“雙碳”背景下碳監測控制系統研究

Abstract：Inorder tocope withtheseverechallengesof global climatechange，realizeefective monitoringandcontrolof carbonemissions，evaluatetheefectivenessofcarbonemisioncontrolinorganizationsoradministrativeregions，andletthe publicunderstandthecarbonemisiontargetsof the macroatmosphericenvironmentandenhanceenergyconservationand emisionreductionawareness，thestructure，functionsandimplementationprocessofcarbonemissonmonitoringandcontrol systemshallbestudied，andacarbonmonitoringandcontrolsystemwithmulti-sectorcollborativemanagementshallbe developedbyadoptingnewgeneration ICTrelatedtechnologiessuchasInternetof Things.Theresultsshowthatcompared with someexistingcarbon monitoringandcontrolsystems，thesystemcannotonlypromoteefectivecollborativemanagementamong multipledepartments，promotecarbonemisionenterprises tosaveenergyandreduceemissionsfromthesource，butalsorealie theevalutionoftheefectiveness ofcarbonemisionmacrocontrol.Meanwhile，thesystemcanupdatemacroenvironmental carbonemisiondatainpublicandrealtime，andenhancedatatransparencyandpublicparticipation.Throughmulti-sector collborativemanagementandmacro-environmentalcarbonemisionmonitoring，thesystemhelpstoachievethe\"doublecarbon\" goal and promote environmental sustainable development.

Keywords：\"doublecarbon\"；Internetofthings;colaborativemanagement;carbonmonitoring;regionalenvironmental monitoring;energy transition

全球變暖、極端天氣頻發、溫室氣體所引發的各種環境問題正不斷地向世界各國人民敲響警鐘，為應對全球氣候變暖問題，聯合國多次召開大會，倡議各國共同面對解決，我國提出“雙碳”目標。在“雙碳\"背景下，碳排放企業從源頭上實現節能減排，公眾提升節能減排環保意識，各級政府的有效支持，是推動“雙碳”目標實現的重要保障措施。碳排放監測在進行環境治理和全球氣候變化方面發揮著重要作用，通過對氣體排放情況的監測和評估，可幫助企業和政府制定切實可行的減排計劃和政策[2]。基于新一代ICT技術的碳排放監測系統是確保“雙碳”目標實現的重要技術支撐和監測管理工具，碳排放監測系統能夠實時監測與控制碳排放，為相關決策的制定提供詳實的數據支撐。碳監測能結合大氣中溫室氣體濃度監測數據和同化反演模式等來計算溫室氣體排放量，是對傳統核算方法的有效補充和校核，相關數據拿到國際上，也將更有說服力，更令人信服，可見，建立碳監測體系，意義重大。

現有的碳排放監測系統多側重于單一組織或區域的監測，缺乏多部門協同管理和全區域監控的能力，無法有效地整合各方資源，實現對碳排放的全面監測控制。

本文旨在研究一種可以實現多部門協同管理的碳監測控制系統，提供監測、報警、控制和協同聯動管理功能。一方面，該系統可以促進各碳排放企業通過技術革新或能源供給方式轉變降低碳排放，助力能源供給方式轉型，推進新能源應用；另一方面，該系統可以為相關區域組織準確掌握碳排放情況提供有力數據支撐，同時可以反映碳排放監測控制成效；此外，該系統可以讓公眾實時查看所處環境的碳排放情況。該碳監測控制系統通過多部門的協同管理，最終可以有效地促進碳排企業降低碳排放，體現組織區域或行政區域維度下碳排放的控制成效，助力提升公眾節能減排的環保意識。這種多部門協同管理的碳監測控制系統，對于提升碳排放管理水平和推動可持續發展具有重要意義。

1系統結構

“雙碳”背景下開發一種可以多部門協同管理的碳監測控制系統，基于我國“雙碳”自標，整合終端側、平臺側，面向碳排放企業、環保等政府部門和金融機構，提供監測、報警、控制和聯動管理功能，該系統體系結構如圖1所示，分為4層：感知層、網絡層、平臺層和應用層，應用層包括監控管理、統計分析、報警處理、碳賬戶回及能源轉換-碳指標 ?175 大功能模塊。

圖1系統體系結構

感知層包括數據采集終端和控制終端，負責碳排放數據的采集與控制信令的執行；網絡層負責數據的局域網內部傳輸和廣域網絡接入；平臺層負責存儲監測數據；應用層基于平臺層數據進行系統應用開發。該系統通過4層系統體系結構，實現了碳排放數據的全面采集、高效傳輸、安全存儲與智能應用；應用層5大功能模塊的設計，滿足了多部門協同管理的需求，提高了碳排放監測與控制的可靠性和效率。該系統通過高效的數據采集、傳輸、存儲和應用開發，為政府、企業和公眾提供了全面的碳排放監測和管理解決方案，有助于推動碳減排和環保事業的發展

