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        《電子技術應用》
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        【現代數字城市動態】擁抱“碳中和”,城市數字化轉型的綠色新路徑

        2021-05-11
        來源: 現代數字城市研究

          2020年9月,習近平總書記在聯合國大會上宣布了我國“碳達峰”目標與“碳中和”愿景。近期正在召開的全國兩會上,“碳中和”成為各界關注熱點。2021年政府工作報告作出了“制定2030年前碳排放達峰行動方案”的重要部署,標志著“碳中和”時代的正式到來,城市發展面臨碳排放的硬約束。與此同時,數字化正引發經濟社會發展模式的深刻變革,將重塑城市競爭格局?!疤贾泻汀迸c“數字化”作為未來城市發展的兩大關鍵變量,如何分析透、處理好兩者之間的關系,走出一條綠色化、數字化轉型發展路徑,成為建設現代化城市面臨的重大課題。

          1. “碳中和+數字化”是城市未來十年發展的兩個“大考”

          1.1 “碳中和”驅動城市由“低碳”走向“零碳”

          “碳中和”意味著碳排放正負相抵,達到相對“零排放”,將推動城市各領域能源供應由化石能源轉向清潔能源,實現經濟增長與二氧化碳排放完全脫鉤,未來城市能源結構、產業結構、發展模式等都將面臨綠色變革。我國長期堅持綠色低碳發展戰略,先后開展三批低碳省市試點,共有82個試點省市研究提出碳達峰目標,其中60個省市計劃2025年前達到碳達峰,截至2019年底我國單位GDP二氧化碳排放較2005年下降48.1%,為實現“碳中和”目標奠定了堅實基礎。近期國務院出臺了《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》,進一步明確提出節點目標和重點任務,未來各城市面臨著更加嚴格的碳排放限制。推動城市由“低碳”向“零碳”轉型,雖然短期內將對經濟增速、產業機構調整帶來一定壓力,但長遠看會倒逼城市推動經濟和環境協調發展,是實現可持續高質量發展的必然選擇。

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          圖1:“碳中和”實現路徑

          1.2 城市數字化迎來“轉型”新階段

          近期,上海、深圳、杭州等國內領先城市相繼提出城市數字化轉型部署,引領全國城市數字化從“建設”走向“轉型”,啟動新一輪數字化浪潮。經過數輪建設,我國數字化已形成良好基礎和規模優勢,全國已有超過700個城市開展數字城市試點建設;數字經濟規模達到35.8萬億元,對GDP增長貢獻率超過6成;32個省級政府全部建成互聯網政務服務平臺和政務服務APP;數據資源規模穩居世界第一;5G基站數量達70萬,占全球近7成……相比于數字化建設,數字化轉型是整體的轉型,強調各領域協同推進,徹底改變城市數字化“條塊分割”、割裂運行的狀態,從而最大程度釋放數字生產力,深刻變革生產關系和社會治理形態,為城市發展注入新動力。

          1.3 需以綠色化、數字化引領城市現代化進程

          生存和發展是世界最重要的時代性課題,“碳中和”是保護人類生存環境的必然選擇,“數字化”是數字時代驅動發展的核心動力。立足我國現代化進程,“碳中和”和“數字化”成為決定城市現代化成敗的兩大關鍵因素,進入“十四五”各城市圍繞“碳中和”“數字化”進行大力部署,綠色化、數字化是未來城市轉型發展的著力重點,全方位、根本性變革城市發展模式。綠色化轉型推動城市能源生產、能源供應和能源消費革命,城市逐步建立清潔能源體系和綠色工業體系。數字化轉型進一步推動城市解決治理和發展難題,形成經濟、治理、生活各領域新模式、新業態。此外,綠色化和數字化不是互相割裂的,而是相互交織、互促互進的,一方面,“碳中和”推動綠色化成為數字化轉型的內在要求,如數字基礎設施綠色化已經成為發展趨勢,另一方面,數字技術又能廣泛賦能各領域的綠色化轉型,如人工智能技術的應用推動工業生產能耗大幅降低。

