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数字碳中和 白皮书 中国信息通信研究院 2021年 12月 No.202122 版权声明 本白皮书 版权属于 中国信息通信研究院 ，并受法律保护 。 转载、摘编或利用其它方式使用 本白皮书文字或者观点的，应 注明 “ 来源： 中国信息通信研究院 ” 。违反上述声明者，本院 将追究其相关法律责任。 前 言 全球 气候变化的影响正对全人类生存发展带来 日益严峻的 挑战，走向碳中和已成全球共识。 实现碳达峰、碳中和是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国 际两个大局作出的重大战略决策，是构建人类命运共同体的庄严承诺，是践行生态文明理念的重要抓手，是推动我国绿色低碳发展的内在要求。 在后疫情时代，“数字化”和“绿色化”成为全球经济复苏的主旋律。数字技术 在助力全球应对气候变化进程中 扮演着重要角色。数字 技术能够与 能源 电力、工业 、交通、 建筑 等重点 碳排放 领域深度融合，有效提升能源与资源的使用效率，实现生产效率与碳效率的双提升 ， 数字化正成为我国实现碳中和的重要技术路径。 另一方面全球数字化转型的加速和对算力需求的增长，以及 5G 的更广泛应用，带动信息 基础设施的蓬勃发展 ，同时 带来能源需求与碳排放增长 ，信息通信业自身能耗 不容忽视 ，迫切需要走绿色低碳发展之路。 本白皮书分析了数字技术赋能碳减排的机制途径和潜 力，构建了相关模型，总结了数字技术赋能的总体思路和途径，梳理了 赋能电力、工业、交通和建筑等高耗能行业碳减排的着力点和应用场景，促进碳管理数字化高效化；同时研究了信息通信业自身碳排放的主要特点和变化趋势，以及信息基础设施能耗问题；最后报告 提 出了数字技术助力碳达峰、碳中和的推进策略与建议。 目 录 一、气候变化与中国碳达峰碳中和目标任务 . 1 (一 ) 碳中和已成为应对气候变化共识 . 1 (二 ) 我国碳达峰碳中和目标意义重大 . 3 (三 ) 我国碳达峰碳中和工作面临挑战 . 5 (四 ) 扎实推进碳达峰碳中和重点工作 . 7 二、数字技术赋能碳减排的探索和途径潜力 . 8 (一 ) 国际借力数字技术应对气候变化的探索 . 8 (二 ) 数字技术赋能碳减排机制途径和潜力 . 11 三、数字技术助力重点行业碳达峰碳中和 . 16 (一 ) 数字技术助力构建以新能源为主体的新型电力系统 . 16 (二 ) 数字技术助力工业数字化智能化绿色化融合发展 . 21 (三 ) 数字技术助力建设绿色智慧交通体系 . 35 (四 ) 数字技术助力建筑全生命周 期碳减排 . 39 (五 ) 数字技术助力碳管理数字化高效化 . 43 四、信息通信业自身能耗与绿色低碳发展 . 45 (一 ) 碳排放总量小增速快，存在 结构性差异 . 45 (二 ) 数字基建重点用能领域节能降碳提速 . 47 (三 ) 多方发力推动信息通信产业绿色发展 . 49 五、数字技术助力碳减排推 进策略和建议 . 51 (一 ) 构建关键要素支撑体系 . 51 (二 ) 强化数字赋能技术供给 . 53 (三 ) 建设绿色信息基础设施 . 54 (四 ) 开展数字管碳降碳示范 . 56 (五 ) 加大财税金融扶持力度 . 57 (六 ) 深化数字赋能国际合作 . 59 附件一：信息通信业与各部门碳排放关联关系 . 61 附件二：数字技术赋能各行业碳减排量值测算 . 63 图 目 录 图 1 全球和中国能源消费结构图 . 6 图 2 2020 年我国二氧化碳排放现状 . 7 图 3 数字技术助力碳达峰碳中和的思路框架 . 13 图 4 数字技术助力碳达峰碳中和的总视图 . 14 图 5 数字技术助力碳达峰碳中和的主要途径 . 15 图 6 智慧能源体系架构图 . 17 图 7 工业互联网赋能碳减排应用统计分类图 . 23 图 8 2019 年交通各子领域碳排放占比 . 36 图 9 建筑各阶段碳排放占比 . 40 图 10 2012-2017 年中国细分行业碳排放量增速 . 46 图 11 2012 和 2017 年中国 ICT 产业碳排放量 . 47 图 12 数字技术赋能碳减排量值计算 . 63 数字碳中和 白皮书 1 一、 气候变化与中国碳达峰碳中和目标任务 全球气候变化 的影响 正对 全 人类生存发展带来重大挑战， 主要国家和地区纷纷加速向碳中和 迈进 。