5G智慧矿山无人化作业系统 图/王欣
传统能源和重工业领域应当以数字技术推动工业绿色低碳转型、优化能源结构、加快能源绿色低碳转型、加强能源战略研究、加快完善国家能源创新体系。
在当下，信息技术是最受关注的领域——互联网、大数据、人工智能等技术，不仅重塑了人们的思维方式、改变了世界的格局，也创造了无数全新的商业形态。尤其是一年前ChatGPT发布后，人们普遍认为人工智能时代已经来临，且其意义不亚于工业革命。信息产业当然重要，可在光鲜的信息产业、文化产业背后，还有一些默默支撑着这个社会存续的产业，比如煤炭、钢铁、石油等。
一直以来，那些传统的能源、矿业、重工业在现代社会显得有些过时，甚至因为造成严重的污染而饱受争议。可是，社会的运转和人们的日常生活却又离不开它们。如何在新时代背景下，让这些传统产业焕发新的活力，实现绿色、可持续的发展？
我们要认识到，传统产业并不是一无是处的。相反，它们在推动社会进步、促进经济发展方面发挥了不可替代的作用。比如煤炭，它是我国能源结构中的重要组成部分，为我国的工业发展奠定了坚实基础。然而，随着时代的发展，煤炭在开采和使用过程中带来的环境问题日益严重，这使得我们不得不寻求一种新的发展方式。
在这种情况下，绿色、可持续的发展理念应运而生。这意味着我们要在保护环境、保障人民生活质量的前提下，充分利用传统产业的优势，推动产业转型升级，例如发展清洁能源、绿色矿山、智能工厂等，以减少污染排放、提高资源利用效率。
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传统能源的重要地位和作用
传统能源，主要指煤炭、石油和天然气，是我国经济社会发展的重要基础和保障——煤炭为我国提供了稳定的能源供应和经济增长动力，石油为我国提供了多元的能源结构和经济发展支柱，天然气为我国提供了清洁的能源选择和能源结构优化。
煤炭是我国最重要的能源之一，也是我国能源结构中的主体。根据国家统计局的数据，2023年，我国煤炭产量达到了40.5亿吨，占全球煤炭产量的46.8%，居世界首位；我国煤炭消费量达到了39.8亿吨，占全球煤炭消费量的50.6%，也居世界首位。
现阶段，煤炭仍然是我国电力产业的主要燃料，煤电占我国发电量的60%以上。此外，煤炭还是我国钢铁、化工、建材等工业部门的重要原料，为我国工业化和城镇化提供了坚实的物质基础。
石油是我们每天都要接触到的能源，是我国经济社会发展的重要能源之一，也是我国能源结构的重要组成部分。2023年，我国石油产量达到了2.03亿吨，占全球石油产量的5.4%，居世界第四位；我国石油消费量达到了7.13亿吨，占全球石油消费量的14.9%，居世界第二位。石油是化工、合成材料、医药等高附加值产业的重要原料。
天然气作为清洁、高效的能源，在我国经济社会发展中发挥着重要作用。根据国家统计局的数据，2023年，我国天然气产量达到了2.04万亿立方米，占全球天然气产量的6.8%，居世界第六位；我国天然气消费量达到了3.71万亿立方米，占全球天然气消费量的12.3%，居世界第三位。
和煤炭、石油相比，天然气算得上清洁能源了。天然气的开发和利用，既满足了我国能源需求，又促进了我国能源结构的优化。天然气燃烧产生的二氧化碳和其他污染物的排放量，远低于煤炭和石油，有利于我国实现能源的清洁化和低碳化。
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重工业在我国经济社会发展中的关键作用
重工业主要指钢铁、化工和建材等产业，是我国经济社会发展的重要基础和支撑。钢铁产业为我国提供了稳定的钢材供应和基础设施建设的动力，化工产业为我国提供了多元的产品和服务和经济增长的动力，建材产业为我国提供了重要的物质保障和经济建设的支撑。
