新型基础设施投资的碳排放影响分析及绿色低碳化政策建议.pdf

1 新型基础设施 投资的 碳排放 影响 分析及 绿色低碳化政 策建议 习近平总 书记在 经 济社会领 域专家 座 谈会上强 调， 要 推动 形成以 国内大循 环为主 体 、 国内国际 双循环 相互促进 的新发 展 格局， 实现 依 靠创新驱 动的内 涵 型增长， 重 塑我国 国际合作 和竞争 新 优势。 当前 在 内外部复 杂环境 背 景及新冠 肺炎疫 情 冲击下， 有关经 济刺 激计划的 讨 论广泛展 开， 特别 是 新型基 础设施 的 投资引起 了各方 的 重点关注， 其 中 包 括 新 型 基 础 设 施 建 设 是 否 会 如 传 统 基 础 设 施 一 样 产 生 “ 锁 定 效 应” ，并带来 长期 的 碳 排放 影 响。 这 就需 要我们 在 研究 分析 新型基 础 设 施 在 技 术 创 新 视 角 下 的 减 排 效 应 和 在 需 求 驱 动 视 角 下 的 增 耗 效 应 的 基础上 ，给出 更 为科学 的 战略判 断 及 更为清 晰的政 策 导向 。 一、 新型 基础设施 建设产生 的背景 与 内涵 新型基础 设施建 设 是作为我 国新形 势 下 转变发 展方式 、 优 化经济 结构、转 换增长 动 力 、加强 “六稳 ” “ 六保” 的 主要举 措 之一 而提出 的。 面对国 内外风 险挑战明 显上升 的 复杂局面， 全球动 荡源和风 险点 显著增多 ， 世界 大 变局加速 演变的 特 征更趋明 显， “三期 叠加”影 响 持续深化 ，经济 下 行压力持续 加大 。2018 年，中央经 济工 作会议 首 次提出， 我 国发展 现阶段投 资需求 潜 力仍然巨 大， 要发 挥投资关 键作 用，加大 制造业 技 术改造和 设备更 新 ，加快 5G 商用步伐 ，加强人 工 智能、 工 业互联 网 、 物联网 等新型 基 础设施建 设。 该 概 念此后多 次在2 中共 中央 和国家 文 件中出现 （表1 ） 。 工信部赛 迪研究 院 在2020 年 3 月发布了 “新 基建 ”发展白 皮书 ， 提 出 新型基 础设施 建 设 是服务 于 国家长远 发展和 “ 两个强国 ”建设 战 略 需求， 以技术 、 产业驱动 ， 具备集约 高效、 经 济适用、 智能绿 色 、 安全可 靠 特征 的 一系列现 代化 基础设施 体系的 总 称。 国 家发 展 改革委 近期对此 做 了进一 步 的 阐释 ， 认为 新型 基础设 施 建设 是 以新 发 展理念 为 引 领， 以 技术创 新 为 驱动 ， 以信息网 络为基 础， 面向高质 量发展 需 要， 提供 数字转 型、 智能升级 、 融合创新 等服务 的 基础设施 体系。 表1 新型基础 设施 建设提出 的背景 时间 场 合或 文件 主要 内容 2018 年12 月 中央经济工作会 议 加大制造业技术改造和设备更新，加快 5G 商用步伐，加强人工智能、工业互联网、 物联网等新型基础设施建设，加大城际交 通、物流、市政基础设施等投资力度，补 齐 农 村 基 础 设 施 和 公 共 服 务 设 施 建 设 短 板，加强自然灾害防治能力建设 2019 年3 月 第十三届全国人 民代表大会第二 次会议 政府工 作报告 加大城际交通、物流、市政、灾害防治、 民用和通用航空等基础设施投资力度，加 强新一代信息基础设施建设 2020 年1 月 国务院常务会议 出台信息网络等新型基础设施投资支持政 策 2020 年2 月 中央全面深化改 革委员会第十二 次会议 统筹存量和增量、传统和新型基础设施发 展， 打造集约高效、 经济适用、 智能绿色、 安全可靠的现代化基础设施体系 2020 年3 月 