生物燃料乙醇是目前世界上應用最廣泛的可再生能源，也是我國重點培育和發展的戰略性新興產業之一，符合我國能源供給側結構性改革和能源發展戰略的方向。
在國家推進工業化與信息化深度融合的背景下，推進生物燃料乙醇產業的智能化、安全化發展新模式，對於我國燃料乙醇產業高質量發展具有重要意義。
一、價值分析
生物燃料乙醇是聯通農業、能源和環保的國家戰略性新興產業，將在保障國家糧食安全、解決能源危機和環境治理等方面將發揮更大的作用。
生物燃料乙醇作為傳統石化能源的替代品之一，有助於進一步優化我國能源結構，降低石油對外依賴度，保證能源安全。
生物燃料乙醇是糧食生產的“推進器”和糧食安全的“調節閥”，壯大產業有助於穩定糧食生產，是解決“問題糧食”的唯一現實途徑。
生物燃料乙醇是一種清潔能源，是汽油最環保的增氧劑和辛烷值促進劑，能夠有效減少溫室氣體和PM2.5排放，對於改善大氣環境質量有著積極作用。
十多年來，我國生物燃料乙醇產業累計生產和消耗超過1.98×107 t，調合汽油近2×108 t，間接減少原油進口3.2×108 t；消化人畜不能食用的玉米、水稻、小麥等1.43×107 t，副產1.24×107 t高蛋白飼料；累計減排二氧化碳當量2.52×107 t，替代甲基叔丁基醚的使用，保護了地下水源。
2020年生物燃料乙醇在全國範圍推廣後，我國年需求量將超過1×107 t，尚有缺口7×106 t。燃料乙醇產業面臨著廣闊發展空間和重大發展機遇。
在國家推進工業化與信息化深度融合的背景下，利用我國在工業互聯網和5G技術上的優勢，在大數據、數字孿生和區塊鏈等新技術的支撐下，結合先進的信息管理系統，實現未來生物燃料乙醇工廠的智能化、安全化的發展新模式，對於我國燃料乙醇產業高質量發展具有重要的意義。
二、發展現狀
2018年，全球約有2000家燃料乙醇工廠正在運行，全年燃料乙醇產量達到8.5×107 t，同比增長5.28%。
表1 2014—2018年世界燃料乙醇產量
目前我國生物燃料乙醇主要生產方式分為糧食乙醇和纖維素乙醇。
使用生物發酵法制乙醇在我國主要經歷了3個發展階段：1代燃料乙醇以玉米、小麥等陳糧為原料，通過生物發酵，由澱粉轉化為乙醇；1.5代燃料乙醇以非糧農作物（木薯）為原料，同樣通過發酵將澱粉轉化為乙醇，雖然此路線可避免與人爭糧問題，但目前該原料主要依賴於進口；2代燃料乙醇主要是纖維素乙醇，最大的優勢是原料充足，但由於我國在纖維素乙醇關鍵技術方面還沒有實現突破，所以成本與糧食乙醇相比偏高。
總體看來，我國燃料乙醇生產水平處於1代到1.5代過渡階段，2代纖維素乙醇將是未來生物燃料乙醇的主流路線。
生產效率的提升一直是燃料乙醇生產關鍵技術的研發核心。近年來，我國生物燃料乙醇生產線逐步實現了自動化，通過機器代人大大提升了生產效率，同時降低了生產過程的人力勞動成本。
為保證生物燃料乙醇產業安全高效生產和提升未來核心競爭力，生物燃料乙醇企業亟需通過新技術手段進行資源整合、優化生產過程，以提高自身產能，降低生產成本，尋求高質量發展路線。
三、未來發展新模式
利用智能控制、工業大數據、5G網絡等先進信息化技術保證生物燃料乙醇企業的安全高效生產，是尋找生物燃料乙醇產業發展新模式需要解決的關鍵問題。
（一）基於發酵過程大數據的智能生產新模式
生物發酵過程具有原料來源多樣且不確定、發酵過程機理複雜、過程變量維數眾多且交互影響複雜、設備單元特徵各不相同等特點。同時，生物發酵過程保存了海量的歷史生產數據，這些數據蘊含著生產過程豐富的特徵信息。
生物燃料乙醇作為生物發酵的典型過程，未來生產過程的新模式可基於生產線的歷史運行數據，可構建工藝知識圖譜，利用大數據分析和深度學習實現生產過程的建模與動態調度。
圖 1 燃料乙醇產業生產過程新模式
（二）基於數字孿生技術的安全生產新模式
生物燃料乙醇行業的生產設備需要不停機運行。升級傳統的診斷與維護技術，使其具備主動和自適應的狀態評估能力，這是保障設備安全運行、提升作業質量、減少經濟損失和避免人員傷亡的有效方式。數字孿生、遠程運維、故障診斷等技術是燃料乙醇產業設備運維新模式的關鍵技術。
構建生物燃料乙醇生產線數字孿生系統，建立涵蓋多空間尺度和多時間尺度的數字孿生對象模型，可以實現設備遠程在線監測，提供三維沉浸式智能巡檢、工藝流程培訓、操作培訓、安環監控等功能，解決大範圍廠區、高危區域、惡劣天氣下的人工巡檢、產線管理等難題。
預測性維護是建立在現代數字信號處理、人工智能等先進技術上的一種新的設備維護方式，對生物燃料乙醇生產線關鍵設備特徵進行動態觀測、重點觀測及數據分析，賦予燃料乙醇生產線完善的自檢和自診斷能力。
圖2 燃料乙醇產業設備運維新模式
（三）基於工業互聯網和區塊鏈技術的能源產業管理新模式
採用工業互聯網和區塊鏈技術，打造燃料乙醇產業新管理模式，有助於生物燃料乙醇行業與企業打通上下游信息、整合數據、實施精益管理，為國家政策全方位執行、高質量推進提供有力保障。
以“5G+工業互聯網”為手段，對企業進行工業互聯網內網設計、建設和管理運維，將分佈於各地的生產企業連接起來。通過平臺進行生產數據、工業模型、業務服務的沉澱，通過工業APP進行工業知識、經驗的傳遞和複製。探索燃料乙醇產業可持續發展的商業管理模式，完成企業轉型、跨企業價值鏈延伸、全行業生態構建與配置優化。
區塊鏈技術有助於解決能源行業“三難”問題：優化能源流程降低成本，提高供應的安全性，提供更多的可再生能源和低碳解決方案。區塊鏈模式在供應鏈金融平臺和產品溯源平臺方面的應用探索，可作為生物燃料乙醇行業商業模式創新的重要突破口。
四、對策建議
國家層面應加強頂層設計，從國家戰略層面引導產業發展，加快制定培育生物燃料產業智能化發展的專項綱領性文件。統籌生物燃料乙醇生產和車用乙醇汽油推廣使用工作，健全生物燃料乙醇產業標準體系。
地方政府應開展體制機制改革先試，積極促進產業新形態形成。對產業智能化升級與建設給予資金扶持，引導生物燃料乙醇產業基地特色化、聯合化、智能化發展，推動有條件地區開展生物液體燃料新技術、新模式示範。
企業層面應注重創新生產模式和生產技術，堅持自主研發與引進吸收、基礎研究與商業化應用相結合原則，探索適合國情的先進生物燃料技術路線，積極配合國家政策導向，提升市場競爭力。
大力發展以纖維素類生物質為原料的生物燃料技術，重點攻克秸稈預處理、糖平臺、生物轉化、生化分離、生物煉製和副產物聯產等技術瓶頸，將解決方案整合集成為整體工藝包來開展產業化示範和推廣，保障油品質量升級和替代。
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