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★中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司王亞彬，魏旭超，周志遠，么佳麟，章方芳

1　引言

在碳達峰、碳中和目標背景下，碳排放管理已成為能源管理的重要組成部分。國家發(fā)改委《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》中明確要求加強產(chǎn)業(yè)園區(qū)的節(jié)能降碳能力建設(shè)，推進園區(qū)綠色低碳轉(zhuǎn)型^[1]。

2022年1月24日，由全國信標委智慧城市標準工作組組織編制的《零碳智慧園區(qū)白皮書》正式發(fā)布。截至2021年底，中國已經(jīng)開展了6個低碳省（區(qū)）和81個低碳城市、51個低碳工業(yè)園區(qū)、400余個低碳社區(qū)和8個低碳城（鎮(zhèn)）試點，形成了全方位、多層次的試點體系^[2]。

作為連接工業(yè)和社會的重要載體，低碳園區(qū)建設(shè)勢必會成為雙碳目標下實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的重要手段，因此加強園區(qū)低碳化建設(shè)已成為園區(qū)建設(shè)的必然選擇。

2　項目背景

本文以天津市某園區(qū)為研究對象，針對數(shù)字化碳資產(chǎn)管理平臺進行了應(yīng)用研究。該園區(qū)占地面積約為10平方公里，以居住、商業(yè)、辦公業(yè)態(tài)為主，入駐1000余家企業(yè)，常住人口約4萬人，耗能主要以電能、熱力等為主。在建設(shè)綠色低碳園區(qū)的過程中，該園區(qū)為了達到低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的目標，積極從兩方面推動園區(qū)的減碳改革：一方面從控制碳排放入手，采用清潔能源，推動園區(qū)降耗節(jié)能；另一方面對生產(chǎn)生活過程中產(chǎn)生的碳排放進行固定、吸收、中和。

3　項目分析

為實現(xiàn)低碳化園區(qū)這一目標，該園區(qū)從能源的供給側(cè)、消費側(cè)進行系統(tǒng)的優(yōu)化，并建立了相對完善的碳排放管理體系。

在能源供給側(cè)，該園區(qū)因地制宜地將綠色清潔能源接入園區(qū)的供電系統(tǒng)，減少了對傳統(tǒng)電能的使用。

該園區(qū)所在地水平面總輻照量為5122.08MJ/m2，太陽能資源豐富，屬于B等級“資源很豐富”區(qū)域，日照充足，水平面總輻射穩(wěn)定度為穩(wěn)定，適合建設(shè)光伏發(fā)電站。該園區(qū)利用園區(qū)約10萬平方米閑置屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，150個地面車位的光伏車棚建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，總計光伏裝機規(guī)模約8MW，每年為該園區(qū)年提供清潔電力能源約869萬kWh，相當(dāng)于每年可節(jié)約標煤1182.60t（以平均標煤煤耗為301.5g/kWh計），相應(yīng)每年可減少二氧化碳（CO2）排放約3247.75t，節(jié)能減排效益顯著。針對光伏出力不穩(wěn)定的問題，園區(qū)同時安裝22套0.5MW/1MWh分布式電化學(xué)儲能系統(tǒng)，為園區(qū)打造光儲一體化的清潔能源供電系統(tǒng)，提高了光伏清潔能源的消納比例，同時提高了園區(qū)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在能源消費側(cè)，該園區(qū)已著手對大約20萬平方米的既有建筑進行節(jié)能改造工程。通過節(jié)能改造工程實現(xiàn)暖通空調(diào)、給排水、供配電、電梯、供熱、照明等設(shè)備的集中監(jiān)視、管理和分散控制，降低了建筑和設(shè)備運行成本，減少了能源消耗，提高了經(jīng)濟效益。通過采用智能化管理系統(tǒng)，本項目的用能相較改造之前降低約10%，同時管理人員數(shù)量減少40%，運營成本降低25%。智能化管理系統(tǒng)的運用，極大地提高了建筑能源利用效率，降低了能源消耗，為建筑行業(yè)樹立了可持續(xù)發(fā)展的典范。