2020 年 9 月 22 日 ,习近平主席在 75 届联合国大会上提出我国二氧化碳排放力争在 2030 年前达到峰值，努力争取在 2060 年前实现碳中和。 实现碳达峰、碳中和，是中国向世界的庄严承诺，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，也是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。 (一 ) 碳中和已成为应对气候变化共识 全球气候变化形势日益严峻。 近百年来，全球气候变化的主要特征是变暖。煤、石油等化石能源的发现和利用使人类由农耕文明进入工业文明，一方面极大提高了劳动生产力，另一方面也产生了严重的环境和气候问题。化石能源的广泛使用带来了大量的二氧化碳排放，导致大气中二氧化碳浓度升高，全球气候变暖。众多科学理论和模拟实验也在验证温室效应理论的正确性，更多研究证据表明，人类活动导致的温室气体排放增长是全球气候变化的主要原因。根据世界气象组织（ WMO）发布的 2020 年全球气候状况报告显示 ,全球平均温度较工业化前水平（ 1850 1900 年平均值）高出1.2，2011 2020 年是 1850 年以来最暖的十年。 气候变化将会带来诸多影响。 气候变暖对全球自然生态系统和人类生产生活带来严重威胁，导致 陆地和海 洋温度上升、海平面上升、冰川消融和极端天气等 ，近年来 ， 与气候有关的自然灾害变得数字碳中和 白皮书 2 越来越严重和频繁。 2018 年政府间气候变化专门委员会（ IPCC）全球 1.5增暖特别报告指出，全球升温 1.5将对陆地海洋生态、人类健康、食品安全、经济社会发展等产生诸多风险，如果全球升温 2，风险将更大。就我国气候变化的情况来看，近百年以来，地表温度显著上升，速率明显加快，北方冬春增暖趋势明显。气象数据显示， 1950 年以来，我国极端降水明显增加增强，极端天气发生的频率越来越高。日益严峻的气候变化正在威胁着人类赖以生存的地球，影响全人类的可持续发展，必须通过行动减少温室气体排放。 走向碳中和已成为全球共识。 20 世纪 80 年代以来，科学界对气候变化问题的认识不断深化。随着对全球环境认知的提升，从1990 年开始，国际社会在联合国框架下开始关于应对气候变化国际制度的谈判，1992 年达成了联合国气候变化框架公约， 1997 年达成了京都议定书， 2015 年达成巴黎协定。巴黎协定 提出了控制全球温升与工业革命前相比不超过 2 ,力争 1.5 的目标 。为实现该目标，各缔约方应尽快实现温室气体排放达峰，并在本世纪下半叶实现温室气体 “净 零 ”排放，各国根据自身国情提出国家自主贡献目标。近年来， 世界各国就碳中和问题迈出了决定性的步伐 。2019 年 12 月欧盟公布 “绿色协议” ，宣布 2050 年实现净零排放目标；2020 年 9 月中国宣布 碳达峰 碳中和目标； 2020 年 10 月日本和韩国宣布碳中和目标；美国新任总统拜登在其就任总统之后宣布重返巴黎协定，美国将不迟于 2050 年前实现全经济净零排放 。 再加上此前已经宣布碳中和 目标的英国、加拿大、南非、墨西哥等，世界上数字碳中和 白皮书 3 主要的经济体（约占全球 GDP 的 75%、碳排放量的 65%）已经宣布走向碳中和，人类开始进入一个低排放发 展的新时代 ，走向 碳中和已成为全球共识 。 (二 ) 我国碳达峰碳中和目标意义重大 碳达峰、碳中和是构建人类命运共同体的大国担当。 中国作为碳排放量最大的国家，在全球气候治理中的作用举足轻重。 当前，中国已经成为推动全球气候治理进程的重要力量，是全球应对气候变化的参与者和贡献者。尤其是在巴黎协定形成的过程中，中美两国元首连续五次发表联合声明，为巴黎协定确定了基本原则和框架，为其达成、签署和生效发挥了关键作用。而在 2017 年，美国特朗普政府宣布退出巴黎协定之后，中国第一时间宣布，将继续全面履行巴黎协定，百分之百 地兑现自主贡献的承诺，有力地推动了应对气候变化的全球合作，稳定了全球应对气候变化的大局。 2020 年，中国较早地宣布提高国家自主贡献的力度与实现碳中和的国家目标，为推动全球迈向碳中和做出了重要贡献。 中国提出“碳达峰，碳中和”目标，对于提升全球气候治理的话语权有重要意义。这一积极行动不仅有助于把握国际舆论和博弈的主动权，也有助于树立负责任大国的积极形象，为国内的经济社会的发展营造良好的国际环境。 碳达峰、碳中和是践行生态文明理念的重要举措。 