数字化开启流程工业低碳新格局

借助数字化手段，传统产业在能源利用方面得以优化，能精确掌握能源消耗的细节，减少不必要的浪费；在成本控制上更为精准，通过优化生产流程、合理配置资源等方式降低各项开支；还能够提前察觉潜在风险，基于大量数据的分析与处理实现风险预知，并据此做出科学合理的决策，进而在整体上达成节能、降本以及提质增效的多项目标。

而在新一轮科技革命浪潮的强力推动下，数字化转型更是发挥着极为关键的作用，它有力地促使流程工业企业从传统的 “要素驱动” 模式逐步迈向 “创新驱动” 模式，实现新旧动能的顺利转换。

流程工业减排降碳具有前所未有的紧迫性，这一紧迫性体现在多个维度且相互关联，深刻影响着全球的可持续发展进程。

从全球碳排放格局来看，工业领域尤其是流程工业是碳排放的 “重灾区”。我国工业碳排放量在全球工业排放量中的占比超过三分之一，近乎我国碳排放总量的二分之一，其中钢铁、水泥、化工等流程工业更是深度减排的关键所在。以钢铁行业为例，我国钢产量占据全球的 57%，其二氧化碳排放量达到全国总量的 15%，在工业行业中名列前茅。钢铁生产的传统 “高炉 — 转炉” 长流程炼钢工艺，以铁矿石为主要原料，包含焦化、烧结、高炉炼铁等环节，这些环节不仅能耗高，而且在燃料燃烧过程中产生大量的二氧化碳排放。水泥行业同样面临严峻挑战，我国水泥产量占全球 58%，其二氧化碳排放占全国总量的 14%，且碳酸盐原料煅烧过程中的二氧化碳排放成为减排的棘手难题。化工行业作为碳排放大户，其碳排放主要源于燃料燃烧，生产过程中的二氧化碳排放占全国碳排放的比重约 13%，占工业领域碳排放比重约 17%，包括化石燃料直接燃烧、工业过程排放、购入电力和热力产生的间接排放以及供应链排放等多个复杂来源。

在应对气候变化的大背景下，国际社会已达成共识并设定了明确目标。如《巴黎协定》致力于将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在 2℃以内，并努力限制在 1.5℃以内。流程工业的高碳排放与这一目标背道而驰，若不能有效减排降碳，全球气候变暖趋势将难以遏制，极端气候事件频发的状况将持续恶化。近年来，暴雨、洪涝、干旱、热浪等极端气候事件已给人类社会带来了不可估量的经济损失和生命安全威胁，而流程工业的碳排放正是导致温室气体浓度上升、气候变暖的重要因素之一，因此其减排降碳行动刻不容缓。

资源与能源方面的约束也进一步凸显了流程工业减排降碳的紧迫性。流程工业长期依赖煤炭、石油、天然气等化石能源，然而这些资源的储量有限且不可再生。随着全球经济的发展和能源需求的不断攀升，化石能源的供应稳定性和安全性面临巨大挑战。同时，由于对环境保护的重视以及应对气候变化的需求，各国政府纷纷出台政策，如碳税、能源税等，这使得化石能源的开采和使用成本持续上升。流程工业企业若不加快减排降碳步伐，寻求可再生能源和清洁能源替代，提高能源利用效率，不仅将面临能源短缺的困境，还将承受高昂的能源成本，严重削弱企业的竞争力和可持续发展能力。

环境质量改善的迫切需求也促使流程工业加快减排降碳进程。流程工业生产过程中除了大量二氧化碳排放外，还伴随着二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等多种污染物的排放。在电力行业，燃煤发电产生的二氧化硫和氮氧化物排放是导致酸雨等环境问题的重要原因；造纸行业的废水排放则对水体生态系统造成严重污染，影响生物多样性和生态平衡。这些污染物的排放对大气、水、土壤等环境要素产生了全方位的破坏，严重威胁着人类的生存环境和生态系统的健康稳定。减排降碳能够推动流程工业企业采用更清洁的生产技术和工艺，从源头上减少污染物排放，从而有效改善环境质量，实现经济发展与环境保护的协调共进。