該園區(qū)致力于推動“交通+新能源”模式，在園區(qū)內(nèi)建設(shè)了2處智慧充換電驛站，提供了整車充電及電池與車身分開后充電（換電）兩種充電方式，以滿足公交、環(huán)衛(wèi)等商用車及家庭乘用車的需求。此舉旨在推廣綠色交通，強化交通領(lǐng)域的節(jié)能減排，從而倡導(dǎo)低碳交通和低碳生活，降低園區(qū)的碳排放。此外，為了實現(xiàn)低碳園區(qū)的目標，該園區(qū)在公共區(qū)域和小微綠地上種植了紫穗槐等碳匯能力較強的植物。這些植物不僅可以增加園區(qū)的綠化覆蓋率，還可以充分發(fā)揮植物的碳吸收能力，實現(xiàn)園區(qū)碳匯能力的最大化。通過打造集休閑、工作、居住、娛樂于一體的多元模式景觀，該園區(qū)致力于提供一個舒適、健康的生活和工作環(huán)境，同時也為減碳固碳事業(yè)做出了積極的作用。

綜上，該園區(qū)從減碳和固碳入手，在園區(qū)內(nèi)開展了大量的減排工作。但碳排放及減碳涉及到園區(qū)生產(chǎn)、生活的多個方面，園區(qū)的碳排放數(shù)據(jù)記錄量龐大，人工統(tǒng)計難以保證準確性及時效性，并且海量的數(shù)據(jù)存儲管理相當(dāng)困難。因此園區(qū)引入碳資產(chǎn)管理平臺系統(tǒng)，實時采集監(jiān)測跟蹤區(qū)域能源供給側(cè)、消費側(cè)數(shù)據(jù)。通過建立綜合性的碳資產(chǎn)管理大數(shù)據(jù)平臺，運用大數(shù)據(jù)、云計算等手段，實時分析園區(qū)碳排放情況，監(jiān)測跟蹤園區(qū)碳達峰、碳中和進度。另外，該平臺可采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對復(fù)雜經(jīng)濟社會事務(wù)變化發(fā)展進行多維動態(tài)模擬研判，動態(tài)演繹碳達峰、碳中和路徑，提高了園區(qū)對碳減排的管理、監(jiān)督和預(yù)測預(yù)警等決策應(yīng)對能力﹐為該園區(qū)雙碳目標實現(xiàn)提供了有力支撐。

4　園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺概述

園區(qū)碳資產(chǎn)管理服務(wù)平臺的開發(fā)與應(yīng)用，順應(yīng)國家能源革命和“雙碳”戰(zhàn)略目標^[3]。園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，由物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用層三大部分構(gòu)成。碳資產(chǎn)管理平臺也可以看作是能耗管理系統(tǒng)的功能的延伸，它通過對園區(qū)能源供給及消耗碳排放數(shù)據(jù)及生產(chǎn)、生活中的可能產(chǎn)生碳排放行為進行監(jiān)測和分析，實現(xiàn)園區(qū)碳排放情況的智能化精細化管理，以達到提高碳排放管理效率，保證生產(chǎn)安全和經(jīng)濟、環(huán)境效益的目的。碳資產(chǎn)管理平臺可為政府機構(gòu)、園區(qū)及第三方機構(gòu)等市場主要客戶群體，提供實現(xiàn)全方位碳監(jiān)測與計量、多維度碳分析與評估、綜合性碳資產(chǎn)管理、個性化碳賬戶與減排服務(wù)等功能，打造“能源+雙碳”的一體化智慧管控大腦和資源中樞，助力數(shù)智雙碳綜合服務(wù)生態(tài)圈的構(gòu)建^[4]。

園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺通過數(shù)據(jù)采集終端將現(xiàn)場環(huán)境、設(shè)備運行狀態(tài)、公共交通、生產(chǎn)生活碳排放等數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上傳至平臺數(shù)據(jù)中心，然后通過數(shù)據(jù)中心內(nèi)置算法及大數(shù)據(jù)庫對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的分析和處理，為園區(qū)提供了輔助決策和分析功能，實現(xiàn)了對碳排放的實時監(jiān)控、碳排放情況的智能分析、設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、設(shè)備故障報警等功能，最終實現(xiàn)了園區(qū)能耗碳排放情況可視化、碳排放管理精細化、碳排放管理系統(tǒng)智能化。

5　園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺的總體架構(gòu)

5.1　總體架構(gòu)