钢铁是国民经济的基石，是我国重工业领域的重要组成部分。2023年，我国钢铁产量达到了11.5亿吨，占全球钢铁产量的53.4%，居世界首位；我国钢铁消费量达到了10.8亿吨，占全球钢铁消费量的50.9%，也居世界首位。钢铁产业的发展，为我国经济建设提供了大量的钢材，推动了我国基础设施建设的快速发展。钢铁是我国铁路、公路、桥梁、港口、机场、水利、电力等基础设施的主要材料，为我国经济的流动性和连通性提供了保障。钢铁还是我国汽车、船舶、机械、军工等重要制造业的主要材料。
化工产业是我国重工业领域的重要支柱，其产品广泛应用于各个领域。2023年，我国化工产值达到了25.6万亿元，占全球化工产值的38.7%，居世界首位；我国化工消费量达到了23.4万亿元，占全球化工消费量的35.3%，也居世界首位。化工是我国农业、医药、纺织、轻工、建材等领域的重要原料，是我国石油化工、合成材料、新能源、生物技术等高附加值产业的重要原料，为我国经济的转型升级和创新发展提供了支撑。
建材产业是我国重工业领域的重要组成部分，其产品主要用于基础设施建设、房地产等领域。根据国家统计局的数据，2023年，我国建材产量达到了100亿吨，占全球建材产量的40%，居世界首位；我国建材消费量达到了95亿吨，占全球建材消费量的38.2%，也居世界首位。
重工业在我国经济社会发展中具有重要地位，除了钢铁、化工和建材产业外，还包括电力、机械等领域。这些产业为我国提供了丰富的能源、技术和装备支持，进一步推动了我国经济社会的快速发展。重工业作为我国经济社会发展的重要基础和支撑，在我国经济持续增长、国家综合实力提升等方面发挥了不可替代的作用。
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传统能源和重工业领域的问题
根据国家统计局数据，2020年，我国规模以上工业增加值同比增长2.8%，其中，煤炭开采和洗选业增长1.5%，石油和天然气开采业增长3.3%，黑色金属冶炼和压延加工业增长6.6%，有色金属冶炼和压延加工业增长3.3%，化学原料和化学制品制造业增长4.5%，非金属矿物制品业增长5.2%，电力、热力、燃气及水生产和供应业增长2.1%。这些行业的发展为我国的能源供给、基础设施建设、工业品生产、民生保障等提供了有力的支撑。然而，传统能源和重工业领域在快速发展中也暴露出诸多问题。
首先就是资源消耗巨大。传统能源和重工业领域对资源的需求和消耗非常大，尤其是煤炭、石油、天然气、铁矿石、铜等重要的能源和工业原料。这些资源的开采和利用不仅消耗了大量的土地、水等自然资源，也造成了资源的不可再生性损失。由于我国的资源禀赋特点，即“富煤、贫油、少气”，我国的能源结构长期以来以煤炭为主，煤炭消费量占能源消费总量的59.0%，远高于世界平均水平。
然后是环境污染严重，导致生态破坏和健康危害。传统能源和重工业领域的生产过程中，排放了大量的污染物，如二氧化硫、氮氧化物、烟尘、废水、废渣等，对大气、水、土壤等环境造成了严重的污染和破坏。据环境保护部数据，2019年，我国工业废气排放量为1.9亿吨，其中二氧化硫排放量为715.8万吨，氮氧化物排放量为1.1亿吨，烟（粉）尘排放量为1.1亿吨；工业废水排放量为2.5亿吨，其中化学需氧量排放量为1.1亿吨，氨氮排放量为1.4亿吨；工业固废综合利用量为20.6亿吨，占工业固废产生量的74.4%。这些污染物不仅对环境造成了不可逆转的损害，也对人类的健康和生活质量造成了严重的威胁。