2 系統功能

碳監測控制系統有5大功能，包括監控管理、統計分析、報警處理、碳賬戶和能源轉換-碳指標。

監控管理：通過在感知層選擇傳感器類型和配置傳感器參數，實時采集環境中的碳排放情況，數據通過網絡上傳到平臺后，通過數據的分析處理，顯示所選定區域排放熱力圖、區域內各監測點碳排放概況圖、中斷控制、各監測點碳排放實時數據、組織信息，公開碳排放組織超標處理情況和環保等部門的監管舉措。該模塊實現了實時監測區域和碳排企業碳排放情況，并實現超標預警時的控制；有助于及時發現和處理碳排放超標問題，提升環保監管效率。

統計分析：依據獲取監測到的碳排放數據，進行碳達峰和碳中和分析，有碳達峰預測和碳中和預測2個子模塊，碳達峰預測子模塊中顯示所選定區域總碳排放趨勢圖與該地區下各子區域的碳排放趨勢；碳中和預測子模塊中，顯示地區總面積、綠化面積、碳排放總量及綠化吸收總量等信息，并顯示綠化吸收占比情況。此功能模塊基于獲取監測到的碳排放數據，進行碳達峰預測和碳中和分析，為政府和企業提供決策支持，助力實現碳中和目標。

報警處理：當碳排放超標時，碳排放超標組織可以通過該模塊，查詢報警具體情況，并進行處理情況反饋；環保等監管部門，通過此模塊審批報警處理反饋情況并提交、發布公開監管舉措；其他碳排組織通過此平臺可以查看各企業碳排情況，并可以查閱環保等部門的監管舉措，指導安排后續生產計劃。此模塊為碳排放超標組織和環保等監管部門，提供報警處理的渠道，并通過公開監管舉措警示其他碳排放組織；增強了環保監管的透明度和公眾參與度。

碳賬戶：在該功能模塊，環保部門可以給各監測區域或企業下發年度碳排放指標，各方主體還可以查詢任一行政區域下所有的碳排放組織某一年度的碳配額指標使用情況和等級情況，指導碳排放組織后續生產計劃，其他政府或金融部門使用此系統的碳賬戶功能，基于企業的碳排放等級，審批企業的相關業務，協同環保部門實現對碳排放企業的監控管理。此模塊依據獲取監測到的碳排放數據，為每個碳排企業劃定一個碳等級，環保等各政府部門可以依據企業碳等級，做相關業務審批，實現協同管理；為政府部門進行業務審批提供依據，有助于激勵企業減少碳排放。

能源轉換-碳指標：在該功能模塊，可以查看選定區域、選定年份和選定行業碳排放排名、碳排放量、歷史排放趨勢及各行業碳排放占比，實時監控各行業碳排放情況，為能源供給方式轉型提供詳實的碳指標數據支撐。該模塊基于數據的分析處理，呈現各行業的碳排放量、排名、占比和排放趨勢情況，為行業能源轉換提供詳實的碳指標數據，為政策制定和產業發展規劃提供了有力的數據支持。

碳排放企業使用此系統可以實時遠程掌握本企業生產過程中碳排放的情況，發生預警情況及時采取相應措施，預警處理過程中，也可以通過此系統與環保監管部門實現更高效率的溝通，從而更好地指導生產項目運行。

環保部門使用此系統可以有針對性地遠程實時監控管理碳排放企業；并且可以通過選擇性地在所管轄行政區域部署此系統，進行總體碳排放監測，防范相關企業違法生產而導致的“偷排”問題，并掌握碳排放宏觀控制成效，讓公眾了解宏觀環境碳排放情況。通過應用此系統，環保部門實現對整個區域碳排放情況的監測，分析區域碳排放趨勢，促進區域的協調發展，保障區域“雙碳”目標達成。

政府部門使用此系統的能源轉換-碳指標功能，了解各碳排放行業碳排放情況，促進電廠從傳統能源向新能源供給轉變，推到其他碳排放行業通過技術革新降低碳排放。

其他政府部門或金融部門使用此系統的碳賬戶功能，基于企業的碳排放等級，審批企業的相關業務，協同環保部門實現對碳排放企業的監控管理，共同助力國家“雙碳”目標愿景的實現。

3 碳監測流程

常規的碳排放模型計算方法主要包含如下幾種：排放因子法、過程分析法、投人產出法、質量平衡法和實測法等8，本文通過實測的方式獲得碳排放數據，圍繞碳排放企業監測和區域環境監測2種應用場景展開具體的研究。