該園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺的總體架構(gòu)采用典型的云架構(gòu)，由基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層（IAAS）、平臺服務(wù)層（PAAS）和軟件運營層（SAAS）三部分組成。該平臺基于底層數(shù)據(jù)的采集、辨識、上傳，通過數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析等手段，為園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺功能應(yīng)用提供支持^[5]。碳資產(chǎn)管理平臺可為園區(qū)不同的應(yīng)用場景提供多種展示渠道，既可以通過大屏監(jiān)控集中展示監(jiān)控中心，又可以通過Web端應(yīng)用和手機App實時推送數(shù)據(jù)至移動終端，實現(xiàn)了全面、實時、高效、精準的監(jiān)控服務(wù)輸出?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

圖1 碳資產(chǎn)管理平臺總體架構(gòu)

5.2　功能架構(gòu)

根據(jù)園區(qū)需求，該園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺設(shè)計了多個子應(yīng)用模塊，如圖2所示，其中包括：碳排放核算與管理、能耗雙控管理、碳履約管理、產(chǎn)品碳足跡測算及認證應(yīng)用、第三方服務(wù)機構(gòu)管理、污染物排放管理、低碳建筑與綠色交通、碳普惠管理。該平臺通過建立自動化數(shù)據(jù)采集、智能化分析與管控的運行機理，以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)、模型算法為支柱、信息化管理方式為手段，幫助園區(qū)摸清碳家底、精準核算碳排放、科學(xué)預(yù)測減碳路徑，助力園區(qū)完成雙碳任務(wù)。該平臺功能采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶的需求差異提供個性化定制功能。

圖2 碳資產(chǎn)管理平臺應(yīng)用架構(gòu)

5.3　部署架構(gòu)

該園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺基于防火墻、VPN等網(wǎng)絡(luò)安全防護保護系統(tǒng)，采用監(jiān)控與管理層、數(shù)據(jù)平臺層及數(shù)據(jù)采集與控制層三層架構(gòu)部署云平臺。

數(shù)據(jù)采集與控制層：在能源系統(tǒng)監(jiān)控中心部署實時數(shù)據(jù)庫，與園區(qū)各建筑能源及碳排放管理系統(tǒng)進行遠程通訊，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備運行監(jiān)控、對工藝生產(chǎn)區(qū)進行監(jiān)測報警^[6]。其主要的監(jiān)測范圍，包括園區(qū)能源系統(tǒng)（含光伏發(fā)電儲能系統(tǒng)）、建筑能耗、充換電站運行狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、碳排放量、其他生產(chǎn)生活行為等。

數(shù)據(jù)平臺層：通過磁盤陣列、虛擬化平臺構(gòu)建碳資產(chǎn)管理平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于采集到的生產(chǎn)生活相關(guān)數(shù)據(jù)存儲，并應(yīng)用大數(shù)據(jù)進行精準分析。為了解決網(wǎng)絡(luò)安全問題，系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用物理隔離手段，通過專用加密網(wǎng)絡(luò)同生產(chǎn)生活網(wǎng)絡(luò)隔離，避免入侵或信息泄露。

監(jiān)控與管理層：通過虛擬化平臺、云平臺系統(tǒng)，可實現(xiàn)碳資產(chǎn)管理平臺的功能層^[7]。該平臺功能采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶的需求差異提供個性化定制及功能擴展。

該平臺可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時對園區(qū)內(nèi)化石燃料燃燒、外購熱力和電力、生產(chǎn)生活過程、廢棄物處理、交通系統(tǒng)、景觀綠地產(chǎn)生的二氧化碳排放量進行精準采集計算。

6　應(yīng)用及效果分析

（1）該園區(qū)借助前端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對現(xiàn)有能源系統(tǒng)（含光伏發(fā)電系統(tǒng)）、建筑節(jié)能、交通設(shè)施（含新能源交通）等數(shù)據(jù)進行實時自動化采集，并通過數(shù)字化、智能化、可視化的園區(qū)碳資產(chǎn)管理平臺，迅速查清碳排放底數(shù)、精確核算碳排放量、深度分析碳減排方案。項目初期主要減碳效果如表1所示。

