“双碳”目标实现面临的挑战与应对

“双碳”目标实现面临的挑战与应对摘要：中国提出的“双碳”目标为推动构建人类命运共同体向全世界做出庄严承诺。近年来，数字技术加速创新发展，在推动“双碳”目标实现上大有可为。结合数字技术在能源、工业、交通、农业领域与“双碳”融合的天津实践，从应用转化、技术支撑、基础创新三个方面探究天津市利用数字技术赋能“双碳”目标实现面临的挑战，并尝试给出对策建议。关键词：数字技术；“双碳”；绿色化；智能化20世纪下半叶，全球气候变化问题逐渐引起国际社会普遍关注。1979年，第一次世界气候大会在瑞士日内瓦召开，气候变化首次作为国际社会关注问题提上议事日程；1992年联合国大会通过《联合国气候变化框架公约》，开启国际社会共同应对全球气候变化问题新纪元；此后，1997年通过《京都议定书》，2016年签署《巴黎协定》，全球气候变化逐渐演变成集政治、经济、科技、能源、环境等诸多因素于一体的人类文明可持续发展问题。2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会上宣布，中国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标。“双碳”目标是我国按照《巴黎协定》规定更新的国家自主贡献强化目标以及面向21世纪中叶的长期温室气体低排放发展战略对世界作出的庄严承诺，体现了中国推动构建人类命运共同体的坚定决心和大国担当。当今世界正经历百年未有之大变局，以大数据、人工智能、区块链、云计算、物联网为代表的数字技术加速创新发展，不断融入经济社会发展的各领域，对于重组各类资源要素、优化产业结构和完善产业链体系、改造提升传统产业和推进产业数字化产生了强大的乘数效应，在推动经济社会发展的同时，客观上也起到了绿色、低碳、减排的效果。2021年10月，中共中央、国务院正式公布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，对碳达峰碳中和工作作出顶层设计、系统谋划，明确指出要推动互联网、大数据、人工智能、第五代移动通信（5G）等新兴技术与绿色低碳产业深度融合。国内学者对数字技术在推动“双碳”目标实现中的重要作用做出了积极的探索和研究。陈晓红等（2021）认为，随着数字技术在资源、能源和环境领域的深度融合与应用创新，数字技术在实现碳中和目标中的作用日益受到关注[1]。刘中民（2021）认为，在实现碳中和、碳达峰的过程中，必须重视一些具有战略意义的新技术发展，比如人工智能、信息技术和数字技术等。庄贵阳（2021）认为，我国在人工智能、能源互联网、清洁能源技术为代表的新一轮工业革命中，很多领域处于领先地位，为实现“双碳”目标奠定了技术基础[3]。在“双碳”目标指引下，推动数字技术赋能“双碳”目标实现是天津全面完整准确贯彻新发展理念、落实《京津冀协同发展规划纲要》、加快建设“一基地三区”的有力举措，也是天津全面升级产业体系、加快新旧动能转换、推动高质量发展面临的时代课题，机遇和挑战并存，唯有锚定“双碳”目标，汲取实践经验，补短板、强弱项，才能在全面建设社会主义现代化大都市的新征程上实现更加绿色、更可持续的发展。一、数字技术与“双碳”融合的天津实践（一）智慧能源基于物联网、云计算、大数据智能感知等技术打造能源互联网相关服务平台，协调供需两侧多能互补，促进整体能耗下降、能效提升。在供给侧，通过提高能源开采效率与设备互联程度，实现能源供给各环节的数据化、集约化、精细化，为能源生产运行提供安全可靠的技术支撑。在需求侧，通过高耗能行业数字化转型优化以煤炭、石油、天然气为主的能源消费体系，提高能源消费系统整体效率，创新能源消费新模式、新业态[2]。