一、前言

按照我國(guó)《可再生能源法》的定義，生物質(zhì)能是指利用自然界的植物、糞便及城鄉(xiāng)有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化成的能源。生物燃料則是生物質(zhì)能的載體，泛指由生物質(zhì)組成或經(jīng)加工得到的固體、液體或氣體燃料。

燃料乙醇是目前世界上應(yīng)用最廣泛的可再生能源，也是我國(guó)重點(diǎn)培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，符合我國(guó)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和能源發(fā)展戰(zhàn)略的方向。生物燃料乙醇是聯(lián)通農(nóng)業(yè)、能源和環(huán)保的國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在保障國(guó)家糧食安全、解決能源危機(jī)和環(huán)境治理等方面將發(fā)揮更大的作用。一方面，燃料乙醇作為傳統(tǒng)石化能源的替代品之一，有助于進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，降低石油對(duì)外依賴(lài)度，保證能源安全；另一方面，生物燃料乙醇是糧食生產(chǎn)的“推進(jìn)器”和糧食安全的“調(diào)節(jié)閥”，通過(guò)生物燃料乙醇的生產(chǎn)和加工，有助于穩(wěn)定糧食生產(chǎn)，是解決“問(wèn)題糧食”的唯一現(xiàn)實(shí)途徑，可以有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展。同時(shí)，燃料乙醇還是一種清潔能源，是汽油最環(huán)保的增氧劑和辛烷值促進(jìn)劑，能夠有效減少溫室氣體和PM2.5排放，對(duì)于改善大氣環(huán)境質(zhì)量有著積極作用。

目前美國(guó)和巴西燃料乙醇的生產(chǎn)及消費(fèi)在全球居于領(lǐng)先地位，主要得益于穩(wěn)定且廉價(jià)的原料供應(yīng)和可再生能源的激勵(lì)政策。以美國(guó)為例，2019年美國(guó)共計(jì)生產(chǎn)了4.717×107t乙醇，替代了從5億桶原油中提煉的汽油，創(chuàng)造了320億美元的收入，支持了6.8萬(wàn)個(gè)直接工作崗位和28萬(wàn)個(gè)間接工作崗位。十多年來(lái)，我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)累計(jì)生產(chǎn)量超過(guò)1.98×107t，調(diào)合汽油近2×108t，改善了現(xiàn)有的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，間接減少原油進(jìn)口量達(dá)3.2×108t；消化人畜不能食用的玉米、水稻、小麥等糧食作物1.43×107t，副產(chǎn)1.24×107t高蛋白飼料；累計(jì)減排CO2當(dāng)量2.52×107t，減少汽車(chē)尾氣有害物質(zhì)排放，替代甲基叔丁基醚（MTBE）使用，保護(hù)了地下水資源。在拉動(dòng)農(nóng)業(yè)、保護(hù)環(huán)境、替代能源三大戰(zhàn)略方面初見(jiàn)成效，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著。

近年來(lái)，一系列國(guó)家層面的扶持和推廣政策陸續(xù)出臺(tái)，推動(dòng)了我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐。2016年，國(guó)家能源局發(fā)布《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出加快生物液體燃料的示范和推廣，尤其是推進(jìn)燃料乙醇的應(yīng)用。2017年，我國(guó)確定加快發(fā)展燃料乙醇的策略，15個(gè)國(guó)家部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車(chē)用生物乙醇汽油的實(shí)施方案》，大力推廣燃料乙醇的使用；之后，又確定了《全國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)總體布局方案》。2018年我國(guó)燃料乙醇裝置產(chǎn)能新增近1×106t，總量達(dá)到3.7×106t，2020年在全國(guó)范圍推廣后，燃料乙醇年需求量將超過(guò)1×107t，而燃料乙醇市場(chǎng)至少有7×106t的缺口。

