碳邊境調節機制下園區“雙碳”平臺建設與應用

摘 要：為推動園區綠色低碳發展、構建綠色低碳經濟體系，以集約各種生產要素的園區為例，搭建“雙碳”數據平臺系統。從數據管理、數據挖掘、數據評估、數據應用等方面考慮，聚焦園區能源管理、碳管理、碳抵消與碳市場履約、供應鏈管理、綠色治理等功能，對園區整體運行狀態及碳排放狀況進行實時監測、定量預測、定性分析等綜合評估，最終形成集園區能效管理、碳排放管理、企業能源管理和企業碳資產管理于一體的園區能效與碳排放監測監管平臺。“雙碳”數據平臺的搭建，可為園區雙碳管理工作提供全面、準確的數據統計、分析、預警和管理服務，同時幫助企業應對碳邊境調節機制（CBAM）下的碳關稅壓力，增強企業競爭力與市場潛力。

關鍵詞：“雙碳”數據平臺，碳邊境調節機制，碳排放管理，能效管理

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2025.02.005

0 引 言

隨著全球工業、經濟的高速發展，環境問題日益突出，各國紛紛頒布相關政策措施以應對氣候變化問題。我國明確提出2030年碳達峰、2060年碳中和的“雙碳”目標，并印發一系列重要文件，重點強調圍繞工業、企業，充分挖掘節能潛力，提高能源利用效率，以助力我國工業企業向低碳化、全球化、多元化、數字化發展[1]。2023年10月1日，歐盟碳邊境調節機制（CBAM）正式進入實施階段，CBAM的實施對我國碳密集型產業的產品出口及國際競爭力造成較大的沖擊[2]。園區作為產業集聚和經濟發展的重要載體，同樣面臨著較大的碳成本壓力，這促使園區管理者和企業經營者更加重視碳減排工作，通過加強內部管理、優化生產流程、采用低碳技術和產品等手段，降低碳排放強度，以提升國際競爭力。

目前國內外多個園區已進行低碳試點建設，國家及各級政府也發布相關政策支持，鼓勵園區進行能源轉型及低碳改造。隨著物聯網、大數據、云計算等前沿信息技術在各行業應用的逐步深入，構建統一的數字化管理平臺成為園區信息化綠色發展的趨勢[3]。通過開展園區“雙碳”數字化平臺建設與應用研究，實時分析園區的能源結構及碳排放特征，集成企業、供應鏈和產品能耗及碳排放數據，利用數字化手段優化園區企業能源結構、提升能效水平、減少碳排放，為企業和政府部門進行碳管理決策做底層數據支撐，幫助企業打破貿易碳壁壘，應對碳邊境調節機制下的碳關稅壓力。

1 “雙碳”平臺建設總體目標

結合歐盟CBAM的影響，對企業尤其是產生出口業務的行業進行碳排放監測系統需求分析，以集約各種生產要素的園區為例，利用大數據技術、物聯網技術、云計算技術、數據可視化技術等，搭建“雙碳”大數據平臺系統。通過接入園區各企業能耗數據及基礎設施的環境數據，對園區整體碳排放進行實時監測、定量預測、定性分析等綜合評估，分析園區的能源結構及碳排放特征，集成企業、供應鏈和產品的能耗及碳排放數據，為CBAM下的企業和政府部門進行碳監測數據分析、碳減排能力評估及應對碳關稅壓力等提供有力支撐。“雙碳”平臺建設主要功能目標如下：

（1）為園區各領域提供碳排放管理、碳強度預測、碳數據存證、部門分級管控等服務。

（2）將碳排放轉變為線上、云上的點到點細分的新動態模式，實現碳排放數據的真實有效和共享交換。

（3）集中式連接光伏、風能、儲能、充電樁等多能互補新能源系統，打造一站式碳智慧管理平臺。

2 “雙碳”平臺總體架構

園區“雙碳”平臺總體設計思路從數據管理、數據挖掘、數據評估、數據應用等方面考慮，圍繞能源消費總量、能耗強度、碳排放總量以及碳排放強度等指標，全時域監測園區發展情況。平臺總體架構由五部分組成，分別為基礎設施層、集成層、平臺層、業務應用層和融合展示層，如圖1所示。