中央政治局 常务 委员会会议 加快5G 网络、 数据中心等新型基础设施建 设进度 2020 年4 月 国家 发展改革委 在线 例行新闻发 布会 新型基础设施主要包括 信息基础设施 、 融 合基础设施 、创新基础设施三个方面内容 国务院常务会议 部署加快推进信息网络等新型基础设施建 设，积极拓展新型基础设施应用场景 ， 引 导各方合力建设工业互联网 ， 促进网上办 公、远程教育、远程医疗、车联网、智慧3 城市等应用 2020 年5 月 第十三届全国人 民代表大会第三 次会议 政府工 作报告 加强新型基础设施建设，发展新一代信息 网络， 拓展 5G 应用， 建设数据中心， 增加 充电桩、 换电站等设施 ， 推广新能源汽车， 激发新消费需求、助力产业升级 新型基础 设施建 设 无疑是与 铁路、 公 路、 机场等 传统基 础设施建 设 相对应 的， 但 各 方对 其涵盖 范围 的 认识还存 在差异 。 赛迪研究 院 将 其解读为 主要 包括 5G 基建、 特高压、 城 际高速铁 路和城 市 轨道交通 、 新能源汽 车充电 桩、 大数据中 心、 人 工智 能、 工业 互联网 等七 大领域 ， 其建设和 投资规 模 如表 2 所示。国 家 发展改革 委 高新 技 术司 则将 以 5G 、物联 网、工 业 互联网 、卫 星 互联网 为 代 表的 通 信网络 基 础 设施 ， 以人工智 能、 云 计 算、 区块 链等为 代 表的新技 术基础 设 施， 以数 据中 心、 智能 计算中 心 为代表的 算力基 础 设施 ， 智 能交通 基 础设施、 智慧 能源基础 设施 ， 重 大科技基 础设施 、 科教基础 设施、 产 业技术创 新基 础设施等 ， 列为 新 型基础设 施的主 要 内容。2020 年的政 府工作报 告 正式提出 重点支 持 既促消费 惠民生 又 调结构增 后劲的 “ 两新一重” 建 设 ，其中 列为首要 的就是新 型基础 设 施。 表2 “十四 五” 新 型基础设 施的建设和 投资规 模 领域 建 设规 模 投 资规 模 5G 5G 基站建设数量约为 500 万座 直接投资约2.5 万亿元， 全产业链 投资累计5 万亿元 大数据中心 220 万机架 直接投资约1.5 万亿， 带动投资累 计超3.5 万亿 人工智能 年均45%增长率 直接投资约2200 亿，带动投资累 计超4000 亿 工业互联网 基本建成覆盖各地区、 各行业的工业互联网网 络基础设施 直接投资约6500 亿，带动投资累 计超1 万亿 特高压 在建和待核准的特高压 约5000 亿元4 工程共16 条线路 城际高铁和轨 道交通 平均每年增加5000 公里 直接投资约4.5 万亿， 带动投资累 计超5.7 万亿 新能源汽车充 电桩 计划近期每年增长 约45 万台，预计需求530 万 台左右 直接投资约900 亿元， 带动投资累 计超2700 亿元 合计 9.96-16.37 万亿 基础设施 具有强 外 部性、 公共 产品属 性等特点 ， 其在环 境和气候 领域的锁 定效应 也 越来越受 到关注。 我国是基 础设施 大 国， 基建存 量 已居世界 第一， 在能 源基础设 施领域 ， 我 国的电力 装机全 球 第一， 2019 年全国全 口径发 电 装机容量 已达 20.1 亿千瓦 （ 发电量 7.33 万亿千瓦 时） ， 其中煤 电装机10.4 亿千瓦 （发电 量 4.56 万亿千瓦时 ） ， 占比 显 著高于发 达国家 和 全球平均 水平， 且 平均 使用 年限 目 前 仅为 12 年左 右， 这一定 程度上 就 形成了 电厂寿 命 周期内的 排放 锁 定 效应 。 