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【现代数字城市动态】拥抱“碳中和”,城市数字化转型的绿色新路径

2021-05-11
来源: 现代数字城市研究

  2020年9月,习近平总书记在联合国大会上宣布了我国“碳达峰”目标与“碳中和”愿景。近期正在召开的全国两会上,“碳中和”成为各界关注热点。2021年政府工作报告作出了“制定2030年前碳排放达峰行动方案”的重要部署,标志着“碳中和”时代的正式到来,城市发展面临碳排放的硬约束。与此同时,数字化正引发经济社会发展模式的深刻变革,将重塑城市竞争格局。“碳中和”与“数字化”作为未来城市发展的两大关键变量,如何分析透、处理好两者之间的关系,走出一条绿色化、数字化转型发展路径,成为建设现代化城市面临的重大课题。

  1. “碳中和+数字化”是城市未来十年发展的两个“大考”

  1.1 “碳中和”驱动城市由“低碳”走向“零碳”

  “碳中和”意味着碳排放正负相抵,达到相对“零排放”,将推动城市各领域能源供应由化石能源转向清洁能源,实现经济增长与二氧化碳排放完全脱钩,未来城市能源结构、产业结构、发展模式等都将面临绿色变革。我国长期坚持绿色低碳发展战略,先后开展三批低碳省市试点,共有82个试点省市研究提出碳达峰目标,其中60个省市计划2025年前达到碳达峰,截至2019年底我国单位GDP二氧化碳排放较2005年下降48.1%,为实现“碳中和”目标奠定了坚实基础。近期国务院出台了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》,进一步明确提出节点目标和重点任务,未来各城市面临着更加严格的碳排放限制。推动城市由“低碳”向“零碳”转型,虽然短期内将对经济增速、产业机构调整带来一定压力,但长远看会倒逼城市推动经济和环境协调发展,是实现可持续高质量发展的必然选择。

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  图1:“碳中和”实现路径

  1.2 城市数字化迎来“转型”新阶段

  近期,上海、深圳、杭州等国内领先城市相继提出城市数字化转型部署,引领全国城市数字化从“建设”走向“转型”,启动新一轮数字化浪潮。经过数轮建设,我国数字化已形成良好基础和规模优势,全国已有超过700个城市开展数字城市试点建设;数字经济规模达到35.8万亿元,对GDP增长贡献率超过6成;32个省级政府全部建成互联网政务服务平台和政务服务APP;数据资源规模稳居世界第一;5G基站数量达70万,占全球近7成……相比于数字化建设,数字化转型是整体的转型,强调各领域协同推进,彻底改变城市数字化“条块分割”、割裂运行的状态,从而最大程度释放数字生产力,深刻变革生产关系和社会治理形态,为城市发展注入新动力。

  1.3 需以绿色化、数字化引领城市现代化进程

  生存和发展是世界最重要的时代性课题,“碳中和”是保护人类生存环境的必然选择,“数字化”是数字时代驱动发展的核心动力。立足我国现代化进程,“碳中和”和“数字化”成为决定城市现代化成败的两大关键因素,进入“十四五”各城市围绕“碳中和”“数字化”进行大力部署,绿色化、数字化是未来城市转型发展的着力重点,全方位、根本性变革城市发展模式。绿色化转型推动城市能源生产、能源供应和能源消费革命,城市逐步建立清洁能源体系和绿色工业体系。数字化转型进一步推动城市解决治理和发展难题,形成经济、治理、生活各领域新模式、新业态。此外,绿色化和数字化不是互相割裂的,而是相互交织、互促互进的,一方面,“碳中和”推动绿色化成为数字化转型的内在要求,如数字基础设施绿色化已经成为发展趋势,另一方面,数字技术又能广泛赋能各领域的绿色化转型,如人工智能技术的应用推动工业生产能耗大幅降低。

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  表 1  面向“十四五”,“碳中和”和“数字化”成为省市重点部署方向

  

  2. “数字化”赋能绿色化发展的路径初绘

  围绕以“数字化”赋能城市绿色化发展,建立绿色低碳循环发展经济体系,未来主要从推动数字技术与绿色产业体系、城市碳排放管理、碳交易服务三个方面同步开展工作。

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  图2:城市“碳中和”发展路径

  2.1 打造“数字+”绿色产业体系

  数字技术成为我国未来实现城市低碳转型和引领绿色低碳循环经济的关键,数字技术的发展也成为支撑行业低碳转型的重要组成部分。实现“碳中和”的目标,各行各业都面临长期低碳转型的要求,实现数字技术与节能环保的深度融合,推动能源、建筑、交通、工业、农业等传统行业的绿色低碳发展。一是通过数字技术对电力系统改造升级,实现对清洁能源的高效利用,如国家电网在率先发布的“碳达峰、碳中和”行动方案中,提及推动电网向能源互联网升级等核心内容。二是应用数字技术重塑建筑用能体系,对城市集中供暖开展数字化改造降低能耗,推广使用建筑节能系统。三是加快发展智慧交通,提高交通运输基础设施全周期数字化水平。四是依托数字技术建设现代化工业体系,由使用传统化石燃料转向使用清洁能源,并对制造业产业结构进行调整,进一步提高生产效率。五是推广农业新技的应用,发展智慧农业,建立自然资源和土地数字管理体系等。此外,低碳转型不仅是涉及到行业内部转型,不同行业的数字化会产生连锁效应,影响到关联行业的低碳发展,因此强化跨行业政策和行动的协调对城市低碳转型也至关重要。

