专题丨“双碳”目标下能源数字化转型推动我国工业绿色低碳发展

“双碳”目标下能源数字化转型推动我国工业绿色低碳发展

高信波¹  张素¹  李小龙¹  卢亚光²

（1.中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所，北京 100191;

2.中国信息通信研究院技术与标准研究所，北京 100191）

摘要：为明确我国在“碳达峰、碳中和”（简称“双碳”）目标下，工业领域能源数字化转型的路径和成效，基于现状分析、政策分析、调研问卷以及企业拜访等方式，整理出工业企业、工业园区、工业城市及碳变现的能源数字化转型案例，分析及总结了工业领域能源绿色转型的经验，从政策、技术、管理等多个层面探索式提出政策建议。

关键词：碳达峰；碳中和；能源数字化；新型工业化

0   引言

当前，我国数字经济发展方兴未艾，云计算、大数据、区块链、人工智能等数字技术正在能源领域广泛应用，形成了碳排放调控、产能预测、能源勘探、能源交易平台等一批典型应用场景，深刻推动我国能源数字化转型，为加快构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源体系、实现我国从高碳向低碳/零碳绿色方向发展提供了强有力支撑。未来，随着新一轮科技革命和产业变革浪潮的持续推进，数字技术将在更大范围、更深层次、更高维度推动能源数字化转型，而工业作为我国节能减排的重点领域，将是能源数字化转型的主战场。

1  能源数字化转型是推动工业绿色发展的关键举措

“双碳”与绿色发展是相辅相成的关系，实现“双碳”需要绿色发展的支持和推动，而绿色发展也需要“双碳”作为目标引领。2023年，我国工业生产值占国内生产总值的比重约为31%，但是工业领域的能源消耗超过了65%、碳排放占比达到70%以上^[1]，传统的“高耗能、高排放”型的工业增长模式难以满足国家“双碳战略”和经济高质量发展需求，工业绿色发展难以为继。《“十四五”工业绿色发展规划》提出，加快推动工业领域碳达峰行动，支持工业向能源消费低碳化、生产方式数字化等方向转型^[2]。在“双碳”目标及新型工业化战略背景下，如何推动工业领域能源数字化转型，对于提升工业绿色发展效率、实现“双碳”目标具有重要意义。

当前，国内外高度关注工业领域能源数字化转型，从低碳技术、能源效率、能源结构等多个维度探讨能源数字化如何影响工业绿色低碳发展。一方面，认为能源数字化转型对推动工业碳减排具有重要促进作用。例如，杨丹辉等^[3]提出能源数字化转型是在企业能源的源、网、荷、储等每个环节与数字化技术相结合，通过数字记录和分析数据，更好地预测需求，优化使用，降低浪费，从而极大促进了工业碳减排；刘仁厚等^[4]提出数字经济通过提升能源效率等途径推动工业碳减排，可以降低出口产品碳强度，对促进我国工业出口、应对欧盟等发达国家的碳关税具有重要意义。另一方面，重点探讨了能源数字化转型对工业绿色发展的影响程度和带动作用。例如，杨习铭等^[5]提出能源技术不断迭代是促进我国工业绿色发展的重要因素，并从金融资本、人力资本、物流能力等方面分析了能源数字化是如何提升我国工业效率的；王于鹤等^[6]提出基于数字技术搭建能源互联网能够有效推动区域多种能源的高效协同优化，为能源的共享共用创造有利条件，从而推动工业能源高效、清洁化发展，实现工业全要素能源效率的提升，并分析了具体案例。

2  我国工业领域能源数字化转型案例分析

随着我国数字经济的蓬勃发展，产业数字化进程持续加速，不同细分行业能源数字化转型正在探索新的发展方向，不断催生新技术、新业态和新模式。工业领域能源数字化转型逐渐深入，清洁能源占比不断上升，能源使用效率持续优化和提高^[5]。目前，我国铁、原铝等单位产品能效已经达到了世界先进水平，数字化赋能效果凸显，大数据、5G、工业互联网、区块链、人工智能等新兴技术与工业绿色发展相融合，形成了一批工业领域能源数字化转型典型应用场景^[7]。为了更好地研究我国工业领域能源数字化转型现状，围绕企业-园区-城市3个维度，本文选取笔者参与实施的具有代表性的工业能源数字化转型案例，对其生产实践进行深入研究，并总结成功因素和发展经验。

