RMI&百度智能云：数智碳中和白皮书

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注意事项 在企业 VI 视觉中，标志是企业形象对外输出的核心要素，是体现品牌 价值、彰显企业文化的重要组成部分，在任何情况下均不得随意修改。 本手册在下面的章节中将严格规范标志应用规范，以确保传播使用时 企业视觉识别形象的完整统一。 标志标准色图形横版 标志标准色图形竖版 数智碳中和 以数智技术助力关键相关方实现碳达峰碳中和 作者 落基山研究所：李婷，刘琦宇，刘雨菁，刘子屹，姚远，周勤，邹乐乐 中国科学院科技战略咨询研究院：刘昌新，朱永彬 百度智能云：韩庆，姜峥超，李卓，吴国强，杨芳芳，姚炳雄，詹颖 *作者姓名按姓氏字母顺序排列。 其他作者 百度智能云：匡晓烜，马宁，张文强，林若森，尹朝晖，郭婷婷，江春生 联系方式 李卓，lizhuo07@baidu.com 邹乐乐，lzou@rmi.org 版权与引用 落基山研究所&百度智能云，数智碳中和——以数智技术助力关键相关方实现碳达峰碳中和， 2022年1月，北京 除特别注明，所有图片均来自istock 作者与鸣谢 www.rmi.org cloud.baidu.com 关于我们 落基山研究所(RMI) 落基山研究所是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库。我们与政府部门、企 业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山 研究所致力于借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能 源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市及华盛顿特区 设有办事处。 百度智能云 百度智能云是基于百度多年技术沉淀打造的智能云计算品牌，以“云计算为基础，人工智能为引 擎，赋能千行百业”为战略，形成“云智一体”的独特竞争优势。百度智能云率先在业内打造AI原 生云计算架构，“适合跑AI的云”助力企业快速“上云”并实现智能化，同时向各行各业输出百度 大脑的领先技术，“懂场景的AI”使企业可以便捷高效的接入AI能力。百度智能云在智能制造、智 慧金融、智慧能源、智慧城市、智慧医疗等领域拥有领先产品、技术和解决方案。百度智能云AI Cloud 连续五次在中国排名第一，工业质检市场第一 ，稳居中国公有云四朵云之一。 注意事项 在企业 VI 视觉中，标志是企业形象对外输出的核心要素，是体现品牌 价值、彰显企业文化的重要组成部分，在任何情况下均不得随意修改。 本手册在下面的章节中将严格规范标志应用规范，以确保传播使用时 企业视觉识别形象的完整统一。 标志标准色图形横版 标志标准色图形竖版 www.rmi.org cloud.baidu.com 目录 www.rmi.org cloud.baidu.com 前言 数智技术助力碳中和 碳达峰碳中和，既是艰巨挑战，也是巨大机遇 科技创新是实现碳达峰碳中和的核心驱动 数智技术是实现碳中和目标的助推器 数智技术赋能相关方实现碳中和 政府监管部门 能源生产企业 能源输送企业 能源消费用户 金融投资机构 数智技术在碳中和目标下的创新实践 北京海淀“城市大脑” 安特卫普数字孪生城市 大唐集团工业大数据平台 国家电网人工智能中台 双汇物流智能调度 美欣达智慧能源管理 某机场集团智能调度 某水务集团智能调压 贝莱德气候风险评级体系 数智碳中和愿景展望 参考文献 1 2 3 6 7 9 12 13 16 18 23 26 27 28 29 30 32 33 34 35 36 38 40 前言 www.rmi.org / 1 cloud.baidu.com 2020年9月，中国领导人提出了最新的应 对气候变化和能源转型目标，即2030年前碳达 峰、2060年前碳中和。