生态文明建设是“五位一体”发展理念的重要方面，近年来，“美丽中国”和“绿水青山就是金山银山”的可持续发展理念贯穿政策始终。 2021 年 3数字碳中和 白皮书 4 月 15 日，习近平总书记在中央财经会议上提出将“双碳目标”纳入生态文明的总体布局，足见政治定位之高，决心之大。碳达峰、碳中和意味着未来的发展将逐渐与碳“脱钩”，倒逼新一轮能源革命与产业结构升级，提高发展的质量，这与我们的绿色发展理念相契合。碳达峰、碳中和与“两个一百年”奋斗目标不仅具有时间上的同步性，而且具有战略方向和目标的一致性。从根本上看，碳达峰、碳中和本身就是生态文明建设的重要内容之一，是实现美丽中国目标的必由之路。 碳达峰、碳中和是推动我国 绿色低碳发展的内在要求。 绿色低碳发展不仅是国际减缓气候变化的客观需要，更是立足国内、以自身发展需求为主，着力解决资源环境约束突出问题、实现经济发展方式转变的必然选择。 我国固定资产投资占 GDP 比重的拐点已经出现。中国过去几十年的发展历程，由于工业化与城镇化的发展，围绕基础设施、建筑及工业设备产生了大量的固定资产投资，对拉动经济增长起到重要作用。随着我国基础设施的日益完善，城镇化率增速放缓，固定投资需求也趋于减少，依赖粗放投资拉动经济增长的模式越来越难以为继，碳达峰、碳中和目标的提出源于我国经济社会的深刻变化。 随着工业化进程的深入，我国产业结构已经发生了深刻变化。 我国第一产业和第二产业占 GDP 比重近年来开始持续下降， 2020 年第二、三产业占 GDP 的比重分别为 37.8%和 54.5%（数据来源：国家统计局），第三产业已经超越第二产业成为经济发展的主力。 对照中国当前产业结构的发展趋势，处于工业化后期向后工业化过渡的阶段，已经具备了低碳发展的潜力。 按照发达国家的数字碳中和 白皮书 5 发展规律，一般进入工业化后期或者后工业化阶段，以服务业为主的第三产业将成为经济的支柱产业，整个社会对能源消费的依赖将会相对降低，碳排放强度亦将逐步降低。对照中国当 前产业结构的发展趋势，显然也正在朝低碳这一方向发展。 (三 ) 我国 碳达峰碳中和 工作面临挑战 我国能源结构以化石能源为主。 2009 年我国超过美国成为全球第一大消费国，我 国能源消费结构 以化石能源为主 , 2020 年煤炭占全国能源消费 56.8%，占全国二氧化碳总排放 80%， 2020 年全球能源消费结构、中国 2020年和 2000年能源消费结构情况对比见图 1。我国能源消费结构： 煤炭占比超过一半 ，富煤贫油少气，煤炭在我国一次能源消费中的比重远超其他国家，煤炭的消费主力在电热行业，而煤炭的碳排放强度远高于油气能源，导致碳排放强度高。随着能源技术进步和政策引导影响，我国能源消费增速明显放缓、结构持续优化，碳排放渐入平台期。 2000 年以来，我国天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费占比正在快速提升，已由 2000 年 9.5%提升至 2020 年 24.3%，为我国能源低碳转型、实现 2025 年非化石能源占比 20%左右、 2030 年达到 25%左右、2 060 年 80%以上的目标提供了良好基础。 数字碳中和 白皮书 6 来源：英国石油公司、国家统计局 图 1 全球和中国能源消费结构图 我国碳排放总量大，碳排放强度高于全球平均水平，能源 利用效率偏低。 我国 目前 是全球最大的碳排放国。 2019 年我国单位国内生产总值能耗为 3.4 吨标准煤，是全球平均水平的 1.5 倍，是主要发达国家的 2-4 倍，能源利用效率偏低。 根据全球能源互联网发展合作组织的 研究， 2019 年全社会碳排放（含 LULUCF，指土地利用变化和林业碳汇）约 105 亿吨， 从能源活动领域看， 能源生产与转换、工业、交通运输、建筑领域 碳排放占能源活动碳排放比重分别为 47%、36%、 9%、 8%，其中工业领域 钢铁、建材和化工 三大高耗能产业占比分别达到 17%、 8%和 7%（图 2）。 我国碳排放的大户依次是电力、 工业、交通和建筑，几乎贡献了全国碳排放量 90%以上， 这些重点行业 降碳迫在眉睫， 本白皮书研究数字技术赋能碳减排主要聚焦上述重点行业。 我国作为全球最大的发展中国家同时也是 最大的碳排放国家，面临经济社会现代化和减排的双重挑战，从碳达峰到碳中和只有发达国家一半的时间，实现碳中和时间短任务重。 