2.1  基于企业-园区-城市3个维度的案例分析

2.1.1  企业层面：某工业企业打造能源数字化管理体系实现碳减排

铸造和锻压是装备制造业的重要工艺环节，也是产业链下游高端装备制造产业以及众多硬件产品的重要支撑和基础保障，但压铸厂是典型的高耗能企业，一直面临着降碳减污的压力。国内某压铸厂为了加快建设生产清洁化、废物资源化、能源低碳化的绿色智能压铸工厂，应用数字技术构建了工业“双碳”大数据与能源消耗智能精益管控平台（见图1），该平台通过部署碳神经单元收集并上链碳数据，并基于工业碳核算、碳诊断、碳减排技术等理论研究与关键技术突破，实现碳排放精细化管理。该项目上线一年，通过应用数字技术提升企业能源数字化管控能力，成功实现四大应用效果：制造技术绿色化率较预期值增加33.1%；制造过程绿色化率较预期值增加39.8%；资源环境影响度较预期值降低19.1%；每吨压铸产品减少碳排放0.73 T。

图1   工业“双碳”大数据与能源消耗智能精益管控平台

2.1.2  园区层面：某工业园区建设能源数字化管控平台高效管理园区内企业生产能耗

目前，我国大部分工业园区的能源利用效率不高，需要挖掘基于“能源+工业互联网”智慧用能的方式管理园区用能，实现节能降耗。某工业园区在政府主管部门统筹规划下，通过网络、标识、平台等工业互联网信息基础设施建设，建立了产业链/供应链数据流动共享机制，对园区碳排放进行统一管控，全面提升园区能源利用效率，创新园区能耗管理模式，实现政府“一张图摸清园区碳排放”、园区“平台精准把控企业碳排放”、企业“企业资源循环、技术共享”、应用服务商/开发者“低碳应用开发与发布”（见图2）。该项目上线一年，通过建立场景化碳排放管理体系，开展碳配额核定和主要产品碳足迹追溯，成功盘点园区碳资产8 000 万元，实现园区碳排放效率提升10%，综合能效提升5%。

图2   工业园区能源数字化管控平台

2.1.3  城市层面：某工业城市利用数字技术推动节能减排的成功实践

内蒙古鄂尔多斯市作为国家能源基地，高能耗产业聚集，“双控双碳”压力巨大。鄂尔多斯市及下辖旗县基于能碳管理中心，建设两级联动数字化双碳平台，构建能碳计算模型及三层服务体系，实现碳排全景监测管理，一站式解决方案赋能城市低碳规划与运行调控，全面呈现以碳数据为核心的城市能碳监管，助力政府开展能碳精细化治理（见图3）。该项目上线一年，实现四大应用效果：2022年全市单位GDP能耗下降2%；助力批复节能审查项目63 项，总投资1 500 亿元；模拟挖掘出“十四五”节能空间180 万吨标煤；推动能、碳、水等资源要素向产出效益更高的产业倾斜。

图3   工业城市能源数字化转型体系

2.2  我国工业领域能源数字化转型经验总结

2.2.1  政策引导力度持续增强

随着我国全面提出高质量发展要求，生态环保日趋严格，我国政府在不同层面制定了环保相关法律法规来约束工业企业在发展过程中的能耗污染，以督促企业减少污染，实现绿色发展。同时，国家在不同领域持续出台政策加大对企业绿色转型发展的支持，例如通过获取贷款、担保、保险等绿色金融服务和税收优惠、财政补贴、政府贷款等方式为工业企业提供资金，推动绿色产业的发展和升级。以压铸行业为例，《关于推动铸造和锻压行业高质量发展的指导意见》提出，加大资金支持，在压铸行业培育100 家以上绿色工厂，推动压铸产业能源数字化转型，实现绿色发展水平大幅提高。