其中，碳中和作为一个长期 战略目标首次纳入中国的政策框架，并迅速成为 中国核心战略目标之一。2021年，在“十四五”开 局之年和第一个“百年”之际，碳达峰、碳中和目 标成为指引经济社会发展的重要指示牌，中国正 式迈入“碳中和元年”。作为最大的发展中国家， 作为全球清洁能源的最大投资国和最多装机地， 作为全球经济的引擎和扎实行动的典范，中国提 出“碳中和”，加速了各国的跟进与响应，也使得 2021年成为真正意义上的全球“碳中和元年”。中 国的行动与全球政策、行动和动力相互呼应，成为 应对气候变化和推动能源转型的全球领导者。 中国政府在2020年正式布局的“两建”，即 新型基础设施建设和新型城镇化建设，提出了七 大领域特别是典型新基建如5G网络、人工智能、 物联网软硬件、数据中心与光纤网络等支持数字 经济的基础设施。2021年，数字经济和智慧化进 一步成为复苏与发展的内在引擎，数字化转型已 经成为国家战略。“十四五”规划明确提出“迎接 数字时代，激活数据要素潜能，推进网络强国建 设”。10月，中共中央政治局就推动我国数字经济 健康发展进行的第三十四次集体学习上，习近平主 席强调，要积极参与数字经济国际合作，主动参与 国际组织数字经济议题谈判，开展多边数字治理 合作，维护和完善多边数字经济治理机制，及时提 出中国方案，发出中国声音。中国的高质量发展正 呈现以智慧化和数字经济为重要支撑的特征。 数字经济和智慧化与碳达峰、碳中和所指向 的智慧、高效、高质量、低排放目标高度一致。以 创新引领的清洁能源革命、信息技术与数字经济 将在未来10年到20年共同推动下一轮经济繁荣， 这将成为各国发展战略的重心，也是中国迈向第 二个百年目标的重要驱动力。面对经济社会百年 未有之变局和新时代的机遇与挑战，如何推动低 碳和零碳能源技术与数智技术不断实现双重突破 并进一步紧密结合，如何依托实践和创新使得数 智技术在各个领域成为碳达峰、碳中和的助推器， 本报告进行了有益的探索和尝试。报告融合了百 度智能云“云智一体”加速产业零碳转型的创新 实践，以及RMI对双碳领域的深刻洞察，共同对数 智技术如何助力相关方实现零碳转型进行系统的 阐述，并通过精选案例与场景重塑，紧扣能源转 型这一主题，深入探讨了不同相关方在这一变革 中的重要定位与作用。 碳达峰、碳中和的实现将带来广泛而深刻的 经济社会变革与生产消费各环节质的飞跃,各个 领域、各类相关方都将置身变革，既深入参与， 也将被这场变革所重构。报告宗旨之一是立足实 践、展望未来，力促更大范围的协同创新，积极 促进各类主体和资源集聚，共同推动数智技术与 行业实践结合，为产业转型升级、能源系统革命、 构建绿色生产生活方式开辟新的路径，确保中 国“碳达峰、碳中和”与百年大计的实现。 第一章 数智技术 助力碳中和 “十四五”期间，产业结构和能源结构调整优化取得明显进展，重点行业能源利用效率大幅提升，煤炭消费增长得到 严格控制，新型电力系统加快构建，绿色低碳技术研发和推广应用取得新进展，绿色生产生活方式得到普遍推行，有利于 绿色低碳循环发展的政策体系进一步完善。到2025年，非化石能源消费比重达到20%左右，单位国内生产总值能源消耗 比2020年下降13.5%，单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%，为实现碳达峰奠定坚实基础。 “十五五”期间，产业结构调整取得重大进展，清洁低碳安全高效的能源体系初步建立，重点领域低碳发展模式基本 形成，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重进一步提高，煤炭消费逐步减少，绿色低碳技 术取得关键突破，绿色生活方式成为公众自觉选择，绿色低碳循环发展政策体系基本健全。