再有，碳排放高企，制约我国绿色低碳发展。传统能源和重工业领域的生产和消费过程中，排放了大量的温室气体，主要是二氧化碳，对全球气候变化问题造成了不利的影响。从行业来看，工业部门是我国能源活动二氧化碳排放的主要来源，占能源活动排放量的72.2%；其次是交通运输部门，占能源活动排放量的11.6%。其他的还有建筑部门等，都是能源消耗和碳排放大户。资源消耗巨大、环境污染严重、碳排放高企等问题，已经成为制约传统能源和重工业领域发展的瓶颈。
这些问题不仅影响了我国的可持续发展，也给我国实现碳达峰、碳中和目标带来了巨大挑战。为此，传统能源和重工业领域应当以数字技术推动工业绿色低碳转型、优化能源结构、加快能源绿色低碳转型、加强能源战略研究、加快完善国家能源创新体系。
04
用数字技术解决传统能源和重工业问题
针对传统能源和重工业领域的问题，首先应当以数字技术推动工业绿色低碳转型。
数字技术是指以互联网、大数据、人工智能、物联网、云计算等为代表的新一代信息技术，它可以为工业生产提供智能化、网络化、数据化的支撑，提高工业效率、质量、安全和创新能力，降低工业资源消耗、污染排放和碳排放。
例如，通过数字技术，可以实现工业设备的智能监测、诊断、优化和控制，提高设备的运行效率和可靠性，减少设备的故障和维修，节约能源和材料的消耗；实现工业过程的智能模拟、仿真、预测和调度，提高工艺的稳定性和灵活性，减少工艺的波动和浪费，降低工艺的能耗和排放；实现工业产品的智能设计、制造、检测和追溯，提高产品的质量和性能，减少产品的缺陷和返工，降低产品的生命周期成本和环境影响。
在数字技术在工业领域的应用和推广方面，一个典型的案例是国家电网公司的智能电网建设。智能电网是指利用数字技术，实现电网的自动化、互动化、优化化和安全化，提高电网的运行效率和可靠性，促进清洁能源的并网和消纳，降低电网的能耗和碳排放。国家电网公司通过建设全球能源互联网，实现了跨区域、跨国家、跨洲际的电力互联互通，形成了世界上规模最大、技术最先进、效益最显著的智能电网。
国家电网有限公司利用人工智能技术，实现了电力设备、安监、营销、基建、企业经营管理等领域的业务智能化应用，提高了电网的效率和质量，降低了能耗和排放。国网信通产业集团打造了新一代电力人工智能平台，研制了电力专用的人工智能芯片、电力设备声纹识别以及多种型号的电力边缘智能终端，形成了33项人工智能自主产品和解决方案，可有效支撑电网业务提质增效。
智能电网可以提供强劲电力支撑。南方电网公司也在加快推动电力系统向适应大规模高比例新能源方向转变，加强交通、能源、水利等网络型基础设施建设，把联网、补网、强链作为建设的重点，着力提升网络效益。南方电网公司建成了10千伏分布式电网，能够实现小水电全额消纳，减少约43%的弃水电量，形成了“光储充一体化”智能协同项目，包含分布式光伏、储能电站、3台快充桩、20台慢充桩和一套光储充智能控制系统，实现了光伏发电与电动汽车充电的协调优化。
国家电网还用数字孪生技术改革了能源电力行业。数字孪生是指利用数字技术，构建物理实体的虚拟模型，实现物理实体与虚拟模型的实时同步，提高物理实体的管理和优化能力。国家电网公司利用数字孪生技术，实现了电网的数字化管理和智能化运维，提高了电网的安全和可靠性。例如，调峰调频公司利用“南网智瞰”实现调峰调频公司所辖8座投运电厂生产技术指标信息实时展示，以台账为桥梁，打通实时数据到业务数据的“最后一公里”，从机组启停状态、可靠性指标、电量统计、缺陷统计等分析数据贯通至现地设备的实时状态数据，从电站的调峰调频整体效能到具体机组的实时运行数据，对设备信息全方位 360度全景展示，为智慧电厂提供数字化支撑能力。
通过智能电网改造，截至2020年底，我国全口径发电装机容量超过24亿千瓦，风电、光伏、水电、生物质发电装机规模连续多年稳居世界第一；全国建成33条交直流特高压线路，“西电东送”规模超2.9亿千瓦。2020年实现了全国县县通大电网、大电网覆盖范围内村村通动力电。农村供电能力和供电可靠性不断提升。截至2021年6月底，全国纯电动汽车保有量达810.4万辆，分布式光伏发电装机1.27亿千瓦，相当于5个多三峡电站的装机规模。2021年上半年，国家电网公司完成电网投资5000亿元以上，达到历史最高水平，预计带动社会投资超过1万亿元。