我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)即將迎來(lái)廣闊的發(fā)展空間和重大的發(fā)展機(jī)遇。盡管生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)已基本形成了從生產(chǎn)、混配、儲(chǔ)運(yùn)到銷(xiāo)售的完整產(chǎn)業(yè)體系，但整體發(fā)展與美國(guó)仍有很大差距。在國(guó)家推進(jìn)工業(yè)化與信息化深度融合的背景下，利用我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和第五代移動(dòng)通信（5G）技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈等新技術(shù)為支撐，結(jié)合先進(jìn)信息管理系統(tǒng)，探討未來(lái)生物燃料乙醇工廠的智能化、安全化發(fā)展新模式，對(duì)于我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要價(jià)值。

二、生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

燃料乙醇產(chǎn)業(yè)是國(guó)家重點(diǎn)推廣的新型產(chǎn)業(yè)，是基于石油危機(jī)和控制大氣污染所產(chǎn)生的新興綠色產(chǎn)業(yè)之一，目前我國(guó)生物燃料乙醇主要生產(chǎn)方式分為糧食乙醇和纖維素乙醇。使用生物發(fā)酵法制乙醇在我國(guó)主要經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：1代燃料乙醇以玉米、小麥等陳糧為原料，通過(guò)生物發(fā)酵將淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇；1.5代燃料乙醇以非糧農(nóng)作物（木薯）為原料，同樣通過(guò)發(fā)酵將淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇，雖然此路線可避免與人爭(zhēng)糧的問(wèn)題，但目前該原料主要依賴(lài)于進(jìn)口；2代燃料乙醇主要是纖維素乙醇，優(yōu)勢(shì)在于原料充足，但由于我國(guó)的纖維素乙醇關(guān)鍵技術(shù)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)突破，所以成本與糧食乙醇相比偏高。整體來(lái)看，我國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)水平處于從1代向1.5代過(guò)渡的階段，2代纖維素乙醇將是未來(lái)生物燃料乙醇的主流路線。

2018年，全球約有2000家燃料乙醇工廠處于運(yùn)行狀態(tài)，燃料乙醇年產(chǎn)量達(dá)到8.5×107t，同比增長(zhǎng)5.28%。國(guó)際能源署（IEA）于2018年10月發(fā)布了《2018年可再生能源：2018—2023年市場(chǎng)分析和預(yù)測(cè)》，認(rèn)為可再生能源市場(chǎng)將繼續(xù)擴(kuò)張，遠(yuǎn)期可占全球能源消費(fèi)增長(zhǎng)量的40%；生物燃料產(chǎn)量將增長(zhǎng)15%，到2023年達(dá)到1.65×1011L（約1.3×108t）。根據(jù)美國(guó)可再生燃料協(xié)會(huì)（RFA）公布的數(shù)據(jù)，美國(guó)作為燃料乙醇的主要生產(chǎn)國(guó)，2018年燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到4.796×107t，占全球總產(chǎn)量的56%；巴西是乙醇全球第二大生產(chǎn)國(guó)，2018年乙醇產(chǎn)量達(dá)到2.365×107t，約占全球總產(chǎn)量的28%；歐盟1993年生物燃料乙醇產(chǎn)量?jī)H為4.8×104t，經(jīng)過(guò)十余年發(fā)展，于2004年達(dá)到4.2×105t，隨后開(kāi)始大幅增長(zhǎng)并于2006年達(dá)到1.2×106t，2018年達(dá)到4.27×106t（見(jiàn)表1）。無(wú)論是起步時(shí)間還是增長(zhǎng)速度，歐盟生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)均不能和美國(guó)、巴西等生物燃料乙醇大國(guó)相比，但具備了較為牢固的生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。世界上多數(shù)國(guó)家均已發(fā)布推廣應(yīng)用的相關(guān)法律或政策，燃料乙醇產(chǎn)業(yè)前景可期。

