基于工業(yè)區(qū)塊鏈的碳監(jiān)測平臺
1.案例概述
當前，新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)升級正在全球演進，世界發(fā)達經(jīng)濟體都在積極布局低碳產(chǎn)業(yè)、實施綠色生產(chǎn)、開發(fā)清潔技術(shù)。在此輪低碳發(fā)展大潮中，我國也明確碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標，其已然成為全社會共同努力的方向。
本項目以三一18號廠房申報全球燈塔工廠為契機，以18號廠房為集團試點，實現(xiàn)企業(yè)碳排放標準體系建立、碳排放源全面采集、碳排放精準核算以及打造18號工廠碳排放大屏，協(xié)助三一制定合理科學的“雙碳”實現(xiàn)路徑，同時三一的雙碳實踐經(jīng)驗可輸出至工程機械裝備行業(yè)帶動其他企業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。
本項目投資分為兩部分，硬件投資和軟件開發(fā)。硬件投資包括根據(jù)泵車、起重機等特種工程機械生產(chǎn)線分布、重點能耗區(qū)域以及節(jié)能改造規(guī)劃，項目組在三一18號廠房將能耗采集到設(shè)備級，安裝IoT智能傳感器如智能電表、智能水表和智能氣表等。軟件投資，依托互聯(lián)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，將產(chǎn)生碳排放及中和碳排放的數(shù)據(jù)都接入云端，覆蓋水電油氣消耗以及可再生能源，可以實時更新的軟件平臺。
2.應(yīng)用場景
基于工業(yè)區(qū)塊鏈的智慧碳排放管理平臺（iCEP），面向各種機械設(shè)備制造企業(yè)，一方面融合智慧能源管理解決方案，另一方面融合ISO等國內(nèi)外碳排放管理標準，打造了一個全新的面向企業(yè)碳監(jiān)控的先進平臺，既能夠滿足企業(yè)自身對能源管理質(zhì)量提升的需要，又能夠滿足我國不斷推進的企業(yè)雙碳管理的制度性要求。
來源：樹根格致科技（湖南）有限公司
基于工業(yè)區(qū)塊鏈的智慧碳排放管理平臺（iCEP）由數(shù)據(jù)采集層、平臺層、公共服務(wù)層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層構(gòu)成。基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集層適配企業(yè)各種生產(chǎn)環(huán)境中相關(guān)儀器、儀表、設(shè)備等，對企業(yè)導致的溫室氣體排放相關(guān)數(shù)據(jù)進行自動采集。平臺層集合了根云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和根鏈工業(yè)區(qū)塊鏈平臺，為企業(yè)能源數(shù)據(jù)提供采集、存儲、清洗、匯總等功能，并支持數(shù)據(jù)上鏈存證。公共服務(wù)層提供不同應(yīng)用所需公共服務(wù)模塊，支持上層應(yīng)用所需要的用戶管理、安全管理、加解密服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)、運維服務(wù)等功能。上層應(yīng)用主要面向不同場景提供支持雙碳工作所需要的應(yīng)用，如碳足跡、碳核查、碳監(jiān)管以及雙碳創(chuàng)新業(yè)務(wù)。
智慧能源管理解決方案基于企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況，通過定制化部署數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)連接、群控、云計算和AI五大核心技術(shù)，建立廠域能源管理中關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采、傳、存、管體系，打破設(shè)備管理“信息孤島”，實現(xiàn)能源信息的實時互通，再通過可視化管理平臺及遠端中央監(jiān)控等技術(shù)，整合了水電氣、消防、安全、環(huán)保等廠務(wù)系統(tǒng)，最終幫助企業(yè)提質(zhì)增效，節(jié)能減碳。
