全球碳中和進(jìn)程下數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景與效應(yīng)評(píng)估

柴麒敏 李墨宇

一、引 論

2021年是聯(lián)合國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化《巴黎協(xié)定》正式進(jìn)入實(shí)施階段的第一年，這一年也被稱為“碳中和元年”。截至2021年，已有131個(gè)國(guó)家、116個(gè)地區(qū)、235個(gè)城市和704家企業(yè)承諾要實(shí)現(xiàn)碳中和，占全球GDP的90%(PPP)、人口的85%、溫室氣體排放量的88%。(1)ECIU, DDL, NCI&ONZ, “Zero tracker database”，http://www.zerotracker.net.人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)碳中和將是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，需要付出較大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。因此，在有關(guān)碳中和實(shí)施路徑的熱議中，人們對(duì)技術(shù)創(chuàng)新寄予厚望，稱之為“銀色子彈”(Silver Bullet)。發(fā)展生產(chǎn)力、建立新的生產(chǎn)關(guān)系是在不犧牲經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及生活消費(fèi)品質(zhì)的前提下高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)碳中和的唯一方式。在當(dāng)前廣泛探討的風(fēng)電光伏、綠氫/綠氨冶金化工、綠色建材、新能源汽車、新型儲(chǔ)能、碳移除和資源利用、先進(jìn)核能(核聚變)等突破性技術(shù)之外，數(shù)字信息智能技術(shù)與低碳零碳負(fù)碳技術(shù)的系統(tǒng)化耦合和規(guī)模化應(yīng)用受到特別關(guān)注。碳中和將成為全世界最大的數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用場(chǎng)景之一，數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用有可能成為貫穿整個(gè)碳中和進(jìn)程的重要底層邏輯，綠色化和數(shù)智化正在成為全球新一輪科技、能源和產(chǎn)業(yè)革命的“雙翼”，這類新型“指數(shù)級(jí)技術(shù)”(Exponential Technology)是未來(lái)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的新賽道。

二、數(shù)智技術(shù)在氣候領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐與研究綜述

(一)智能降碳技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

按照《巴黎協(xié)定》的長(zhǎng)期目標(biāo)，到21世紀(jì)下半葉，全球要實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放。從最新發(fā)布的聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第六次評(píng)估報(bào)告第三工作組(AR6 WGIII)的C1a/C1b/C2/C3a/C3b/C4的情景分析，綜合考量自然系統(tǒng)碳匯與工程碳移除技術(shù)部署的限制，全球溫室氣體排放量將從2019年的(590±66)億噸二氧化碳當(dāng)量降低至21世紀(jì)末的100億噸以下。(2)IPCC AR6 WGIII, Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change，Geneva: World Meteorological Organization, 2022.這個(gè)目標(biāo)將主要依靠能源和產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命來(lái)實(shí)現(xiàn)，核心是提高終端能源利用的電氣化率并實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的深度脫碳。這就要求高比例地使用間歇性的可再生能源，比如風(fēng)電、光伏、水電、海洋能等，對(duì)現(xiàn)有的“集中式發(fā)電+大電網(wǎng)輸配”的架構(gòu)提出了技術(shù)挑戰(zhàn)。雙向復(fù)雜化的供需新特性造成了系統(tǒng)電力電量的平衡問(wèn)題。在供給側(cè)，新能源出力取決于不確定的氣象條件，比如無(wú)風(fēng)或臺(tái)風(fēng)、陰天、枯水期等，2017年2月在澳大利亞、2020年8月在美國(guó)加州、2021年9月在我國(guó)東北都出現(xiàn)過(guò)部分因?yàn)樾履茉闯隽Σ蛔愣鴮?dǎo)致的緊急停電現(xiàn)象。未來(lái)，新能源在整個(gè)電力系統(tǒng)中的裝機(jī)量占比和發(fā)電量占比都有可能超過(guò)90%，旋轉(zhuǎn)備用容量緊張、頻率和電壓波動(dòng)性調(diào)節(jié)難度加大等問(wèn)題將更為突出。在需求側(cè)，電動(dòng)汽車(含V2G)、光儲(chǔ)直柔建筑(如BIPV)、工業(yè)4.0(如離散制造)等靈活用電的體量和隨機(jī)性加大，上億級(jí)點(diǎn)位的交互受電充電對(duì)負(fù)荷響應(yīng)彈性的要求大幅上升。這是一個(gè)跨時(shí)空和多維度耦合的系統(tǒng)平衡問(wèn)題，(3)郭劍波：《新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)以及有關(guān)機(jī)制思考》，《中國(guó)電力企業(yè)管理》，2021年第25期。對(duì)電力系統(tǒng)信息化、智能化水平提出了更高階的要求。如果不能達(dá)成實(shí)時(shí)性、高精度的匹配，那么就需要海量的備用資源進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，經(jīng)濟(jì)代價(jià)巨大。(4)周孝信、趙強(qiáng)、張玉瓊：《“雙碳”目標(biāo)下我國(guó)能源電力系統(tǒng)發(fā)展前景和關(guān)鍵技術(shù)》，《中國(guó)電力企業(yè)管理》，2021年第31期。