有关 新 型基础设 施 的讨 论 也聚焦于此 ， 我国 “十四五 ” 期间 这 些新兴领 域的 大 规模投 资， 一方 面为 绿色 低碳发 展 创造了更 好的技 术 条件， 另一 方 面也拉动 了能源 消 费的需求 增长， 其 对排放的 影响具 有 两重性， 需 要 辩证分析 和施策 。 二、 新型 基础设施 建设的 碳排放影 响 分析 在技术创 新视角 下 ， 新 型 基础 设 施建设 将带来 显 著 的减排效应 。 主要 体现 在 三方 面 ：一是技 术进步 本 身带来的 能效提 升 ， 研究表 明 5G 技术单位 数据传 输能耗将 有望 降至 4G 的 10% 2% ，并 有 助于降低 智能手机 、 物联网 和其他终端 设备 的 电池消耗 ， 深度神 经网络通 过学 习可 以促进 数据 中 心节省大 量能源 消耗 ， 还有 越来越 多云 计算和大 数5 据中心直 接使用 可 再生能源 供电 ； 二 是带动 产 业链结构 的 优化， 人工 智能、 工业 互联网 等技术对 工业、 能 源、 建筑、 交通基 础设施和 上下 游体系的 改造将 大 大强化产 业链的 协 同增效， 使各行 业 垂 直领域的连 接更加紧 密 、 反 应 更加 智能 、 整体 更 加 高效， 从而大 幅 减少物耗 和能 耗 ； 三是 替代原 有 生产和消费 方式 ， 电动车充 电桩、 城 际高速铁 路 是 替代燃油 车消费 、 减 少航空和 私家车 出 行和 实现 交通运 输 部门电气 化 比例提高 的主要 推 动力， 研 究表明 我国 高铁每百 人公里 能 耗仅是飞 机 能耗的18 左右 ， 而特高压 直流输 电 则有助于 缓解能 源 供需的区 域 错配 ， 实现 可再生 能源的高 比例消 纳 和煤炭的 减量替 代 。 已有的案 例 如表3 所示。 表3 新型基础 设施 减排效应 案例分析 领域 案例 减排预期 5G 华为 5G 新无 线(NR) 可 将每 比特 数据传 输能 耗降 至目 前 4G 的 10% ，毫米 波技术 预计 可将 能耗 降 至 2% 以下 ；2030 年前 ， 快 速 推广 5G 网络 将 减少全 球二 氧化 碳排 放近 50 亿吨， 其中 中国 将比 无 5G 网络 减排 5.22 亿吨 Vertiv 若 5G 技术 在 2025 年全 面 覆盖， 带来 的碳 减排 将达到 29.77 亿吨 大数据 中心 阿里巴 巴 张北云 计算 基地 数据 中心 百分百 基于 绿色 能源 运转 ， 建筑外 表覆 盖太 阳能电 板， 同时 采用 自然 风冷和 自然 水冷 系统 ，制 冷能耗 降 低 45% 百度 云计算 （ 阳泉 ） 中 心 是 目前 国内唯 一一 个通 过工 信部 和绿色 网格 组织 （TGG ） 绿色 数据 中心 设 计、运 营 双 5A 认 证的 数 据中心 ，全 年约 96% 的 时间 无需 冷水 机组 制冷 ， 每年 节约 的电 量高 达 2. 5 亿 度， 碳 减排量 达 到 5. 2 万吨 人工智 能 Carbon Relay 利用人 工智 能 和 机器 学习 来提高 Kubernetes 应用 程 序的性 能和 降 低运营 成本 ，平台 的 节能 效果是 传统 产品 的五倍 谷歌 DeepMind 引入人 工智 能节 省能 源开 支， DeepMind 帮 助公 司节 省了 40% 的 能源， 将谷歌 整体 能效 提 升 15% 特高压 国家电 网 南方电 网 以晋北 到南 京800kV 直 流特高 压线 路为 例， 每年 可减少 运输 煤炭 2016 万吨， 减排 二氧 化碳 3960 万吨； 陕北- 湖北 800 千伏 特高 压直 流工程 预计 每年 向湖 北地 区输送 电能 约 400 亿 千瓦 时， 可减 排 二 氧化 碳 2960 万吨 ； 