基于工業(yè)區(qū)塊鏈的碳監(jiān)測平臺一方面直接打通智慧能源系統(tǒng)，并融合全球領(lǐng)先的碳檢測和碳管理經(jīng)驗。能實時監(jiān)測企業(yè)或機構(gòu)的碳足跡，自動生成碳排放報告，同時模擬及優(yōu)化減排路徑，直接采購綠電、綠證、碳匯服務(wù)，一站式實現(xiàn)碳中和閉環(huán)。
場景1：能源管理系統(tǒng)
通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，將工業(yè)現(xiàn)場各種儀器、儀表數(shù)據(jù)采集連接起來，并與企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)打通。形成完整的能源管理解決方案，支持能源管理透明化、無人值守運維、能源優(yōu)化管理和能源設(shè)置運維調(diào)度等功能模塊。
項目可解決的問題有，一是無計量電表，現(xiàn)場部分大型設(shè)備沒有計量電表，使方案中對單一設(shè)備的監(jiān)控無法完成。采用無線計量電表穿刺取電，安裝調(diào)試期間無需停電和布線，減少改造成本，讓設(shè)備的用電情況納入管理系統(tǒng)；二是無數(shù)據(jù)接口的儀表，部分傳統(tǒng)儀表沒有數(shù)據(jù)接口，過去依靠人工抄表，手工錄入。通過移動APP抄表，代替紙質(zhì)抄表，實現(xiàn)了即時拍照，即時錄入的能力。三是儀表支持物聯(lián)，有些儀表已經(jīng)支持物聯(lián)網(wǎng)接入，但協(xié)議多種多樣，難以與系統(tǒng)連接。通過有線（串口/網(wǎng)口）或者無線方式連接至邊緣網(wǎng)關(guān)，邊緣接入網(wǎng)關(guān)支持1000多種物聯(lián)設(shè)備傳輸協(xié)議，能夠?qū)κ袌錾洗蠖鄶?shù)的接入設(shè)備實現(xiàn)快速接入。四是多種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接，部分數(shù)據(jù)來自不同類型的工業(yè)系統(tǒng)，如SCADA、DCS系統(tǒng)等。通過連接器可以讀取不同種類的工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，支持多種不同語言編寫連接器，讓企業(yè)可以實現(xiàn)快速配置。
方便能源管理。直觀查看當年、當月、當日及昨日的用電量，負荷變化，日用量趨勢圖變化；變壓器負載監(jiān)測，全面掌握變壓器運行狀態(tài)。節(jié)約成本，根據(jù)尖峰平谷占比分析，幫助企業(yè)合理規(guī)劃用電負荷。安全用電，變壓器實時監(jiān)控，異常提前感知，保障企業(yè)安全用電。優(yōu)化用能，實時反饋用能數(shù)據(jù)，一旦超標，觸發(fā)報警，幫助企業(yè)實時追蹤問題，及時解決，最大化減少損失；尖峰平谷關(guān)鍵耗能設(shè)備關(guān)閉與啟動報警提醒，節(jié)省成本。
實現(xiàn)報警快速排查。將能源使用和分布通過拓撲結(jié)構(gòu)展示，如電力一次系統(tǒng)圖、電力負載分布圖、各種能源系統(tǒng)圖、水管網(wǎng)圖、氣體管網(wǎng)圖（天然氣、蒸汽、壓縮空氣等）、生產(chǎn)工藝流程圖、廠區(qū)設(shè)備平面圖等。可以通過拓撲圖和運行工況分析，快速排查問題，定位原因，提高問題處理效率。
實現(xiàn)能耗對比分析。通過單耗分析，可以反映生產(chǎn)過程中，主機與輔機的能源消耗具體數(shù)值，可以對比班次、班組之間的單耗。通過對班次、班組的單耗對比，分析能耗差異原因，尋找最優(yōu)能耗，設(shè)置開機能耗與待機能耗最佳數(shù)值，對優(yōu)良的設(shè)備使用習慣進行推廣，減少能耗。
實現(xiàn)能源管理系統(tǒng)智慧運維。配電室綜合監(jiān)控是企業(yè)能源管理中的一個重要環(huán)節(jié)，一般以低壓網(wǎng)中的配電室環(huán)境溫濕度、配電開關(guān)狀態(tài)、漏水/水漫、煙霧及配電室的防盜為監(jiān)測對象，對配電房重要設(shè)備運行狀態(tài)的多種參數(shù)和狀態(tài)進行遠程集中監(jiān)控；配電室的安全信息采集和監(jiān)控對配電室自動化運行管理、檢修維護、防災(zāi)預(yù)警、安全防護、電力需求管理等應(yīng)用具有重大意義，提高了配電安全的可靠性。
場景2：雙碳監(jiān)測平臺
