化硫、氮化物生成的化学药剂的用量也会减少。“综合各方面成本来看，全应热电云系统平均每年能给热电厂带来千万元的经济效益。”夏建涛说。
在能源消耗重点省份浙江，热电是其重点高能耗行业之一。据统计，目前浙江省热电企业百余家，2020年消耗原煤超过4000万吨（当年全省煤炭消费总量为1．31亿吨），占比达30．5％。浙江省热电行业专家李军算过一笔账，以浙江目前的体量，按2％的节能效率提升计算，每年可减少原煤消耗量80万吨，减少160万吨二氧化碳净排量。全国每年动力煤使用量达34亿吨以上，如果数字能源工业互联网平台普及应用，每年可望节省6800万吨煤炭，减少二氧化碳排放量1．3亿吨以上，相当于种植5400万亩森林。
2020年，海宁大都市热电与全应科技携手，部署实施了热电系统智能化升级，实现了热电生产系统端到端实时在线运行优化，全面提升热电生产效率，减少煤炭使用，降低二氧化碳排放。“和之前的运行数据相比，2021年热电厂的系统进行智能化升级改造后，一年至少可节约原煤5000多吨，综合能效提升2．34％左右，每年可以节省燃煤成本上千万元，减少二氧化碳排放上万吨。”海宁大都市热电厂总经理张荣荣表示。
2021年，全应科技为山西介休市部署实施全市1200万平方米的城市数字智能化集中供热系统，全面采集热源、一次热网、二次热网、天气数据等供热系统数据，构建供热大数据平台、人工智能供热数字孪生模型，实时在线精准调控每栋楼、每个小区的供热热量。在确保供热达标的情况下，该系统实现每年15％以上供热能效提升，在保障人民群众温暖过冬的同时实现了城市集中供热高效绿色升级。
数字能源助力我国能源消费更高效
我国每年二氧化碳排放总量约为110亿吨，其中热电产业约占42％，其它高能耗工业二氧化碳排放量约占30％。在实现能源生产效率提升的基础上，降低下游高能耗行业的能源消耗量，是我国实现碳达峰碳中和的重要途径之一。
以数字能源工业互联网平台为核心，全面链接燃煤热电能源生产，太阳能、风能等绿色能源，储能以及下游能源消费系统，建立“源储荷一体化智能调度控制系统”，实现以煤为基、多能互补、智慧用能的能源格局，将成为我国能源安全的重要保障以及“双碳”战略目标实现的重要途径。（文／王楠 郑苒）
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