工业互联网助力“双碳”目标实现

■文/郭朝晖

工业互联网和节能减排有着较深的渊源，这是工业互联网本身的技术特点决定的，工业互联网便于在大的空间范围内进行复杂的实时管控。能源系统就是一个复杂系统，它既涉及大的空间范围，又对实时性要求较高。在推进“双碳”工作的过程中，可再生能源的使用比例将越来越高，这增加了能源系统的复杂性，但也为工业互联网的应用提供了机会。

工业互联网的内涵

在我国，工业互联网概念的内涵非常广泛。其中，与能源管控相关的主要是2012年美国通用电气公司（GE）提出的“工业互联网”的概念。GE 所指的工业互联网本质上是物联网，连接的对象是设备和人。GE 在其发布的《工业互联网：打破智慧与机器的边界》白皮书里描述工业互联网的价值时，提到了3 个视角：经济视角、能源视角、实物资源。从中可以看出，能源系统是工业互联网最重要的应用场景之一。

GE 提出的工业互联网包括3 个技术要素：智能机器、高级分析（算法）、工作中的人。所谓的智能机器，本质上是能够通过互联网获取设备实时信息并接受控制指令的机器。可以设想，互联网上连接了大量的机器并高频采集实时数据，如果直接把这些数据传给人，人类大脑的注意力就会被淹没在数据的海洋中，大脑就无法及时、有效地处理这些信息。为了解决这个问题，就必须采用名为“高级分析”的算法。高级分析算法的作用就像人的“小秘书”，帮助人过滤掉无用的信息。“小秘书”在发现需要关注的问题时，会把相关的信息推送给“工作中的人”去处理。这样，“工作中的人”可以把自己的注意力集中在需要关注的问题上，注意力就不会被淹没在数据的海洋中了。

当工业互联网连接大量的设备并采集和存储大量数据之后，就为大数据的应用奠定了基础。通过对数据的分析和研究，人们可以获得大量的工业知识。这些知识可以用于对远程设备和生产过程进行有效的管控，如可以用来更好地维护设备、优化生产流程。其中，节约能源就是一个重要的应用点。

工业互联网在可再生能源领域的应用

人类要减少碳排放、实现碳中和，就要减少石油、煤炭等化石能源的使用量。核聚变是解决这个问题的终极手段，实用化却遥遥无期。在此期间，必须大力发展光伏发电、风力发电、水力发电等可再生能源，还要提高煤炭、石油等能源的使用效率。

10 多年前，美国华盛顿特区经济趋势基金会总裁杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）写过一本畅销书，叫作《第三次工业革命》。里夫金认为，第三次工业革命是能源革命。他主张未来用太阳能、风能等可再生能源代替化石能源。为了实现这个目标，需要把每栋楼宇都变成小型的发电站，然后把成千上万个微小的电站、蓄电设施、用电设备结合在一起，形成复杂的“能源互联网”。

按照这个设想，电网的管控将非常复杂。为了应对这个挑战，里夫金认为需要采用互联网等现代信息技术。这种互联网其实就属于工业互联网的范畴。目前看来，各国政府未必会在短时间内采用《第三次工业革命》的设想，但太阳能、风能等可再生能源的发展肯定会大大加速。

工业互联网在可再生能源领域的应用已经比较广泛。典型的应用有两种。第一种是设备的远程故障诊断、预测性维护等技术。因为风力发电、光伏发电的发电设备一般布置在荒郊野外，设备维护比较麻烦，所以远程的故障诊断和维护的价值就特别大。第二种常见的应用是相关的参数优化，以便提高发电设备的产量。

“人类要减少碳排放、实现碳中和，就要减少石油、煤炭等化石能源的使用量。核聚变是解决这个问题的终极手段，实用化却遥遥无期。在此期间，必须大力发展光伏发电、风力发电、水力发电等可再生能源，还要提高煤炭、石油等能源的使用效率。

工业互联网在传统能源管控中的应用

能源管理最常见的工作就是“产用平衡”。“产用平衡”问题会出现在很多尺度的系统上，如社会的电网系统、企业整体的能源系统、车间内的设备系统等。

一般来说，发电厂发出的电必须立刻消耗掉，否则就会造成浪费。传统做法是根据历史数据做出预测，再根据预测结果给出发电计划。随着工业互联网和大数据技术的发展，发电厂有望通过信息集成的手段，及时获知耗能大户的用电需求，以便提升预测的准确度，减少浪费。

在传统车间里，在生产停止的间隙设备仍然会保持运行。例如，生产停止时，空压机提供较高的压力，运输辊道仍然在转，这些都会消耗大量的能源。在一些规模不大的工厂中，每年因此造成的能量损失就高达几十万元。利用工业互联网技术，把生产和供能设备联系起来，可以减少这些间隙时间的浪费。

大工厂的能源系统非常复杂。例如，钢铁联合企业可能会有成千上万台产能和用能设备，能源介质则包含了水、电、煤气、蒸汽、高压空气等。多数能源介质需要保持产用的动态平衡，否则会导致能源浪费或影响正常生产。

在这些能源介质中，煤气最为典型。在钢铁企业，高炉、焦炉、转炉等都会产生不同类型的煤气，加热炉、热风炉、锅炉等许多设备都需要使用煤气。煤气的生产和使用随时都可能产生变化。如果能源调度不当，就会影响煤气的动态平衡。另外，设备的健康状态是会经常变化的。与之相对应，设备的生产效率、产品合格率、能源使用效率都会发生变化。企业总是希望让状态较好的设备投入生产，从而提高生产效益、降低能耗，这意味着需要把生产管理、设备管理、能源供给等问题进行综合考虑。这些要求无疑增大了问题的复杂性，但也能为工业互联网的应用带来机会。

许多企业将工业互联网技术用于能源管理，取得了显著的效益。例如，上海优也信息有限公司在其工业互联网平台上开发了一种类似交通导航的工业App。这个App 中包含若干高级算法，用于实时计算和跟踪能源的平衡情况。如果预见到可能出现的问题或存在优化空间时，App 会给予操作工特定的提示。采用这种工业互联网平台，一个中等规模的钢铁厂每年能够多创造4 000 多万元的经济效益。