基于能源大数据的数智双碳平台设计

甘肃同兴智能科技发展有限责任公司 张兆师 李方军 陈佐虎 王 婷 国网甘肃省电力公司 刘志远

伴随着碳达峰、碳中和3060目标的郑重承诺，“双碳”的政策措施、行动方案、市场机制不断涌现，将“双碳”目标的发展推向了一个全新的热度和高度。其中涉及的数智双碳平台是以电力数据、人工智能等技术为基础的一种智能系统，针对于不同行业的能源消费以及生产活动中产生的温室气体排放数据进行监测和提供相关服务。

和以往线上报送、增量治理的思路不同，主动双碳管控以政策引导、多方主动、数字创新、安全融合、金融助力为主，不需要大规模的基础建设，拥有良好的经济性和可持续发展性，可在低碳发展政策制订、能源结构调整、重点领域节能、增加碳吸收和绿色金融支撑碳中和等方面提供数据支撑和辅助决策。

1 数智双碳平台框架设计

1.1 平台设计规划

数智双碳平台的建设结合电碳之间的能源转换，核心为碳核算方法，实现双碳时空协同，从时间、地域、行业等维度对碳排放、碳减排、碳汇进行“全景画像”。通过探索绿色供应链管理、绿色金融等商业化增值服务，探索绿色发展新模式，拓展碳资产管理平台等多个应用场景，逐步提升全场景的智慧化服务能力。根据数智双碳决策分析平台应用需求，通过能源管理、低碳管理、低碳服务、低碳信息等多种方式，统一规划数智双碳决策分析系统。

1.1.1 整体规划

量化-碳排放核算。根据国际国内关于各行业碳核算标准进行碳排放的科学计算，涵盖8大重点碳排放行业（电力、航空、石化、钢铁、化工、有色、造纸）、新能源消纳（风电、水电、光伏）和碳汇能力分析（森林、草原、园林等）。碳核算相关功能可涵盖核算、核查、阈值以及接口管理等。

分析-智能预警预测。通过多方数据融合智能分析，对标行业排放水平。预测未来排放量，为企业碳减排以及开展碳交易提供碳管理决策建议。为行业、企业关停、限产等提供有力监控预测，支撑各区域能够达到“3060”的目标；管理-系统管理。包括系统层面的行业管理、层级管理、机构管理、用户管理、碳资产管理（配额支撑及CCER 等）以及碳减排项目流程管理等。

报告-编译报告。参照国际国内碳排放报告格式自动生成可编辑、多格式的碳排放报告，满足碳交易、碳披露等不同诉求；补充功能。除了主要的量化、分析、管理以及报告的功能之外，比较通用的其它功能包括环保数据监控、低碳资讯、节能减排技术对接、低碳能力建设平台等。

1.1.2 数据规划

根据数智双碳决策分析平台整体规划，通过数据溯源、数据抽取、数据感知、服务调用、异步数据同步等多种方式，统一接入数智双碳决策分析系统，按监测系统实际分析的时间维度存储数据，实现各类生态环境指标数据、用电指标数据等多维数据融合、关联、分析和统计；其它时间维度的数据则存入大数据平台，供其它大数据分析应用。

1.2 平台设计

就实现双碳的目标来讲，数智双碳平台可分两个层次来理解：一是“数”。即碳排放、碳减排等线上化、数字化，如能源活动过程中的碳排放核算、工业生产过程的信息化管理、重点行业进行的碳盘查、碳排放碳减排相关方法学的制订、碳交易市场将要落地的政策法规等；随着信息化的发展及各项碳相关政策的落地实施，可明显改善管控手段，提升管控效果，推动绿色低碳发展[1]；二是“智”。即以数字化为基础的双碳管控智能化，如实现能源结构的精准勾勒、产业碳排放强度的识别、高碳排放的成因分析等。数智双碳平台建设在研判当前形势及未来发展态势的基础上，提出升级构想，打造“13N”发展模式：“1”为数智双碳平台，“3”为节能减排与低碳发展、碳资产开发与交易服务、绿色金融服务。

大数据时代万物皆可数字化，而当“双碳”遇见数字化技术，势必会有大碰撞。目前对于双碳方面的研究还不是特别成熟，仍有大量的核算技术和模型正在被研究和论证。为共建、共治、共享模式形成更精准、更全面的能源大数据库，实现各类能源数据、用电指标数据等多维数据融合、关联、分析，打通“能—电—碳”一条数据链条，提升碳核算精度，激活数据价值，为双碳不断拓展应用场景提供坚实基础，率先构建了数智双碳平台。该平台能够支撑节能减排与低碳发展、碳资产开发与交易服务以及绿色金融服务三大业务。

节能减排和低碳发展分析。数智双碳平台的建设可以引导碳排放超标的企业开展节能减排绿色改造，服务企业进行低碳发展。通过能耗、碳排放和碳资产综合分析映射，可以为平台用户建立起一套健全的碳排放管理体系，从而全面监测双碳目标的有效落实，压紧、压实约束性的目标任务，达到碳履约成本最小化、碳减排项目收益最大化的效果，为生产经营过程中的节能减排和低碳发展提供分析和服务。

碳资产与碳交易服务分析。通过数智双碳平台构建碳资产供应链，探索建立双碳的数据池，将相关的碳排放数据、碳减排数据、净碳排放数据、碳配额数据等存入数据池，登陆用户能够结合自身企业现状，进行碳数据的规划。数智双碳平台还为减排企业提供了资源减排采购渠道，为控排企业提供碳排放监测、碳配额管理、碳交易等服务，探索适宜的商业模式，充分挖掘碳减排（CCER）资产，构建碳资产供应链体系，为碳交易市场体系建设提供服务。