表12014—2018年世界燃料乙醇產(chǎn)量×104t

數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó)可再生燃料協(xié)會(huì)（RFA）。

提升生產(chǎn)效率一直是燃料乙醇關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)核心。這將使生產(chǎn)企業(yè)在多方面受益：一是提高現(xiàn)有裝置產(chǎn)能，提升設(shè)備利用率和各操作單元的轉(zhuǎn)化效率；二是優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過(guò)分級(jí)利用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值的最大化；三是節(jié)約能源及水的消耗；四是降低“三廢”排放；五是降低新增產(chǎn)能的投資成本和現(xiàn)有裝置的生產(chǎn)成本，提升裝置整體效益。未來(lái)的裝置工藝過(guò)程將會(huì)更加簡(jiǎn)潔、綠色，設(shè)備更加穩(wěn)定可靠，使產(chǎn)品在全生命周期內(nèi)的碳排放及凈能量、污染物排放方面有更大的提升。合成生物學(xué)和分子生物學(xué)作為先進(jìn)生物技術(shù)的發(fā)展方向，將在未來(lái)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起到重要作用，包括基因育種、高效酶制劑、酵母等在內(nèi)的多項(xiàng)生物技術(shù)正在全面進(jìn)入燃料乙醇產(chǎn)業(yè)鏈。

國(guó)家非糧生物質(zhì)能源工程技術(shù)研究中心利用合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建得到乙醇耐受性加強(qiáng)的工程菌YM-27，與原始釀酒酵母相比，在12%乙醇脅迫條件下，生長(zhǎng)量提升至1.97倍。該菌株在木薯乙醇生產(chǎn)中運(yùn)用，可克服濃醪發(fā)酵中后期酵母菌受高濃度乙醇抑制而導(dǎo)致發(fā)酵活力不足的問(wèn)題。將乙醇耐受性、滲透壓耐受性提高的酵母應(yīng)用于濃醪發(fā)酵，原料可快速糖化，發(fā)酵后無(wú)殘?zhí)鞘Ｓ?，乙醇終濃度接近20%（v/v）。采用發(fā)酵–滲透汽化耦合技術(shù)原位分離乙醇可以減小產(chǎn)物抑制作用、提高單位體積產(chǎn)率。應(yīng)用生物技術(shù)使我國(guó)的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高與生產(chǎn)成本的降低，但由于我國(guó)現(xiàn)階段生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料仍為玉米等糧食作物，生產(chǎn)成本相對(duì)較高，與美國(guó)和巴西存在較大差距。此外，相對(duì)煤制乙醇等其他燃料乙醇生產(chǎn)途徑，生物燃料乙醇的生產(chǎn)成本處于劣勢(shì)。

近年來(lái)，我國(guó)生物燃料乙醇生產(chǎn)線逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，通過(guò)“機(jī)器代人”顯著提升了生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了生產(chǎn)過(guò)程的人力勞動(dòng)成本。然而，生產(chǎn)線的信息化和智能化程度依然偏低，難以通過(guò)感知、獲取、分析生產(chǎn)線的全要素信息以進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)線資源配置和生產(chǎn)力；同時(shí)企業(yè)決策層難以及時(shí)了解和掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，導(dǎo)致管理難度大、成本高。為保證生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)安全高效生產(chǎn)和提升未來(lái)核心競(jìng)爭(zhēng)力，相關(guān)企業(yè)亟需通過(guò)新技術(shù)手段進(jìn)行資源整合、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，以提高自身產(chǎn)能、降低生產(chǎn)成本，由此走出一條高質(zhì)量發(fā)展路線。

此外，化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程具有危險(xiǎn)性大、連續(xù)性強(qiáng)、規(guī)模大、生產(chǎn)工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，安全生產(chǎn)始終是化工行業(yè)的第一基本準(zhǔn)則。根據(jù)2018年全國(guó)化工事故分析報(bào)告統(tǒng)計(jì)，2018年全國(guó)范圍內(nèi)共發(fā)生化工事故176起、死亡223人；其中中毒和窒息事故32起、化學(xué)爆炸26起?；て髽I(yè)目前仍缺乏有效的生產(chǎn)過(guò)程智能管控平臺(tái)，企業(yè)存在監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)多的安全隱患，化工生產(chǎn)安全、環(huán)境安全仍是眾多化工企業(yè)的痛點(diǎn)問(wèn)題。生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)是集生物、化工、能源產(chǎn)業(yè)于一體的復(fù)合型產(chǎn)業(yè)，安全生產(chǎn)同樣是企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。