經(jīng)過(guò)近十年的探索和實(shí)踐，能源領(lǐng)域的數(shù)智碳中和技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景正在發(fā)生演化。從早期的智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)(Enternet或“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(UEIOT)到新型電力系統(tǒng)(NPS)，從理念框架到技術(shù)路徑，能源領(lǐng)域的數(shù)智技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多維拓展和軟硬件的深度結(jié)合，包容性也更強(qiáng)，如表1所示。

表1 能源領(lǐng)域數(shù)智技術(shù)應(yīng)用的演化

數(shù)智技術(shù)依靠獨(dú)有的計(jì)算和學(xué)習(xí)特性可以在精細(xì)尺度的風(fēng)光功率、終端負(fù)荷預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、新型儲(chǔ)能、調(diào)峰及其他輔助服務(wù)資源調(diào)度等方面保障高比例新能源的可靠接入，持續(xù)提升能源利用效率。(5)陳曉紅、胡東濱、曹文治等：《數(shù)字技術(shù)助推我國(guó)能源行業(yè)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的路徑探析》，《中國(guó)科學(xué)院院刊》，2021年第9期。例如，云計(jì)算技術(shù)可以運(yùn)用在風(fēng)電、光伏電站的運(yùn)營(yíng)中；(6)肖光華：《云計(jì)算助力綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展淺析》，《數(shù)字通信世界》，2018年第1期。區(qū)塊鏈技術(shù)可以用于綠色電力的來(lái)源追溯和認(rèn)證；(7)楊煜：《基于區(qū)塊鏈賦能的生態(tài)環(huán)境治理網(wǎng)絡(luò)研究》，《電子政務(wù)》，2021年第4期。在區(qū)域、園區(qū)、金融機(jī)構(gòu)、大型企業(yè)等的綜合能源管理中，人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)對(duì)、學(xué)習(xí)、優(yōu)化有關(guān)經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)境合規(guī)等多目標(biāo)的復(fù)雜決策問(wèn)題。(8)石李妍、唐川：《信息技術(shù)助推碳中和：基于國(guó)際國(guó)內(nèi)論文的研究態(tài)勢(shì)及對(duì)比分析》，《科學(xué)觀察》，2022年第3期。