在数字化的基础上，还要优化能源结构，加快能源绿色低碳转型。
能源结构是指能源的种类、比例和消费方式，它是影响能源效率、安全和环境的重要因素。优化能源结构，是指通过调整能源的供给和需求，提高能源的清洁度、多样性和灵活性，降低能源的污染排放和碳排放，实现能源的绿色低碳转型。
当然，新能源的发展和利用更是重中之重。我们必须加快可再生能源规模化发展，推进风能、太阳能、水能、生物质能等的技术创新、产业发展、市场应用等，提高可再生能源的发电能力和发电效率，降低可再生能源的成本和补贴，增加可再生能源的发电比重和消纳水平，逐步实现可再生能源的绿色高效利用。
此外，加快核能安全可持续发展，也是降低碳排放的重要手段。我们要更重视推进核能的技术创新、安全监管、社会认可等，提高核能的安全性和可靠性，降低核能的风险和影响，增加核能的发电能力和发电比重，逐步实现核能的清洁低碳利用。
05
技术创新助力节能减排
对于高能耗的传统能源和重工业来说，用创新技术节能减排是众多企业发力的重点。通过技术创新，钢铁产业对全国碳排放的贡献超过15%，在31个制造类别中居于高位。尽管近年来钢铁行业在减少能源消耗和碳排放方面取得了显著进展，但由于其庞大的规模和独特的生产工艺，控制碳排放总量的任务依然艰巨。
中国宝武集团最近宣布了其碳减排目标，包括2021年提出的低碳冶金路线图，力争在2023年达到碳排放高峰，到2025年具备减少30%碳排放的技术能力，2035年实现减碳30%，以及2050年达到碳中和。
中国宝武在技术升级方面迈出了重要步伐，通过科技创新实现低碳发展，包括建立全球低碳冶金创新联盟、1+N开放式研发创新模式、以及全球低碳冶金创新试验基地等，以推动钢铁产业链的技术合作和可持续发展。《专利创新指数报告》显示，2020年全球前30名钢铁企业中，有14家中国企业，中国宝武排名第三，显示出其专利竞争能力的显著提升。
冶金工业信息标准研究院党委书记、院长张龙强在接受《中国知识产权报》采访时介绍，中国钢铁企业近年来遵循绿色发展理念，在清洁生产、超低排放和节能降耗方面取得了重大进展，节能环保水平已经达到世界先进水平。
据介绍，2020年中国重点钢铁企业的吨钢综合能耗同比下降了1.18%，这意味着吨钢的碳排放也同步下降。目前，中国钢铁行业的吨钢二氧化碳排放量在1.9至2.0吨之间，与国际上的先进长流程企业如日本制铁、POSCO、安米等相当。如果剔除电炉流程比例的影响，中国的吨钢排放可能优于这些企业。尽管中国钢铁行业约有10%的短流程比例，但与国外全废钢短流程不同，中国的短流程对碳减排的贡献仍有提升空间。
煤炭素有“乌金”之称，长期以来，煤炭作为我国能源供给中的重要资源，保障着经济的快速发展。现今，在“双碳”目标下，专利加速运用，助力煤炭产业加速转型，“乌金”逐渐蜕变成“绿金”。中国作为世界上最大的煤炭生产和消费国，一直在积极寻求通过技术创新来提高煤炭产业的清洁度和效率。近年来，中国在煤炭行业的专利申请数量和专利授权量均呈现增长态势，显示出技术周期处于成熟期。
目前，全球煤炭第一大技术来源国为中国，中国煤炭专利申请量占全球煤炭专利总申请量的92.08%；其次是美国，美国煤炭专利申请量占全球煤炭专利总申请量的3.64%。日本和澳大利亚占比分别为0.87%和0.59%。在专利类型方面，发明专利占据了较大比例，这表明中国在煤炭技术领域的创新活动非常活跃。同时，中国煤炭行业的专利技术类型多样，涵盖了煤炭开采、煤炭转化利用等多个方面，其中包括煤矿智能化开采、燃煤超低排放发电、现代煤化工技术等多项国际领先的技术。