从产业升级与竞争力提升的角度出发，流程工业减排降碳同样势在必行。随着消费者环保意识的日益增强和全球绿色消费市场的兴起，市场对于低碳、环保产品的需求呈现出快速增长的趋势。流程工业企业若不能顺应这一市场变化，加快减排降碳，生产出符合绿色标准的产品，将难以满足消费者需求，进而失去市场份额。此外，各国政府为了推动节能减排，制定了一系列严格的政策法规和环境标准，对企业的碳排放和污染物排放进行严格监管。企业一旦无法达到这些要求，将面临高额罚款、限产停产等严厉处罚，生存与发展将受到严重威胁。相反，那些能够率先实现减排降碳的企业，将在技术创新、管理模式优化、品牌形象塑造等方面形成独特的竞争优势，引领整个行业向低碳、绿色、可持续方向转型，在全球市场竞争中脱颖而出。

以钢铁行业为例，其减排降碳路径具有典型性和代表性。钢铁行业的冶炼工艺主要有长流程和短流程之分。长流程炼钢工艺复杂且碳排放高，而短流程电炉炼钢以废钢为主要原料，工序上省去了焦化、烧结、高炉炼铁等污染和能耗较高的环节，降碳减排效果显著。据测算，全废钢电炉炼钢企业吨钢碳排放仅约为 0.36 吨，相比之下，我国长流程钢铁企业吨钢碳排放约为 1.8 吨。因此，发展短流程电炉炼钢成为钢铁行业未来降碳的重要方向之一。同时，钢铁行业还可通过巩固去产能成果、推进超低排放改造、加快行业兼并重组以提高行业集中度、推广先进节能技术、加强能效对标达标以及推动用能清洁低碳转型等多种方式协同推进减排降碳工作。

化工行业则需从其碳排放的多个来源入手制定减排策略。其碳排放主要包括燃料燃烧排放、废气的火炬燃烧排放、工业生产过程排放、CO2 回收利用量、净购入电力和热力隐含的 CO2 排放等五个方面。在 “双碳” 目标下，化工行业可通过能效提升、制造工艺创新、采用可再生能源等手段促进节能减排。例如，积极推进以再生能源电力替代传统煤电，加强企业内部的能效管控，促使企业向绿色化生产模式转型。目前，许多行业领先的化工企业已开始探索使用可再生能源电力来运行自身装置，以降低二氧化碳排放，这不仅有助于企业满足环保要求，还能在长期发展中提升企业的可持续竞争力。

面对日益严峻的形势，流程工业企业必须深刻认识到这一紧迫性，积极探索并实施切实可行的减排降碳措施，通过科技创新、工艺优化、能源转型等多方面的努力，实现绿色低碳转型，为全球可持续发展贡献力量，否则将在全球绿色发展的浪潮中被淘汰出局。

数字化在制造业的减碳进程中发挥着至关重要且多维度的作用。

1.生产流程优化与能源效率提升

精准生产计划与调度：数字化技术借助大数据分析、人工智能算法等手段，深度整合制造业企业的订单信息、原材料库存状况、设备产能以及人员配置等多源数据。通过构建高度智能化的生产管理系统，能够依据实时数据动态生成最为优化的生产计划与调度方案。例如，在汽车制造行业，数字化平台可精确计算不同车型、不同订单量下各零部件的生产顺序与时间安排，确保每一台设备都能在高效负荷区间运行，避免设备的空转、过度预热或频繁启停等能源浪费现象。据相关研究统计，采用数字化生产计划与调度系统后，部分制造企业的设备平均利用率提升了 20% - 30%，能源消耗相应降低了 15% - 20%，从而显著减少了因生产流程不合理导致的碳排放。

实时生产监控与能源管理：在生产过程中，通过部署大量的传感器与物联网设备，制造业企业能够实现对生产设备、生产线乃至整个生产车间的全方位、实时性监控。这些传感器可以精确采集设备的运行参数（如功率、转速、温度等）、能源消耗数据（如电力、燃气、水等的实时流量与累计用量）以及产品质量指标等信息。基于这些海量的实时数据，数字化能源管理系统运用数据分析模型与智能算法，快速识别出能源消耗的异常点与潜在的节能优化空间。例如，在钢铁制造企业，当监测到某一炼钢炉的能源消耗超出正常阈值时，系统会自动发出预警，并通过数据分析找出可能的原因，如炉衬老化导致的热传导效率下降、燃烧器故障引起的燃料不完全燃烧等。企业可据此及时采取针对性的措施，如安排炉衬修复、更换燃烧器等，确保生产过程中的能源消耗始终处于可控且高效的状态。这种实时监控与精准管理模式，有效避免了能源的过度消耗与浪费，大幅降低了制造业企业的碳排放水平。