（1）基礎設施層。依托環境監測設備、充電樁、配電設施、園區基礎設施等硬件設備，實現對園區能耗及環境等數據的全天候跟蹤監測，并通過5G網絡或以太網等通信技術手段將采集到數據進行上傳，用于解決平臺的數據來源問題。

（2）集成層。將各來源的數據及系統進行整合和連接，劃分出EMS系統、光伏/風力監控系統、儲能監控系統、分布式智能監控系統、配電監控系統、照明控制系統、智能冷熱系統、智能空壓動力系統等多個獨立的系統模塊，以適應不同的場景需求，確保數據的順暢流通和系統的協同工作。

（3）平臺層。提供了數據使能、應用使能和集成使能等多方面的功能，主要負責數據的集中處理、高效存儲、智能分析和安全管理等，為上層應用提供高效穩定的數據支撐服務。

（4）業務應用層。面向不同需求，通過云服務器提供不同的場景應用，包括：綜合態勢、智慧樓宇、能碳分析、協同優化、設備資產、環境監測、能耗管理、智能照明、能碳交易及精準預測等應用。

（5）融合展示層。主要對各場景數據進行可視化展示和發布，可利用展示大屏、PC端、APP、微信公眾號等途徑，向政府、企業管理者、員工、訪客等提供相關服務。

3 關鍵技術研究

3.1 數據庫建設

平臺數據中心對園區能源、環境等數據資源進行整體規劃，構建園區大數據庫，形成基礎數據庫、指標庫、主題數據庫、公共代碼庫和應用資源庫，為數據分析和服務提供基礎[4]。

基礎數據庫用于存儲基本業務數據，包括企業基礎信息、污染源在線監測數據、能耗數據、環境監測數據、視頻數據、空間地理數據、遠程監控數據等方面的數據；指標數據庫，通過對基礎數據進行集成后形成的指標數據進行存儲，包含環境管理關鍵數據，并按照數據分類統計要求對數據進行組織整理；主題數據庫用于存儲業務分析的主題數據，主要以數據倉庫的方式儲存，針對集成的、穩定的、主題的以及隨時間變化的數據，主題模型框架設計采用Top-Down與Bottom-Up相結合的模式進行；公共代碼庫整理并統一存儲國家、行業相關標準規范的標準代碼，各業務數據在進入數據中心時，需要將其涉及到的代碼進行統一匹配和規范，以保證數據中心的數據統一性及準確性；應用資源庫通過充分運用全文檢索、分布式計算、實時計算等多種數據處理與分析挖掘技術構建形成，根據專題數據應用方式，以及共享程度、存儲粒度和應用層次，可分為綜合數據庫、專題數據庫、地圖庫、標簽庫、索引庫等。

3.2 碳排放數據分析模型設計

3.2.1 園區碳排放核算模型

在園區中，能源、建筑、生產和交通系統是產生碳排放的主要場景。園區碳排放核算既要考慮實際管轄邊界內所有化學生產過程和燃燒過程產生的直接碳排放，也要考慮園區從外部購入的電力、熱力或制冷產生的間接碳排放[5]。

在園區碳排放核算中，首先需要確認園區整體核算邊界，識別主要排放源并對排放系統進行分解，收集碳排放源活動水平數據，并采用排放因子法進行園區碳排放核算，計算化石燃料燃燒、生產過程產生的直接排放量，以及凈購入電力和熱力產生的間接排放量，最終進行匯總獲得園區溫室氣體總排放量。碳排放量計算模型見公式（1）和公式（2）。

式中：E 為園區碳排放量；E1為核算邊界范圍1的碳排放量；E2為核算邊界范圍2的碳排放量；Di為第i種碳排放活動數據；Fi為第i種碳排放活動因子；r為排放強度（t/萬元）；G為工業總產值（億元）。

化石燃料燃燒的活動數據，采用年度燃料消耗量與平均低位發熱量的乘積計算，見公式（3）。化石燃料燃燒的碳排放因子計算方法見公式（4）所示。外購電力的碳排放量計算方法，見公式（5）。

式中：Ni為第i種化石燃料的平均低位發熱量；Ci為第i種化石燃料的凈消耗量；Vi為第i種化石燃料的單位熱值含碳量（tC/GJ）；Oi為第i種化石燃料的碳氧化率（%）；Fe為區域電力供應的碳排放因子。