3.1 碳排企業碳監測流程

碳監測控制系統在碳排企業中應用的碳監測工作流程如圖2所示，該系統涉及的工作原理是基于數據的采集、處理、分析和反饋。首先，系統通過各種監測設備采集環境中的碳排放數據；其次，對多個監測點的數據進行平均處理，以提高數據的準確性和可靠性；然后，系統對處理后的數據進行存儲和分析，以判斷數據是否符合預設的排放標準；同時，系統還能進行趨勢分析，預測未來的碳排放趨勢。當系統檢測到數據異常或超過標準時，會立即觸發報警機制，通知企業及時采取措施；然后企業收到報警后，需要按照系統要求進行處理，并向環保部門系統提交報警反饋報告；環保部門會根據企業的反饋情況，進行審批和監管，確保企業按照標準執行。

圖2碳排放企業碳監測工作流程

該系統能夠實時監控環境中的碳排放情況，并在數據異常或超標時立即發出報警，確保企業能夠迅速響應并采取措施；通過對多點監測數據的平均處理和分析，系統能夠提供更準確、可靠的數據支持，有助于企業制定更有效的碳排放控制策略；同時通過實時的碳排放數據展示和報警反饋機制，系統能夠增強企業和員工的環保意識，促進全員參與碳排放控制工作，該系統有助于實現多部門之間的協同管理，確保各部門在碳排放控制方面能夠形成合力，共同推動環境保護事業的發展。

3.2區域環境碳監測流程

碳監測控制系統在區域環境中監測應用的工作流程如圖3所示，工作流程如下：首先，系統開始工作，環境傳感器開始采集環境中的碳排放數據；隨后，系統會對采集到的數據進行判斷，檢查是否存在異常數據；如果數據異常，則發出數據異常報警，通知環保部門進行報警分析和相應的故障處；如果數據正常，系統會進行進一步的數據處理和分析，并與預設的標準進行比較；如果數據不符合標準，系統會發出報警信號，通知環保部門進行報警分析；根據分析結果，相關部門會制定減排策略并執行碳排計劃，以確保碳排放得到有效控制。

圖3區域環境碳監測工作流程

各集體組織或行政區劃如環保部門等通過各區域部署監測點，可以實現宏觀外界環境空氣中碳排放情況監測，作為碳排放控制成效的宏觀指標，反映某個省市“雙碳”目標宏觀達成度，當所有省市都用時，也可以反映國家“雙碳”目標宏觀達成度；社會公眾也可以隨時查看所處環境碳排放情況，類似于用手機可以查看 PM_2.5 一樣，了解所處宏觀大氣環境碳排放指標，助力提高全民節能減排的環保意識

4系統技術體系

監測數據的科學、準確、及時、可靠關系到整個環境監測工作的成敗。圖4支撐技術體系中所示的各項主要技術，為系統實現自動監測、控制和管理等各項功能可以提供有力支撐。

采用傳感器技術實現碳排放企業和行政區域碳排放數據的采集。在局域網內部，傳感器采集到的碳排放數據可采用LoRa技術上傳到網關設備；采用蜂窩移動通信技術將網關匯集的數據上傳到云端。采用北斗定位技術定位碳排放數據來源地，實現對各碳排放企業和區域的精準管理。利用云端資源，基于已有云平臺架構，高效構建基于云平臺的PC端和手機端應用。采用數據庫存儲碳排放監測數據，為碳監測相關統計分析和歷史查詢提供及時準確的數據源。采用云計算和大數據等技術，實現碳監測相關數據的統計分析。

5結束語

在當前“雙碳”戰略目標的機遇與挑戰下，碳排放監測控制的有效實施和成效評估對于政府、企業和整個社會都具有深遠的意義[9-0]。本文以怎么能有效監測控制碳排放和評估碳排控制成效為切入點，采用物聯網等新一代ICT技術，研究設計一種可以多部門協同管理的碳監測系統。碳排放監測與控制過程中，多個部門協作可以保障碳監測控制工作可以有效實施；該系統也可以幫助企業實時監測和管理碳排放，助力企業實現綠色發展；該系統可以為公眾提供透明的碳排放數據，滿足公眾的知情權，并促進公眾提升環保意識并參與環保行動中；宏觀環境碳排放監測數據，也可作為區域組織或行政區劃碳排放檢測控制成效評估的指標。但由于研究時間、知識水平等條件的限制，本文提出的一種可以多部門協同管理的碳監測控制系統完成了方案設計，旨在對未來碳排放監測相關研究提供一定參考，后續我們會加強算法研究，以確保碳監測數據的精準度與可靠性，并同步進行方案論證與可行性分析。

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