以云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)搭建的工業(yè)、建筑、交通、金融等領(lǐng)域綠色發(fā)展的綜合解決方案，是數(shù)智技術(shù)通過(guò)效率提升和模式變革驅(qū)動(dòng)降碳、減污、擴(kuò)綠和增長(zhǎng)協(xié)同增效的典型案例。數(shù)智技術(shù)與降碳技術(shù)深度融入傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景中，將孕育一批“智慧+”的新業(yè)態(tài)和新模式，在數(shù)字孿生城市、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、物流智能調(diào)度、金融機(jī)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)中得到很好的應(yīng)用。(9)參見百度智能云和落基山研究所(RMI)于2022年3月聯(lián)合發(fā)布的報(bào)告《數(shù)智碳中和：以數(shù)智技術(shù)助力關(guān)鍵相關(guān)方實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和》。碳市場(chǎng)機(jī)制覆蓋的工業(yè)、建筑、交通(航空)、廢棄物、林業(yè)等行業(yè)的控排企業(yè)與產(chǎn)能等量或減量置換政策下的高耗能企業(yè)都在建立能耗和碳排放管理的SaaS系統(tǒng)，燃煤發(fā)電設(shè)施基本都安裝了排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)。工業(yè)園區(qū)、城市新區(qū)也在推動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的、算法優(yōu)化的綜合能源服務(wù)平臺(tái)建設(shè)。(10)參見百度和國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)聯(lián)合發(fā)布的《智能減碳激發(fā)綠色轉(zhuǎn)型動(dòng)力：2021年中國(guó)人工智能助力“雙碳”目標(biāo)達(dá)成白皮書》。貿(mào)易壁壘、新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、全球分工等產(chǎn)生了對(duì)產(chǎn)品“碳足跡”的認(rèn)證要求，大型企業(yè)在集中采購(gòu)、供應(yīng)鏈管理、零碳工廠建設(shè)中必須考慮采用智能化的管理手段。由歐盟資助的“支持氣候策略制定：下一代綜合評(píng)估模型研究”(NAVIGATE)項(xiàng)目已在聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)現(xiàn)有綜合評(píng)估模型(IAMs)的基礎(chǔ)上考慮引入數(shù)智技術(shù)對(duì)全球溫室氣體排放的影響分析，比如自動(dòng)駕駛技術(shù)對(duì)出行偏好的影響、共享經(jīng)濟(jì)下交通碳排放軌跡變化等。國(guó)際能源署(IEA)的一項(xiàng)量化研究表明，全球工業(yè)、建筑和交通領(lǐng)域的智能需求響應(yīng)方案可以提供1850億瓦左右的電力彈性，由此可以減少2700億美元的新增電力基礎(chǔ)設(shè)施投資，電動(dòng)汽車智能充電還將額外減少1000億～2800億美元的投資。(11)IEA，“Digitalisation and energy”，http://www.iea.org/reports/digitalisation-and-energy.我國(guó)針對(duì)城市低碳發(fā)展的一項(xiàng)研究表明，人工智能技術(shù)可以通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法提高數(shù)據(jù)中心的能效水平，借助開源平臺(tái)降低模型開發(fā)過(guò)程中的碳排放，同時(shí)運(yùn)用智能攝像機(jī)、傳感器、衛(wèi)星遙感技術(shù)等全方位監(jiān)測(cè)溫室氣體排放，特別是賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)管控和節(jié)能降耗。(12)參見2021年國(guó)家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心聯(lián)合百度智能云發(fā)布的《人工智能助力城市“雙碳”目標(biāo)達(dá)成白皮書》。人工智能全球合作伙伴組織(GPAI)建議，要加強(qiáng)針對(duì)凈零碳排放目標(biāo)的新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和智能技術(shù)研發(fā)，為更低成本實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》設(shè)定的目標(biāo)創(chuàng)造無(wú)限可能。(13)GPAI，Climate Change & AI: Recommendations for Government Action，Paris: Global Partnership on AI, Climate Change AI and Centre for AI & Climate, 2021.

