让“互联网+”驱走工业的雾霾

发表于  2015/03/30 16:30   约6分钟

  环境污染、生态破坏、资源能源日趋匮乏已经成为人类社会共同面临的严峻挑战,解决这些全球性社会问题、实现可持续发展,已经成为人类的共识。雾霾的来源,无论是发电、汽车、钢铁、水泥等,都跟工业息息相关,而“节能减排”、“绿色低碳”、“淘汰落后产能”等,俨然已是当今社会的热门词汇。为此,许多国家对工业节能减排的要求更高。德国的“工业4.0”,美国GE公司的“工业互联网”有一个相同的愿景,那就是工业节能减排与综合利用。

  其实,在工业化进程中,每个国家都无一例外地遭遇过经济发展、资源利用和环境保护之间的失衡, 德国亦是如此。上世纪60至70年代的经济增长称为德国的“经济奇迹”,德国在走出战争废墟、跻身世界经济强国之列的同时,也破坏了自然环境,以煤炭和钢铁为中心鲁尔区污浊的空气令民众呼吸困难,雾霾也成为那时的普遍现象。因此,自70年代以来,节能减排成为德国发展工业经济的一项基本国策。

  资料显示,自1994年起,德国政府把科技政策的支持重点集中在发展环境保护技术和能源技术上, 并且出台了很多新的能源和环境政策, 旨在促进经济发展和环境保护的和谐。90年代以来,德国的能源消耗在经济增长的同时不断下降,逐步解决了工业化过程中的污染问题,环境质量得到明显改善,实现了经济发展模式的转变。尽管如此,根据德国能源署的数据显示,2010年工业占德国总能耗的比率仍然高达16%。

  德国是欧洲国家中节能减排法律框架和促进低碳经济政策最完善的国家之一。近年来,德国政府极其重视节能减排和低碳发展,在超额完成《京都议定书》规定的温室气体减排量的基础上,还提出了高于《京都议定书》和欧盟要求的减排目标。但是,尽管如此,作为制造业大国,德国仍是欧盟工业国中遥遥领先的耗能大国,煤炭消耗量位列全球第四,石油天然气消耗量排名全球第六。所以,德国政府,尤其是工业部门一直以来积极致力于解决环境与能源等全球性问题,德国“工业4.0”战略中,充分体现了德国政府对环境与能源问题的重视。

  我国是世界第一制造业大国,但是制造业能源消耗大,污染严重。2012年数据显示,工业占国内生产总值的40%左右,是能源消耗及温室气体排放的主要领域,工业能耗占全社会总能耗的70%以上,单位产品能耗远高于国际先进水平,而单位产值产生的污染却远远高出发达国家。

  单位GDP能耗,又叫万元GDP能耗,每产生万元GDP所消耗掉的能源,一般用来反映一个国家经济活动中对能源的利用程度,反映经济结构和能源利用效率的变化。2009年我国单位国内生产总值能耗是德国和日本水平的5倍多,是美国的3倍多(图1);2010年我国单位国内生产总值能耗仍然是世界平均水平的2.2倍,且主要矿产资源对外依存度逐年提高,石油、铁矿石等均已超过50%。


  图1 2009年我国单位国内生产总值能耗

  (数据出处:国家统计局,2009)

  我国的“互联网+工业”不仅仅要体现在先进制造上,还应体现在能源管理之中。就制造业工厂而言,除了仪器仪表等传统硬件的改进之外,更重要的还是要建立能源管理系统。能源管理系统能够科学地把能源管理起来,使工厂在生产制造过程中,实现现场管理、能源监控,从而能够高效地使用能源。

  “互联网+工业”,通过互联网等通信网络,使工厂内外的物品与服务相互合作,形成了智能制造,实现机器和原材料、机器和机器、机器和产品的“网络协同”。这不仅能够大幅提升生产效率,还能够解决能源消费问题。生产车间利用传感器和互联网技术将能源生产端、传输端、消费端等众多设备连接起来,形成一个可以有效管控的能源系统,从而可以整合生产资源数据、生产环境数据、外部气象数据、电网数据以及市场数据等,进行统一的数据分析,调整设备负荷、平衡生产调度计划,使能源管理系统成为一个有机整体。

  以往,工厂在生产间歇期间,为了确保生产设备处于随时可以运转状态,消费着大量能源。未来,如果能够根据工厂的实际作业情况,实时对能源供给进行调整,就能够从总体上减少大量的能源消费。

  此外,制造业生产过程中,往往采用大量的大功率用电设备,由于生产设计能力与实际能力、工艺及生产管理之间往往存在一定的变化,所以部分设备运行效率低下,存在巨大的节能空间。在工业化和信息化深度融合的今天,完全可以利用“互联网+工业”帮助工厂实现节能减排。具体而言,可以从收集和分析能耗信息、识别问题、管理运营和改变耗能不良习惯等四个环节,实现能耗的科学管理(图2)。

  图2 工业节能减排步骤

  (一)收集和分析能源信息

  只有通过对设备自身的行为监测,才更有可能对能耗做出调整。只有通过密切关注能源的消耗情况,才更有可能实现节省能源的目的。利用能源管理系统对工厂各个车间的配电系统进行监控和管理,可以通过网络实时收集能耗数据和各个设备的能耗信息,来进行分析并减少对能源的浪费。

  (二)识别问题

  通过能耗的网络可视化管理,能够让工厂管理人员简单清晰地得到所需要的信息,从而可以迅速找到电力和能源方面的异常情况,避免设备和生产线的停机,并支持可持续发展计划。

  (三)管理运营

  通过持续地对能耗信息进行收集和分析,识别问题,从而有能力对可用性、负载情况、能源间歇和能源消耗进行实时的测量,并按照工厂计划生产,根据需要实时做出调整,确保所有的配电设备都在最优效率的状态下运行。

  (四)改变耗能不良习惯

  利用网络可视化软件,工厂工人更容易看出能源在哪些地方被浪费,以及可以在哪些地方实现节省。无论是晚间的生产间歇,周末的生产间歇,还是分时段驱动的电机和设备,能源管理系统都可以对这些工厂节能减排方面提供建设性的支持,从而改变耗能的不良习惯,做到在产品生产制造过程中浪费最少,整个过程努力达到零故障、零污染。

  可以说,在“互联网+工业”渐趋渐进的当下,智能制造将引领制造业向绿色工业转型,减少工业环境污染。

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王喜文

工业和信息化部国际经济技术合作中心电子商务研究所所长 /  4 篇文章

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在工业化进程中,每个国家都不无例外地遭遇过经济发展、资源利用和环境保护之间的失衡。而今后,我国的“互联网+工业”不仅仅要体现在先进制造上,还应体现在能源管理中。

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