到2030年，非化石能源消费 比重达到25%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，顺利实现2030年前碳达峰目标。 中国2030年前碳达峰主要目标 www.rmi.org / 3 cloud.baidu.com 工业革命以来，全球经济持续发展 带动能源需求强劲增长。在能源结构未发 生根本性改变的情况下，人类活动产生的温 室气体排放日益增多，由此带来的气候变化问 题日益引起国际社会普遍担忧，各国纷纷提出向 低碳社会转型的愿景目标。截至2021年7月30日，全 球约70个国家作出了在本世纪中叶实现“碳中和”目标 的承诺，围绕气候变化的国际合作也在不断深化。 中国历来重视生态文明建设，积极实施可持续发展 战略。在应对气候变化领域，中国先后提出了一系列具有 远见的目标、政策与行动。2015年，中国向《联合国气候 变化框架公约》秘书处提交了中国国家自主贡献目标，提 出2030年左右碳排放达峰等一系列远景目标；2020年9 月22日，中国在第75届联合国大会上进一步做出承诺，提 出“碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年 前实现碳中和”。 2021年10月，中共中央国务院先后印发《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》和 《2030年前碳达峰行动方案》。作为碳达峰碳中和“1+N” 政策体系中最为核心的内容，两份文件进一步明确了中国 实现碳达峰的总体目标，部署了碳达峰的重大举措和实施 路径，对于统一全党认识和意志，汇聚全党全国力量实现 碳达峰碳中和这一艰巨任务具有重大意义。 1.1 碳达峰碳中和，既是艰巨挑战，也是巨 大机遇 中国碳达峰、碳中和目标的提出,将加速全社会绿 色转型,新的发展模式将带来前所未有的机遇。 多元清洁的能源转型目标带动可再生能源和新型电 力系统快速发展。碳中和目标将倒逼能源供应由高碳主导 向多元清洁的综合能源体系转型，带动能源体系发生系统 性改革。在能源生产环节，可再生能源将迎来重要的发展 机遇，太阳能、风能、生物质等可再生能源发电将基本取 代化石能源发电，新型储能技术将逐步取代化石能源发电 技术为电力系统提供灵活的调度能力。在能源输送环节， 以特高压电网为骨干网架的智能电网将成为大规模消纳清 洁能源电力、实现多能互补和优化配置的重要载体。在能 源消费环节，终端能源使用将全面步入电气化阶段，形成以 电为中心的能源消费格局，能源效率也将随之大幅提高。 cloud.baidu.com www.rmi.org / 4 www.rmi.org / 4 cloud.baidu.com 产业转型升级驱动战略性新兴产业和低碳环保产业 快速发展。在碳中和目标的约束下，高耗能产业发展空间 将进一步压缩，中国经济增长将从资源依赖向创新驱动模 式转变。新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高 端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备 等战略性新兴产业将得到加快发展；钢铁、有色金属、石化 化工、建材、交通、建筑等高耗能行业需要加快技术改造 并进入碳达峰平台期，高耗能高排放项目的上马也将受到 严格遏制；产业结构的转型升级将带动社会生活方式和消 费模式相应调整，绿色低碳的生产生活方式得到普及。 数智科技与传统产业的深度融合为碳中和目标实现 探索新的道路。近年来，大数据、人工智能等新一代数字 技术与实体经济加速融合，正驱动生产方式和生活方式发 生深刻改变，在推进经济社会向低碳化绿色化方向转型 中的作用也日益凸显。