(二)氣候大數(shù)據(jù)和地球系統(tǒng)建模

氣候大數(shù)據(jù)技術(shù)主要服務(wù)于風(fēng)速、風(fēng)向、輻照度、云量等高精度數(shù)值預(yù)報(bào)，是氣象大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用拓展。這些技術(shù)對(duì)于受全球氣候變化影響很大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源管理、風(fēng)電與光伏等可再生能源行業(yè)來(lái)說(shuō)非常重要，預(yù)報(bào)時(shí)效性和精準(zhǔn)度的提高將大大改善政府和企業(yè)的決策。例如2015年3月，德國(guó)在發(fā)生日全食的情況下光伏設(shè)備瞬間面臨出力危機(jī)。預(yù)報(bào)日食并不難，難在預(yù)報(bào)細(xì)節(jié)，地球的氣候系統(tǒng)異常復(fù)雜，一個(gè)微小的擾動(dòng)就有可能改變一時(shí)一地的天氣。歐洲氣象公司、德國(guó)奧登堡大學(xué)能源氣象研究所(vIEM)受電網(wǎng)公司委托，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析對(duì)日食發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)刻、食分大小和見食地區(qū)進(jìn)行了較為精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)，為預(yù)演和應(yīng)對(duì)此次“黑暗”危機(jī)贏得了時(shí)間，最終德國(guó)電網(wǎng)承受住了此次短時(shí)沖擊。(14)柴麒敏：《氣候大數(shù)據(jù)》，《科技縱覽》，2015年第4期。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校斯克利普斯海洋研究所(SIO)的預(yù)測(cè)模型根據(jù)近百年的氣象歷史數(shù)據(jù)和千億次計(jì)算來(lái)識(shí)別氣候模式，將這些模式與當(dāng)前的氣候條件進(jìn)行比較，再運(yùn)用預(yù)測(cè)性分析方法計(jì)算天氣概率。該模型擁有一個(gè)龐大的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)來(lái)源主要包括地面觀測(cè)、氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)等，并可以每日實(shí)時(shí)更新。

器測(cè)數(shù)據(jù)是20世紀(jì)以來(lái)才相對(duì)可靠的，一般數(shù)據(jù)量往往都在PB級(jí)以上且非常復(fù)雜，此類大數(shù)據(jù)的科學(xué)采集與深度挖掘使得自然系統(tǒng)碳匯資源的精細(xì)化評(píng)估成為可能。比如美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)提供的各大城市熱成像繪圖，冰芯、花粉、樹木年輪、洋流鹽度、地表植被等觀測(cè)資料。“地球引擎”(GEE)平臺(tái)正在將全球衛(wèi)星圖像進(jìn)行匯總，其中還包括40年來(lái)數(shù)萬(wàn)億的觀測(cè)數(shù)據(jù)。《科學(xué)》在該引擎的幫助下，發(fā)布了首張高分辨率全球森林變化圖，該圖利用70萬(wàn)張美國(guó)陸地資源衛(wèi)星的圖像，加起來(lái)大約有20萬(wàn)億個(gè)像素點(diǎn)，計(jì)算時(shí)間超過(guò)100萬(wàn)小時(shí)。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、世界資源研究所(WRI)等在此基礎(chǔ)上推出了森林在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，該技術(shù)已經(jīng)在亞馬孫河流域減少毀林的行動(dòng)中發(fā)揮了實(shí)際作用。由非營(yíng)利組織開發(fā)的一款“上升的海平面”(Surging Seas)互動(dòng)式地圖工具，詳細(xì)描繪了海平面上升和極端氣候事件給美國(guó)沿海三千多個(gè)城鎮(zhèn)造成的威脅，這種數(shù)據(jù)處理方式在幾年前還是不可能實(shí)現(xiàn)的。