绿色金融服务分析。“生态优先、绿色发展”是经济社会发展的共识，发展绿色金融是实现绿色发展的重要措施。通过对企业绿色评级、企业运行监测，提供全面风险预警监控定向推送风险信息，实行环保风险信息分级预警、分类管理，释放产业升级动能，为企业碳交易提供碳配额测算、绿证交易和碳数据产品增值服务，探索开展碳金融和绿色金融服务，助力能源产业链低碳绿色发展。数智双碳之“智”就在于如何在大数据的基础上，以“电+核查数据”为变量提炼企业运行特性，刻画企业碳核算模型，获取行业、区域碳排放、碳减排变化规律，为低碳绿色发展提供可靠的支撑。

数据融合程度制约碳核算精度。数智双碳的基础是数据，要发挥数智双碳之智，就需完善数据源建设、融合标准、数据覆盖、数据管理等工作，数据源不够多元制约着智能化程度。这不仅要解决技术上的问题，更要解决管理机制上的问题。

多方互动决定智能决策能力。数智双碳之“智”在于分析和决策，目前的人工智能（AI）距离真正的认知智能还有很大距离，但要辅助分析和决策确有非常高的应用价值，关键是如何进行融合赋能和多方互动。碳路由中间件服务通过数据接口、统计报表、数据爬取、RPA 机器人和碳检测等方式将碳相关数据安全高效的接入平台，依据碳核算体系进行碳计算，建立行业、企业核算模型，服务数智双碳、碳资产管理等应用场景，平台应用大数据按照政策、管理者的目的演化规律，根据发现的规律和管理理念提出管控策略和方案，最终形成监管方案、管理方案、运营方案等。

从过程上看，这是一个多方互动合作的过程，也是智能决策的过程。

2 数智双碳平台设计方案

2.1 平台设计方案

数智双碳平台的建设，将要完成电力供给侧、需求侧碳排放、碳汇能力等相关数据共享接入、转换测算、评估预警，开展电力全产业链碳相关数据展示与分析等应用功能建设，优化调度运行管理策略，以电力相关数据为切入点，结合环保、林业、新能源等数据，通过聚焦发、用电企业碳排放，结合产业结构、人口规模、能源结构、能效水平、绿化面积等多维数据，对绿色经济发展、节能环保、新能源消纳、碳中和规划、能源结构调整、布局绿色生态等方面提供有力的数据支撑及辅助决策。

2.2 平台技术架构

平台总体架构设计和整体技术路线采用分层架构设计[2]，技术架构由下而上依次为基础层、数据层、平台层、应用层、展示层。其中基础层涉及服务器、网络设备等；数据层主要分布式缓存数据；平台层涉及推送服务、缓存服务等；应用层主要为碳分析、碳核算、碳监测等；展示层为数智双碳可视化界面。

2.3 核算的要点及核算方法

主要的温室气体排放核算的完整工作流程包括：识别排放源；收集活动水平数据；选择和获取排放因子数据；分别计算燃料燃烧排放量、企业净购入的电力、热力的排放量；汇总计算企业温室气体排放量。下面以发电企业为例探讨CO2气体排放的计算方法。其主要的CO2来源于化石燃料燃烧产生的CO2排放、脱硫过程的CO2排放、企业净购入使用电力产生的CO2排放。

发电企业的温室气体排放总量等于企业边界内化石燃料燃烧排放、脱硫过程的排放和净购入使用电力产生的排放之和:E=E燃烧+E脱硫+E电，式中：E 为企业CO2排放总量，单位为吨（tco2）；E燃烧为化石燃料(包括发电及其他排放源使用化石燃料)产生的CO2排放量，单位为（tco2）；E脱硫为脱硫过程产生的CO2排放量，单位为吨（tco2）；E电为净购入使用电力产生的CO2排放量(tco2）。排放因子主要采用区域电网排放因子（表1）。

表1 区域电网排放因子

3 智能决策的三大难题

核算规则的认定。不论是从分析还是从决策出发，准确掌握企业、行业、区域的碳数据及其发展演化规律是前提。这其中的难点则是核算方法形成、电碳核算模型的验证和影响因素的量化分析，尽管规律是确定的，但是规律的获取却需要碳核算、碳核查和碳资产管理等专业人员的定向研究和验证，制订一个标准的核算规则，使其在企业和社会具有权威性。

评价标准的制订。企业绿色评价策略或决策的目的是低碳绿色发展，但何为绿色低碳发展标准、具体的量化标准又是多少、如何平衡碳强度指数，这些问题的答案不仅是建立评价标准（指标体系）的依据，也是探索规律的导向，取决于城市发展和管理理念。当答案确定后，平台管理者将理念转换成可定量表达且可实施的评价指标，用于预测和评价低碳发展效果。

决策机制的建立。掌握了规律、确定了评价标准不等于就能做出决策。一般来讲，决策是将要付诸实施的行动，如果对于行动的后果没有预期和把握，决策的风险就会很大。数智双碳就是借助电力数据结合数智双碳平台来实现辅助决策，从而降低风险。

4 结语

快速发展的电力行业不仅是关系国家发展的重要行业，也是造成化石燃料大量燃烧产生温室气体的主要行业。在双碳目标的战略任务下，必须有效进行碳减排并保障数据实时可监测性、真实性，因此对双碳监测平台的性能要求非常高。数智双碳决策分析平台采用数据溯源、服务调用、异步数据同步等多种方式，统一接入，按监测系统实际分析的时间维度存储数据[3]，实现环境指标数据、用电指标数据等多维数据融合、关联、分析和统计；其它时间维度的数据则存入大数据平台，供其它大数据分析应用。这种设计保障了平台运行的稳定性，提高了平台的执行力。