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如何利用数智化技术赋能碳中和的未来

2021年9月22日,华为携手产业伙伴举办了智能世界2030论坛。论坛上,罗兰贝格全球管理委员会联席总裁戴璞(Denis Depoux)针对如何利用数智化技术赋能碳中和的未来等话题进行了深入探讨。

文/罗兰贝格全球管理委员会联席总裁 戴璞
《营赢》第40期
戴璞

人类探索宇宙太空的热情自古有之,近年来空前高涨,升温迅速。与这一令人雀跃的升温相反,地球温度的逐年上升则令人忧心,气候变化已成为全人类生存面临的最紧迫问题,其近者祸及身,远者及其子孙。

近年来,全球极端天气事件频发,在罗兰贝格的发源地——德国,正遭受着迄今为止最为严重的洪灾。专家们认为,北大西洋的气候变化是这些灾难的源头。在中国,河南省郑州市也经历了千年难遇的特大暴雨,数百人因此丧生,经济受到不同程度的影响。

统计数据显示,1850~2020年,地球的平均温度已累计上升1.2℃。为此,《巴黎协定》提出,要将“全球平均气温升幅努力控制在1.5℃以下”,但按照如今的排放量来计算,我们需要4~8年的时间才能将平均气温的升幅控制在1.5℃以内。若要实现将其控制在2℃以内的目标,则需20~25年的时间,这对我们来说遥不可及,而其实这点时间远远不够。

我们是时候该采取行动了!

目前,全球已有137个国家在为实现碳中和而不懈努力,其中,90%的国家承诺将在2045~2050年实现碳中和。但要想实现工业与社会的深层次转型,所需的投资周期一般较长,尤其是在能源与交通基础设施建设方面,投入的时间通常是以“年”为单位来计算。

气候绩效将会带来新的竞争

不容忽视的是,关于碳中和的承诺会给解决责任冲突的方案带来压力,而气候绩效也将会带来新的竞争。向低碳运营模式及商业模式的转移将会成为关键动因,引发国家、地区和企业之间的全球性竞争。

消费者将会倾向于购买含有更少碳含量或是零碳的产品;全球的立法者可能会在更大程度考虑在法律体系中增加“对高碳含量产品予以处罚”或“提高税率”的法律条款,同时他们也会寻求对那些没有受到处罚的高碳含量进口商品收取税款的方法。

可以看到,欧盟在20年前就开始了与气候变化作斗争的战役,如今依旧处于世界的前沿。例如,最近,欧盟宣布了关于“减碳55(Fit-for-55)”的政策。

1997年《京都议定书》签署之后,欧洲对可持续能源的贡献大多数来源于德国,并通过经济与科技共同推动了节能的实施。基本思路是在欧洲的单一市场中创造一个新的市场及技术优势,其遵循的减排路线图,可使再生能源的产量在10年内增加2.5倍。然而,欧洲的竞争优势并不明确,在同一时期,中国加入了世界卫生组织且受益匪浅。中国生产了大量的可再生能源设备,其中,太阳能电池板及风力涡轮机的生产数量分别占全球市场的70%和60%。

欧洲同时也意识到其需要避免碳泄漏的影响,即在全球范围内将碳排放外包的情况,这也是为什么欧盟会针对一些重工业领域提出《欧盟绿色协议》及碳排放边境边界调整机制——“减碳55”的重要原因,其中的某些目标最早将在2025年实现,以使欧洲的竞争优势具象化。同时,欧洲也想抓住这次机会,提升技术、创造优势,并希望新增200万个就业岗位。

在过去的10年间,尽管中国经济增长的能耗强度已经下降了1/3,但依旧面临一个巨大的挑战,这都源于过去煤炭的大量使用及其持续增长的能源消耗。

当然,中国也有其独特的优势,比如,长远的眼光、规划和执行纪律;正如《区域全面经济伙伴关系协定》所强调的那样,东南亚地区的供应链正逐步整合;与许多国家不同的是,中国依旧能够有实体空间和可再生能源可以开发;因其他生态目的而实施的重新造林和湿地恢复,使得中国在碳吸存方面潜力无限;对消费者和供应商的数字化普及将在提升碳中和竞争力方面起到重要的作用。