落点 山东 的 “ 两交 一直 ” 特高 压年 减排 二氧化 碳 1.1 亿 吨；青海- 河南 800 千 伏特 高压工 程计 划 于 2020 年 6 月建成 ，每 年 输送 400 亿 千瓦 时清 洁电 能 ； 南方 电网 西电 东送 三大 特高压 直流 工程 累计送 电量 达 4036 亿千 瓦 时 ，相 当于 为广 东省 减少 标煤消 耗 1.2 亿6 吨 城际高 铁和轨 道交通 法国 高速铁 路每 千人 公里 的二 氧化碳 排放 量 约 为 4 千克 ，不到 飞 机 1/4 ， 只需运 行 8 年， 就能 抵消 高铁建 设中 造成 的总 碳排 放量 中国 高铁每 百人 公里 能耗 是飞 机能耗 的 18 美国交 通 部 高铁京 津段 平均 二氧 化碳 排放 为 46g/pkm ，飞机 为 164g/pkm ，公路 为 151.6g/pkm 新能源 汽车充 电桩 中国 新能源 公交 车相 对于 传统 燃油公 交车 可节 能 1/3 、小 汽车可节能 2/3 在需求驱 动视角 下 ， 新型基础 设施建 设 也将带来 明显的 增 耗效应 。 主要体现 在三方 面 ： 一是建设 过程中 的能耗和 碳排放， 城际高铁 和轨 道交通、 特 高压输 电线路建 设中的 钢 铁和水泥 消耗强 度 较大， 研究 表 明 京沪高 铁建设 平 均每公里 排放 285 吨二氧化 碳 ； 二 是运 营过程中 的 能耗和碳 排放， 研究 表明 2018 年中国数 据中心总 用电量为 1609 亿千 瓦时，约 占中国 全 社会用电 量的 2% ，超过上海 市 当 年 的 全社会用 电 量 ， 排放量 接近 1 亿吨二氧 化碳 ； 三 是刺激消 费新需 求 所产生的 能耗 和碳排放 ， 根据 华 为发布的 通信 能 源目标网 白皮书 ， 虽然 5G 单位 数据传输 能耗较低 ， 但是由于 5G 站点 数量是 4G 的2-3 倍， 同时拥有 更大流量， 单设备 功耗将是 4G 的2.5-3.5 倍， 按照规划 2025 年将实 现5G 基站覆 盖全国 ，届时 5G 网络的全 年能耗将 达到 2430 亿度，产 生二氧化 碳排放 1.49 亿吨。 表4 新型基础 设施 增耗效应 案例分析 领域 案例 增耗预期 5G 基站建 设 5G 基建 分为 宏基 站、 微 基 站两种 ， 平 均单 基站 消耗 钢 材 8.5 吨， 只有 3% 5% 的 5G 基 站需 新建7 中兴、 华为 5G 单站 功耗 是 4G 单站的 2.5-3.5 倍，4G 单 站满 载功 率 1045W ，5G 单站 满载 功率 近 3700W 维谛技 术 （Vertiv ） 5G 可能 会在 2026 年之 前 使总网 络能 耗增 加 150% 170 大数据 中 心 点亮绿 色云 端： 中国 数据中 心能 耗与 可再 生能源 使用 潜力 研究 到 2023 年 ，中国 数 据中 心 总用电 量将 增 长 66% ，年 均增长 率 10.64% ， 总 用电 量为 2667.92 亿 千瓦 时，产 生二氧 化碳 排 放 1.63 亿吨 欧盟委 员会 信息、 通信 和技 术行 业约 占全球 总用 电量 的 5 9， 超过 总 排 放量 的 2 人工智 能 国际计 算语 言学 协会 （ACL ） 按照现 有的 发展 速度 ， 到 2025 年人 工智 能的 用电 量 将占世 界用 电量 的十 分之 一 ； 谷歌 开发 的热 门的 语 言 处理深 度神 经网 络 Transformer ， 在使用神 经架 构检 索 （NAS ）的 情况 下， 训练 所需的 时间 在 27 万 小时 以 上， 二氧 化碳 排放 量为 284 吨 ； 一 个 6500 万 个参 