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          表 1  面向“十四五”,“碳中和”和“數字化”成為省市重點部署方向

          

          2. “數字化”賦能綠色化發展的路徑初繪

          圍繞以“數字化”賦能城市綠色化發展,建立綠色低碳循環發展經濟體系,未來主要從推動數字技術與綠色產業體系、城市碳排放管理、碳交易服務三個方面同步開展工作。

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          圖2:城市“碳中和”發展路徑

          2.1 打造“數字+”綠色產業體系

          數字技術成為我國未來實現城市低碳轉型和引領綠色低碳循環經濟的關鍵,數字技術的發展也成為支撐行業低碳轉型的重要組成部分。實現“碳中和”的目標,各行各業都面臨長期低碳轉型的要求,實現數字技術與節能環保的深度融合,推動能源、建筑、交通、工業、農業等傳統行業的綠色低碳發展。一是通過數字技術對電力系統改造升級,實現對清潔能源的高效利用,如國家電網在率先發布的“碳達峰、碳中和”行動方案中,提及推動電網向能源互聯網升級等核心內容。二是應用數字技術重塑建筑用能體系,對城市集中供暖開展數字化改造降低能耗,推廣使用建筑節能系統。三是加快發展智慧交通,提高交通運輸基礎設施全周期數字化水平。四是依托數字技術建設現代化工業體系,由使用傳統化石燃料轉向使用清潔能源,并對制造業產業結構進行調整,進一步提高生產效率。五是推廣農業新技的應用,發展智慧農業,建立自然資源和土地數字管理體系等。此外,低碳轉型不僅是涉及到行業內部轉型,不同行業的數字化會產生連鎖效應,影響到關聯行業的低碳發展,因此強化跨行業政策和行動的協調對城市低碳轉型也至關重要。

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          表 2  部分能源企業“碳達峰”“碳中和”目標和行動計劃

          2.2 打造“數字+”城市碳排放管理體系

          “碳中和”時代,城市碳排放量面臨嚴格的總量限制,通過數字技術應用于城市碳排放的各領域,構建城市碳排放的數據基礎體系和感知網絡,推進城市碳排放管理科學化、精細化、智能化成為治理現代化的重要組成。一是搭建城市碳排放在線監測平臺,全面接入建筑、交通、生產企業等碳排放數據,并基于城市大腦拓展形成城市碳排放數字股管理專題場景,實現對碳排放量的實時監測、智能預警、趨勢研判等,如“貴陽市節能低碳在線監測管理平臺”實現對全市重點企業能耗情況的可監測、可考核和可核查。二是建立城市碳排放數據分析系統,通過對各行各業碳排放量的統計、分析,形成城市碳排放量的智能分布,推動重點領域生成碳排放畫像,對碳排放水平進行智能識別,建立城市碳排放量負面清單管理制度,賦能行政主管部門精準施策、有效處置。三是建立城市碳排放智能調節系統,形成基于大數據分析技術的碳排放優化配置方案,推動城市各領域碳排放量的統籌調度,提升能源利用效能。

          2.3 打造高效便捷的碳市場數字服務體系

          把握城市數字化轉型機遇窗口,推進數字技術與碳交易各環節深度融合,是推動城市綠色低碳發展的重要舉措。建立高效、便捷、規范的城市碳交易數字管理服務體系,重點圍繞碳資產管理、碳交易綜合服務和碳交易信用監管三個方面展開。一是碳資產的數字化管理,建立城市碳資產目錄清單,面向交通、能源、化工、建筑等各領域,形成碳資產專題數據庫,實現對配額排放權、減排信用額等各類碳資產的動態管理。二是碳交易綜合數字化服務,包括資產登記、交易買賣、技術咨詢、輔助決策、政策推送、大數據分析等,為各類交易主體提供全流程一站式服務,降低交易成本,目前深圳市已建立了“溫室氣體排放信息管理系統”,提供賬號信息管理、碳排放復核報告、碳排放權交易等服務,形成規范化、標準化的碳排放交易流程。三是碳交易信用的數字化監管,基于大數據技術對碳交易行為進行智能化分析,形成信用畫像。推進智能合約的應用,運用區塊鏈技術建立不同交易主體之間的共識機制,提高交易透明度和安全性。