2.技术创新与绿色工艺研发

数字化研发平台助力创新：数字化转型为制造业企业构建了一个开放、协同且高效的研发平台。借助云计算技术，企业的研发团队能够突破地域与时间的限制，实现与全球范围内的科研机构、高校以及上下游合作伙伴的紧密合作与资源共享。在这个平台上，研发人员可以利用虚拟仿真技术对新产品的设计概念、结构原理以及生产工艺进行全方位的数字化模拟与验证。例如，在航空航天制造领域，通过数字化仿真软件，研发人员可以在虚拟环境中对飞机发动机的叶片设计进行优化，模拟不同设计方案下发动机的气动性能、热效率以及可靠性等关键指标，并对其碳排放水平进行预估。通过大量的虚拟实验与数据分析，能够快速筛选出最优的设计方案，大大缩短了研发周期，降低了研发成本，同时提高了产品的性能与环保指标。据行业数据显示，采用数字化研发平台后，航空航天制造企业的新产品研发周期平均缩短了 30% - 40%，研发过程中的能源消耗与碳排放降低了 25% - 30%。

绿色工艺创新与应用：数字化技术的应用激发了制造业企业对绿色工艺的深入探索与创新。通过对生产过程中的数据挖掘与分析，企业能够发现传统工艺中存在的能源浪费与环境污染问题，并利用数字化技术进行针对性的改进与优化。例如，在电子制造行业，传统的电路板焊接工艺通常采用波峰焊或回流焊技术，这些工艺存在能源消耗大、助焊剂挥发污染环境等问题。随着数字化技术的发展，企业研发出了激光焊接、选择性波峰焊等新型数字化焊接工艺。这些新工艺利用数字化控制系统精确控制焊接能量与时间，实现了对焊接过程的精准定位与高效操作，不仅大幅提高了焊接质量与生产效率，而且显著降低了能源消耗与有害气体排放。相关研究表明，采用新型数字化绿色工艺后，电子制造企业的焊接环节能源消耗降低了 40% - 50%，挥发性有机化合物（VOC）排放减少了 60% - 70%，为制造业的绿色发展提供了有力的技术支撑。

3.供应链协同与碳足迹管理

数字化供应链优化与协同：数字化技术重塑了制造业的供应链体系，实现了从原材料供应商到终端消费者的全链条信息实时共享与协同作业。通过建立数字化供应链平台，企业能够与供应商紧密合作，共同优化原材料采购计划与物流配送方案。例如，在服装制造行业，企业可以利用大数据分析消费者的时尚偏好与购买趋势，结合自身的生产计划，与面料供应商共享订单信息与库存数据，实现面料的精准采购与及时配送。这种协同模式避免了因信息不对称导致的原材料积压或缺货现象，减少了原材料在运输、仓储过程中的能源消耗与碳排放。同时，数字化供应链平台还能够对物流运输过程进行实时监控与优化调度，选择最节能、环保的运输路线与运输方式。据统计，在数字化供应链协同管理模式下，服装制造企业的原材料库存周转率提升了 30% - 40%，物流运输环节的碳排放降低了 20% - 30%。

碳足迹追踪与管理：在数字化供应链的基础上，制造业企业能够借助区块链、物联网等技术实现对产品全生命周期碳足迹的精确追踪与管理。从原材料的开采、加工，到产品的生产、包装、运输、销售以及使用后的回收处理，每一个环节的碳排放数据都被准确记录并存储在区块链上，确保数据的真实性、不可篡改与可追溯性。通过对碳足迹数据的分析，企业可以识别出碳排放的关键环节与主要来源，并采取相应的减排措施。例如，在食品饮料制造行业，企业通过碳足迹追踪发现，产品包装环节的塑料使用量过大是导致碳排放增加的重要因素之一。于是，企业开始研发采用可降解、轻量化的包装材料，并优化包装设计，减少包装层数与体积，从而有效降低了产品包装环节的碳排放。同时，企业还可以将产品的碳足迹信息向消费者公开透明化，引导消费者选择低碳环保的产品，形成从生产端到消费端的绿色低碳循环，推动整个制造业供应链的碳减排进程。