2.2.2  数字化与绿色化协同发展进程加速

工业领域是数字技术助力节能减排的主战场，推动数字赋能工业绿色低碳转型是实现工业降碳的一大重点发展方向^[8]。当前，随着5G、人工智能、大数据、工业互联网为代表的数字技术不断创新突破，国内能源数字化产业蓬勃发展，阿里巴巴、华为技术有限公司、腾讯控股有限公司以及通信运营商等聚焦智慧能源管理、智慧电力系统、碳排放监控与碳减排设计等领域，推出了众多数字能源产品和服务，为产业发展提供了更广阔的空间和机会，进一步夯实各行业各领域企业在数字化绿色化协同发展的基础能力^[9]。同时，国家和地方加大布局能源大数据中心、能源工业互联网、电力物联网、能源管理平台等数字基础设施，为企业能源数字化转型提供了基础支撑。通过上述案例可以看到，基于数字技术建设的能源数字化管理平台，工业企业可以通过引进先进环保技术和设备来降低碳排放和能源消耗，实现了企业、园区、城市不同层级的全流程绿色化改造和能源精细化管理，极大地推动我国工业绿色转型升级。

2.2.3  传统企业绿色发展意识和需求逐步提升

传统企业的绿色转型不仅是适应外部发展环境变化的被动应对，也是其推动自身创新发展的主动之举。目前，随着绿色发展理念的广泛普及，传统企业管理人员对绿色发展的认知力正在提升，推动企业绿色改造和绿色技术创新的步伐不断加速，能源数字化转型已成为企业适应新时代发展需求的必然选择。同时，从上述案例可以看到，许多领域的行业龙头企业、链主企业通过能源数字化转型实现了效益的提升，形成了良好的示范带动效应。未来，随着推进新型工业化的步伐加速，将会有更多企业希望通过能源数字化转型挖掘新的增长引擎，提升企业核心竞争力，特别是外贸型企业或上市公司可以此作为资金来源新方向及专业服务新领域^[10]。

3  “双碳”目标下工业领域能源数字化转型面临的挑战

在“双碳”目标下，工业企业能源行业数字化转型的必要性和紧迫性显著提升，但是能源数字化转型不只是企业自身的变革，也是产业链/供应链上/下游乃至区域产业集群的调整及优化升级，面临着政策、技术、市场等诸多挑战。

3.1  政策体系和基础设施有待进一步完善

我国现有的绿色低碳政策体系还不够完善，支持工业企业能源数字化转型方面的力度和覆盖面需要进一步加强，才能引导企业主动深度参与到“双碳”行动，适应市场竞争，大力发展绿色产业和低碳技术。我国许多地区能源结构不够合理，如过分依赖某种能源或缺乏多元化的能源供应，这也会导致能源利用效率低下和环境等问题。而清洁能源的发展必须建立完善的基础设施，如电力网络、充电站、风力发电场等，这些基础设施的建设需要大量资金和技术支持，同时也需要与现有能源系统进行协调和兼容。

3.2  技术支撑和数据流通有待进一步提升

企业开展能源数字化转型、降低碳排放所需的数字技术、低碳技术、清洁能源技术等还不够成熟，大量中小企业缺乏能源数字化转型的技术体系以及人才支撑，转型基础不牢固。同时，能源数字化转型需要充分挖掘数据要素的价值，依赖产业链/供应链上/下游数据贯通。然而，目前工业领域“数据孤岛”现象广泛存在，一方面由于缺乏数据管理体系，上/下游企业数据标准不统一，导致海量异构数据资源难以使用；另一方面由于能源数据涉及多个市场主体，企业需要与电力、碳排放、生态环境等诸多数据协同共通，跨部门数据开发利用难度大。

3.3  企业观念和安全保障有待进一步增强

当前，传统工业企业推动能源数字化转型的动力不足，一方面企业过度依赖过去高能耗、高排放、高污染的发展方式，缺少转型的意识，产业侧的能源数字化转型示范标杆带动作用还不明显；另一方面企业需要投入资金、人力等用于技术研发和设备更新，这对生产经营产生了一定压力，成熟的商业模式仍然有待探索。同时，能源数字化转型既面临着数字技术、数据隐私等数据安全问题，还需要考虑企业能源安全以及生产安全等多方面问题，这对企业开展能源数字化转型提出了更高的要求。

4  “双碳”目标下推动工业企业能源数字化转型的对策建议

4.1  政策层面：加强政策引导和支持

随着我国“双碳1+N”政策体系构建完成，各地“双碳”工作实施意见及“碳达峰”方案陆续公布，工业领域能源数字化转型急需向更深层次推进。一是制定明确的节能减排、绿色生产等方面的奖惩政策，加大财政资金、税收优惠、金融扶持等政策支持力度，支持企业实施能源数字化改造，建设能源数字化管理体系；二是加快完善能源数字基础设施布局，支持建设一批高能级的能源信息管理平台和技术服务公共平台，积极推动与园区绿色金融综合服务平台、招商引资服务平台等互联互通，为工业企业提供数据、技术、测试、认证等综合服务；三是加强宣传教育和培训，提高工业企业对绿色转型的认识和理解，鼓励各类经济体积极参与能源数字化转型，大力培育一批高质量的能源数字化方案服务商。