企業(yè)碳監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采用企業(yè)邊緣側(cè)、行業(yè)鏈雙層架構(gòu)模式。在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署區(qū)塊鏈可信邊緣網(wǎng)關(guān)，與企業(yè)的IoT采集系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、ERP等相關(guān)系統(tǒng)打通，以聯(lián)盟鏈節(jié)點方式無縫接入行業(yè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。可信邊緣網(wǎng)關(guān)可以從鏈上自動接收行業(yè)核算標準體系（智能合約），以統(tǒng)一的標準、方法對企業(yè)的碳排放進行核算；可信邊緣網(wǎng)關(guān)采用支持可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）技術(shù)的硬件，保證數(shù)據(jù)核算的應(yīng)用與鏈上合約要求的一致性。根據(jù)核算標準體系動態(tài)抽取企業(yè)碳排放活動水平數(shù)據(jù)和企業(yè)的經(jīng)營數(shù)據(jù)，如水、電、油、氣、煤等能耗數(shù)據(jù)；CO2、SF6等過程逸散數(shù)據(jù)；能源結(jié)算報表、財務(wù)三表數(shù)據(jù)；同時，為實現(xiàn)企業(yè)碳排放的精準核算，還需將諸如企業(yè)的綠電使用、儲能回收等碳補償/碳抵消數(shù)據(jù)進行接入；然后，可信邊緣網(wǎng)關(guān)后臺基于隱私計算模型自動測算企業(yè)碳排放量，也可按設(shè)定頻次定期生成企業(yè)碳排放核算報告；最后，碳排放核算結(jié)果及核算報告第一時間上鏈存證并分享給相關(guān)方。
行業(yè)鏈為企業(yè)和監(jiān)管機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)交互，起到承上啟下的作用。通常行業(yè)鏈可由行業(yè)協(xié)會、行業(yè)聯(lián)盟、行業(yè)促進會等非營利性服務(wù)機構(gòu)發(fā)起或參與，可邀請專業(yè)咨詢機構(gòu)幫助行業(yè)制定碳排放核算標準體系，標準的建立、更新均可在行業(yè)鏈中通過智能合約與企業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)節(jié)點自動同步；控排企業(yè)的核算結(jié)果及核算報告鏈上存證、鏈上分享。
碳監(jiān)測應(yīng)用目前主要包括以下管理功能：一是數(shù)據(jù)展示，對企業(yè)應(yīng)用碳監(jiān)測數(shù)據(jù)進行合理展示，包括總體情況大屏展示，下鉆分析，同類設(shè)備、同類車間的歷史對比等。
二是數(shù)據(jù)采集管理，負責數(shù)據(jù)采集管理等功能，具體包含采集碳核算中企業(yè)的基礎(chǔ)信息錄入、購入資源手工憑證錄入、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集層自動信息采集管理、實測的排放因子等。管理本年度配額、當前排放情況、月度匯算、年度排放情況預(yù)測、綠能使用情況等；包含配額錄入、配額調(diào)整等，手工錄入的配額作為企業(yè)的內(nèi)部參考。未來與政府部門打通后，從政府下發(fā)的配額可以通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)同步過來，覆蓋人工錄入值。
項目中解決難點問題有：一是碳排放核算需要大量專業(yè)知識和技能。碳排放核算具有很強的專業(yè)性，與被核算企業(yè)所處的行業(yè)相關(guān)性很大。行業(yè)領(lǐng)先的碳核算經(jīng)驗和方法引入集成到碳檢測平臺內(nèi)，使該平臺的功能和一致性能夠滿足ISO的國際碳核算標準的要求，并且與行業(yè)規(guī)范深度對標，具有很強行業(yè)標準化屬性，具有很強的推廣性。二是內(nèi)部企業(yè)報告的數(shù)據(jù)如何成為可信數(shù)據(jù)。企業(yè)出具的碳排放數(shù)據(jù)報告，存在排放源覆蓋不全面或者不合理、參數(shù)和方法不準確或錯誤、報告內(nèi)容不規(guī)范、漏報、瞞報、原始數(shù)據(jù)造假。由于碳核算報告的專業(yè)性要求，以及碳排放數(shù)據(jù)具有較強的經(jīng)濟屬性，因此企業(yè)要讓外界相信企業(yè)自己提供碳排放數(shù)據(jù)的真實性，必須具有“自證清白”的技術(shù)手段；同時，企業(yè)還需要有效保護自己數(shù)據(jù)安全性和隱私性，而工業(yè)區(qū)塊鏈就是最合乎所有關(guān)系該問題的最佳解決方案。