三、生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的新模式

2019年7月，《流程型智能制造白皮書(shū)》正式發(fā)布，在智能制造這一新的背景和機(jī)遇下，流程型制造業(yè)在設(shè)備運(yùn)維和資產(chǎn)管理模式、生產(chǎn)模式、運(yùn)營(yíng)模式、商業(yè)模式等方面都將發(fā)生顯著變化。為了保證企業(yè)安全高效生產(chǎn)、提升未來(lái)核心競(jìng)爭(zhēng)力，尋找生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新模式迫在眉睫。

利用智能控制、工業(yè)大數(shù)據(jù)、5G網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)信息化技術(shù)保證生物燃料乙醇企業(yè)的安全高效生產(chǎn)，這是尋找生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式的主要方向。我國(guó)先后出臺(tái)《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》等政策文件，為智能制造發(fā)展提供了有力的政策支持，標(biāo)志著信息化與工業(yè)化深度融合成為我國(guó)發(fā)展的新戰(zhàn)略[10,11]。5G商用進(jìn)程快速推進(jìn)，將提供10倍于4G網(wǎng)絡(luò)的連接速率，網(wǎng)絡(luò)延遲降低至1ms。5G網(wǎng)絡(luò)的靈活便捷將直接促進(jìn)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并為智能化發(fā)展提供關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。工業(yè)大數(shù)據(jù)是制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)技術(shù)路線圖中的重要突破點(diǎn)，以數(shù)據(jù)為核心構(gòu)建智能化體系有望成為支撐智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心動(dòng)力。

（一）基于發(fā)酵過(guò)程大數(shù)據(jù)的智能生產(chǎn)新模式

近年來(lái)，與工業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)的國(guó)家政策加快了信息化與工業(yè)的深度融合，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)新模式。2018年，中國(guó)信息通信研究院發(fā)布的《中國(guó)大數(shù)據(jù)發(fā)展調(diào)查報(bào)告（2018年）》顯示，2016—2018年中國(guó)工業(yè)大數(shù)據(jù)市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2018—2020年增速將保持在30%以上。生物發(fā)酵過(guò)程具有原料來(lái)源多樣且不確定、發(fā)酵過(guò)程機(jī)理復(fù)雜、過(guò)程變量維數(shù)眾多且交互影響復(fù)雜、設(shè)備單元特征各不相同等特點(diǎn)。同時(shí)，生物發(fā)酵過(guò)程保存了海量的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著生產(chǎn)過(guò)程豐富的特征信息。

