工業互聯網助力“雙碳”目標實現

■文/郭朝暉

工業互聯網和節能減排有著較深的淵源，這是工業互聯網本身的技術特點決定的，工業互聯網便于在大的空間范圍內進行復雜的實時管控。能源系統就是一個復雜系統，它既涉及大的空間范圍，又對實時性要求較高。在推進“雙碳”工作的過程中，可再生能源的使用比例將越來越高，這增加了能源系統的復雜性，但也為工業互聯網的應用提供了機會。

工業互聯網的內涵

在我國，工業互聯網概念的內涵非常廣泛。其中，與能源管控相關的主要是2012年美國通用電氣公司（GE）提出的“工業互聯網”的概念。GE 所指的工業互聯網本質上是物聯網，連接的對象是設備和人。GE 在其發布的《工業互聯網：打破智慧與機器的邊界》白皮書里描述工業互聯網的價值時，提到了3 個視角：經濟視角、能源視角、實物資源。從中可以看出，能源系統是工業互聯網最重要的應用場景之一。

GE 提出的工業互聯網包括3 個技術要素：智能機器、高級分析（算法）、工作中的人。所謂的智能機器，本質上是能夠通過互聯網獲取設備實時信息并接受控制指令的機器。可以設想，互聯網上連接了大量的機器并高頻采集實時數據，如果直接把這些數據傳給人，人類大腦的注意力就會被淹沒在數據的海洋中，大腦就無法及時、有效地處理這些信息。為了解決這個問題，就必須采用名為“高級分析”的算法。高級分析算法的作用就像人的“小秘書”，幫助人過濾掉無用的信息。“小秘書”在發現需要關注的問題時，會把相關的信息推送給“工作中的人”去處理。這樣，“工作中的人”可以把自己的注意力集中在需要關注的問題上，注意力就不會被淹沒在數據的海洋中了。

當工業互聯網連接大量的設備并采集和存儲大量數據之后，就為大數據的應用奠定了基礎。通過對數據的分析和研究，人們可以獲得大量的工業知識。這些知識可以用于對遠程設備和生產過程進行有效的管控，如可以用來更好地維護設備、優化生產流程。其中，節約能源就是一個重要的應用點。

工業互聯網在可再生能源領域的應用

人類要減少碳排放、實現碳中和，就要減少石油、煤炭等化石能源的使用量。核聚變是解決這個問題的終極手段，實用化卻遙遙無期。在此期間，必須大力發展光伏發電、風力發電、水力發電等可再生能源，還要提高煤炭、石油等能源的使用效率。

10 多年前，美國華盛頓特區經濟趨勢基金會總裁杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）寫過一本暢銷書，叫作《第三次工業革命》。里夫金認為，第三次工業革命是能源革命。他主張未來用太陽能、風能等可再生能源代替化石能源。為了實現這個目標，需要把每棟樓宇都變成小型的發電站，然后把成千上萬個微小的電站、蓄電設施、用電設備結合在一起，形成復雜的“能源互聯網”。

按照這個設想，電網的管控將非常復雜。為了應對這個挑戰，里夫金認為需要采用互聯網等現代信息技術。這種互聯網其實就屬于工業互聯網的范疇。目前看來，各國政府未必會在短時間內采用《第三次工業革命》的設想，但太陽能、風能等可再生能源的發展肯定會大大加速。

工業互聯網在可再生能源領域的應用已經比較廣泛。典型的應用有兩種。第一種是設備的遠程故障診斷、預測性維護等技術。因為風力發電、光伏發電的發電設備一般布置在荒郊野外，設備維護比較麻煩，所以遠程的故障診斷和維護的價值就特別大。第二種常見的應用是相關的參數優化，以便提高發電設備的產量。

“人類要減少碳排放、實現碳中和，就要減少石油、煤炭等化石能源的使用量。核聚變是解決這個問題的終極手段，實用化卻遙遙無期。在此期間，必須大力發展光伏發電、風力發電、水力發電等可再生能源，還要提高煤炭、石油等能源的使用效率。

工業互聯網在傳統能源管控中的應用

能源管理最常見的工作就是“產用平衡”。“產用平衡”問題會出現在很多尺度的系統上，如社會的電網系統、企業整體的能源系統、車間內的設備系統等。

一般來說，發電廠發出的電必須立刻消耗掉，否則就會造成浪費。傳統做法是根據歷史數據做出預測，再根據預測結果給出發電計劃。隨著工業互聯網和大數據技術的發展，發電廠有望通過信息集成的手段，及時獲知耗能大戶的用電需求，以便提升預測的準確度，減少浪費。

在傳統車間里，在生產停止的間隙設備仍然會保持運行。例如，生產停止時，空壓機提供較高的壓力，運輸輥道仍然在轉，這些都會消耗大量的能源。在一些規模不大的工廠中，每年因此造成的能量損失就高達幾十萬元。利用工業互聯網技術，把生產和供能設備聯系起來，可以減少這些間隙時間的浪費。

大工廠的能源系統非常復雜。例如，鋼鐵聯合企業可能會有成千上萬臺產能和用能設備，能源介質則包含了水、電、煤氣、蒸汽、高壓空氣等。多數能源介質需要保持產用的動態平衡，否則會導致能源浪費或影響正常生產。

在這些能源介質中，煤氣最為典型。在鋼鐵企業，高爐、焦爐、轉爐等都會產生不同類型的煤氣，加熱爐、熱風爐、鍋爐等許多設備都需要使用煤氣。煤氣的生產和使用隨時都可能產生變化。如果能源調度不當，就會影響煤氣的動態平衡。另外，設備的健康狀態是會經常變化的。與之相對應，設備的生產效率、產品合格率、能源使用效率都會發生變化。企業總是希望讓狀態較好的設備投入生產，從而提高生產效益、降低能耗，這意味著需要把生產管理、設備管理、能源供給等問題進行綜合考慮。這些要求無疑增大了問題的復雜性，但也能為工業互聯網的應用帶來機會。

許多企業將工業互聯網技術用于能源管理，取得了顯著的效益。例如，上海優也信息有限公司在其工業互聯網平臺上開發了一種類似交通導航的工業App。這個App 中包含若干高級算法，用于實時計算和跟蹤能源的平衡情況。如果預見到可能出現的問題或存在優化空間時，App 會給予操作工特定的提示。采用這種工業互聯網平臺，一個中等規模的鋼鐵廠每年能夠多創造4 000 多萬元的經濟效益。