3.2.2 碳排放影響因素分解模型

工業園區碳排放量不僅與化石能源消費增長有關，還受經濟、人口、科技、社會等宏觀因素影響。Enrlich等在1971年提出IPAT模型，采用鏈式乘積的形式構建了人口（P）、經濟（A）、技術（T）與環境（I）的等式關系[6]，見公式（6）。

為進一步表征碳排放影響因素間的非線性關系，同時避免因素同比例變動造成的影響，在IPAT模型基礎上提出非隨機線性回歸模型STIRPAT模型[7]，見公式（7）。

由于園區內以工業企業為主，民用設施較少，人口因素對碳排放總量影響不大，需重點考慮產業結構、能源結構、能源消耗量、工業生產總值四類因素對碳排放產生的影響。因此，基于STIRPAT方法，進一步構建工業園區碳排放影響因素分解模型[5]，見公式（8）。

式中：I為碳排放總量；A為工業總產值；T1為能源消耗量；T2為能源結構；T3為產業結構；a為模型系數；c為經濟的彈性系數；d為技術的彈性系數；e為誤差項。

3.2.3 碳排放預測模型

（1）能源需求預測方法

能源需求預測分為中長期預測和短期預測[8]。中長期預測側重于更宏觀的時間尺度，預測周期一般是月、年級別的預測，需對區域內的能源結構、未來能源的發展趨勢進行精確地把握，通過對各個能源品種的消耗量進行拆分和分析，建模預測各能源的需求量。中長期能源預測常采用的方法包括：機器學習預測、回歸分析預測及經典技術預測等。

短期預測聚焦更為精細的時間顆粒度，一般為小時、日、周級別的預測。由于短期能源消費量受生產活動、天氣變化、季節特性、節日類型等多種因素影響，故主要采取人工智能方法進行預測，包括：回歸分析、神經網絡、決策樹、支持向量機、隨機森林等，結合歷史能源使用量及外部影響因素綜合分析，高頻預測未來的能源使用量。

（2）碳排放預測

基于能源需求預測結果，參考不同能源碳排放因子計算能源碳排放，如公式（9）所示。

式中：C為碳排放量；j為能源品種，分別表示煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然氣；Ej為j 能源的消耗量；Wj為j 能源的平均低位發熱量；Fj為j能源的二氧化碳排放因子。

4 “雙碳”平臺典型功能應用

園區“雙碳”數據平臺是集中園區資源管理、綜合能源管理、碳排放管理、能量和碳交易等為一體的綜合智慧管理系統[9]。能碳管理系統為平臺核心應用內容，主要包括能源管理、碳管理、碳抵消與碳市場履約、供應鏈管理以及綠色治理5大模塊及其子模塊單元，業務功能架構如圖2所示。

4.1 能源管理

能源管理系統包括能耗采集、能耗分析、能耗優化、能耗考核及能流圖等子模塊。園區能耗一般由制冷系統、供配電系統、IT系統、照明及辦公等輔助系統組成，通過能源管理功能模塊采集、分析園區能耗現狀，全面掌握園區能耗分布、使用情況及利用效率，合理調配能源，建立能源使用預警制度，綜合運用技術、管理、制度等手段進行能耗優化，提高園區能源利用率。

4.2 碳管理

碳管理系統包括碳核算、碳分析、碳報告、碳披露、碳減排、碳預警及碳評價子模塊。基于ISO14064、GHG Protocol、我國24個行業碳核算方法與報告指南、其他行業標準、不同的團體標準和地方標準等核算依據，對園區各排放源開展盤查及碳排放數據核算，并進行深入分析研究，識別園區主要的碳排放來源及排放趨勢，結合園區自身需求及不同的標準要求，實現園區碳數據和報告的自動披露，以滿足政府、監管機構、投資機構、社會組織的要求。根據園區不同的減排措施，提供實時的碳減排量和碳中和率分析，并通過減排項目歷史減排量預測未來一年的減排量，為園區實現碳中和目標提供數據基礎。基于各排放源的碳監測和碳分析結果，設立自動化碳預警功能，幫助園區及時發現和應對碳排放異常情況，有助于園區在碳管理和減排工作中及時采取行動。此外，在碳管理系統中植入不同的評價和評級體系，根據園區碳減排、碳核算、碳抵消、碳中和率、供應鏈產品碳足跡等自動進行不同評價體系的評級，以便園區及各企業實時了解自身碳排放等級。