数字碳中和 白皮书 7 来源：全球能源互联网发展合作组织中国 2030 年前碳达峰研究报告 图 2 2019 年 我国能源相关二氧化碳排放领域构成 (四 ) 扎实推进碳达峰碳中和重点工作 我国实现碳达峰、碳中和时间短任 务重。我国承诺实现从碳达峰到碳中和的时间，远远少于发达国家所用时间， 实现碳达峰、碳中和是一场硬仗， 需要结合我国能源禀赋、碳排放现状等实际情况，围绕能源 电力、工业、 建筑 、交通等重点领域，扎实推进各项重点工作，确保碳达峰 、碳中和工作取得积极成效。 一是推进产业结构优化升级。 一手做“减法”， 坚决遏制 “两高” 项目盲目发展 ；一手做“加法”， 加快发展新一代信息技术等战略性新兴产业 。 推动大数据、人工智能、 5G 等新兴技术与绿色低碳产业深度融合，切实推动产业结构由高碳向低碳、由低端向高端转型升级。二是有序调整能源结构。逐步提升非化石能源消费比重，加快构建清洁低碳安全高效能源体系。 三是加快城乡建设和交通运输绿色低碳转型。 大力发展节能低碳建筑，加快优化建筑用能结构。优化交通运输结构，推广节能低碳型交通工具，积极引导低碳出行。 四是加强绿色低碳科技创新和推广应用。强化基础研究和前沿技术布局，加快先进适用技术数字碳中和 白皮书 8 研发和推广，加快培养一批碳达峰 、 碳中和专业化人才队伍。 五是巩固提升生态系统碳汇能力。 着力提升生态系统质量和稳定性，为巩固和提升我国碳汇能力筑牢基础。 六是健全法规标准和政策体系。研究制定碳中和专项法等法律法规。建立健全碳达峰碳中和标准计量体系，加强标准国际衔接。积极发展绿色金融，加大财政对绿色低碳产业发展、技术研发等的支持力度。 七是加强绿色低碳发展国际合作。 深化与各国在绿色技术、绿色装备、绿色服务、绿色基础设施建设等方面的交流与合作。 二、 数字技术赋能碳减排的探索和途径潜力 现有研究表明 数字技术在助力全球应对气候变化进程中 扮演着重要角色。 数字技术 能够为经济社会绿色发展提供网络化、数字化、智能化的技术手段，赋能构建清洁低碳安全高效的能源体系，助力产业升级和结构优化，促进生产生活方式绿色变革，推动社会总体能耗的降低。我国碳达峰碳中和“ 1+N”政策体系中明确提出要推动大数据、人工智能、 5G 等新兴技术与绿色低碳产业深度融合；推进工业领域数字化智能化绿色化融合发展。数字化正成为我国实现碳中和的重要技术路径，为应对气候变化贡献重要力量。 (一 ) 国际借力数字技术应对气候变化的探索 21 世纪伊始 ， 国际研究机构开展了数字技术赋能碳减排方面的应用和研究。 据全球电子可持续发展推进协会（ GeSI） 的研究， 数字技术在未来十年内通过赋能其他行业 可以减少全球碳排放的 20%，主要通过智慧能源、智慧制造等领域实现。全球通讯技术赋能减排数字碳中和 白皮书 9 报告（ The Enablement Effect，全球移动通信系统协会（ GSMA）与碳信托(Carbon Trust) 合作撰写）显示， 2018 年移动互联网技术使全球温室气体排放量减少了约 21.35 亿吨，几乎 10 倍于移动互联网行业自身的碳足迹，而这些赋能减排主要通过智慧建筑、智慧能源、智慧生活方式与健康、智能交通与智慧城市、智慧农业、智慧制造等领域的应用而实现。 在后疫情时代，“数字化”和“绿色化”成为全球经济复苏的主旋律。美国、英国、欧盟、日本等国家和地区的经济复苏方案均指向数字技术对于实现全球绿色经济增长以及应对气候变化的重要性。 美国在推进本国净零 排放目标整体过程中高度重视数字技术的融合应用，围绕数据、标准、技术、资金等制定了丰富的政策工具，初步建立了科学合理、协调有力的政策方案 。 具体包括：提供助力减碳模型开发/ 智能决策的高质量数据集和大数据工具， 美国能源局（ DOE）于 2021 年 3 月拨款 800 万美元用于优化传统工具不可解析的应对气候变化相关的大量不规则数据，可持续能源发展办公室联合加州能源委员会开发基础设施投影工具 EVI-Pro，支撑充电设施城市规划等。 发布数字化方向碳中和标准， 包括 2016 年美国国家技术实验室联合 IBM、 GE、 google 等联合发布 的智能电网行业标准、2014-2018 年橡树岭国家实验室联合丰田、 Evatran（无线充电设备研发商）、克莱姆森大学等推进的无线充电标准等。 实施研发补贴，2020 年 9 月，美国能源部（ DOE）宣布提供 1600 万美元促进机器学习、人工智能等方向基础研究和仿真应用，服务各领域节能减碳。设立奖励性支持， 2020年 DOE设立 10亿美元的“新人工智能奖项”，数字碳中和 白皮书 10 对 12 个提高效率、降低成本和能耗的人工智能项目给予资金奖励。