天津市数字技术赋能“双碳”目标实现面临的挑战及对策研究单新文郎楠国网天津电力公司建设“虚拟电厂”，打破传统电力系统运行过程中发电厂（供给侧）之间以及与用户（消费侧）的界限，“串联”起各种发电、储能设备和用电负荷，通过监测柔性负荷，自动调优响应电力供应，在保障电网稳定运行的同时，实现能源供应效益的最大化。随着“虚拟电厂”覆盖面的不断扩大，发电煤耗和碳排放显著降低，为推动能源供给和消费的清洁低碳转型架起一座连通各方的智慧桥梁。（二）智慧工业工业作为碳排放的主要领域，推动工业绿色低碳是实现“双碳”目标最关键的步骤。中国早在2015年就制定“中国制造2025”战略，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以智能制造为主攻方向，实现中国由制造大国向制造强国转型。打造一批“智慧园区”和“智慧工厂”，通过工业机器人、3D打印、工业物联网、云计算、工业大数据、知识工作自动化、工业网络安全、虚拟现实和人工智能等数字技术或产品，实现装备、生产、产品、服务和管理全流程的智能化，既提升效率又绿色低碳的成效显著。中国移动天津公司开发的“基于‘5G+AI’超高清视频分析的运营商机房巡检机器人系统”，利用“5G+AI”实现计算机视觉技术和智能驾驶技术的连接，巡检机器人通过集成超高清视频摄像机，自动巡航到指定点位进行高清摄像，采集可见光和热成像两种超高清视频信息，传输到后台服务器进行图像处理，进一步反馈巡检结果，准确定位设备详细信息，识别设备异常状况。这种强大的人工智能拟合能力，可适应运营商机房的复杂检测情况和指标、数值、状态等多种识别方式，低成本、高效率地为智慧工业赋能，已成功入选工信部、广电总局发布的工业制造领域“超高清视频典型应用案例”。（三）智慧交通随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，我国机动车保有量迅速增长，由此引发的通行效率低下，进而造成能源浪费和尾气污染等问题，客观上推动了数字技术在交通领域的探索和应用。充分运用物联网、云计算、互联网、人工智能、自动控制、移动互联网等技术，以全面感知、数据挖掘服务科学决策，打造智能交通信号联动、智能导航、智慧停车场、自动驾驶、共享单车等应用场景，优化交通资源配置，大大提升交通通行效率，使出行更加安全、高效、便捷、舒适、低碳。中新天津生态城智慧交通2.0版作为智慧城市建设的重要模块，涵盖了高效、便捷、安全和绿色出行四大插件。其中，高效出行插件通过建立三维交通模型，在交通大脑中可视化呈现道路实时运行状态，通过视频探头等物联网设备，实时收集路段的车辆行驶速度、和车辆排队长度等信息，利用人工智能算法，算出信号灯的优化配时方案，及时调整信号灯颜色，实现从被动的“车看灯”通行到主动的“灯看车”放行，缓解了交通拥堵情况，大大提升了高峰通行效率，同时起到了低碳减排的效果。便捷出行插件则通过加装毫米波雷达、无线发射传感器等智能设备，实现车路信息交互协同，使熊猫无人驾驶公交车更加安全高效，方便群众绿色出行。

（四）智慧农业我国是农业大国，传统农业生产方式极易造成资源浪费和环境污染，通过数字技术与农业生产相结合，制定一整套智慧农业解决方案，将有力提升我国农业的数字化和现代化水平。把传感器、物联网等技术应用到播种、施肥等现代农业生产全过程，使用无人机对农田进行集约化、精准化作业。通过视频智能感知技术打造全域视频高低联动平台，24小时监控域内秸秆焚烧等情况，实现农田监测、智能分析、烟火预警、应急处置全流程闭环管理。丰富的智慧农业应用场景不仅提高了农业生产效率，客观上大大降低了对农村土壤、空气、水资源的污染，有利于改善农村人居环境和生产环境，服务乡村振兴。天津小站稻作为津沽名特产品，不再“看天吃饭”，每个生产环节都用上了智能“黑科技”。苗期管理环节，搭载智能传感器的测深式插秧机，可以保证每一簇秧苗插进水田里的深度一样，插秧的同时将缓释肥料施进田里，既省时又高效。