地球系統(tǒng)是在人工智能和計(jì)算能力提升基礎(chǔ)上向自然學(xué)習(xí)的復(fù)雜系統(tǒng)。地球系統(tǒng)建模使得經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)與自然系統(tǒng)交互的模擬更為“細(xì)顆粒度”。利用遙感衛(wèi)星和地面?zhèn)鞲衅鳎瑢⑷虻臏囟取⒔邓⒙饵c(diǎn)溫度、氣壓、風(fēng)速、光照強(qiáng)度、碳循環(huán)等信息補(bǔ)充進(jìn)這個(gè)越來(lái)越龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，還包括許多關(guān)聯(lián)變量，例如大氣中的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)等溫室氣體的濃度變化，人類利用化石能源、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、林業(yè)和土地利用變化、廢棄物處理等行為與溫室氣體排放的相關(guān)性。氣候數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和多樣性將指數(shù)式地持續(xù)增加，因此對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)提出了新需求，也為公共機(jī)構(gòu)和私營(yíng)機(jī)構(gòu)的專業(yè)化服務(wù)提供了新機(jī)遇。氣候大數(shù)據(jù)等新產(chǎn)品與地球系統(tǒng)建模等新技術(shù)將會(huì)在不遠(yuǎn)的未來(lái)逐步走入我們的日常生活，人與自然的關(guān)系隨之會(huì)發(fā)生更為深刻的改變。

三、數(shù)智技術(shù)的碳排放影響分析

(一)數(shù)智技術(shù)的減排效應(yīng)評(píng)估

在技術(shù)創(chuàng)新視角下，數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用將帶來(lái)顯著的減排效應(yīng)，已有的案例如表2所示。

表2 數(shù)智技術(shù)減排效應(yīng)的案例分析

一是技術(shù)進(jìn)步本身帶來(lái)的能效提升。研究表明，5G時(shí)代，單位數(shù)據(jù)傳輸能耗將有望降至4G時(shí)代的2%～10%，智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)和其他終端設(shè)備的電池消耗也會(huì)降低。2018年，全球數(shù)據(jù)中心總耗電量達(dá)到205億千瓦時(shí)，占該年度全球總用電量的1%，但是從實(shí)際來(lái)看，全球數(shù)據(jù)中心能耗強(qiáng)度自2010年以來(lái)每年下降20%，能源效率顯著提升。(15)Eric Masanet, Arman Shehabi, Nuoa Lei, et al.“Recalibrating global data center energy-use estimates”，Science, vol.367，no.6481(2020).深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)學(xué)習(xí)可以使數(shù)據(jù)中心減少大量能源消耗，還有越來(lái)越多的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)中心直接使用可再生能源電力。二是帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)優(yōu)化。人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對(duì)工業(yè)、能源、建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施和上下游體系的改造將大大促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同增效，使各行業(yè)垂直領(lǐng)域的連接更加緊密，反應(yīng)更加智能，整體更加高效，從而大幅減少物耗和能耗。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院對(duì)各行業(yè)碳排放結(jié)構(gòu)及數(shù)字技術(shù)賦能減碳環(huán)節(jié)的量化分析，到2030年，數(shù)字技術(shù)對(duì)工業(yè)部門的減碳作用將達(dá)13%～22%，將使建筑部門減碳23%～40%，使交通部門減碳10%～33%；總體來(lái)看，信息與通信技術(shù)(ICT)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)部門深度減排的力度逐步加強(qiáng)，到2030年總體減排幅度可達(dá)12%～22%。(16)參見中國(guó)信息通信研究院于2021年底發(fā)布的《數(shù)字碳中和白皮書》。三是迭代更新原有的生產(chǎn)和消費(fèi)方式。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)可以推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源的退出，智能電氣化鐵路和汽車將替代原有的燃油交通工具。一項(xiàng)針對(duì)全球800家企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，過(guò)去兩年里，使用了人工智能技術(shù)的企業(yè)能源利用效率較未使用的企業(yè)提高了約11%，溫室氣體排放量則降低約13%。根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇(WEF)的數(shù)據(jù)，到2030年各行各業(yè)受益于信息與通信技術(shù)(ICT)而減少的碳排放量約121億噸，是該行業(yè)自身排放量的10倍左右。全球電子可持續(xù)發(fā)展倡議組織(GeSI)的報(bào)告表明，信息與通信技術(shù)(ICT)在未來(lái)十年內(nèi)有潛力通過(guò)賦能其他行業(yè)的方式減少20%的全球碳排放量。(17)GeSI，ICT Solutions for21st Century Challenges，Global e-Sustainable Initiative, 2015.

