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碳中和/碳达峰背景下的绿色ICT发展展望

2022-11-09 14:49:06 李晋 阅读:
在“整体能源短缺和能源价格上涨”以及“数字化需求快速上升”的交叉压力下,ICT行业的可持续发展只有两个路径:绿色和高能效。

对北半球的居民而言,2022年夏天持续且反常的高温还历历在目。据媒体报道,今夏北极圈内格陵兰岛的最高温度超过了15℃,这进一步推动了全球居民对“碳达峰”“碳中和”(双碳)概念的关注。vaCednc

对全球多数国家来说,ICT产业都是耗电大户,它给各国减碳目标带来不少的压力。伴随新冠疫情、地缘政治、俄乌冲突,以及企业数字化转型趋势等因素的影响,它们共同推动了ICT行业能源需求的水涨船高。“如何走上可持续发展之路?”是ICT行业当前关注的焦点。vaCednc

在近日的“EEVIA第十届年度中国硬科技媒体论坛暨产业链研创趋势展望研讨会”上,Omdia公司中国首席顾问王珅针对ICT产业的发展趋势做了展望分析,他得出结论:“绿色的ICT可以撬动一个更大的绿色世界。”vaCednc

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Omdia公司中国首席顾问王珅vaCednc

各国零碳排放目标的确定

1798年,英国面临食物短缺困境,英国政经学家托马斯·马尔萨斯提出:“人口增长是按照几何级数增长的,而生存资源仅仅是按照算术级数增长的,多增加的人口总是要以某种方式被消灭掉,人口不能超出相应的农业发展水平。”它被称之为“马尔萨斯陷阱”,这个观点也同样也适用今天的能源危机,即资源和发展如何进行取舍的问题。vaCednc

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王珅表示,目前人类面临的困境是温室气体的排放,“全球各国每年大约向大气层排放510亿吨温室气体,以美国2020年的碳排放为例,其中大部分排放来自汽车,汽车消耗汽油排放二氧化碳;约三分之一的排放来自电力行业,该行业的发电方式有很多种,主要以燃烧发电为主;而工业、消费者,其他非化石原料的燃烧,都占较小的排放比例。”vaCednc

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2022年夏天,全球异常的高温现象给人类敲响了警钟——人类必须要给温室气体排放的增长设定上限,再逐渐把排放总量下降到可接受的区间。王珅指出,要达到这个排碳的目的,不仅需要个人层面的减碳行为,更重要的是从国家层面实施排碳目标。如上图左边所示,在2015-2017年期间,全球仅有不到10个国家作出排碳承诺。截至2021年Q1,全球有44个国家承诺净零排放目标(Net-zero emission),约占全球二氧化碳量和GDP的70%左右。净零排放是吸收的碳和排放的碳能相互抵消,实现零碳排放的目标。其中,10个国家已将实现净零目标规定为法律义务,8个国家正拟将其规定为法律义务,其余国家已在官方政策文件中做出了承诺。vaCednc

只有国际合作才能尽早达到零碳排放的目的。上图右边的红线代表“如果各国共同推进排碳目标,西方国家大概最早能在2050年实现净零排放”,白色虚线代表“如果没有国际合作的排碳合作,则要2090年才能实现净零排放”。中国的双碳政策是在2030年达到“碳达峰”,2060年实现“碳中和”,而许多西方国家要求2025年实现“碳中和”目标。vaCednc

在通信行业中,基站大概占到了移动网络总能量使用量的70%,而且现在移动数据流量的增长促使移动基站能耗快速增加,比如在过去十年里,手机用户平均每月消耗几十MB流量,变成每月消耗几十GB流量,这给运营商带来很大的节能减排压力。目前,大部分电信运营商已经制定相应的目标,确定在2050年之前实现公司层面的净零排放,比较先进的运营商则把这个时间提前到2030年。vaCednc

2022年11月10-11日,AspenCore将在深圳大中华交易中心举办"IIC Shenzhen - 2022国际集成电路展览会暨研讨会",同期将举办“第24届高效电源管理暨功率器件论坛”。届时,来自英诺赛科、纳芯微电子、泰克科技、珠海镓未来科技、COMSOL等企业的演讲者,围绕高效电源管理芯片、SiC、GaN等主题做精彩演讲。点击 这里 报名参加。vaCednc

零碳排放面临哪些挑战?