提供贷款担保， DOE 贷款担保计划办公室将智能化分布式能源、微电网、工业废物回收等纳入支持范围，鼓励利用物 联网、人工智能等创新技术减少温室气体排放。 英国、欧盟等将 利用 数字技术促进行业脱碳和 可持续发展纳入投融资、 研究创新、 国际合作等政策，释放明确政策信号， 鼓励 企业通过数字转型提高应对气候变化的能力 。利用 绿色基金引导 私人投资流向 ，如英国 2017 年设立 2000 万英镑的工业战略挑战基金（ ISCF） ， 促进人工智能、机器人等在工业领域的推广，提高工业生产效率，降低能耗和碳排放 ，欧盟还在 Speedinvest EuVECA GmbH Co . KG 等风投资金 中关注 利用 数字技术支持减碳方向， 开发废物识别软件的 Greyparrot 公司、为锂电池生产 提供数字双胞胎解决方案的 TWAICE 公司等均在其资助范围。 在创新项目中 部署智能出行、绿色建筑、 智慧能源 等内容， 如欧盟“地平线欧洲”（ Horizon Europe）计划宣布未来两年将提供 7.24 亿欧元拨款，支持制造业和建筑业的数字化并减少行业碳足迹。 重视 数据共享开发和利用 ，欧洲绿色协议提出“可访问 和可操作性的数据 ”是数据驱动创新的核心，未来将促进数据 与信息基础设施（如超级计算机、云、超高速网络）和人工智能解决方案相结合， 提高欧盟监测和管理环境灾害方面的能力。合作开发 大数据工具， 英国商务能源与产业战略部与中国合作开发 “全球 能源 计算器 ”，为各国 模拟脱碳场景 及 带来的影响，获得最优能源决策 和 脱碳路径提供支持。 日本政府十分强调绿色化与数字化的双轮驱动，即高度重视利数字碳中和 白皮书 11 用新一代数字技术和基础设施支撑绿色转型 。 在全球范围内，日本是政策引导产业升级的典范，也是资源循环利用的践行者，其背后是日本作为岛国的资源约束。日本于 2020年 12月 25日发布了 2050年碳中和绿色增长战略 ，基于预算、税制、金融、监管、国际合作5 个政策工具，将在海上风电、电动汽车、氢能等 14 个重点领域推进减排，提出了具体的发展 目标和重点任务，多集中在交通 /制造业，其次是能源，最后是家庭 /办公， 14 个领域的选择主要是基于资源禀赋和发展核心竞争力。 汽车和蓄电池产业 ：利用先进的通信技术发展网联自动驾驶汽车。 交通物流和建筑产业 ：在物流行业中引入智能机器人、可再生能源和节能系统，打造绿色物流系统。 下一代住宅、商业建筑和太阳能产业 ：利用大数据、人工智能、物联网等技术实现对住宅和商业建筑用能的智慧化管理。 生活方式相关产业：部署先进智慧能源管理系统；利用数字技术发展共享交通（如共享汽车）。 此外，德国 、法国、韩国等 也高度重视本国数字碳中和方案 开发和推广 ，通过试点示范 、人才培育、服务供给等 政策工具全方位深化各行业数字化减碳 应用，为更好地 释放数字技术减碳潜力、 促进气候目标实现提供坚实的政策支撑。 (二 ) 数字技术赋能碳减排机制途径和潜力 数字化对环境影响的一个重要方面就是赋能效应 ，即通过在经济和社会活动中使用数字技术而产生的效应，数字技术 一方面能够减少不必要活动，另一方面通过对经济活动进行优化和非物质化从数字碳中和 白皮书 12 而有益于环境。赋能的流程包括绿色低碳相关的信息获取、传递、存储、加工和标准化五个环节。其基本逻辑可以归纳为“连接 -挖掘-优化、管控- 增效 ”，其作用机制分别是 改变价值创造方式、提高价值创造效率、拓展价值创造载体和增强价值获取能力 。具体而言，数字技术使用户以多种形式参与从研发到生产等价值创造过程，改变企业创造价值的方式；数字技术用数据逻辑强化了企业对生产、运营的管控，提高价值创造的效率；新一代信息通信技术实现了数据在产业链中的集成和流动，促进企业间的专业化 分工，形成价值网，拓展了价值创造的载体；数字技术弱化了产业边界，催生出“跨界”等新型商业模式，增强了企业的价值获取能力。 数字技术助力我国碳达峰碳中和的总体思路包括四个步骤：一是数据摸底，摸清“碳家底” ， 开展碳排 放数据的盘查，实施碳排放数据监测、统计、核算、核查，认真分析碳排放来源，确定工作重点；二是情景预测 ，基于碳排放现状和目标，对碳达峰碳中和进程模拟预测；三是明确路径 ，设计科学、系统的 “双碳” 顶层规划，研究制定可 操作、可落地 的碳减排路径和行动计划 ，出台碳达峰 、 碳中和“1+N ”政策体系 ；四是实施调整 ，完善碳排放管理体系，明确各部门职责权利，提供机制保障，推进经济社会发展全面绿色转型。