数 、 普通大小的 Transformer 网络， 在 8 个 GPU 上 训练 12 小时， 共消耗 能源 27 千 瓦 时，释 放二 氧化 碳 26 磅 ； 更大 的 BERT 模型 有 1.1 亿个参 数， 使 用 64 个 GPU 训练 80 小 时， 消耗 1507 kWh 能 量， 排放 1438 磅二 氧化碳 特高压 国家电 网 2020 年开 工建 设 “ 十交 两 直” 项 目 ， 总公 里数 约 7800 公里 ，按 照每 公里 220 吨 的钢管 需求 ， 总需 求拉 动 在 171.6 万吨； 一条 800kV 特高压 直流 输电 工程 共需 要 约 56 台换 流变 压器 ，合 计 需要使 用高 磁感 取向 电工 钢约 12320 吨； 单条 1000kV 特高 压交 流工 程需 要使 用高磁 感取 向电 工钢 约 2000 吨。 多条 “风 光火 ” 捆 绑送 电的 特高压 示范 项目 相继 并网 ， 均不同 程度 配套 大容 量煤 电项目 作为 调峰 电源 ； 宁东 至浙江 外送 工 程 6 个特 高 压配套 电源 点全 部纳 入国 家 煤电投 产计 划 ；陕 北至 湖 北特高 压配 套陕 煤黄 陵 、 延 长富县 、 陕投 清水 川三 期 、榆 能杨 伙盘 、大 唐西 王 寨 等 5 个 煤电 项目 ，总装机 796 万 kW 城际高 铁 和轨道 交 通 京沪高 铁 京沪高 铁全 生命 周期 中运 营阶段 的碳 排放 贡献 最大 （71 ） ， 其次 是建 设（20）和 维护 （9 ） 国际能 源署 （IEA ） 中国高 铁线 路的 运输 密度 只有欧 洲和 韩国 的一 半 ， 且 低于全 球平 均水 平 新能源 汽 车充电 桩 工信部 充电桩 设备 中立 柱涉 及用 钢， 2025 年国 内约 需充 电 桩 700 万个 ，700 万个 充电 桩 约需钢 材 350 万吨 综合来看 ， 新型 基础 设施建设 对部门 和 行业碳排 放达峰 将 产生短 期和中长 期不同 的 影响。 新 型基础 设施 建设 对特 定部门 和 行业可能 存 在减排或 增耗的 影 响， 特别 在 建设 强 度比较集 中的能 源 （电力） 和交 通 （公路、 铁路） 等部门。 短期 而言 ， 因为 “十四五 ” 规模建设 投产8 加速， 但能 源结构 调整幅度 并不能 快 速提升， 增 耗效应 可能占据 主导 （ 图1 ） ，根据 我们 的初步分析 ，综 合 考虑增耗 和减排 的 直接及间 接 效应， “十四 五” 期 间 每年平 均 将增 加 二氧化碳 排放 约7300 万吨；长 期来看， 信息技 术 和能源技 术的 “ 双 重革命” 的叠加 效 应会进一 步显 现， 新型基 础设施 对行业智 能化升 级 改造、 绿色 化要素 协同的减 排效 应将充分 发挥 。 图1 “十四 五 ” 新 型基础设 施 建设 的 碳排放影 响 分析 （ 五年累计 ） 在工业领 域， 新型 基础设施 建设的 大 量投入可 能延缓 钢 铁、 水泥 等高耗能 行业的 碳 排放峰值到 2025 年左右， 但 “5G+工业互联网 ” 等 技术的应 用或 将 较 大幅度提 高工业 领 域的减排 潜力； 在 交通领域， 城 际高铁和 轨道交 通 、 新能源汽 车充电 桩 的建设将 极大地 改 善交通运 输 结构和电 气化水 平 ，5G 、 车联网和 自动 驾驶技术 将深远 地 改变交通 消 费模式， 随 着电力 结构的绿 色化和 低 碳化， 有研 究表明 将 使道路 交通 的碳排放 峰值提 前 至 2030 年前；在建 筑领域， 智能终 端 的普及将 一9 定程度拉 动能耗 需 求的增长 ， 但 “BIM+AI”等 技术 的应用 将极大推 动 建筑的智 能化管 理 和运 行； 在 能源领 域， 网络化 、 信息 化、 智能化 水 平的提高 将加快 高 比例、 分布 式可再 生能源的 消纳， 能 源结构的 调整 幅度可能 快于规 划 目标， 这将 有 可能使 我 国 的碳 排 放峰值 提 前 实现 ， 峰值水平 进一步 降 低。 