(二)數(shù)智技術(shù)的增耗效應(yīng)評(píng)估

在需求驅(qū)動(dòng)視角下，數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用將帶來(lái)明顯的增耗效應(yīng)，已有的案例如表3所示。

一是建設(shè)過(guò)程中的能耗和碳排放。包括在建設(shè)數(shù)據(jù)中心、5G基站等的過(guò)程中消耗的鋼鐵、銅線、水泥、陶瓷等原材料。二是運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的能耗和碳排放。研究表明，2018年中國(guó)數(shù)據(jù)中心總用電量為1609億千瓦時(shí)，約占中國(guó)全社會(huì)用電量的2%，超過(guò)當(dāng)年上海市的全社會(huì)用電量，排放量接近1億噸二氧化碳。(18)參見環(huán)境保護(hù)組織“綠色和平”與華北電力大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的《點(diǎn)亮綠色云端：中國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗與可再生能源使用潛力研究》。雖然5G單位數(shù)據(jù)傳輸能耗較低，但是由于5G站點(diǎn)數(shù)量是4G的2～3倍，同時(shí)擁有更大流量，單站功耗將是4G的2.5～3.5倍。按照規(guī)劃，2025年我國(guó)將實(shí)現(xiàn)5G基站覆蓋全國(guó)，屆時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)的全年能耗將達(dá)到2430億千瓦時(shí)，產(chǎn)生二氧化碳排放1.49億噸。三是消費(fèi)新需求增加的能耗和碳排放。更高的數(shù)據(jù)傳輸效率和更好的用戶體驗(yàn)增加了對(duì)多樣化信息服務(wù)的需求。到2035年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心和5G基站總用電量為2020年的2.5～3.0倍，將達(dá)6951億～7820億千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)將占中國(guó)全社會(huì)用電量的5%～7%。預(yù)計(jì)我國(guó)到2035年非化石能源發(fā)電量占比將超過(guò)50%，以此為參考，到2035年中國(guó)數(shù)據(jù)中心和5G基站的二氧化碳排放總量將達(dá)2.3億～3.1億噸，約占中國(guó)二氧化碳排放量的2%～4%，其中，數(shù)據(jù)中心的碳排放將比2020年最高增長(zhǎng)103%，5G基站的碳排放將最高增長(zhǎng)321%。(19)參見環(huán)境保護(hù)組織“綠色和平”與工業(yè)和信息化部電子第五研究所計(jì)量檢測(cè)中心聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)數(shù)字基建的脫碳之路: 數(shù)據(jù)中心與5G減碳潛力與挑戰(zhàn)(2020—2035)》。

(三)“十四五”時(shí)期數(shù)智技術(shù)綜合影響分析

作為現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分，面對(duì)全球碳中和目標(biāo)下的經(jīng)濟(jì)和科技革命，數(shù)智技術(shù)將在“十四五”時(shí)期引領(lǐng)新的投資熱潮。新一代超算、云計(jì)算、人工智能平臺(tái)、寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、分布式智能電網(wǎng)、智能電源、智能道路、智能公交等智慧基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將得到適度超前部署，主要的建設(shè)和投資數(shù)據(jù)如表4所示。(20)參見賽迪智庫(kù)電子信息研究所發(fā)布的《“新基建”發(fā)展白皮書》。

表4 “十四五”時(shí)期數(shù)智基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資規(guī)模

為了更好地深入分析數(shù)智技術(shù)應(yīng)用對(duì)部門和行業(yè)碳排放達(dá)峰產(chǎn)生的短期和中長(zhǎng)期影響，(21)柴麒敏：《美麗中國(guó)愿景下我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略的實(shí)施路徑研究》，《環(huán)境保護(hù)》, 2022年第6期。本研究自主構(gòu)建了中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略規(guī)劃評(píng)估模型(Strategy and Planning Assessment Model for Climate Change in China，SPAMC)，如圖1所示，綜合我國(guó)碳達(dá)峰碳中和實(shí)施路徑研究成果，可對(duì)“十四五”時(shí)期和中長(zhǎng)期數(shù)智基礎(chǔ)設(shè)施投資進(jìn)行量化評(píng)估。