在此过程中，能源互联网、工业互联网作为技术和产业融合的重要载体，5G 、大数据与云计算、人工智能、物联网、数字孪生、区块链等数字技术在 支撑我国碳达峰碳中和目标实现过程中将发挥重要的力量（图 3）。 数字碳中和 白皮书 13 来源：中国信息通信研究院 图 3 数字技术助力碳达峰碳中和的思路框架 数字技术能够为经济社会绿色发展提供网络化、数字化、智能化的技术手段，赋能产业转型升级和结构优化、提升政府监管和社会服务的现代化水平，促进形成绿色的生产生活方式，推动社会总体能耗的降低。一是 数字经济以战略性新兴产业 中新一代信息技术为基础， 可以显著拉动社会需求，对促进产业结构和能源结构调整和优化意义重大。 二是数字技术对传统产业实施技术改进 和 优化配臵，引领工艺和服务创新，对支撑低碳发展具有巨大潜力。 三是 在碳排放管理方面，能够促进碳管理高效化以及碳排放追踪监测。新一代信息技术应用在传统用能领域，促进其能源结构清洁化转型、用能效率提升、环境影响降低、资源循环利用等直接减少碳排放并促进碳达峰、碳中和目标 实现 （图 4）。 数字碳中和 白皮书 14 来源：中国信息通信研究院 图 4 数字技术助力碳达峰碳中和的总视图 数字技术在碳排放、碳移除和碳管理方面都将发挥重要作用。碳中和主要包括碳的排放、碳的移除。如果碳的排放和移 除相等，即可实现碳中和，在这个过程中始终伴随着碳的管理（数字技术赋能的主要途径见图 5）。碳排放包括能源的供给和消费，能源供给又包括传统能源和清洁能源，对传统能源来讲，数字技术提升供能效率，降低环境破坏程度；对于清洁能源，解决清洁能源消纳与稳定两大问题。能源消费侧包括工业、建筑、交通和生活，数字技术赋能工业智能化绿色制造和能源管理，赋能建筑全生命周期降低能耗，促进交通提升运输组织效率，在生活方面，数字技术赋能智慧医疗、教育、文旅、金融等。在碳移除方面，数字技术提升生态固碳效率。碳管理方面，碳核算监测、碳交易、 碳金融等也离不开数字技术。数字技术助力构建清洁低碳安全高效能源体系，加快实现生产生活方式绿色变革。 1 2 3 4 搭建技术平台 做好赋能支撑 全生命周期减碳 绿色供应体系 3 5 绿色低碳目标 数字碳中和 白皮书 15 来源：中国信息通信研究院 图 5 数字技术助力碳达峰碳中和的主要途径 数字技术赋能各行业碳减排潜力巨大。从宏观来看， 根据 2012和 2017年投入产出表数据（国家统计局投入产出表最新数据为 2017年），运用产业关联效应模型，采用自上而下的方式估算 ICT 产业对国民经济其他部门碳减排的量化影响。从 总体趋势 上来看， ICT推动经济部门深度减排的力度在逐步加强（ 具体计算过程见附 件一） 。从搭建数字技术赋能各行业碳减排的计算模型看 ，自下而上对各行业碳排放结构及数字技术赋能减碳环节进行分析量化，依据不同行业内各环节的能耗及碳排放结构，分析研究数字技术赋能行业内各环节的减碳成效及占比。至 2030 年，各行业数字化水平不断提升，数字技术将赋能全社会减碳约 12%22% 、赋能各行业 10%40%数字碳中和 白皮书 16 （具体计算过程见附件二）。 三、 数字技术助力重点行业碳达峰碳中和 数字技术能够与能源 电力、 工业、建筑、 交通等重点碳 排放领域深度融合，减少能源与资源消耗， 实现生产效率与碳效率的双重提升。中国正在迈向数字经济大 国，以数字化 为核心的技术革命，可对经济转型和低碳发展起到重要促进作用， 发挥其 “一业带百业 ”作用，助力实现碳达峰 、碳中和目标 。 (一 ) 数字技术助力构建以新能源为主体的新型电力系统 电力行业（含热电联产）占我国碳排放总量的 40%，过去一百多年来，电力系统形成了以化石能源为主体的技术体系，碳达峰、碳中和目标下电力系统面临着从高碳排放向以新能源为主体的新型电力系统转变。在构建清洁低碳安全高效的能源体系和源网荷储一体化的新型电力系统的过程中，数字技术将发挥积极作用，实现广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控。 1. 数字技术助力 电力行业碳减排着力点 通过加强电网运行状态大数据的采集、归集、智能分析处理，实现设备状态感知、故障精准定位，人工智能技术应用将促进传统电网升级、电网资源配臵能力提升，以数字化推动电网向智慧化发展，全面提升智能调度、智慧运检、智慧客户服务水平。