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          圖3:全球碳市場現狀

          資料來源:2018-2019年中國碳市場進展

          截至到2019年,我國已有8個區域碳交易市場持續運營,全國碳交易市場相關法律法規、制度設計、基礎設施、能力建設工作持續推進。

          3. “碳中和”開辟數字化轉型發展新賽道

          進入“碳中和”時代,數字化轉型過程中也應以綠色低碳理念為引領,加快推動云、網等數字設施綠色化、大力應用綠色技術、形成系統的“碳中和”數字解決方案等將成為數字化轉型的重點方向。

          3.1 云:加快數據中心綠色革命

          國家和地方圍繞推動綠色數據中心建設密集出臺部署。工信部等三部門于2019年聯合出臺《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》,提出提高資源利用效率,提升清潔能源應用比例等部署,為加快綠色數據中心建設指明了方向。與此同時,配套出臺的《公共機構數據中心綠色測評工作指南》《公共機構綠色數據中心建設指南》《公共機構綠色數據中心運維規范》(編制中)等文件,在實施層面指導綠色數據中心的建設、運維和評價等。地方政府積極響應,北京、深圳等陸續出臺《綠色數據中心評價規范》文件,浙江省發布全國首個地方級《公共機構綠色數據中心建設與運行規范》,多個省市大力推進綠色中心試點評價、推薦、認證、節能審查等工作,服務綠色數據中心落地和綠色技術推廣。

          全國各類數據中心的耗電量已連續八年以超過12%的速度增長,占社會用電總量的2.35%,建設綠色數據中心已成為城市推動“碳中和”的重點舉措。盡管我國數據中心平均PUE值已從2015年的2.5下降到當前的1.59,但整體上數據中心累計二氧化碳年排放量仍接近1億噸,距離“碳中和”目標仍有較大距離。地方城市對綠色數據中心的需求與日劇增,上海、北京、深圳等地陸續出臺硬性標準,提出新建數據中心的PUE值不得高于1.4。

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          表 3  部分城市數據中心PUE限制政策

          從技術發展基礎看,建設綠色數據中心的技術基礎已經完備。一是大數據、人工智能等數字技術加快應用,對能源使用進行智能管控、劃分,確保數據中心能源高效合理利用。二是先進高效的制冷、余熱技術成熟應用。三是新能源技術的發展大幅提升了數據中心清潔能源使用比例。以陽泉數據中心為例,其PUE值已降低至1.1左右,一是通過應用光伏技術,利用太陽能年發電量達到12萬kWh;二是部署國內首批內置式鋰電池機柜,提高供電效率至99.5%;三是運用AI實現智能供電、智能散熱,確保數據中心低能耗高性能運行。

          3.2 網:構建低碳型5G網絡

          截至2020年底,我國5G基站已部署超過60萬個,金融、教育、醫療等各領域商用部署快速鋪開。然而,5G在取得快速發展的同時,也帶來了巨大的能耗壓力。據統計,5G基站單位能耗超過8kW,是4G基站的3倍,且5G由于大流量、低延時等特點,其基站部署密度預計需達到4G基站的2-3倍,因此,推動5G基站節能降耗是城市實現“碳中和”目標的必要條件。目前主流的手段是構建設備級、站點級和網絡級三級節能技術體系。設備級節能主要指利用新型結構設計、運用數字中頻技術等降低設備能耗;站點級節能主要指基于智能化調節技術,開發自適應業務關斷、休眠等功能降低運行功耗;網絡級節能一方面通過C-RAN集中部署和基站資源池共享,節省硬件配置,另一方面應用多網協作技術,通過分析網絡負荷、業務需求和網絡質量建立分區休眠/喚醒模式,從而降低網絡運行能耗。