圖1 中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略規(guī)劃評(píng)估模型(SPAMC)框架圖

該模型對(duì)數(shù)智技術(shù)在能源電力、工業(yè)、建筑和交通等模塊的應(yīng)用進(jìn)行模擬，測(cè)算原材料使用、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的能源消耗、技術(shù)進(jìn)步所引發(fā)的效率提升和能源替代等方面的直接增耗和減排效應(yīng)。同時(shí)，考慮到供給側(cè)技術(shù)進(jìn)步所帶來(lái)的需求拉動(dòng)因素，測(cè)算間接的增耗效應(yīng)。基于已有的案例和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)智能技術(shù)整體優(yōu)化改進(jìn)原有生產(chǎn)生活方式而導(dǎo)致的間接減排效應(yīng)也進(jìn)行了初步的評(píng)估。但是，在這方面，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較為薄弱，總體不確定性還較大，僅作為參考。

從短期來(lái)看，“十四五”期間規(guī)模建設(shè)投產(chǎn)加速，但是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度并不會(huì)快速提升，減排效應(yīng)可能并不顯著且存在較大的不確定性，如圖2所示。基于SPAMC模型的初步評(píng)估顯示，綜合考慮增耗和減排的直接效應(yīng)與間接效應(yīng)，“十四五”期間如果不考慮減排效應(yīng)，先進(jìn)通信技術(shù)(5G)、大數(shù)據(jù)中心和人工智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)每年平均將增加1.9億噸二氧化碳排放。如果考慮減排效應(yīng)，則每年平均減少二氧化碳排放0.5億噸。如果不納入人工智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)的作用，數(shù)智技術(shù)應(yīng)用總體將增排1.3億噸。長(zhǎng)期來(lái)看，數(shù)智技術(shù)和能源技術(shù)雙重革命的疊加效應(yīng)會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)，數(shù)智基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)行業(yè)智能化升級(jí)改造、綠色要素協(xié)同的減排效應(yīng)將充分發(fā)揮。

圖2 “十四五”期間數(shù)智技術(shù)應(yīng)用的累計(jì)排放影響評(píng)估

在工業(yè)領(lǐng)域，數(shù)智基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大量投入可能會(huì)將鋼鐵、水泥等高耗能行業(yè)的碳排放達(dá)峰時(shí)間延緩到2025年左右，但是“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等技術(shù)的應(yīng)用或?qū)⑤^大幅度提高工業(yè)領(lǐng)域的能源效率和減排潛力，推動(dòng)物料減量循環(huán)、余熱余壓梯級(jí)利用、電氣化和綠電綠氫替代，整體上實(shí)現(xiàn)節(jié)能降本增效提質(zhì)。在交通領(lǐng)域，5G、車聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛等技術(shù)將深刻改變交通消費(fèi)模式，優(yōu)化出行結(jié)構(gòu)，提升出行效率。隨著電力結(jié)構(gòu)的綠色化和低碳化，電動(dòng)汽車的充放電優(yōu)化、新能源汽車與可再生能源的協(xié)同減碳效應(yīng)將得以實(shí)現(xiàn)。有研究表明，道路交通領(lǐng)域達(dá)到碳排放峰值有可能提早至2030年前。在建筑領(lǐng)域，智能終端的普及將一定程度促進(jìn)能源需求的增長(zhǎng)，但是“BIM+AI”等技術(shù)的應(yīng)用將極大推動(dòng)建筑的智能化建設(shè)、管理和運(yùn)行，從新材料替代、被動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)到智慧能效管理等方面實(shí)現(xiàn)全生命周期碳減排。在能源領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化水平的提高將加快高比例、分布式可再生能源的消納，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整幅度有可能超過(guò)規(guī)劃目標(biāo)，或使我國(guó)提前達(dá)到碳排放峰值，峰值水平進(jìn)一步降低。