数字技术和人工智能与传统产业结 合，产生智慧能源、智慧农业、智能制造、智慧交通、智慧医 疗、智慧城市等新的产业业态，在创造新价值的同时有效 整合各种要素资源，实现要素精准投入、生产过程精准控 制、供需高效匹配，在节能降耗、提升效率和循环利用等 方面都起到关键作用。因此，实现碳达峰、碳中和必须依靠 数智技术和降碳技术的融合创新和渗透应用。 巨量的绿色投融资需求催生绿色金融产业蓬勃发展。 在碳中和目标的约束下，能源、交通、建筑、工业等行业中 的传统高排放产业项目将面临趋紧的政策约束与额外的碳 成本，盈利空间压缩导致其金融投资吸引力下降。这些重 点领域的去碳化进程需要巨量的资金支持，迫切需要绿色 金融的扶持。有研究测算，未来30年中国碳中和将带来138 万亿的绿色低碳投资需求，占到同期GDP总量的2.5%1。为 此，各大金融机构纷纷瞄准绿色金融方向，探索绿色信贷、 绿色债券等金融产品创新。加之2021年正式启动的全国碳 市场，已经成为全球规模最大的碳市场，也为绿色金融的 蓬勃发展提供了空间。 中国要在未来10年内快速达到排放平台期，并再用 30年时间实现碳中和。在创造史无前例的机遇的同时，也 势必会对未来经济增长、产业结构、能源系统等带来重大 挑战和深远影响。 经济持续增长和城镇化进程的推进，给用能结构的根 本变革带来挑战。当前，中国正处于“全面建成小康社会、 cloud.baidu.com www.rmi.org / 5 www.rmi.org / 5 cloud.baidu.com 实现第一个百年奋斗目标之后，乘势而上开启全面建设社会 主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军”的历 史时期。为了支撑这一时期经济增长和城镇化的持续推进， 中国的能源消费总量和人均能耗都将大幅增长。目前，中国 人均能耗仅为美国的29%、日本的47%、德国的54%。实现 碳达峰与碳中和，意味着在保障能源消费总量增长的同时， 要实现能源结构根本性变革，为实现经济与能源之间的脱 钩带来重大挑战2。 能源强度较高，给产业结构和能源结构的绿色升级带 来挑战。中国的能源强度（单位GDP消耗的能源）近十年 来逐步下降，但2018年仍是世界平均水平的1.5倍（生产了 全球15%的GDP，消耗了全球能耗的23%）。这主要是由于 中国目前仍处于工业化阶段，工业在产业结构中的比重较 高、高能耗高排放产业比重过大导致能源强度明显高于发 达国家水平。2018年，中国工业部门碳排放占比28%，远 高于全球的18%排放占比，单位GDP能耗高达4.2吨标煤/ 万美元，约为世界平均水平的1.7倍3。终端消费环节电能占 比较低也是导致能源强度较高的原因，中国电能占终端能 源比重仅为28%左右，电气化进程与北欧、美国、德国、日 本等发达国家仍然存在差距4。实现碳达峰与碳中和，意味 着产业结构和能源利用的全面转型，为产业转型升级、能 效技术改进和终端用能电气化都带来巨大挑战。 当前能源系统对化石能源的高依赖性，给绿色转型 过程中的能源安全提出挑战。长期以来，中国能源资源禀 赋的最大特点是“富煤、贫油、少气”，这种能源禀赋特点 可能严重制约减排进程。此外，中国能源对外依存度不断 攀升，能源安全隐患日益严峻。2020年，中国原油和天然 气对外依存度分别达到73%和41%，随着中国城市化、工 业化进程的不断推进，将催生更多的油气消费需求，同时 能源进口风险也将持续威胁着中国经济的高质量发展5。 实现碳达峰、碳中和要在推进能源结构转型的过程中确保 能源安全，任务艰巨且富有挑战。 可再生能源电力快速增长，给电力的稳定供应带来 挑战。经过多年发展，中国形成了多元化的能源供应体系， 有力支撑了经济社会发展。随着可再生新能源技术日益成 熟，过去十年间可再生能源发电成本快速下降。在2010年 到2020年十年间，太阳能光伏发电（PV）、陆上风电场和 海上风电场的成本分别下降了85%、45%、48% 6，同时清 洁能源装机量也在快速增长，居世界第一。