工業(yè)區(qū)塊鏈從以下方面提升數(shù)據(jù)可信性：一是基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行的數(shù)據(jù)采集，能夠避免人工的參與，采集的數(shù)據(jù)更加及時、準確；二是對原始數(shù)據(jù)和生成的報告進行區(qū)塊鏈存證，對相關(guān)數(shù)據(jù)和報告進行及時的區(qū)塊鏈存證，并且可以追溯到負責人，能夠有效避免大量的數(shù)據(jù)造假；三是區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不可刪除的特性，也讓部分造假者“知難而退”；四是原始數(shù)據(jù)哈希上鏈，有效保護企業(yè)隱私，哈希算法將任意長度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成固定長度的、具有唯一性的哈希值，并且不能夠通過哈希獲得原始數(shù)據(jù)，因此能夠有效保護企業(yè)上鏈數(shù)據(jù)的隱私；而且，通過哈希，可以驗證數(shù)據(jù)是否被篡改，增加了數(shù)據(jù)可信度；五是用智能合約保證核算的一致性，智能合約可以由行業(yè)監(jiān)管機構(gòu)統(tǒng)一下發(fā)，并且不可篡改。基于智能合約的碳核算，可以有效避免各種人為差錯，保證行業(yè)核算方法的一致性，提升報告的可比性和可信性；六是可以對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行身份認證，保證上傳數(shù)據(jù)設(shè)備的真實性合法性、唯一性。
項目實施后，一是企業(yè)碳排放情況透明化。企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)的準確性是基礎(chǔ)，基于工業(yè)區(qū)塊鏈的碳監(jiān)測平臺，通過企業(yè)能耗數(shù)據(jù)進行標準化轉(zhuǎn)換，成為企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)展示出來，讓企業(yè)的碳排放情況在政府看來更加透明化，能夠有效支撐企業(yè)的碳核查需求。園區(qū)級的碳監(jiān)測平臺，能夠基于標準，將域內(nèi)企業(yè)的碳排放數(shù)據(jù)匯集起來，幫助政府更好地執(zhí)行國家雙碳政策。二是碳盤查流程和數(shù)據(jù)標準化。基于工業(yè)區(qū)塊鏈的碳監(jiān)測平臺集成了國際知名碳核查機構(gòu)的十幾年的碳核查經(jīng)驗和技術(shù)，與ISO相關(guān)標準及《機械設(shè)備制造企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》對標，通過編程進行固定，能夠有效讓企業(yè)碳盤查流程和數(shù)據(jù)標準化，讓同類型企業(yè)更加容易接受，讓核查機構(gòu)的核查工作量大大減少，讓政府和專家機構(gòu)更快驗證其有效性。三是數(shù)據(jù)可信化，支持碳核查。平臺采用區(qū)塊鏈技術(shù)，引入第三方節(jié)點，可以幫助企業(yè)“自證清白”，讓企業(yè)提供的數(shù)據(jù)可信度大大提高，支持政府對企業(yè)碳數(shù)據(jù)的核查要求，為未來的碳核查系統(tǒng)提供一個可供研究的樣本。
3.案例總結(jié)
工業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)引用保障了可信高頻碳排監(jiān)測數(shù)據(jù)的提供。基于工業(yè)區(qū)塊鏈的碳監(jiān)測平臺，可以助力打通企業(yè)、園區(qū)、政府有關(guān)部門信息壁壘，提升雙碳所需數(shù)據(jù)的提供頻率，從過去一年申報一次，升級為按需統(tǒng)計，有效提升政府對區(qū)域內(nèi)企業(yè)雙碳管理的水平。本項目擬通過工程機械行業(yè)領(lǐng)域落地經(jīng)驗進一步夯實區(qū)塊鏈底層技術(shù)，優(yōu)化應(yīng)用層功能與碳核算算法，逐步推廣至離散制造行業(yè)，并向鋼鐵、建筑、化工等行業(yè)推廣。
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