各国在实施零排碳路线图过程中,并非总是一帆风顺。比如,俄乌冲突、全球数据流量井喷给零碳排放带来了许多挑战。vaCednc

·俄乌冲突

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王珅表示,俄乌局势的不确定性是当前面临的较大挫折。“欧洲能源价格的剧烈波动,给该地区各行业的能源安全和成本控制带来了巨大挑战。俄乌冲突导致了欧洲国家天然气的短缺。从天然气的价格来看,之前欧洲天然气的价格是每兆瓦时(1兆瓦时等于1000千瓦,也等于1000度电)不到200欧元,现在每兆瓦时1000多欧元,即是1欧元一度电左右。“vaCednc

但他也认为,“俄乌冲突”对欧洲能源方面的影响并没有特别大:首先,欧洲长期采取的绿电政策带来了缓冲,不至于突然出现很大的能源缺口;其次,整个欧盟只有约20%的耗电来自天然气,主要是小锅炉烧热水取暖用,而非发电用。“‘俄乌冲突’给大家产生的心理冲击大于现实冲击,各运营商包括在欧洲的其它行业会产生非常大的不确定性,大家会怀疑自己在将来会面临怎样的能源现状,给各行业的能源安全和成本控制带来非常大的变化。”vaCednc

值得庆幸的是,欧洲在能源可持续发展道路上已经取得一定的成果,目前欧盟电网约有39%来自绿电,比如法国的核电量在70%左右,德国的核电量占到了45%,西班牙可持续能源的比例也超过了40%。而现在中国约有70%的电力来自火力发电,这些火力发电中又有90%以上是通过燃烧煤炭来获取。王珅认为,欧洲在可持续能源方面的优势,与其长期以来对绿色能源的推动分不开关系。vaCednc

俄乌冲突爆发后,欧洲各国宣布对俄罗斯进行制裁,大部分欧洲国家购买不到来自俄罗斯的天然气。在短期内,欧洲很多国家和行业转而加大对煤炭能源的使用,欧洲的老百姓也在用木炭取暖,这些行为会产生非常大的二氧化碳排放。不过,从长期来看,这相反会加速减碳路线的方针。正如前面所述,欧洲电力结构只有20%来自天然气,在大方向来说,此次欧洲能源危机会加速其“碳中和”方向的转变,“碳中和”也意味着能源的自持性,保证能源安全不能单一依赖国外的不可持续能源。vaCednc

·全球数据流量井喷

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全球数据流量井喷是第二个挑战。据Omdia预计,2017-2024年期间,全球数据流量将快速上升,预计到2024年将达到每年580万PB的水平,这相当于全球每个人每天上传7000张照片。“数据流量的上升给ICT行业带来新的压力。一方面面临能源短缺和成本上升,一方面又面临下游旺盛的需求。如果持续转向下一代通信,能源需求还会继续增长,并且如果继续使用化石燃料发电,其将带来更多的二氧化碳排放,这会给ICT企业碳中和目标的实现,带来很大的挑战。“王珅表示。vaCednc

ICT行业如何实现净零排放?

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在“整体能源短缺和能源价格上涨”以及“数字化需求快速上升”的交叉压力下,ICT行业的可持续发展只有两个路径:绿色和高能效。vaCednc

在碳中和目标方面,现在全球许多国家的目标是在2050年实现碳中和,同时保持全球变暖的幅度控制在1.5℃以内。另外,现在很多国家的移动网络正由4G转向5G,包括第三世界国家在内,全球会有更多的数字化需求,这带来了绿色、高能效的目标。vaCednc

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从长远来看,欧盟ICT公司会加速实现更高的可持续性和电力安全性,但这需要采取不同的技术措施。在短期来看,在能源短缺的情况下,欧盟ICT公司并没有我们想象的那样绿色和高能效:比如,今年10月6日,电信公司lliad集团决定晚上关闭某些夜间频带,这一举措降低10%的电力消耗;运营商Orange将在每天一个小时的低谷期关停数千站点的电力。vaCednc

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在此背景下,“采用更多绿电,提高设备效率“是ICT企业实现碳中和目标的当务之急。根据Cisco的预测数据(上图左边):2017到2022年,全球月移动数据流量变化,从人均每个用户,到平均每台终端设备,都有数倍的提升。vaCednc

再看看ICT行业净零碳排放的预期步伐,大部分比较先进的公司计划在2035年之前(含2035年)实现“碳中和”,现在欧洲有一些运营商通过购买绿电或购买碳指标的方式已经实现了公司层面的“碳中和”。到2050年,全球大部分ICT企业都会实现净零碳排放。如果不采取这些措施,ICT企业的碳排放总量还会继续提升,因为设备能效的提升并不能抵消用户快速增长的趋势,这将致使其实际的二氧化碳排放远远高于之前的量。vaCednc

ICT行业如何走出“马尔萨斯陷阱”?