4.企业管理与决策优化

数字化管理工具提升运营效率：制造业企业引入了一系列数字化管理工具，如企业资源计划（ERP）系统、客户关系管理（CRM）系统、办公自动化（OA）系统等，实现了企业内部管理流程的全面数字化与自动化。这些系统将企业的财务、人力资源、采购、销售、生产等各个部门紧密连接在一起，打破了信息孤岛，实现了数据的实时共享与业务流程的无缝对接。例如，ERP 系统可以实时整合企业的财务数据与生产数据，为企业管理层提供准确的成本核算与利润分析报告，帮助企业优化成本结构，降低运营成本。CRM 系统则通过对客户信息的深度挖掘与分析，实现客户需求的精准把握与个性化服务，提高客户满意度与忠诚度，促进销售业绩的增长。OA 系统实现了企业内部办公流程的电子化与规范化，提高了文件审批、任务分配等工作的效率，减少了纸张的使用与办公能源消耗。据调查，采用数字化管理工具后，制造业企业的整体运营效率提升了 30% - 50%，管理成本降低了 20% - 30%，间接减少了因管理不善导致的能源浪费与碳排放。

数据驱动的决策支持与战略规划：在数字化时代，制造业企业积累了海量的生产经营数据，这些数据成为企业决策的重要依据。通过运用数据挖掘、数据分析与人工智能技术，企业能够从海量数据中提取有价值的信息，为企业的战略规划、市场定位、产品研发、生产运营等决策提供科学、精准的支持。例如，企业可以利用数据分析模型对市场需求、竞争对手、行业趋势等外部数据进行分析，结合自身的生产能力、成本结构、技术水平等内部数据，制定出符合市场需求与企业发展战略的产品规划与生产计划。在战略规划方面，企业可以通过对宏观经济数据、政策法规数据、技术创新数据等的分析，提前布局绿色低碳产业领域，加大对数字化转型与碳减排技术研发的投入，实现企业的可持续发展。这种数据驱动的决策模式有效避免了企业决策的盲目性与主观性，提高了决策的准确性与前瞻性，使企业能够在激烈的市场竞争中抢占先机，同时在碳减排的道路上稳步前行。

以下是一些在流程工业数字化降碳领域做出特色并形成范式的企业：

1.中控技术

技术创新与解决方案发布：创新性地引入 “AI+5T 技术” 赋能流程工业低碳发展，并先后发布《中控技术流程工业低碳解决方案白皮书》《中控技术工业节能降碳 5T 解决方案 - 公用工程篇》《锂电行业零碳（碳中和）工厂解决方案》《ECMS 碳能管理产品解决方案》等，为流程工业提供了全面的低碳发展指引和技术支持。

能碳管理平台建设：帮助某大型企业构筑 “1+N” 的碳能管理平台建设模式，在集团层面实现垂直强管控和碳资产统筹管理，同时兼顾企业层面的精益化能碳管理个性化需求，通过建立能耗和碳排放基线，动态评价设备能效水平，实现管理闭环，达到节能减排和碳资产增值的效果。

运行节能实践：在公辅系统和生产系统的调度和操作层面开展节能降碳实践，如在某化工企业蒸汽锅炉操作优化项目中，应用中控流程工业 AI 时序大模型，形成前馈 + 反馈的双重控制策略，提升锅炉运行稳定性和安全性，降低吨蒸汽煤耗；在某企业氢气与瓦斯协同优化项目中，优化原料配比，提升氢气资源利用率，减少碳排放，同时取得良好的经济效益。

2.西门子

数字孪生工厂与数据价值释放：为流程工业企业提供一体化软件解决方案，构建覆盖产品全生命周期的数字孪生工厂。新建工厂借助 COMOS 等工程软件系统完成集成工程设计并延续数据至运营阶段；在役工厂借助 COMOS Brownfield Enablement 解决方案进行数字化整合与转换。还通过 Mobile Worker Lite 等应用软件将数据推送给现场工作人员，实现业务场景数字化转型。

预测性维护与优化：推出基于人工智能的 SiePA 软件平台，集成工业人工智能与大数据分析技术，将预测功能从 “预测性维护” 扩展到 “预测性优化”，内置丰富行业知识与模型模板，并与 DCS 系统结合实现 “AI+DCS” 加强控制，助力企业提高设备可靠性、优化生产效率。

能源系统优化与 CCUS 技术应用：基于 gPROMS 工艺仿真平台搭建能源系统实时在线优化平台，计算碳足迹并优化能源利用效率；其 gCCS 软件可模拟 CCUS 全链生命周期，结合 gPROMS 与工厂数据建立工艺数字孪生，实现生产系统实时动态优化，降低操作者工作强度，赋能工业企业优化能源利用效率并满足双减目标。

