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数字化助力城市绿色低碳发展

来源:对话2049 作者: 陈美安 人气: 发布时间:2021-06-16 10:30:27

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数字化的发展和变革正在为城市低碳发展带来新的机遇。通过大数据、云计算和物联网等新一代信息技术赋能不同行业,从而加速推动各行各业的系统性变革和转型。

在过去十年,城市在能源、交通、建筑、工业等领域做的很多工作,已经为实现2030年前碳达峰和2060年前碳中和的“双碳目标”工作的展开打下了基础。从2010开始,国家陆续推出了一系列城市层面的试点项目,包括低碳城市、智慧城市、海绵城市、公交都市、新能源汽车推广城市、气候适应型城市、节能减排财政政策综合示范城市等。这些不同试点项目分别从不同的维度鼓励城市根据自身情况来探索减排实践。以低碳试点为例,国家先后确立了3批87个低碳试点地区,覆盖6个省、79个城市和2个县。目前,试点城市大部分都明确提出了碳排放峰值目标,提出在2025年前达峰的有42个。部分先进低碳试点城市也在积极进行数字化和信息化在碳数据管理系统中的示范应用。

我国部分城市已经具备低碳转型的良好条件,但是,我们也要注意到城市正在面临着前所未有的政策、技术和市场环境的变化,实现“双碳目标”的措施和路径也变得更加多元。数字化技术可以促进这些措施和路径的集成,提高系统效率,进一步推动城市节能减排,走向零碳排放。以可再生能源的发展为例,在过去十年中,中国新建太阳能发电厂和新建风力发电厂的平均电力成本已有大幅下降,然而非化石能源发电还没有成为主流,其障碍并不完全在单纯技术的成本,而是需要整个系统的提升,这个过程数字化赋能就非常重要。

这里我们将通过例子来总结数字化技术对不同行业碳中和的贡献,包括通过系统集成提高能源效率、资源的精准分配来减少能源浪费,以及对需求的精准管理来减少能源需求。

01能源互联网提升电网运行效率

第一个例子是在能源供应中可以解决新能源大规模并网问题的柔性直流输电技术。作为能源互联网的支撑技术,它相当于给电网增加一个阀门来灵活控制电流的电压、频率和方向,从而与具有波动性和间歇性特点的风电光伏等可再生能源形成互补。欧洲目前已经有20多条柔性直流工程,未来还会加大建设力度。过去10年,在我国上海南汇、舟山和厦门等地开展了示范工程。去年,张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程正式运行,是世界首例,该工程中电压等级高达±500千伏。其作为北京冬奥会的配套工程,可以为冬奥会实现清洁能源100%的供电。

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图片说明:±500千伏张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程竣工投产(2020年第7期),来源:工业和信息化部

另外一个例子是可以用于需求侧有效节电的能效虚拟电厂。虚拟电厂结合智能电网技术和需求侧管理技术,可以将不同的电源聚合起来、作为一个特殊电厂来参与电网运行,为电网提供调峰和调频服务。由于这种技术需要很精准的对能源供给和需求的调控,过去没有数字技术的情况下很难实施。但是近期在上海率先开展电力需求响应和虚拟电厂工作。另外,我国已经提出建立新能源为主体的新型电网,意味着城市未来发展虚拟电厂建设将成为重点。

02工业互联网技术减少资源浪费

工业互联网是数字化工厂的底层支撑技术,赋能制造业转型升级。工业互联网通过云计算、大数据等方式来改进工艺流程,提高设备运转效率等,对各环节节能减排实现智能协同管理。例如,我国纺织行业是较早向数字化和智能化转型的行业,一些工厂已经采用5G+工业互联网技术,例如,江西省一家纺织集团一个车间投入5G+工业互联网项目运行两个月,生产效率提高15%,产品升级周期缩短15%,能源利用效率提高了10%。

03智能建筑和家居提供精准能效管理

通过物联网系统对整个建筑进行智能化管理,例如对制冷、照明、供暖的能耗进行监测,并且基于收集到的数据对建筑运行进行精准化的管理,从而实现建筑的持续节能。类似的,采用通信信息、自动控制等技术将智能家居设备、移动应用程序和云服务之间连接起来,来优化建筑中照明、制冷、通风等系统的调控 ,让这些设备达到最优的运行时间和范围,同时也能有效管理其中的能耗。

04智能交通优化资源管理

交通智能化提速交通脱碳,例如将充电桩与云计算、智能电网、车联网等技术进行融合,利用大数据来优化充电桩布局、提高其利用率,并且有利于用户合理安排充电时间。另外,智能网联汽车发展,通过对车辆数据、位置数据和场景数据的分析,为驾驶提供服务的同时,还能为城市交通管理和城市设计提供数据支持。

05数字农业提高资源利用效率

中国农业数字化水平低,农业数字化经济占农业增加值比重仅为7%,未来上升空间大。数字农业采用传感器和大数据等信息化技术来实现农田和农作物的精准种植和管理。通过传感器来收集土壤、农作物的信息以及天气、温度等环境数据,然后通过大数据分析来为农户提供种植、灌溉施肥等建议,从而提高产量、节能资源。例如在浙江、山东展开的云上农业试验场对农作物进行精准种植和管理,可以使农药使用量、农业用水量、和农业用肥成本都有大幅度的下降。

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图片说明:工人在中国安徽省的一个太阳能发电站检查设备,来源:中外对话,摄影:Alamy

06不可缺席的助力因素:自身减排及绿色金融支持

展望未来,数字化助力城市发展还需要两个不可或缺的因素,即数字技术企业自身减排和绿色金融对数字技术的支持。随着一系列包括人工智能、大数据、物联网等信息通讯技术与能源、工业、交通等不同行业结合来减少碳排放的同时,这些技术大规模的运用,其本身能耗的增加也需要我们的关注。数据显示,全球 ICT 产业的温室气体排放占比将会从 2007 年的 1-1.6%增长到 2040 年的 14% 以上。最新研究预测,到2035年,中国数据中心和5G 的碳排放总量将达到2.3-3.1亿吨,约占全国碳排放2-4%。这里的减排将需要更多的技术创新和高比例可再生能源的应用,从而以有限的电力来实现最大化算力。

数字化的发展背后也需要大量资金的支持,例如新型基础设施的建设,包括5G基站、光纤宽带提速,网络覆盖的提高,以及信息技术的研发等,尤其是在双碳目标的助力下如何进一步推动这些技术的规模化应用,仅仅有公共财政的支持是不够的,绿色金融的支持不可或缺。

关于作者

陈美安,绿色创新发展中心高级分析师,主要研究领域包括中国气候变化政策分析和工具开发、碳市场、非二氧化碳温室气体排放等。负责或参与的研究项目包括《全球甲烷倡议以及气候与清洁空气联盟:国际技术和支持服务项目》、Policy Mapping 低碳政策数据库、《全国碳市场委托拍卖框架设计研究》、《东北亚低碳城市同行评议和比较研究》、《中国城市能源转型和碳排放达峰:现状与展望》、《中国NDC进程及展望: 迈向全球碳中性的未来》、《重庆碳中和路径与绿色金融路线图》。陈美安于2016年获得美国俄勒冈大学政治学博士学位,主修国际关系和环境政策。

(编辑:逍遥客)

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