生物燃料乙醇作為生物發(fā)酵的典型過(guò)程，未來(lái)生產(chǎn)過(guò)程的新模式可基于生產(chǎn)線的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建工藝知識(shí)圖譜，利用大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的建模與動(dòng)態(tài)調(diào)度（見(jiàn)圖1）：①針對(duì)生物燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程原料來(lái)源不確定性造成的全局單一模型難以精確描述生產(chǎn)過(guò)程的難點(diǎn)，通過(guò)基于層次聚類(lèi)算法的生產(chǎn)條件宏觀模態(tài)判別技術(shù)以及對(duì)應(yīng)的海量歷史數(shù)據(jù)分割技術(shù)，結(jié)合不同類(lèi)別樣本構(gòu)建對(duì)應(yīng)類(lèi)別的仿真模型，為生物燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程的智能化控制提供可靠樣本數(shù)據(jù)；②針對(duì)目前生物燃料乙醇生產(chǎn)線發(fā)酵和分離等關(guān)鍵工藝過(guò)程機(jī)理認(rèn)識(shí)不清的現(xiàn)狀，對(duì)模型關(guān)鍵參數(shù)、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行優(yōu)化校正和自適應(yīng)選擇，通過(guò)開(kāi)展大數(shù)據(jù)的信息挖掘來(lái)彌補(bǔ)機(jī)理認(rèn)知的不足，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵和分離等生物燃料乙醇生產(chǎn)線關(guān)鍵工藝過(guò)程的精確仿真；同時(shí)通過(guò)大數(shù)據(jù)整合的關(guān)鍵工藝過(guò)程性能指標(biāo)在線計(jì)算模型，進(jìn)行關(guān)鍵性能指標(biāo)精確計(jì)算，用于指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程的全局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生物燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程的智能化控制?；诠I(yè)大數(shù)據(jù)，結(jié)合先進(jìn)控制、工藝優(yōu)化等技術(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程中的物料趨于平衡，顯著提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源消耗，構(gòu)成了生物燃料乙醇生產(chǎn)的新模式。

圖1燃料乙醇產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程新模式

注：ERP為企業(yè)資源計(jì)劃；MES為制造執(zhí)行系統(tǒng)；DCS為集散控制系統(tǒng)。

（二）基于數(shù)字孿生技術(shù)的安全生產(chǎn)新模式

生物燃料乙醇行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間不停機(jī)運(yùn)行，傳統(tǒng)的被動(dòng)診斷與維護(hù)技術(shù)因其嚴(yán)重的滯后效應(yīng)和低自適應(yīng)性而難以有效預(yù)示事故現(xiàn)象。升級(jí)傳統(tǒng)的診斷與維護(hù)技術(shù)，使其具備主動(dòng)和自適應(yīng)的狀態(tài)評(píng)估能力，這是保障設(shè)備安全運(yùn)行、提升作業(yè)質(zhì)量、減少經(jīng)濟(jì)損失和避免人員傷亡的有效方式。數(shù)字孿生、遠(yuǎn)程運(yùn)維、故障診斷等技術(shù)構(gòu)成了燃料乙醇產(chǎn)業(yè)設(shè)備運(yùn)維新模式的關(guān)鍵技術(shù)（見(jiàn)圖2）。

圖2燃料乙醇產(chǎn)業(yè)設(shè)備運(yùn)維新模式

數(shù)字孿生的應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋制造、建筑、醫(yī)療、城市規(guī)劃等，相關(guān)技術(shù)正在深刻地改變制造業(yè)：美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在月球車(chē)、戰(zhàn)斗機(jī)、新型發(fā)動(dòng)機(jī)等高端產(chǎn)業(yè)研發(fā)與制造方面成功應(yīng)用了數(shù)字孿生技術(shù)；國(guó)內(nèi)科大訊飛股份有限公司發(fā)布了建設(shè)數(shù)字孿生城市計(jì)劃；在北京新機(jī)場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)建筑物龍骨、管網(wǎng)等進(jìn)行孿生，提升建造效率的同時(shí)降低了5%~10%的建造成本，縮短了10%的建造工期。構(gòu)建生物燃料乙醇生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，建立涵蓋多空間尺度和多時(shí)間尺度的數(shù)字孿生對(duì)象模型，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)能力；結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，將設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至故障診斷專(zhuān)家，直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作人員開(kāi)展設(shè)備維修操作，顯著節(jié)約人工成本。此外，數(shù)字孿生系統(tǒng)提供三維沉浸式智能巡檢、工藝流程培訓(xùn)、操作培訓(xùn)、安環(huán)監(jiān)控等功能，成為解決大范圍廠區(qū)、高危區(qū)域、惡劣天氣下的人工巡檢、產(chǎn)線管理等難題的潛在手段。