本土生态构建：针对流程工业不同垂直应用领域布局，将产品转移至本土生产，与用户、合作伙伴携手打造本土生态圈，加强在中国市场的销售、生产和研发能力，提供覆盖全局的产品矩阵，并推出《西门子工业 5G 全连接工厂白皮书》和开放式数字商业平台西门子 Xcelerator 等开创性解决方案，助力企业数字化规模化落地。

3.施耐德电气

全供应链脱碳：将绿色供应链纳入自身碳中和目标范围，承诺到 2040 年实现端到端供应链的碳中和，到 2050 年在供应链运营层面实现净零碳排放，并启动供应商 “零碳计划”，帮助全球前 1000 位战略供应商实现运营层面碳排放量减半。把 “可持续” 和 “碳排放” 纳入对上游关键供应商的考核条件，协助供应商搭建互联互通的网络系统，助力业务可视化，实现实时衡量和监控能耗，通过数据融合和分析提升系统效率，实现整个生态链的节能减碳。

与客户合作推动数字化升级：与宝武钢铁等客户开展示范性合作，针对多个热轧车间无人行车项目以及宝山基地冷轧 C008 镀锌线智慧管理平台项目展开合作，推动客户整体数字化升级，助推其迈进绿色智能制造。

自身数字化转型实践：在中国打造 15 家智慧工厂和 2 家智慧物流中心，通过部署能效管理系统 PME、基于 EcoStruxure 工业互联网平台的数字化解决方案、AI 智能检测系统等智能化设施，实现近三年内单位能耗降低 1。4%，整体生产效率提升 5%-10%，为其他企业提供了可借鉴的实践经验。

4.罗克韦尔自动化

低碳解决方案与实践展示：积极响应 “双碳” 目标，在产业数字化、碳中和等方面不断探索，在工博会上展示诸多赋能各行各业的创新解决方案和实践用例，如利用实体模型和数字化技术设计搭建的智能 “小世界”、独立小车技术等，诠释自动化、数字化、智能化技术在生产中的应用。

智能运维联盟与产业生态圈拓展：2022 年成立智能运维 rockii 联盟，并不断拓展产业生态圈价值，通过汇聚低碳服务与数字化优势，携手产业生态圈，推动中国制造业高端化、智能化、绿色化的融合发展，共创共享跨界合作共赢的新机遇，引领 “净零供应链” 的共创，联动产业链上下游中小型企业，重塑供应链格局。

总体来说，这些案例措施有以下共同点：

数字化技术应用：都充分利用大数据、云计算、人工智能、物联网等新一代信息技术，构建数字孪生工厂、开发相关软件平台等，实现对流程工业生产过程的实时监测、数据分析和优化控制，以提高能源利用效率和降低碳排放，如中控技术的 “AI+5T 技术”、西门子的数字孪生工厂及 SiePA 平台、施耐德电气的工艺数字孪生平台与 etap 电力系统仿真软件等。

能源管理与优化：注重能源系统的优化，通过建立能源管理体系、优化能源分配和利用等方式，实现节能减排。例如中控技术的碳能管理平台、西门子的 gPROMS 工艺仿真平台用于能源系统优化、施耐德电气的智能配电与能源管理方案等，都旨在提高能源利用效率，降低能源消耗和碳排放。

全生命周期管理：强调从产品设计、生产制造到运营维护的全生命周期的低碳管理。在产品设计阶段注入绿色元素，考虑产品的可回收性、可拆解性等；在生产过程中优化工艺和操作，提高能源效率；在运营维护阶段通过预测性维护等技术延长设备寿命，降低设备更新带来的碳排放，如施耐德电气的端到端绿色价值链、西门子的全生命周期数字孪生工厂等理念和实践。

合作与生态构建：积极与供应商、客户、科研机构等合作，共同推动流程工业的数字化降碳。通过与供应商合作实现绿色采购，确保原材料和零部件的低碳供应；与客户合作开展示范项目，推动数字化技术在实际生产中的应用；与科研机构合作进行技术研发和创新，如西门子打造本土生态圈、施耐德电气的供应商 “零碳计划” 及与客户的合作项目等，形成产业协同效应，共同促进绿色发展。

持续创新与战略规划：将数字化降碳作为长期战略目标，不断进行技术创新和业务拓展，以适应不断变化的市场需求和政策环境。持续投入研发资源，推出新的产品、技术和解决方案，引领流程工业的绿色转型，如各企业不断发布的白皮书、创新产品和技术，以及制定的中长期碳中和目标和战略规划等。