4.2  技术层面：推动技术创新和应用

在工业企业能源数字化转型过程中，需要持续加大创新技术研发和设备投入，构建能源数字技术创新体系。一是加大对可再生能源、节能减排技术、循环经济等方面的研发投入，积极引进和推广先进的节能技术（如高效锅炉、变频技术、智能控制等），提高能源利用效率；二是积极发展清洁能源技术，加大清洁能源（如太阳能、风能等）使用占比，逐步减少工业企业对传统能源的依赖；三是采用循环生产模式和资源回收利用技术，减少废弃物的排放和对环境的污染，并引进国外先进的绿色技术和经验，推动国内绿色技术的发展和应用；四是提高企业员工的节能减排意识和技能水平，培养专业人才和技术团队。

4.3  管理层面：优化企业管理和流程再造

根据国家绿色低碳产业政策和决策部署要求，结合国内外环境、市场和技术的动态变化，建立符合绿色低碳发展的专业管理体系，构建可持续发展新模式。一是制定企业绿色发展和能源数字化战略，明确企业绿色低碳的目标和愿景；二是优化企业生产流程，推广数字化和智能化管理，大力发展绿色生产，推动企业生产效率变革；三是建立绿色供应链体系，从原材料采购到生产、运输、销售等环节实现低碳化、可持续化发展；四是完善企业监管机制，包括制定绿色规章制度、设立绿色管理机构、建立绿色考核评价机制等；五是建立绿色企业文化，积极开展低碳宣传和推广活动，提高企业员工和社会公众的低碳意识和环保意识。

4.4  市场层面：参与碳交易和利用碳市场

目前，国内碳交易和碳市场在政策支持、试点建设、市场规模、技术进步和国际合作等方面都取得了积极进展。企业参与碳交易有助于获得碳排放权，降低减排成本，提高品牌价值和市场竞争力。一是加强对碳交易市场和政策的学习和研究，积极参与碳交易平台建设，把握市场机遇和应对挑战，实现企业的低碳转型；二是利用碳市场机制，通过碳排放权交易、碳金融产品等手段，实现企业的经济效益和环境效益的双赢；三是加强碳资产管理能力建设，包括建立碳资产管理专业团队、提高碳资产管理水平等，从而更好地参与碳市场交易和管理企业碳排放。

5  结束语

推动工业企业能源数字化转型和绿色发展是推进新型工业化的重要举措和促进我国经济高质量发展的关键环节，也是实现“双碳”目标的内在要求。本文首先提出了“双碳”目标下工业企业能源数字化转型的重要意义，并从多个维度分析了当前我国工业领域能源数字化转型的典型案例；之后，总结发展经验，并结合转型过程中面临的政策、技术等方面的困难和挑战，提出了未来推动我国工业领域能源数字化转型的对策建议，对实现我国“双碳”目标、打造高质量发展的现代能源体系具有一定的启示意义。

Digital transformation of energy promotes green and low-carbon development of China’s industry when pursuing the dual carbon goals

GAO Xinbo¹, ZHANG Su¹, LI Xiaolong¹, LU Yaguang²

（1. Industrial Internet and IoT Research Institute, China Academy of Information and Communications Technology, Beijing 100191, China;

2. Technology and Standards Research Institute, China Academy of Information and Communications Technology, Beijing 100191, China）

Abstract: To clarify the path and effectiveness of China’s digital transformation of energy in the industrial sector when pursuing the dual carbon goals, this paper compiles energy digital transformation cases of industrial enterprises, industrial parks, industrial cities, and carbon monetization based on industry analysis, policy analysis, survey questionnaires, and enterprise visits. Then, it analyzes and summarizes the experience of green energy transformation in the industrial sector. Finally, it gives policy suggestions from multiple levels such as policy, technology, and management.

Keywords:  carbon peak; carbon neutrality; digitalization of energy; new industrialization

本文刊于《信息通信技术与政策》2024年 第10期

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