技术原理

智库能碳管控平台以“能源与碳排一体化智慧管控”为核心目标,通过“云-边-端”协同架构,集成物联网(IoT)、AI算法与数字孪生技术,实现能耗与碳排数据的全景感知、智能分析、动态优化,赋能企业达成降本、增效、低碳三位一体发展。

关键技术

系统采用‘云-边-端’协同架构,云端:基于PXOMS智慧运维云平台,集成能碳计算模型、AI预测算法,提供全局数据分析与决策支持。边缘端:通过PXBOX边缘网关实现数据本地化处理(如异常数据过滤、实时告警),降低云端负载,保障毫秒级响应。终端:部署智能电水气热表、环境传感器等IoT设备,实时采集能耗、碳排放、设备状态数据,支持Modbus、OPC、BACnet等多协议接入。

主要技术参数

系统监控点数:不限;

实时数据时间:≤1s;

控制命令时间:≤1s;

查询数据时间:≤1s;

系统信息差错率:≤10^(-6);

系统平均无故障时间:≥ 100000h;

技术产品特点

1、采用云边端一体化的云原生架构,支持本地部署或云部署。

2、后台接入物联网关及边缘服务器,提供物联采集、MQTT消息订阅推送、分布式微服务、多源异构数据融合展示。

3、平台内置能耗模型和实时碳排放核算算法。

4、支持PC端、移动端和大屏端访问。

应用现状(或与该技术相关领域的能耗现状)及产业化情况

为落实国家“2030碳达峰、2060碳中和”战略目标,国务院明确要求加快能源数字化转型,构建智慧能源管理体系。国家发展改革委等部门《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》提出,到2025年,通过实施节能降碳行动,钢铁、电解铝、水泥、平板玻璃、炼油、乙烯、合成氨、电石等重点行业和数据中心达到标杆水平的产能比例超过30%,行业整体能效水平明显提升,碳排放强度明显下降,绿色低碳发展能力显著增强。《陕西省高耗能行业重点领域节能降碳实施方案》提出,到2025年,通过实施节能降碳行动,首批高耗能行业重点领域达到能效基准水平的产能比例达到100%,达到能效标杆水平的产能比例整体达到30%。

当前能源与碳排管理面临多重挑战:传统高耗能行业(如钢铁、化工、有色、焦化等)单位产值能耗较国际先进水平高30%-50%,而碳排核算误差率超过10%,陕西省重点领域重点行业能效水平离目标还有较大距离;新能源领域光伏电站因运维效率低下,实际发电效率不足理论值的80%。同时,企业能源管理系统(EMS)、生产系统(MES)等数据割裂,跨系统协同效率低,人工统计错误率达15%,碳核查与能源双控考核压力加剧。

技术层面:多源异构数据(时序、空间、业务数据)融合困难,定制化开发周期长、成本高;传统碳排核算依赖静态数据,无法动态追踪碳足迹,误差率超8%。此外,中小型企业缺乏轻量化管理工具,大型集团面临跨区域、多业态统一管控难题。在政策合规与降本增效双重压力下,企业亟需通过数字化手段实现能源与碳排的一体化精准管控,突破效率瓶颈、数据协同障碍与技术融合难题。

应用领域及适用范围

智慧公建、智慧园区、智慧工厂、新能源电站等领域的全生命周期设备管理和能碳管理服务

节能减排效果

对水、电、气等能源消耗进行分项计量与趋势分析,生成节能建议,助力单位产值能耗降低15%-20%。

节能量/年(吨标准煤/年)

园区综合能效提升8%-25%(某试点企业年节约标煤1.52万吨)

碳减排量/年(吨二氧化碳/年)

碳排强度降低8%-15%(某试点企业年减少CO₂排放4.2万吨),规避碳配额超排罚款,提升企业ESG评级。

已实施的典型案例情况

案例名称

综合能源管控平台

案例地点

新疆伊犁州伊宁市应急物资储备(综合能源)基地项目

应用单位

伊宁市联创城市建设(集团)有限责任公司

设计单位

新疆煤炭设计研究院有限责任公司

主要设备

1、新疆伊犁州综合能源基地是当地发展煤炭煤电煤化工产业重点项目。项目位于苏拉宫工业园区,占地510余亩。项目设计静态储量50万吨,年中转量1500万吨、年生产能力20万吨清洁型煤加工系统,场地内布置3座条形储煤场,单个储煤场轴线净尺寸为200m×120m。

2、项目建设内容包括:伊犁州伊宁市应急物资储备(综合能源)基地建设项目工程生产系统集中控制系统(汽车受煤坑控制监测系统、破碎筛分、传输、存储、转运等)、调度通讯系统、工业电视系统、设备点检系统、煤质化验、供电系统、空气储压、污水处理、安全监测系统、储运中心一体化管控平台、辅助智能化系统及全生命周期可视化运维系统。

3、项目1.52万吨/年节能量为项目综合节能量,其中既包含因数字化管控平台优化储运流程带来的直接节能,也包含通过清煤加工提升下游用户燃烧效率产生的间接节能。

技术原理

提供较为详细的技术方案,图文并茂(不少于2000字)