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  表 2  部分能源企业“碳达峰”“碳中和”目标和行动计划

  2.2 打造“数字+”城市碳排放管理体系

  “碳中和”时代,城市碳排放量面临严格的总量限制,通过数字技术应用于城市碳排放的各领域,构建城市碳排放的数据基础体系和感知网络,推进城市碳排放管理科学化、精细化、智能化成为治理现代化的重要组成。一是搭建城市碳排放在线监测平台,全面接入建筑、交通、生产企业等碳排放数据,并基于城市大脑拓展形成城市碳排放数字股管理专题场景,实现对碳排放量的实时监测、智能预警、趋势研判等,如“贵阳市节能低碳在线监测管理平台”实现对全市重点企业能耗情况的可监测、可考核和可核查。二是建立城市碳排放数据分析系统,通过对各行各业碳排放量的统计、分析,形成城市碳排放量的智能分布,推动重点领域生成碳排放画像,对碳排放水平进行智能识别,建立城市碳排放量负面清单管理制度,赋能行政主管部门精准施策、有效处置。三是建立城市碳排放智能调节系统,形成基于大数据分析技术的碳排放优化配置方案,推动城市各领域碳排放量的统筹调度,提升能源利用效能。

  2.3 打造高效便捷的碳市场数字服务体系

  把握城市数字化转型机遇窗口,推进数字技术与碳交易各环节深度融合,是推动城市绿色低碳发展的重要举措。建立高效、便捷、规范的城市碳交易数字管理服务体系,重点围绕碳资产管理、碳交易综合服务和碳交易信用监管三个方面展开。一是碳资产的数字化管理,建立城市碳资产目录清单,面向交通、能源、化工、建筑等各领域,形成碳资产专题数据库,实现对配额排放权、减排信用额等各类碳资产的动态管理。二是碳交易综合数字化服务,包括资产登记、交易买卖、技术咨询、辅助决策、政策推送、大数据分析等,为各类交易主体提供全流程一站式服务,降低交易成本,目前深圳市已建立了“温室气体排放信息管理系统”,提供账号信息管理、碳排放复核报告、碳排放权交易等服务,形成规范化、标准化的碳排放交易流程。三是碳交易信用的数字化监管,基于大数据技术对碳交易行为进行智能化分析,形成信用画像。推进智能合约的应用,运用区块链技术建立不同交易主体之间的共识机制,提高交易透明度和安全性。

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  图3:全球碳市场现状

  资料来源:2018-2019年中国碳市场进展

  截至到2019年,我国已有8个区域碳交易市场持续运营,全国碳交易市场相关法律法规、制度设计、基础设施、能力建设工作持续推进。

  3. “碳中和”开辟数字化转型发展新赛道

  进入“碳中和”时代,数字化转型过程中也应以绿色低碳理念为引领,加快推动云、网等数字设施绿色化、大力应用绿色技术、形成系统的“碳中和”数字解决方案等将成为数字化转型的重点方向。

  3.1 云:加快数据中心绿色革命

  国家和地方围绕推动绿色数据中心建设密集出台部署。工信部等三部门于2019年联合出台《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,提出提高资源利用效率,提升清洁能源应用比例等部署,为加快绿色数据中心建设指明了方向。与此同时,配套出台的《公共机构数据中心绿色测评工作指南》《公共机构绿色数据中心建设指南》《公共机构绿色数据中心运维规范》(编制中)等文件,在实施层面指导绿色数据中心的建设、运维和评价等。地方政府积极响应,北京、深圳等陆续出台《绿色数据中心评价规范》文件,浙江省发布全国首个地方级《公共机构绿色数据中心建设与运行规范》,多个省市大力推进绿色中心试点评价、推荐、认证、节能审查等工作,服务绿色数据中心落地和绿色技术推广。

  全国各类数据中心的耗电量已连续八年以超过12%的速度增长,占社会用电总量的2.35%,建设绿色数据中心已成为城市推动“碳中和”的重点举措。尽管我国数据中心平均PUE值已从2015年的2.5下降到当前的1.59,但整体上数据中心累计二氧化碳年排放量仍接近1亿吨,距离“碳中和”目标仍有较大距离。地方城市对绿色数据中心的需求与日剧增,上海、北京、深圳等地陆续出台硬性标准,提出新建数据中心的PUE值不得高于1.4。

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  表 3  部分城市数据中心PUE限制政策

  从技术发展基础看,建设绿色数据中心的技术基础已经完备。一是大数据、人工智能等数字技术加快应用,对能源使用进行智能管控、划分,确保数据中心能源高效合理利用。二是先进高效的制冷、余热技术成熟应用。三是新能源技术的发展大幅提升了数据中心清洁能源使用比例。以阳泉数据中心为例,其PUE值已降低至1.1左右,一是通过应用光伏技术,利用太阳能年发电量达到12万kWh;二是部署国内首批内置式锂电池机柜,提高供电效率至99.5%;三是运用AI实现智能供电、智能散热,确保数据中心低能耗高性能运行。