比如西安重工装备制造集团有限公司成功研发的具有自主知识产权的8.8米超大采高智能化采煤机，该采煤机能够一次性采全高8.8米，显著提升了特大型煤矿的开采效率和资源利用率。2019年9月，这台超大型采煤机在国能神东煤炭集团的上湾煤矿启用，至2021年1月贯通工作面，已稳定运行16个月。在此期间，单工作面累计产煤量达到1850万吨，月产最高记录为150.6万吨，日产最高达到6.55万吨。以这台智能化采煤机为核心的示范项目荣获第六届中国工业大奖。西安重工在煤炭开采全产业链上进行了全面的专利布局，推动了煤炭采掘设备的高效、绿色、安全、可靠和智能化发展。
中国煤炭科工集团等企业在煤炭绿色智能开发、清洁高效低碳利用等核心技术领域取得了一批原创性成果，为产业结构优化升级提供了强有力的科技支撑。中国煤炭工业协会党委书记李延江表示：“近年来，煤矿智能、安全、高效、绿色、低碳等重点领域均取得了突破进展，创新成为我国煤机装备制造企业的关键词。”
当然，我们也应看到，尽管我国在煤炭技术专利申请方面取得了显著成绩，但仍需加强与国际先进水平的交流与合作，吸收借鉴国际先进经验和技术成果，不断提升我国煤炭技术的创新能力和水平。同时，我们还应加大对煤炭产业转型升级的支持力度，推动煤炭产业向清洁、高效、低碳方向发展，为实现“双碳”目标作出更大贡献。
煤炭作为我国能源供应中的重要资源，正经历着一场深刻的转型。通过专利技术的加速运用和创新能力的提升，我们有信心将“乌金”蜕变为“绿金”，为我国的绿色低碳发展注入新的活力。
06
绿色的未来正在到来
传统能源和重工业领域在我国经济社会发展中具有举足轻重的地位。作为国家经济的重要支柱，这些领域在推动经济增长、保障国家安全、支撑基础设施建设等方面发挥着关键作用。在新时代，我们应充分认识传统能源和重工业领域的重要性，继续加大对这些领域的投入和支持，为推动我国经济社会持续健康发展贡献力量。
在新时代背景下，传统能源和重工业领域的发展需要紧密围绕新发展阶段、新发展理念、新发展格局的要求。新发展阶段要求我们坚持高质量发展，着力提高全要素生产率，实现可持续发展。新发展理念强调创新、协调、绿色、开放、共享五个方面，其中绿色发展正是传统能源和重工业领域转型的重要内容。新发展格局则要求我们优化产业结构，提升产业链水平，强化产业链供应链的韧性。
传统能源和重工业领域在我国经济社会发展中具有重要地位和作用。面临资源环境约束和碳达峰碳中和目标的挑战，这些领域必须加快绿色低碳循环发展的转型，以适应新发展阶段、新发展理念、新发展格局的要求。通过持续创新和努力，我们有望实现传统能源和重工业领域的绿色高质量发展，为我国经济社会持续繁荣作出更大贡献。
然而，实现这一目标并非易事。这需要我们投入大量的科研力量，开发出更先进、更环保的技术。以人工智能为代表的新一代信息技术，正是我们实现这一目标的重要工具。例如，通过人工智能技术优化矿产资源的开发和利用，实现精准开采、降低浪费；利用大数据分析环境污染的成因和治理措施，提高治理效果。
此外，我们还需要培养一批具备创新能力、敢于担当的产业人才，他们是推动传统产业转型升级的关键。教育部门和企业应加大对人才培养的投入，提高产业人才的综合素质，使其成为绿色、可持续发展的有力推动者。
传统产业在新时代背景下依然具有重要价值。我们要正视环境问题，积极探索绿色、可持续的发展路径，充分发挥人工智能等新一代信息技术的引领作用，培养创新型产业人才，为我国经济的持续发展注入新的活力。
（文章来源：《创意世界》2024年4月号）
编校：苑宝平，审读：郭丽
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