1、方案概述

本项目采用的数字化储煤一体化管控平台(以下简称“综合能源管控平台”),以“能源与碳排一体化智慧管控”为核心目标,通过“云-边-端”协同架构,集成物联网(IoT)、AI算法与数字孪生技术,实现能耗与碳排数据的全景感知、智能分析、动态优化,赋能企业达成降本、增效、低碳三位一体发展。

系统采用‘云-边-端’协同架构,云端:基于PXOMS智慧运维云平台,集成能碳计算模型、AI预测算法,提供全局数据分析与决策支持。边缘端:通过PXBOX边缘网关实现数据本地化处理(如异常数据过滤、实时告警),降低云端负载,保障毫秒级响应。终端:部署智能电水气热表、环境传感器等IoT设备,实时采集能耗、碳排放、设备状态数据,支持Modbus、OPC、BACnet等多协议接入。

2、产品功能

(1)系统框架

图1:平台五层架构(设备层→数据层→平台层→应用层→展示层),支持多协议接入与全流程管理

产品框架由设备层、数据层、平台层、应用层和展示层组成。设备层支持Modbus、OPC、BACnet等多协议接入,数据层实现异构数据融合,平台层提供AI算法与数字孪生服务。

展示层(客户端)提供专业友好的用户界面,支持PC端、移动端和大屏端。应用层提供核心应用,包括能碳可视、统计分析、数字化存证、生产数据可视、资产梳理、辅助决策功能,覆盖企业的能碳管理、生产信息管理、碳资产管理全业务流程管理的需求。平台层提供各种平台核心服务。物联中台实现采集服务、视频转码、协议解析、消息分发、网关管理和动态配置功能,数据中台实现业务数据、台账数据、指标数据、告警数据、物联数据和数据管理等功能。数据层提供软硬件网关,支持标准接口接入,对非标准接口通过二次开发,实现设备对接、协议转换和数据转换,支持接入各类设备的业务数据和场景数据。设备层是接入的各类智能表具、重要设备或工业控制子系统,以设备或上位机方式被集成。

(2)系统功能

数据信息采集

通过IoT + 信息化手段,实现能耗及碳排放等核心数据的精准获取。

内置AI逻辑判断功能,全流程保障数据的全面性和准确性,提升数据质量。

平台通过统一接口整合多系统数据,打破信息孤岛

实时核算

根据能耗折算规则和碳排放核算规则,实时核算能耗量和碳排放量。

依据数据中台能耗数据和生产的基础数据,自动核算相关指标。

智能分析与可视化展示

多层级、多维度、全方位的能耗及碳排放数据分析,支持对各能效指标进行对标分析,支持多能源形式和用能策略对比分析。

利用监控大屏+数据分析报表进行可视化展现,展示不同时间维度和颗粒度下的能耗碳排等各项核心指标。

图2:园区能源总览(公区用能占比、企业用电峰谷分析)

智能管理与辅助决策

基于海量数据的AI模型分析,快速识别能效管理中的核心瓶颈,助力企业高效定位潜在问题根源。

根据企业情况,智能推荐用能策略,履约策略并进行减排降碳策略的推演,辅助企业决策。

对节能改造项目的节能减碳量进行核算统计,实行改造项目PDCA的闭环管理。

图3:园区动态能流图(实时展示能源流动路径与碳排热点)

3、 技术亮点

多源数据融合与知识图谱

构建“设备-能耗-工艺-碳排”四维关联图谱,快速定位根因(如生产线因温控失效导致能耗增加)。

AI驱动的碳排预测与优化

采用基于LSTM神经网络的动态时序预测模型,精准预测未来72小时碳排趋势;动态生成减排策略(如清洁能源调度、错峰生产),实现碳排强度降低。

运维智能化减少人力维护成本。

建立全生命周期信息的设施台账,以工单为核心,实现流程、数据和结果的可视化。结合线上巡检,提高运维效率,并定期生成运维报告,打造数智化的设备运维管理体系。

4、 项目功能

综合能源管控平台作为选煤厂智能工业私有云架构的数据采集及处理平台。应用web云平台为5000个采集点,10个客户端:具备H5网页发布,实时历史趋势。实时历史报警,用户权限管理,可接入第三方数据库读写数据。统一的监控系统,承担着生产监视功能,对生产过程数据、工艺参数、设备运行状态等实时数据和趋势数据进行监控,实现生产过程报警、设备报警、操作报警等。实现生产、设备综合监控。

综合能源管控平台主要有5个板块,包括生产集控、安全监测、工业电视、设备点检和智慧运维板块。

生产集控:将所有纳入集控的设备以三种模式运行:顺序控制、单机集中控制以及单机就地控制。采用顺序控制时,所有设备由计算机监控系统统一安排,按照一定的启动或停车顺序及联锁逻辑进行自动控制;使用单机集中控制模式时,设备由操作员站上进行手动启停;当设备需要维护、检修时,可转为单机就地控制模式。控制系统能够及时准确检测系统自身及生产设备的故障,确保故障发生的部位,并发出报警信号。