但从一次能源 占比来看，中国清洁能源在一次能源中仅占15.3%，较国际 平均水平低5个百分点7。能源系统转型面临巨大沉没成本 和新增投资成本。可再生能源波动性大对电网稳定性带来 挑战，管理能源系统的复杂性会大大增加，对电网灵活性 和智能调度带来很大挑战（图1.1）。 推动清洁能源变革，利好可再生能源 和新型电力系统发展 经济发展和城镇化下用能需求持续增 长带来的挑战 倒逼产业结构转型，利好战略性新兴产 业和低碳环保产业发展 能源密集型产业结构与能源强度较高 带来的挑战 激发数字技术创新，利好传统产业与 数智科技融合发展 自身能源资源禀赋不足给能源安全带 来的挑战 释放投资融资需求，利好绿色金融产品 创新与产业发展 能源系统大规模脱碳对平稳经济转型 带来的挑战 4 大 机 遇 4 大 挑 战 CO2 实现碳达峰、碳中和目标的机遇和挑战 图1.1 cloud.baidu.com www.rmi.org / 6 www.rmi.org / 6 cloud.baidu.com 1.2 科技创新是实现碳达峰碳中和的核心 驱动 科技创新是实现碳达峰碳中和的核心驱动。能源部门、 工业部门、农业部门、社会部门及居民消费领域，已经涌现 了大量的降碳技术，部分实现了能源节约和碳排放量降低。 与此同时，信息技术的发展已经进入了数智时代，以云计 算、大数据技术、物联网、人工智能等为代表的数智技术的 快速演进为社会低碳转型不断开辟新的路径（图1.2）。 降碳技术可分为“低碳技术”、“零碳技术”和“负碳 技术”三类，主要涉及电力、交通、建筑、冶金、化工、石化 等部门以及可再生能源、煤的清洁高效利用、油气资源和 煤层气的勘探开发、二氧化碳捕获与埋存等新技术。低碳 技术主要包括减少能源生产、能源消费等环节碳排放的相 关技术、如电力行业的煤炭清洁转化高效利用技术、绿色 建筑节能技术、交通领域新能源汽车技术、以及钢铁、化 工、建材、石化、有色等重点行业的工业流程再造工艺技 术，包括电炉炼钢、应用生物基及生物降解塑料等。零碳 技术主要包括新能源技术、储能技术、智能电网技术、其它 非电能源无碳化技术、能量回收利用等零碳原料/燃料替 代技术。负碳技术主要包括二氧化碳捕获、利用和封存技 术（CCUS），其他地球工程技术以及森林和草原碳汇等。 数智技术，即数字技术和人工智能技术。在产业应用 新兴技术和数据资源转型升级的过程中，数字化是基础。 随着人工智能等新一代信息技术的发展，以及数据的爆发 式增长，产业加快应用智能技术，从海量数据中发现规律、 训练模型、提炼知识，促进产出增加和效率提升，实现企 业生产经营的智能化，进而实现整个产业的智能化升级。 得益于近些年中国企业在数字化转型过程中的丰富数据积 累；计算、存储、网络等算力基础设施的性能提升和成本下 实现碳达峰碳中和的创新科技体系 图1.2 “碳达峰、碳中和” 创新科技 低碳 零碳 负碳 数智技术 工业流程再造 自然解决方案 化石能源清洁利用 绿色建筑 云计算 物联网 光伏光热 柔性直流 水电/抽蓄 新型储能 人工智能 地球工程 氢能 核能/小堆/聚变 碳捕集利用封存 陆/海上风电 特高压输电 大数据技术 工业互联网 循环经济 …… …… …… …… 交通电气化 cloud.baidu.com www.rmi.org / 7 www.rmi.org / 7 cloud.baidu.com 降；深度学习、大规模预训练模型带来的算法突破，以云智 一体促进数字化转型和智能化升级一步到位，已经成为企 业智能化升级的必然趋势。 1.3 数智技术是实现碳中和目标的助推器 数智技术的发展，为进一步提升能效和支撑能源快速 转型提供更多可行性。数智技术与降碳技术深入融入传统 产业的应用场景，孕育一批“智慧+”新业态新模式，助力 生产和