預(yù)測(cè)性維護(hù)是建立在現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理、人工智能等先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上的一種新型設(shè)備維護(hù)方式，包括對(duì)燃料乙醇生產(chǎn)線裝備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警，對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)行遠(yuǎn)程分析和綜合管理，賦予燃料乙醇生產(chǎn)線完善的自檢和自診斷能力。整合傳感器檢測(cè)、信號(hào)處理和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)生物燃料乙醇生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析，具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷能力，提早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)部署維護(hù)方案，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)降到最低。通過(guò)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)設(shè)備運(yùn)維的模式轉(zhuǎn)變，提高設(shè)備運(yùn)維的效率和準(zhǔn)確性，保證相關(guān)企業(yè)的安全生產(chǎn)。

（三）基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的能源產(chǎn)業(yè)管理新模式

在國(guó)家政策的推動(dòng)下，生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但也面臨著一些挑戰(zhàn)，比如如何使國(guó)家政策更加高效地落地，如何避免定價(jià)機(jī)制轉(zhuǎn)換帶來(lái)的影響等。無(wú)論是在行業(yè)層面，還是在企業(yè)層面，對(duì)生物燃料乙醇市場(chǎng)實(shí)施精益管理（及全數(shù)字化管理）都是非常必要的：生產(chǎn)總量需要控制，上下游各環(huán)節(jié)需要協(xié)作，避免市場(chǎng)失控，既要消化多余的糧食又要確保糧食儲(chǔ)備處于安全線之上。因此，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)打造燃料乙醇產(chǎn)業(yè)新管理模式，有助于生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)實(shí)施精益管理，為國(guó)家政策全方位執(zhí)行、高質(zhì)量推進(jìn)提供保障。

2017年以來(lái)，我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)制造企業(yè)、工業(yè)軟件企業(yè)、工業(yè)設(shè)備供應(yīng)商、信息通信企業(yè)均開(kāi)展了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)。構(gòu)建產(chǎn)業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)有助于打通上下游信息、整合數(shù)據(jù)，進(jìn)而提升企業(yè)的管理效率[18,19]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐，5G是新一代信息通信技術(shù)升級(jí)的重要方向，二者的融合發(fā)展將推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，支撐制造強(qiáng)國(guó)和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)。目前“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的研究與建設(shè)還處于起步階段，在生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用方面亟待突破，發(fā)展空間廣闊?；谏锶剂弦掖计髽I(yè)發(fā)展需求和行業(yè)政策，以“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為手段，對(duì)企業(yè)進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理運(yùn)維，將分布于各地的生產(chǎn)企業(yè)連接起來(lái)，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工業(yè)模型、業(yè)務(wù)服務(wù)的積累，通過(guò)工業(yè)應(yīng)用程序（APP）進(jìn)行工業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的傳遞和復(fù)制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和產(chǎn)業(yè)鏈信息集成。由此提升生產(chǎn)企業(yè)的管理水平，探索燃料乙醇產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)管理模式，支持企業(yè)轉(zhuǎn)型、跨企業(yè)價(jià)值鏈延伸、全行業(yè)生態(tài)構(gòu)建與配置優(yōu)化。

區(qū)塊鏈技術(shù)作為新一代信息技術(shù)，是繼蒸汽機(jī)、電力、互聯(lián)網(wǎng)之后的顛覆性創(chuàng)新，將為新一輪技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革帶來(lái)新機(jī)遇。采用區(qū)塊鏈技術(shù)有助于解決能源行業(yè)“三難”問(wèn)題：一是優(yōu)化能源流程降低成本；二是提高供應(yīng)的安全性；三是提供更多的可再生能源和低碳解決方案。相關(guān)資料顯示，目前能源行業(yè)采用區(qū)塊鏈技術(shù)的主要是電力企業(yè)和石油石化企業(yè)。區(qū)塊鏈模式在供應(yīng)鏈金融平臺(tái)和產(chǎn)品溯源平臺(tái)等方面的應(yīng)用探索，可作為生物燃料乙醇行業(yè)商業(yè)模式創(chuàng)新的重要突破口。通過(guò)商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，優(yōu)化業(yè)務(wù)實(shí)施模式，提高管理效率并降低交易成本，從而促進(jìn)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型。