数字技术助力电力行业碳减排的着力点包括 数字技术赋能输配电网智能化运数字碳中和 白皮书 17 行，推动城市、园区、企业、家庭用电智能化管控系统构建，数字化储能系统加速实现规模化削峰填谷。 2. 数字技术助力电力行业碳减排应用场景 (1) 数字技术赋能输配电网智能化运行 数据显示，我国输配电损耗占全国发电量的 6.6%左右 ,随着未来我国电气化率进一步提升，社会用电量将持续增长，输配电网络损耗将成为不容忽视的能源浪费。目前，电网公司已经逐步利用数字技术，助力实现输配电网路的智能运 维、状态监测、故障诊断等，助力提升电网管理水平，降低输配电网络损耗，达到节能降碳效果（图 6）。 来源： 中国信息通信研究院 图 6 智慧能源体系架构图 海量电网数据的深度挖掘和可视化呈现。 电网在运行时会产生大量数据，通过数据挖掘，可从大量的实际运行数据中提取出隐含数字碳中和 白皮书 18 的有价值的数据，可视化运用计算机图形学 和图像处理技术，与数据挖掘结合，能够快速收集、筛选、分析、归纳、展现决策者所需要的信息，实现复杂数据的可视化呈现。 边云协同实现电力物联全面感知。 传统的云计算技术无法满足电力设备终端侧低延时数据传输需求，需要通过与边缘计算的协同来匹配各种需求场景。边缘计算能够对本地数据进行初步处理与分析，并将处理结果及相关数据上传云端，再利用云端强大的计算、存储能力对海量数据进行分析、处理、存储。 综合利用人工智能、物联网、大数据等先进技术推动实现电网智能化运维。基于物联网技术实现线路监控、设备巡检及电网设备的实时管控，提高设备故障响应速度。利用云计算、大数据技术构建重过载预警模型，有效预测配变重过载情况。 以数据分析和机器学习为核心，实现业务应用健康度量化评估和自动化干预 、 系统故障原因分析，实现快速、精准定位 。 (2) 数字技术推动城市、园区、企业、家庭用电智能化管控 电力用户侧的智慧化应用是“互联网 +智慧能源” 体系典型场景之一，基于先进数字技术的智慧用能体系，能够助力电力使用者精细化管理自身能源消耗、精准快速定位高能耗、高碳排放用电环节、智能分析用户用电行为 ，从而优化电力调度和匹配方案，达到提升用电效率 、降低碳排放的目的。 通过人工智能算法实现用户侧智慧用能。 机器学习技术具有良好的聚类/ 分类和辨识能力 ，能够被 用于智慧用能 领域 ，为综合能源系统合理定价和能源结构 优化 等提供理论支持。通过物联网管理平数字碳中和 白皮书 19 台，用户 能够实时查看 用电统计和数据分析 的 可视化图形展示。通过区域划分展示，管理员能够查看各区域实时功率、实时用电等用电情况。平台将 采集 的数据进行统计分析，转换为可视化图表的形式，并预估未来能耗，便于用户开展节能减排工作。 区块链助力用户自主的能源服务安全对等化发展。 用户自主的能源服务主要是以智慧能源中的灵活性资源为核心，用户能够自主提供能量响应、调频、调峰等灵活的能源服务，以互联网平台为依托进行动态、实时的交易。区块链技术的去中心化特征可实现智慧能源中能源用户、能源装备企业、设备间的对等、广泛互联；区块链技术的信息共享、智能合约特征可实现智慧能源中各相关主体对于各类信息的广泛交互和充分共享，助力提升系统运行质量和效益效率水平，实现构建智慧服务系统的目标。 (3) 数字化储能系统加速实现规模化削峰填谷 储能可以实现发电曲线与负荷曲线间的快速动态匹配，因此具有平抑波动、匹配供需、削峰填谷、提高供电质量的功能，是构建能源互联网的核心技术。数字化储能系统通过促 进储能系统技术与信息技术的深度融合，实现储能系统的数字化和软件定义化，进而与云计算和大数据等数字技术紧密融合，实现储能系统的互联网化管控，提高储能系统运维的自动化程度和储能资源的利用效率，充分发挥储能系统在能源互联网中的多元化作用。例如，目前用户侧存在大量 分散闲臵电池储能资源，通过采用电池能量交换系统和电池能量管控云平台等数字化手段，可以将海量的碎片化闲臵电池储能资源盘活为电网可以调度利用的大规模分布式储能系统，实现基数字碳中和 白皮书 20 于“虚拟电厂”的配电网储能系统 ，有力支撑了储能系统的推广应用和能源互联网的发展。 专栏 1 数字 技术 助力电力 行业碳减排的 实例 （ 1）数字技术赋能输配电网智能化运行：某储能电站示范项目，该项目重点采用了数字技术对单体电池的电气参数进行在线监控，电池单体循环寿命可达 12,000 次，集电池高安全性、模块集成高一致性及在线监控等多项先进技术于一体。按本地调度指令每天1.5-2.0 次充放电，服役寿命预计超 20 年，整体技术水平行业领先。