          3.3 解決方案:建設“碳中和”的數字應用

          隨著數字化應用的廣度、深度提升,與各領域業務融合將更加緊密,加快形成“碳中和”的數字應用解決方案,成為未來數字城市的建設重點,對城市整體實現“碳中和”目標也具有重要意義。一是推動能源供應的綠色化,以數字技術推動能源基礎設施智能化運營,形成智慧電網、智慧熱網等一批行業綠色智能的行業解決方案,二是推動推動能源應用的綠色化,圍繞工業、農業生產等高耗能領域,加快數字技術在設備能耗管理、生產效率、流程優化等方面的應用,形成一批綠色智能制造、綠色農業種植等方案,全面提升生產效率,降低單位能耗。三是形成“碳中和”智慧建筑解決方案,推動智能燈光、智能地板、智能插座等設備應用,通過動態感知、智能調節等功能,推動城市建筑的節能降耗。四是形成“碳中和”數字環保解決方案,建立城市碳排放的立體感知網絡,建立城市碳排放的碳補償數據庫,基于城市大腦建立“碳排放”駕駛艙,實現智能分析、趨勢研判、超標排放預警、聯動處置和配額優化等功能。

          4. 推動城市“碳中和+數字化”發展的建議

          4.1 完善城市綠色低碳建設管理

         ?。?)統籌部署數字化低碳建設方案

          政府作為城市的管理者,加快確立綠色低碳、數字智慧的新發展模式,針對城市自身的區位條件和發展階段,統籌規劃城市數字化碳中和頂層設計方案,因地制宜推出具體行動措施,更好推動城市數字化轉型走出一條綠色路徑。

         ?。?)推進綠色數字基礎設施建設

          政府鼓勵在建設數據中心、5G基站等高耗能數字設施時,融合節能新技術,深度使用清潔能源,建立完善的用能采購途徑,降低綠色數字設施的運營成本。將能耗指標作為選擇數字產品和服務的重要依據,探索建立科學的數字產品和服務能耗指標評價標準。

         ?。?)加大綠色智能應用的建設

          政府加強與網信骨干企業、電信運營商、互聯網企業等數字運營服務商的合作,加快把新技術參與城市數字化“碳中和”進程中,加大用于碳排放監測、碳數據分析等應用系統的建設。

          4.2 數字企業綠色低碳發展舉措和建議

          隨著全球數字產業碳排放占比不斷提升,國內數字科技企業相繼提出“碳中和”目標和規劃,加快推動科技領域綠色低碳發展。微軟、谷歌、蘋果、亞馬遜等國外數字巨頭已初步實現自身經營性碳平衡,并且提出在2030-2040年期間供應鏈整體實現“碳中和”目標,并提出如下重點舉措,一是成立基金會,大力推動節能技術研發;二是進一步推動清潔能源使用比例;三是運用數字技術賦能碳排放智能管理;四是建立碳能源付費使用機制,倒逼清潔能源的利用。

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          表4  國外科技企業“碳中和”計劃

          中國數字企業在碳減排上與國外企業相比存在一定的差距,隨著我國“碳達峰”“碳中和”目標已經明確,國內數字企業一方面應充分引入國外先進的技術路線和成熟體制機制,加大資金、技術、人才方面的保障,建立后發優勢。另一方面也應把握城市數字化轉型浪潮,建立一批高技術高能效的“碳中和數據中心”,并推動數字技術在能源行業的應用,推動城市能源智能化管理。

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          表5  國內科技企業“碳中和”部署

          “碳中和”是城市未來數十年發展的主線之一,各類企業都在搶先布局,這既是順應時代發展要求,也是保持企業長期競爭力的重要源泉。數字企業在這種趨勢下,應盡快出臺系統性數字化“碳中和”解決方案,利用技術、人才、資金等優勢,把握城市數字化轉型浪潮,深度參與到城市“碳中和”建設中,履行企業的責任義務,為“碳中和”和“數字化”貢獻力量,為“碳中和”的高質量供給側改革做好支撐。

          

          


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