安全监测:为提高煤炭储运中心的安全生产管理水平,在集控室内设一个安全检测平台,并在汽车受煤坑、筛分破碎车间、各定量装车站设安全监测智能主机;在皮带机头、落煤点及转载点等易产生煤尘、瓦斯聚集的位置均设置甲烷、一氧化碳、粉尘监测等传感器。各传感器采集的监测信息,通过安全监测智能主机传送到集控室安全监测平台,当出现超限情况时,集控室及现场发出声、光报警,从而实现对生产的主要环节进行实时监测、监控,同时还可将上述信息传至当地政府管理机构。

工业电视:工业电视监控系统是调度指挥中心的重要组成部分。在储运中心内重要部位安装摄像机,摄取各个监视点的情况,实时传输、显示在调度室监视器上,并能够将工业电视监控图像传输到局域网上,使调度员和生产指挥人员更直观、准确地掌握各主要生产环节的实际情况,从而更有效的指挥生产、处理和解决生产中出现的各种问题和事故。同时还能够将所发生的时间全过程进行录像备份,对重要数据进行记录,为处理事故提供真实依据。

设备点检:点检管理系统由巡检仪器、数据采集处理和后台服务构成,具备振动测量、红外测量、信息采集与处理、数据库和网络传输等诸多先进技术,将生产现场的设备运行状态检查、工艺参数记录、产品质量控制等信息有机的结合在一起,使点检、巡检管理在面向人员、时间和地点的同时,直接面向设备管理、生产管理、质量控制,从而达到安全、经济、科学、实效管理的目的。

智慧运维:运维管理系统是一个企业级标准功能的智慧工程运维管理软件平台,实现各类智慧工程中项目设备的全生命周期运维管理,提供一体化集成的煤质化验、生产调度管理、设备管理、运维管理、能源管理等,助力企业降本增效和提升精细化管理水平。

智慧运维Web客户端功能主要包括煤质化验、生产调度、设备管理、运维管理、能源管理、历史数据、报警中心、基础管理功能。

(1) 煤质化验:主要是对煤炭进行煤炭送样、煤炭收样、煤质检验、煤质报告的一整个流程的管理。

(2) 生产调度:储煤场项目的生产调度办公是确保煤炭高效、安全存储和转运的核心环节,涉及多方面的协调与管理。

(3) 设备管理:对设备的分类、设备的概况、数据、健康度、手册规范等方面进行全面管理。

(4) 运维管理:对物料的出入库、库存、与设备的关系;对巡检项、设备保养、工单的全面管理。

(5) 能源管理:通过监控能源(水、电、气等)消耗状态,建立能耗能效管理体系,对各类能耗数据信息进行统计、分析、展示。

(6) 历史数据:对各类设备的数据进行统计,通过图或表的形式呈现出来。

(7) 报警中心:实现对设备运行的实时报警和历史报警记录的统计。

(8)基础管理:主要是实现对项目区域、组织配置、系统配置、登录角色个人的管理。

主要节能技术参数

(1)效率提升: 运维响应速度提升50%(故障排查时间从8小时缩短至4小时),减少非计划停机损失,保障生产连续性。

(2)成本降低:数据核算成本减少10-20%(年节省审计费用37.5万元),节省人工统计与审计费用。

(3)碳排控制:碳排强度降低8%-15%,规避碳配额超排罚款,提升企业ESG评级。

(4)经济效益:园区综合能效提升8%-25%,年化投资回报率(ROI)达20%以上。

案例特点

(1)通过Modbus TCP、OPC、HttpAPI、RTSP标准快速接入已有的生产控制、安全监测、工业电视、设备点检等系统,通过统一化的数据采集、数据管理、监控管理和通讯管理,实现实时监测、报警管理、可视化、权限管理、生产报表、综合查询统计等标准化功能。

(2)实现能碳监控管理,部署平台后,接入电、水等多类数据,实时核算企业能耗碳排强度,生成差异化履约策略。

(3)实现煤质化验管理,实现送样、收样、检验、报告数字化管理,完成日常试验数据的整理计算、存证管理。

应用效果

项目初期运营成果(基于试运行阶段数据测算):

(1)煤炭储运效率提升15%,年吞吐量从1050万吨增至1200万吨(主要得益于生产集控、智慧运维等模块对设备运行路径的优化和调度效率的提升);

(2)区域碳排强度下降8%,年减少CO₂排放4.2万吨(节约标煤1.52万吨)(主要得益于能源管理、能碳监控等功能对能耗的精细化管理,以及清洁型煤替代散煤的贡献);

(3)运维成本降低30%,年节约费用150万元(主要得益于设备点检、预测性维护等模块实现了少人化值守和预防性维修,降低了人工与故障处理成本)。

适用范围/应用对象

应用储煤基地、发电厂、水厂、智能制造工厂等,实现对核心生产辅助设施的全生命周期运维管理,综合能源管理。

目前已实施案例数量

1个

其他案例

省内案例：保障房物业设备运维管理平台

项目地点：西安市希望里·奥体物业项目