如何实现碳中和目标

人类的社会和经济活动都会产生温室气体排放,其中大多数是源于化石燃料的燃烧、化工工艺及一些气体的泄露。

在中国,燃煤电站发电所产生的二氧化碳占总排放量的50%;工业生产所产生的二氧化碳占总排放量的1/3;在涵盖国内外公路、铁路、水运、空运的所有交通工具之中,汽车是碳排大户,其产生的二氧化碳占中国总量的10%。

综上所述,能源、交通及建筑的温室气体排放对于实现碳中和至关重要。那么,我们要如何实现碳中和?数字化又能做出哪些贡献呢?

首要一点便是数字化,数据和数字技术发挥的作用可圈可点,因为没有计量就无法管理,更不用说减少。因此,评估每一项活动所产生的排放,是任何试图在今后优化温室气体排放的核心。大多数情况下,排放并没有被实际监测,而是通过算法来进行计算,算法可模拟各类活动所产生的二氧化碳排放量,而数据则是这些模型的核心。从数据的来源来看,交通或公用事业的城市活动方面的数据,可依据地方政府现有的信息系统来生成;而工业活动方面,则需注重生产机械的仪表和控制系统。在这两种情况下,这些数据均可以转换为实时数据或频繁的活动监控。

以德国的曼海姆市为例,其利用智能电表收集的数据构建的智能电网系统,可帮助降低能源浪费。在这个项目中,我们观察到一项可直接体现减碳成果的数据:该项目二期针对200名居民的实验显示,日能耗降低了6%~8%,几乎等同于日碳排放量减少了6%~8%。

此外,海量丰富的数据还会在城市规划及运营虚拟化方面发挥效用。例如,基于实际基础设施使用数据进行模拟,以更好地设计或改进未来的规划。这里,我们讨论的是通过明智的规划、设计和运营,鼓励节约使用资源及最大限度地利用现有基础设施。

城市环境是造成气候变化的最大单一因素,其产生的排放占总量的2/3。因此,城市必须进行低碳规划以降低碳足迹。软件公司达索系统(Dassault Systems)提供了多种虚拟化解决方案,来实现低碳城市规划。这使得基于模拟的环境优化决策能够给新的城市设计提供帮助,通过合理规划工业、商业及住宅之间的距离,减少通勤时间,优化流动性,从而带来更低的碳足迹。

计划到2040年实现碳中和的斯德哥尔摩,已经在智能交通规划领域应用了最佳的实施方案。该地方政府通过模拟城市的功能布局、道路网络以及因不同类型交通工具所造成的碳排放,重构了交通路线,以鼓励低碳通勤的生活方式。目前,已有93%的城市居民积极使用公共交通或低碳方式出行,而这些举措直接减少了交通所造成的碳排放。

提升建筑能源效率的关键是针对能源方面的节约优化措施。如可以避免冷热损失,以便更好地设计水泥、混凝土、玻璃和钢铁等低碳含量的建筑材料。它通过过程优化、建筑管理,对围绕如占用、冷热、照明等关键性能指标的持续监控,以及设施使用的优化,得以实现。

生产过程中的能源效率可以借由更高效的工业生产过程来实现。例如,放弃通过电炉燃烧化石燃料,更严格地控制生产过程中的温度和压力等。在这些方面,数字化发挥着关键性作用,可以采取视觉化呈现数据,实时控制,从而达到节约能源的效果。

数据和数字化是促成气候行动和气候绩效的关键因素,其有助于建模、可视化、监测、计划和优化。这需要部署几个关键技术:

其一,物联网和工业互联网可通过智能和自动化仪表、智能传感器、智能可穿戴设备等工具来生成和收集所需的基础数据;

其二,通过5G及云等连接基础设施,以满足大规模、高频度及低延迟的通信需求;

其三,机器学习可以处理大量的新数据,帮助我们了解温室气体的排放情况以及优化、改进它的方式。

除了技术,用例的定义及与气候行动相关的情境亦是关键。企业和政府应对气候的挑战,不仅是出于责任与合规方面的考量,也是为了提高自身的竞争力。而数字技术则为我们提供了降低碳足迹的新方法。