四、推動(dòng)數(shù)智技術(shù)在“雙碳”領(lǐng)域應(yīng)用的若干建議

“十四五”時(shí)期，中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展將面臨改革開放以來(lái)最為復(fù)雜和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)深化改革過(guò)程中的結(jié)構(gòu)性、體制性、周期性問(wèn)題與疫情全球化、經(jīng)貿(mào)“脫鉤”等風(fēng)險(xiǎn)疊加，加大了對(duì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境高水平保護(hù)協(xié)同推進(jìn)的考驗(yàn)。這一輪數(shù)智基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)適度超前部署，“東數(shù)西算”等重大工程的推動(dòng)應(yīng)該秉承“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念，推動(dòng)新一代信息技術(shù)和先進(jìn)低碳技術(shù)深度融合，更好地支持綠色制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和可持續(xù)消費(fèi)升級(jí)，在補(bǔ)短板的同時(shí)為新引擎助力，實(shí)現(xiàn)發(fā)展和環(huán)境的共贏。

第一，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，強(qiáng)化數(shù)智基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的綠色導(dǎo)向。要以技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)以智能化、電氣化、低碳化為導(dǎo)向的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量地進(jìn)行總體規(guī)劃，避免走“舊增長(zhǎng)”的彎路。要使通信業(yè)的能耗達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的平均電能利用效率必須降到1.3以下，國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)的電能利用效率應(yīng)進(jìn)一步降到1.25以下，綠色低碳等級(jí)達(dá)到4A級(jí)以上。新能源和可再生能源應(yīng)用比例要大幅提升，充分發(fā)揮5G、人工智能技術(shù)的減排潛力，在建設(shè)過(guò)程中更多采用新型綠色材料，減少全生命周期的碳足跡。

第二，引導(dǎo)資本流向，發(fā)揮公共投資的引導(dǎo)、激勵(lì)和撬動(dòng)作用。政府公共投資應(yīng)有所為、有所不為，引導(dǎo)社會(huì)資本流向，避免短期行為，避免盲目重復(fù)的投資和建設(shè)。一方面，要增加綠色金融供給，持續(xù)保持碳減排貨幣政策工具的支持力度，在中央預(yù)算內(nèi)投資和地方政府專項(xiàng)債券中提高綠色標(biāo)簽比重，研究設(shè)立國(guó)家低碳轉(zhuǎn)型基金，并撬動(dòng)更多社會(huì)資本用于綠色低碳項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營(yíng)。另一方面，應(yīng)該設(shè)置環(huán)境和氣候友好的遴選門檻，考慮逐步形成綠色智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)，建立綠色數(shù)智基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)目錄，警惕“綠天鵝”事件和高碳資產(chǎn)擱置的后遺癥，建立數(shù)智建設(shè)項(xiàng)目的綠色合規(guī)問(wèn)責(zé)機(jī)制。

第三，出臺(tái)扶持政策，激勵(lì)零碳數(shù)智技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。統(tǒng)籌發(fā)揮財(cái)稅補(bǔ)貼和市場(chǎng)機(jī)制的協(xié)同激勵(lì)作用，結(jié)構(gòu)性地調(diào)整對(duì)可再生能源消納、新能源汽車推廣和信息通信業(yè)節(jié)能減排的政策支持力度，通過(guò)碳市場(chǎng)、綠電綠證交易等定價(jià)機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境外部性的矯正。我國(guó)應(yīng)加大碳達(dá)峰碳中和進(jìn)程中對(duì)“軟基建”的投入，鼓勵(lì)重點(diǎn)行業(yè)和地區(qū)出臺(tái)和實(shí)施“零碳數(shù)智未來(lái)技術(shù)開發(fā)激勵(lì)計(jì)劃”，以此引領(lǐng)和推動(dòng)綠色“一帶一路”相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際合作，讓數(shù)智技術(shù)更好地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的綠色繁榮。