ICT行业的“马尔萨斯陷阱”,在于能源的资源短缺和数字化需求上升的矛盾,相关企业需要采取一些措施才能走出“马尔萨斯陷阱”。vaCednc

首先,要承担碳责任。企业应该负起责任,以更环保的方式创造商业优势。vaCednc

其次,加快部署新世代更高效的数据传输技术。ICT公司应着眼净零路线图,寻求政策和消费者的支持,以加快发展速度。vaCednc

再次,将物理生产活动转移到自动化的数字领域。投资数字技术的开发和部署,创造新的工作方式,使工业的能源和材料效率更高。vaCednc

最后,鼓励对数字生产的碳排放后果进行讨论。加快科技发展,保证碳排放技术的发展,抢占碳排放领域的先机。vaCednc

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目前,一些ICT企业开始ESG(环境、社会责任和公司治理)实践,比如法国Orange 2020年的二氧化碳封存项目;西班牙Telefónica 2021Q4发行的绿色债券和增加碳吸收项目;Vodafone 2021Q2 的绿色能源项目等。vaCednc

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中国三大运营商的举措更多,包括中国电信、中国移动、中国联通2019-2022年的绿色能源/节能/材料回收项目。“东数西算”项目要建设大量的基础设施,三大运营商会采用很多自然冷源等技术,还有一些AI基站节能技术,降低单位流量下的消耗,包括各企业都在整体的企业方针方面,发布了一些节能减排管理办法和措施。vaCednc

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中国的数据中心能耗已占到了总能耗量的很大一部分,若不控制则未来会很大程度上阻碍我国碳中和目标的实现进度。“东数西算”是能源和算力的地域平衡,我国东部地区有很多包括互联网公司在内的用户,这些公司的数据量产生得非常快,但能源指标又比较紧张。而西部地区有大量的清洁能源,这些电力并可以更好的被利用起来。因此,西部地区算力中心的定位就浮现出来,比如一些模型训练、数据存储会放在西部,一些对时间敏感的应用部署在东部地区,这样使用ICT企业提供的服务时,不会受到延时的干扰。把大量高算力设备放在西部,可以帮助数据中心进一步降低电力消耗量的占比。vaCednc

当然,目前中国的碳中和与欧洲碳中和存在一些区别。王珅认为,各国(地区)都有国家层面的政策,我们国家的突出的优势在于“东数西算”工程实现,其他国家很难进行这样的政府层面的统筹。中国“东数西算”工程在执行效率上更快,但因欧洲已经长期执行了很多年,该地区的绿电占比高达40%,且这个数据还未包括核电。从这个方面来说,欧洲国家是我们要追赶的对象。vaCednc

提升ICT基建碳排放比例

从更高的层面来看,如何在整体的角度上提高ICT的基建碳排/业务比例。2021年华为提出了网络碳排放强度指标——NCI(Network Carbon Intensity),在某个时间段内,整个网络碳排放与数据量的比值。vaCednc

围绕NCI又出现了两个概念:鼓励数据流量的上升以及鼓励碳排放的下降。现在的方针主要是有两个形式,第一个是降低网络绝对能耗,第二是提高网络能效,使得每网字节数更多。比如使用5G,5G的能量比4G少90%。5G虽然绝对能耗上升了,但其数据流量也远远上升。vaCednc

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如何提高网络碳排强度?主要有三个路线,第一个路线是提高绿电的比例,包括直接从电网采购绿电,欧洲很多ICT企业都会向电网采购绿电;在一些偏僻地区,比如沙漠或者无人区,建设基站提供数字服务,可以采用分布式的装置,通过独立发电或者有线电网,实现发电补充。还可以因地制宜,包括自然风冷却、水冷却,来为数据基础设施降温。vaCednc

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第二是提高设备能效。对于电力设备要降低能耗使用,从铜网转向光纤,数据方面,如果从建设角度来考虑,尽量降低重建的成本和时间,还有模块化数据中心,还有对设备的自然空气冷却。vaCednc

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第三要实现智能化的能源管理,ICT行业里面,输入是能源,输出是数字化业务。采用AI驱动的数据能源的算法,来对整个网络或者能源进行调控,进行精细的测量,保证能源尽可能不被浪费。通过AI方式来把峰谷之间的差异抹平,比如充放电的方式实现能效优化,还有推荐站点的位置,规划阶段就可以帮助进行比较节能的规划。vaCednc

最后,王珅强调说,ICT行业不仅是一个面向终端消费的行业,也是一个非常重要的基建,它所撬动的是整个世界各个行业的运营。根据第三方分析机构GeSI的数据,预计到2030年ICT 技术能推动全球碳排放降低20%(121亿吨二氧化碳当量),10 倍于自身的碳排放。总的来说,绿色的ICT可以撬动一个更大的绿色世界。vaCednc

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