4.3 碳抵消與碳市場履約

碳抵消與碳市場履約系統包括綠電、綠證、碳資產及碳市場履約子模塊。碳抵消通過購買碳信用額度或者實施碳減排項目，以抵消園區的碳排放量，從而實現碳中和目標。園區可結合綠證、綠電、碳資產交易市場等進行碳信用購買，碳抵消系統可實時抓捕綠證、綠電和碳資產交易市場的市場價格和交易信息，在能碳系統上進行展示，并與園區實時的碳中和率、碳報告、碳分析、碳評價等模塊形成充分聯動。此外，通過設立自動化決策系統，根據減排目標、投資回報等指標可進一步確定園區最佳抵消策略。

碳市場履約模塊主要針對園區內重排企業，根據國家相關政策，依據能碳系統準確測算企業配額缺口，結合市場行情動態，在線管理企業碳賬本數據，評估企業履約成本，并制定有效的履約計劃。

4.4 供應鏈管理

供應鏈管理系統包括產品碳足跡及綠色等級評價庫子模塊。產品碳足跡的大小對園區全生命周期碳排放量有較大的影響，供應鏈管理系統會將園區內生產的產品碳足跡進行搜集和存儲，為園區范圍的碳排放提供底層計算基礎數據，并按照各產品碳足跡進行等級劃分。根據產品碳足跡的等級劃分結果，針對不同供應商提供的經過核證后的碳足跡數據，對不同的供應商進行綠色等級評價，形成供應商的綠色等級評價庫，從而為園區采購綠色產品提供參考，并作為園區采購考核的一項重要指標，該評價庫會根據供應商的產品碳足跡進行實時的調整，避免出現信息不對稱或滯后情況出現。

當前，在歐盟CBAM實施的背景下，擁有準確碳足跡數據和較低碳含量的產品，將使園區企業在國際市場上獲得更多的機會，有助于園區企業更好地適應國際碳市場的要求，提升產品的國際競爭力。

4.5 綠色治理

綠色治理系統包括社會活動、低碳管理及碳賬戶子模塊。社會活動主要針對園區參與的各項低碳社會活動，包括舉辦的碳中和會議、植樹活動、低碳宣傳活動、公益活動、低碳培訓等活動的碳排放量進行計算，并展示每項活動的碳中和措施，以評估其活動的社會效益，為園區ESG提供數據和素材。低碳管理模塊通過與園區ESG治理架構、社會責任管理架構進行聯動，清晰展示園區綠色治理組織架構圖，詳細描述各部門、人員的綠色治理職責和承擔的碳管理績效，避免出現責任不明確、落實不到位等情況的發生。碳賬戶模塊通過管理園區每個人的碳賬戶，鼓勵員工參與到節能減排行動中，提高員工的環保意識和責任感，以進一步降低園區碳排放。

5 結 語

園區“雙碳”平臺的建設與應用通過集成物聯網、大數據、云計算等前沿技術，可實現對園區能源使用、碳排放情況全方位、實時化的監測與管理，以提高園區能源利用效率，精準掌握并管控園區碳排放，為園區及企業提供科學、系統的減排路徑。面對CBAM帶來的碳關稅等國際貿易新規則，園區“雙碳”平臺的建設更是成為提升園區及企業國際競爭力的關鍵舉措。平臺通過對產品碳足跡進行全面評估和核算，并提供科學、系統的碳減排方案，可幫助園區企業降低產品碳足跡，增強產品在全球市場的綠色競爭力。同時，還可促進園區企業綠色低碳技術的研發與應用，為構建綠色低碳、循環、可持續的經濟發展模式奠定基礎。

綜上所述，園區“雙碳”平臺的建設與應用是實現國家“雙碳”目標以及應對氣候變化強有力的支撐，也是對當前國際環境及貿易規則的有效應對。未來，隨著技術的不斷進步和應用的不斷深化，園區“雙碳”數字化平臺將在更多領域展現其巨大潛力，為綠色低碳發展貢獻更多力量。

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作者簡介

張騏遙，碩士研究生，工程師，研究方向為電力碳排放核算與監測體系。

（責任編輯：袁文靜）