大田管理环节，中化现代农业技术服务平台的农艺技术人员，通过手机终端可以随时查看小站稻的长势，上传生长信息到平台，通过农业大数据智能分析，给出合理的灌溉、施肥、灭虫、撒药方案，使用智能化农机设备，精准地完成各种田间作业，不仅能够节约农资，还能减少污染浪费。同时，平台的精准气象板块，集合了卫星遥感、大数据、物联网等先进技术，结合历史气象信息数据，可提前给出旱涝风温、病虫害等预警信息，为农田提供精细化、网格化的气象服务，优化农田作业安排。天津在利用数字技术赋能能源、工业、交通、农业等领域“双碳”战略实施上做出了一些积极有效的实践探索，为下一步深入推进数字技术赋能“双碳”积累了宝贵的经验。同时也应看到，天津在应用转化、技术支撑、基础创新等方面还面临诸多挑战，制约了数字技术赋能“双碳”目标实现的放大、叠加和倍增效应。二、天津市数字技术赋能“双碳”目标实现面临的挑战（一）数字技术赋能“双碳”应用转化不足《天津市生态环境保护“十四五”规划》指出天津生态文明建设面临诸多矛盾和挑战，其中以重化工为主的产业结构、以煤炭为主的能源结构、以公路运输为主的交通结构没有根本改变，经济社会发展、产业发展、能源结构“高碳依赖”的特征依然明显[4]。1.能源供给侧，智慧绿色的融合创新应用开发建设不足以煤炭为主的能源结构会带来较大规模的温室气体排放，依靠调整能源结构进行大气污染防治的边际效应递减，导致减煤空间有限，煤炭消费占比持续下降的难度很大，能源供给转型和创新发展任重道远。5G、人工智能、物联网等数字技术与能源行业尤其是电力行业的深度融合与创新应用不足，数字技术助力能源供给侧绿色转型大有可为。2.能源消费侧，传统高耗能产业数字化、绿色化程度不高与京沪相比，天津工业结构偏重，以重化工为主的产业结构对能耗水平和能源结构的锁定效应明显，第二产业的能源消耗占比远高于经济效益占比，能源消耗和经济效益不成比例，传统高耗能产业（钢铁、石化、建材、有色）的数字化、绿色化转型还有很大的提升空间。3.公众生活侧，智慧绿色低碳应用场景不够丰富推动绿色低碳生活方式转型需要全社会的共同参与，涉及公众日常生活衣食住行的方方面面。交通出行是目前数字赋能低碳生活中做得相对较好的领域，共享单车、网约车拼车等可以有效引导公众绿色出行、低碳消费，互联网医疗、智慧文旅、智能家居在节能减碳上也进行了很多有效的探索。在经济社会发展全面绿色转型的背景下，智慧低碳生活应用场景还不够丰富，生活消费降碳还有很大的潜力可以挖掘。（二）数字技术支撑体系效率有待提升1.数据中心能耗相对较高用电产生的碳排放是互联网科技企业的主要排放来源，数据中心作为支撑数字经济发展的新型关键信息基础设施，能耗问题日益凸显。据统计，天津市数据中心平均PUE值在1.5左右，距离国家《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》“全国新建大型、超大型数据中心平均PUE降到1.3以下，国家枢纽节点进一步降到1.25以下，绿色低碳等级达到4A级以上”的2025年发展目标还有一定差距，数据中心能耗还有一定的下降空间[5]。2.碳数据治理水平不高数字技术以数据这个核心生产要素为基础，贯穿数据汇集、共享开放、分析挖掘、应用赋能的全流程，数据资源的数量和质量两个维度可以直观反映了一个地区的数据治理水平。数据要素是推进各行业进行数字化减碳的关键驱动力量，目前利用数字技术进行碳数据治理方面的探索不足，尚未建立起完善的碳数据管理平台和体系[6]。（三）数字技术赋能“双碳”基础创新体系存在短板1.数字化、绿色化复合型人才培养的探索和投入不足数字技术与“双碳”的深度融合，对人才提出了更高的要求，既有数字化的思维方式，又有生态环保领域的专业背景和实践经验，这些技术与业务融合跨界的复合型人才是推动数字技术赋能“双碳”的核心。目前，天津在高校新一代信息技术融合学科建设与复合型人才培养、企业数字化转型技术支持与人才培训方面进行的探索和投入不足，尚未构建起完善的复合型人才培养体系。