四、對(duì)策建議

（一）關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

《國(guó)家可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》明確提出，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，要積極發(fā)展以纖維素類(lèi)生物質(zhì)為原料的生物燃料技術(shù)。目前2代纖維素乙醇發(fā)展的瓶頸問(wèn)題在于缺乏先進(jìn)、高效、廉價(jià)的酶和工業(yè)菌種，核心技術(shù)尚缺乏競(jìng)爭(zhēng)力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力，尤其受制于纖維原料綜合利用水平差、技術(shù)集成度低等因素。針對(duì)纖維素乙醇技術(shù)存在的技術(shù)瓶頸和市場(chǎng)需求，亟需有效整合不同學(xué)科和特定技術(shù)領(lǐng)域，重點(diǎn)攻克秸稈預(yù)處理、糖平臺(tái)、生物轉(zhuǎn)化、生化分離、生物煉制和副產(chǎn)物聯(lián)產(chǎn)等制約纖維醇類(lèi)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，將相關(guān)技術(shù)組合形成一套完整的技術(shù)體系。在整體突破的基礎(chǔ)上，將解決方案整合集成為緊密銜接的完整工藝包，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化示范和推廣，由此保障我國(guó)油品質(zhì)量升級(jí)和替代，以期帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

在近期，建議將纖維素乙醇作為發(fā)展切入點(diǎn)，推行互利共贏的理念，與現(xiàn)有生產(chǎn)裝置（1代或1.5代）進(jìn)行深度整合，依托其公用工程來(lái)實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，從而降低纖維素乙醇工廠的整體投資和運(yùn)行成本。這是目前行業(yè)先行者認(rèn)可和推崇的新模式，預(yù)期具有可觀的綜合效益。

（二）政策保障

加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，從國(guó)家戰(zhàn)略層面引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快制定培育生物燃料產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展的專(zhuān)項(xiàng)綱領(lǐng)性文件。加強(qiáng)組織管理，盡快建立國(guó)家生物液體燃料推廣和研發(fā)工作協(xié)調(diào)機(jī)制，成立國(guó)家生物液體燃料工作領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)籌生物燃料乙醇生產(chǎn)和車(chē)用乙醇汽油推廣使用工作。健全生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。

地方政府在國(guó)家戰(zhàn)略明確的基礎(chǔ)上，開(kāi)展體制機(jī)制改革試點(diǎn)，積極促進(jìn)產(chǎn)業(yè)新形態(tài)形成。針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)規(guī)模企業(yè)、基地和集群，出臺(tái)相關(guān)政策，對(duì)產(chǎn)業(yè)智能化升級(jí)和建設(shè)給予必要扶持，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)企業(yè)政策優(yōu)惠支持。鼓勵(lì)人才、技術(shù)、資金向優(yōu)勢(shì)區(qū)域集中，引導(dǎo)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)基地特色化、聯(lián)合化、智能化發(fā)展，有步驟、有重點(diǎn)地培育若干世界級(jí)生物液體燃料產(chǎn)業(yè)集群，在有條件的地區(qū)開(kāi)展生物液體燃料新技術(shù)和新模式示范。

企業(yè)層面注重創(chuàng)新生產(chǎn)模式和生產(chǎn)技術(shù)，加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)合作，堅(jiān)持自主研發(fā)與引進(jìn)吸收并舉、基礎(chǔ)研究與商業(yè)化應(yīng)用結(jié)合的原則，建立完善以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。加強(qiáng)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，增強(qiáng)自主研究能力，集中力量突破關(guān)鍵共性技術(shù)，探索適合國(guó)情的先進(jìn)生物燃料技術(shù)路線。積極配合國(guó)家政策導(dǎo)向，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)內(nèi)部工作效率，支撐生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。