表1 項目初期減碳效果

·燃油車行駛100公里耗按照8升測算，汽油燃燒產(chǎn)生0.0192t二氧化碳，這些汽油生產(chǎn)過程中產(chǎn)生0.035t二氧化碳，兩者總計0.0542t二氧化碳。

·新能源汽車的百公里按耗電量15Kwh測算。

（2）該園區(qū)通過實施監(jiān)測和評估，對能源、建筑、交通等領(lǐng)域的碳排放量和減碳成效進行精確統(tǒng)計，并以可視化方式進行成果展示。碳資產(chǎn)管理平臺可全方面、多角度地展示該園區(qū)的關(guān)鍵碳指標、碳排放變化趨勢、時空分布、行業(yè)排放特征、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性等詳細情況，特別針對重點區(qū)域、重點問題，做出醒目提示，幫助該園區(qū)雙碳工作決策能夠找準目標，明確方向。碳資產(chǎn)管理平臺駕駛艙展示圖如圖3所示。

圖3 碳資產(chǎn)管理平臺駕駛艙展示圖

（3）以碳資產(chǎn)管理平臺內(nèi)的國內(nèi)外現(xiàn)行碳排放核算方法學(xué)為基礎(chǔ)，借助碳資產(chǎn)管理平臺的強大數(shù)據(jù)庫及碳領(lǐng)域?qū)＜翌檰柕闹笇?dǎo)功能，可為該園區(qū)定制一套符合其特點的個性化碳排放監(jiān)測計量和量化核算標準體系。該體系針對該園區(qū)的能源活動消費集中、能源品種類型多樣的特點，對園區(qū)內(nèi)的能源活動、居民生活、廢棄物處理等所產(chǎn)生的碳排放數(shù)據(jù)進行科學(xué)精準核算。同時，碳資產(chǎn)管理平臺可依托企業(yè)、居民活動數(shù)據(jù)收集與交互系統(tǒng)，為該園區(qū)企業(yè)、居民提供碳資產(chǎn)、碳普惠管理平臺，積極引導(dǎo)該園區(qū)向低碳環(huán)保的生產(chǎn)與生活方式轉(zhuǎn)變。

（4）基于SBTi、CFOS、CREOS方法論，對碳資產(chǎn)管理平臺采集的該園區(qū)多領(lǐng)域、多維度大數(shù)據(jù)進行深入的數(shù)據(jù)分析和建模。通過精細的建模過程，建立該園區(qū)的碳達峰、碳中和路徑規(guī)劃模型。該模型能夠自動生成針對該園區(qū)的個性化減排路徑建議方案，為該園區(qū)的碳減排目標提供了科學(xué)、精準的決策支持。

7　結(jié)論

碳資產(chǎn)管理平臺的應(yīng)用能夠全面摸清園區(qū)的碳排放情況、規(guī)范碳排放核算方法、實現(xiàn)碳資產(chǎn)管理以及碳排放的數(shù)字化追蹤。數(shù)字技術(shù)的運用使得碳排放數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、存儲、計算、統(tǒng)計更加精準、便捷、安全、可靠。

通過碳資產(chǎn)管理平臺構(gòu)建全面的園區(qū)碳資產(chǎn)管理體系，運用先進的大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)手段，能夠幫助園區(qū)實時且方便地獲取與碳相關(guān)的各類信息，能夠使園區(qū)的“碳”管理實現(xiàn)規(guī)范化、精準化，從而更好地跟蹤和管理碳排放。

此外，碳資產(chǎn)管理平臺的應(yīng)用還有助于提升園區(qū)對碳減排的管理、監(jiān)督和預(yù)測預(yù)警能力。通過采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對復(fù)雜的經(jīng)濟社會事務(wù)變化發(fā)展進行多維動態(tài)模擬研判，園區(qū)可以實時演繹碳達峰、碳中和的路徑，從而更好地監(jiān)測和跟蹤區(qū)域碳達峰、碳中和的進度。

總之，該綜合平臺可以為園區(qū)的雙碳目標實現(xiàn)提供強有力的支持，幫助園區(qū)更好地實現(xiàn)碳減排目標。

作者簡介：

王亞彬（1984-），男，天津人，高級工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，主要從事供配電、新能源應(yīng)用相關(guān)設(shè)計及研究工作。

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摘自《自動化博覽》2024年8月刊