三 、推动 新型基础 设施建 设 绿色低 碳化发展 的政策 建议 “十四五” 期间， 中 国经济社 会发展 将 面临较改 革开放 以 来最为 复杂和严 峻的挑 战 ， 国内深 化改革 中 的结构性 、 体制 性 、 周期性 风险 与疫情全 球化、 经 济 逆全球 化风险 叠 加 ， 更加重 了 对经 济高质量 发展 和生态环 境高水 平 保护协同 推进的 考 验。 这一 轮新型 基础 设施建设 的 推动 ，应 该秉承 “ 创新、 协调 、 绿色、 开 放 、共 享 ”的新 发 展 理念 ， 推动新一 代信息 技 术和先进 低碳技 术 的深度融 合， 更 好支 持 绿色制造 产业发展 和 可持 续 消费升级 ， 在补短 板的同时 为新引 擎 助力， 并避 免 高碳基础 设施投 资 带来的锁 定效应 以 及巨额搁 浅资产 的 风险， 实 现 发 展和 环境 的 共赢。 一是要 加强顶层设计， 强 化 新型基础设施 的 绿色 低碳 导向 。 要以 技术和模 式创新 为 驱动， 推动 以智 能 化、 电气 化、 低 碳 化为导向 的新 型基础设 施建设 ， 高 标准、 高 质量地 开展 总体规划 和实施 ， 避 免走 “旧 增长”的 弯路。 通 信业能耗 应争取 达到 国际先 进水平 ， 新建 数据 中心 的 电源使 用效率 （PUE ）在原有1.4 的 要求下进 一步提 升 ，新能源 和 可再生能 源应用 比 例 要大幅 提升 ， 充 分发挥 5G 、人工智 能技术的 减10 排潜力 。 应提高 特 高压 、 城 际高铁 和 轨道交通 、 新能 源 汽车充电 桩 的 建设标准 ，更多 应 用新型绿 色材料 。 二是要 引导资本流向， 发 挥公共投资 的绿色 低碳 撬动 作用。 政府 公共投资 应 有所 为 、 有所不 为 ， 要 引 导社会资 本流向 ， 应避免短 期行 为， 避免 盲 目重复 投资和建 设 。 一方 面 ， 要增加 绿色金 融供给， 在 中 央预算内 投资、 抗疫 特别国债 和地方 政 府专项债 券 应增 加 绿色标签 比 重 ； 另一 方面 ， 应该 设置环 境和气 候 友好的遴 选门槛 ， 应考虑逐 步 形 成绿色低碳 新型 基 础设施建 设的 项 目 标准 ， 建 立绿色 低碳 新型基础 设 施 产业目 录。 要 优 选 新型基 础设施 项 目， 严格 控制煤 电 、 化工等 高排 放新基建 建设规模 ， 要警惕 “ 绿天鹅” 事 件和高碳 资产搁 置 的 后遗症 ， 建立 新型 基础设 施 的 金融机 构 绿色 低碳 合规问 责机制 。 三是要 出台扶持政策， 实施绿色低碳 新基建 激励计划。 统筹发挥 财税补贴 和市场 机 制的协同 激励作 用， 延续或加 强对可 再 生能源消 纳、 新能源汽 车推广 和 信息通信 业节能 减 排 的政策 支持力 度。 加大绿色 低 碳发展 “软 基建” 的投入， 鼓 励重点 行业和地 区 出台 和 实施 “绿色 低 碳 新基建 激励计 划” ， 以此引 领和推 动 绿色低碳 “一带 一 路” 相关 领 域的国际 合作， 让 新型基础 设施建 设 更好 发挥 经济和 环 境 效益 ， 破 除 长期的碳 排放锁 定 ，实现高 质量的 绿 色复苏。 （柴麒敏 、李墨 宇 供稿） 注：本篇 摘自 气 候战略研 究2020 年第 19 期