  3.2 网:构建低碳型5G网络

  截至2020年底,我国5G基站已部署超过60万个,金融、教育、医疗等各领域商用部署快速铺开。然而,5G在取得快速发展的同时,也带来了巨大的能耗压力。据统计,5G基站单位能耗超过8kW,是4G基站的3倍,且5G由于大流量、低延时等特点,其基站部署密度预计需达到4G基站的2-3倍,因此,推动5G基站节能降耗是城市实现“碳中和”目标的必要条件。目前主流的手段是构建设备级、站点级和网络级三级节能技术体系。设备级节能主要指利用新型结构设计、运用数字中频技术等降低设备能耗;站点级节能主要指基于智能化调节技术,开发自适应业务关断、休眠等功能降低运行功耗;网络级节能一方面通过C-RAN集中部署和基站资源池共享,节省硬件配置,另一方面应用多网协作技术,通过分析网络负荷、业务需求和网络质量建立分区休眠/唤醒模式,从而降低网络运行能耗。

  3.3 解决方案:建设“碳中和”的数字应用

  随着数字化应用的广度、深度提升,与各领域业务融合将更加紧密,加快形成“碳中和”的数字应用解决方案,成为未来数字城市的建设重点,对城市整体实现“碳中和”目标也具有重要意义。一是推动能源供应的绿色化,以数字技术推动能源基础设施智能化运营,形成智慧电网、智慧热网等一批行业绿色智能的行业解决方案,二是推动推动能源应用的绿色化,围绕工业、农业生产等高耗能领域,加快数字技术在设备能耗管理、生产效率、流程优化等方面的应用,形成一批绿色智能制造、绿色农业种植等方案,全面提升生产效率,降低单位能耗。三是形成“碳中和”智慧建筑解决方案,推动智能灯光、智能地板、智能插座等设备应用,通过动态感知、智能调节等功能,推动城市建筑的节能降耗。四是形成“碳中和”数字环保解决方案,建立城市碳排放的立体感知网络,建立城市碳排放的碳补偿数据库,基于城市大脑建立“碳排放”驾驶舱,实现智能分析、趋势研判、超标排放预警、联动处置和配额优化等功能。

  4. 推动城市“碳中和+数字化”发展的建议

  4.1 完善城市绿色低碳建设管理

  (1)统筹部署数字化低碳建设方案

  政府作为城市的管理者,加快确立绿色低碳、数字智慧的新发展模式,针对城市自身的区位条件和发展阶段,统筹规划城市数字化碳中和顶层设计方案,因地制宜推出具体行动措施,更好推动城市数字化转型走出一条绿色路径。

  (2)推进绿色数字基础设施建设

  政府鼓励在建设数据中心、5G基站等高耗能数字设施时,融合节能新技术,深度使用清洁能源,建立完善的用能采购途径,降低绿色数字设施的运营成本。将能耗指标作为选择数字产品和服务的重要依据,探索建立科学的数字产品和服务能耗指标评价标准。

  (3)加大绿色智能应用的建设

  政府加强与网信骨干企业、电信运营商、互联网企业等数字运营服务商的合作,加快把新技术参与城市数字化“碳中和”进程中,加大用于碳排放监测、碳数据分析等应用系统的建设。

  4.2 数字企业绿色低碳发展举措和建议

  随着全球数字产业碳排放占比不断提升,国内数字科技企业相继提出“碳中和”目标和规划,加快推动科技领域绿色低碳发展。微软、谷歌、苹果、亚马逊等国外数字巨头已初步实现自身经营性碳平衡,并且提出在2030-2040年期间供应链整体实现“碳中和”目标,并提出如下重点举措,一是成立基金会,大力推动节能技术研发;二是进一步推动清洁能源使用比例;三是运用数字技术赋能碳排放智能管理;四是建立碳能源付费使用机制,倒逼清洁能源的利用。

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  表4  国外科技企业“碳中和”计划

  中国数字企业在碳减排上与国外企业相比存在一定的差距,随着我国“碳达峰”“碳中和”目标已经明确,国内数字企业一方面应充分引入国外先进的技术路线和成熟体制机制,加大资金、技术、人才方面的保障,建立后发优势。另一方面也应把握城市数字化转型浪潮,建立一批高技术高能效的“碳中和数据中心”,并推动数字技术在能源行业的应用,推动城市能源智能化管理。

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  表5  国内科技企业“碳中和”部署

  “碳中和”是城市未来数十年发展的主线之一,各类企业都在抢先布局,这既是顺应时代发展要求,也是保持企业长期竞争力的重要源泉。数字企业在这种趋势下,应尽快出台系统性数字化“碳中和”解决方案,利用技术、人才、资金等优势,把握城市数字化转型浪潮,深度参与到城市“碳中和”建设中,履行企业的责任义务,为“碳中和”和“数字化”贡献力量,为“碳中和”的高质量供给侧改革做好支撑。

  

  


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