此外，项目搭载了百兆瓦时级别大规模电池储能电站统一调度与控制系统，可为附近 3 个 220kV 重负荷的变电站提供调峰调频服务，提高变电站的平均负载率，提升区域电网的利用效率。 （ 2）数字技术推动城市、园区、企业、家庭用电智能化管控：某城市智慧能源管控平台，依托“大云物移智链”技术，将大数据、物联网、人工智能、边缘计算等技术与城市能源管理深度融合，实现了横向“水、电、气、热、冷”多能互补控制，纵向“源 -网 -荷 -储 -人”高效协同，打造了新区城市信息模型唯一智慧能源模块，满足当地“数字城市”建设需求。系统监控园区内 8000 多个点位，实时动态匹配能源生产与负荷需求，实现了多种能源梯级利用。稳定运行近两年来，城市智慧能源管控系统利用智慧运维等手段降低园区运维成本 10%左右；通过对园区冷、热产耗 平衡的精准调控，为园区节约冷 /热供给量超过 5%。 数字碳中和 白皮书 21 (二 ) 数字技术助力工业数字化智能化绿色化融合发展 工业部门是国民经济中十分重要的物质生产部门，对社会生产起着巨大的推动作用，对国民经济发展起着决定性作用。同时，工业部门也是我国能源消费、温室气体排放的大户，是我国第一大终端能源消费与碳排放领域，因此降低工业部门高耗能制造业碳排量，对于我国实现碳中和目标非常关键。 数字技术能够促进传统产业能源优化、成本优化、风险预知及决策控制，整体上实现节能降本增效提质。 数字化为中国工业绿色转型打开重要窗口，助推传统制造业“跳出厂 房”发展绿色化生产，赋能制造业价值链全流程的绿色转型。以 5G 为代表的新型网络技术，赋能每个生产单元可感知可通信可连接可计算；以人工智能为代表的新型分析技术，变革决策模式，突破人类能力边界；以区块链为代表的新型互信技术，支撑在不可信环境中的可信业务协作，以大数据为代表的新型生产要素，基于传感器收集的海量数据，有效利用数据资源，充分释放数据价值，以云计算为代表的新型计算技术，催生各领域大数据的创新应用。 从总体来看，数字技术赋能工业碳减排主要包括产品工艺研发、生产过程管控、经营管理模式、运维与服务、多环节协同优 化、构建产业链供应链协同等方面 。原材料行业工艺复杂、危险性高、能耗和碳排放高、环保压力大，基于中国信通院对 1015 个工业互联网应用案例统计（图 7），数字技术赋能碳减排主要侧重于生产过程管数字碳中和 白皮书 22 控，占比近 64%；基于数据分析监测和优化关键设备运行与耗能情况，能耗排放优化、质量、设备和安全生产管理成为数字技术赋能碳减排的核心环节，在各行业的应用占比也最高；工业 35%的安全生产案例来自原材料，主要应用人工智能等技术对现场和园区进行安全感知识别。原材料制造业如钢铁、石化化工、建材、有色均为工业部门能源消耗和碳排放重点行业 ，不同行业存在一定的生产经营性差异，而且在不同的社会发展阶段，对不同工业品的需求不同，因此钢铁、石化化工、建材和有色的能源消耗和碳排放也不同，本白皮书进一步对上述 4 个行业展开分析数字技术赋能碳减排的着力点和应用场景。 来源：中国信息通信研究院 数字碳中和 白皮书 23 图 7 工业互联网赋能碳减排应用统计分类图 1. 数字技术助力钢铁行业生产运营集中一贯管理 钢铁行业是社会经济发展的重要支柱行业，目前我国钢铁行业占全国碳排放总量的 14%左右，是 除能源以外碳排放量最大的工业行业。产能产量方面 ，我国 钢铁行业产能产量稳居世界第一， 2020年粗钢产量约占世界总产量的 57%。 工艺结构方面 ，我国钢铁行业工艺流程以碳排放量高的高炉 转炉工艺为主，占比约 90%，碳排放量较低的电炉工艺仅占 10%。在钢铁炼制的整个过程中，每个工序都会产生不同强度的碳排放。碳排放贯穿钢铁生产的整个过程，仅仅针对其中某一工序并不能实现其减排效果，需要根据每个生产细节合理规划，从整体把握，以达到全流程最低碳。 (1) 数字技术促进钢铁行业碳减排着力点 钢铁行业生产流程长，生产工艺复杂。主要面临设备维护效率低、生产过程不透明、下游需求碎片化、绿色生 产压力大等痛点，发展智能化制造、精益化管理等模式潜力大。另一方面，我国钢铁行业已初步具备较好的自动化和信息化基础，行业龙头 企业 纷纷基于外部形势与自身发展需求推进数字化转型，利用数字技术赋能企业乃至行业节能减排，打造绿色生产新模式。具体来说， 一是利用数字化技术赋能低碳钢铁产品及工艺研发过程 ，通过研发轻质高强度高性能的钢材，提升钢材的利用效率，从而减少物质浪费导致的碳排放。 二是利用数字化技术赋能铁、钢、轧