2.财税金融政策对数字化、绿色化转型的支持不够数字化对企业节能、降本、提质、增效具有至关重要的作用，但企业往往由于改造成本高、资金回收周期长、短期经济效益不显著等原因缺乏数字化、绿色化的动力，需要政府给予更多的财税金融等政策倾斜。以天津百亿智能制造财政专项资金为代表的政府奖励补贴在支持企业“数字化”+“绿色化”的综合能力提升方面还不够精准有效，绿色金融资本对企业数字化、绿色化转型的支持服务力度还不够。3.尚未建立起产学研深度融合的协同创新体系现有的数字技术无法满足各行业进行精准的绿色化改造，数字管碳和数字降碳的能力发挥不充分，亟需加强前沿数字技术研究，推进“数字碳中和”融合应用创新。天津市瞪羚、科技领军（培育）企业共571家，其中生态环保相关企业共76家，包含智能装备领域5家，新一代信息技术领域1家，数字技术与生态环保产业融合发展的市场空间开发利用不足，尚未建立起以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术和应用创新体系[7]。三、天津市数字技术赋能“双碳”目标实现的对策建议（一）提升数字技术赋能“双碳”应用转化水平1.构建智能化、绿色化新型电力系统搭建电力源网荷储一体化运行平台，利用大数据、物联网、边缘计算等数字技术，全面感知电网运行数据，可视化呈现全域电网运行状态。建立动态监测预警模型，通过配变过载预警、故障精准定位、在线智能干预等能力，提升电网综合调度、削峰填谷、运维检查、应急处置和客户服务的水平。利用人工智能算法对客户用能情况进行精准画像，构建园区、企业、工厂用电智能分析系统，为输配电合理定价提供数据支撑。2.推进高耗能行业低碳工艺革新和数字化转型支持工业互联网发展，开展传统高耗能行业智能化绿色化升级，基于关键设备运行耗能等生产运行数据的监测分析，通过5G、物联网、智能感知、无人操作等数字技术，优化研发工艺、资源调度、设备运行、质量管理、安全生产全过程的核心环节，有效减少资源浪费和碳排放。深化“制造业立市”战略，围绕天津“一基地三区”定位，在重要区域、重点行业、重大项目开展“数字碳中和”创新应用和解决方案试点，发挥滨海新区、西青区信息技术产业和现代工业企业集聚优势，建设或升级一批具有典型示范带动作用的绿色智慧园区和工厂。3.打造便捷高效的智慧低碳生活应用场景交通出行领域，车辆网应用通过绿波通行引导、生态路径规划可有效降低驾驶能量消耗。建筑家居领域，绿色建筑和智能家居通过AI算法、物联网技术采集分析温度、湿度、亮度等数据，智能调减水电暖设备的能量消耗。垃圾处理领域，聚焦城乡生活垃圾分类，探索建立具备分类收集、高效转运、处置回收、分析评价功能的垃圾处置监督管理平台，优化各环节决策，提升垃圾处置精细化水平。秉持数字时代共享开放思维，加强国内外交流合作，在世界智能大会开办数字碳中和”主题分论坛，交流互鉴数字技术赋能“双碳”典型应用创新成果。（二）加快数字技术支撑体系绿色创新发展1.推动建设绿色数据中心鼓励数据中心布局智能锂电技术，提升电池能量密度，减少机房空间占用，延长电池寿命，降低数据中心运维成本。利用AI调冷技术实现数据中心根据IT制冷需求、外界温度自动调优温控设备参数，降低数据中心能耗。探索数据中心可再生清洁能源绿电专线供给，引导数据中心利用自身及周边空间合理布局分布式智能光伏发电设备，用于辅助设施或次要负荷的供电。推广液体冷却、余热回收等节能技术，不断降低数据中心设施层能耗水平。2.着力提升碳数据治理水平建设生态环境双碳大数据平台，汇集市、区两级的碳排放数据、空气质量数据、企业排放数据、人口数据、交通数据、车辆数据、电力数据等，利用物联网、人工智能等技术实时接入气象、企业用能等动态数据，将数据进行分级分类的可视化呈现，建立双碳领域“一源多用”的大数据库。探索建立基于数字孪生技术的二维或三维碳地图模型，构建排放驱动因素追踪、减排动态模拟推演、能耗告警检测分析等能