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控制碳排放,数字经济能有何作为
发表时间:2022-10-24     阅读次数:163     字体:【

导读

壹  ||  如果要想让大气中的碳氧化物含量减下来,一方面就要“控增量”,减少碳氧化物的排放量;另一方面则要“压存量”,把大气中存在的碳氧化物吸收回来。
贰  ||  数字经济的快速发展的一个直接后果就是耗能和碳排放量的大幅度增加。令人欣慰的是,在最近几年中,已经有越来越多的数字经济企业开始认识到了这个问题,并纷纷致力于通过技术手段来降低自己的能耗和碳排放。
叁  ||  植树造绿是压低空气中碳存量的重要手段。而通过数字技术,则可以为人们提供有效的激励引导,鼓励他们更多地参与植树建设,从而为压缩碳排放作出贡献。
肆  ||  数字经济在控制碳排放的过程中是大有用武之地的,因而为了能够实现“碳达峰”、“碳中和”,就必须要用好数字经济。

气候异常正在给世界各地的人类生活和经济活动留下巨大伤痕。在过去几年中,全球的平均气温不断创造出了有观测记录以来的新高,各种异常天气出现的概率也大幅度增加。一般认为,造成气候异常的罪魁祸首就是大气中不断增加的温室气体。去年,比尔·盖茨出版了一部名为《气候经济与人类未来》(英文名为How to avoid a climate disaster,直译为“如何避免一场气候灾难”)。根据书中的介绍,由于工业革命以来人类向大气中排放的温室气体数量大幅上升,因而目前的气温要比工业革命之前高了1摄氏度。目前,人类每年向大气层排放的碳氧化物约为510亿吨,如果持续这种排放规模,那么到本世纪中叶,这个数字将上升到1.5-3摄氏度,到世纪末甚至可以达到4-8摄氏度。气温的上升会导致大气循环的异常化,而这将会进一步引发大规模、高频率的气候灾害。根据盖茨的估计,如果任由这种情况发生,那么在未来的一二十年内,气候灾难所引发的经济损失将相当于每十年爆发一场与“新冠”肺炎疫情强度类似的流行疾病。由此可见,为了扭转全球气候变暖的趋势,预防由此带来的灾难性后果,就必须用各种方法控制温室气体的排放。

作为一个负责任的大国,我国一贯高度重视节能减排问题。2020年,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。此后,我国政府更是将“加快推动绿色低碳发展”作为重要的发展目标列入了“十四五”规划。

推进节能减排,实现“碳达峰”、“碳中和”是一个系统性的工程,需要全社会的共同努力。作为推动经济发展的新动力,数字经济应当在这个过程中有所作为。

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控制碳排放的两条路:压存量、控增量
从技术细节上看,控制碳排放是非常复杂的工作,但从本质上看,它的原理却相对简单。我们知道,如果想要放干水池里面的水,需要做的事情有两件:一是关掉水龙头,让新的水不再流进来;二是打开阀门,让积攒的水流走。一样的道理,如果要想让大气中的碳氧化物含量减下来,那么一方面就要“控增量”,减少碳氧化物的排放量;另一方面则要“压存量”,把大气中存在的碳氧化物吸收回来。

要“减增量”,主要需做好如下几方面的工作:一是要减少数字经济本身的能源耗费;二是要利用数字经济来推进经济结构调整,以此促进能源消耗和碳排放的减少;三是要利用数字经济推进能源交易的市场化,通过提升能源的配置效率来减少碳排放;四是要通过技术的手段,让经济活动变得更有效率,使得单位产出的耗能变得更低;五是要改变人们的生活习惯,以此来减少不必要的碳排放。

要“压存量”,则有两方面的工作需要做:一个是通过增加植被种植,利用植物的光合作用来吸收空气中的二氧化碳。另一个则是现在被各界讨论比较多的CCUS技术。所谓CCUS,是“碳捕获、利用与封存”(Carbon Capture,Utilization and Storage)的简称。这种技术运用物理和化学的手段,在化石燃料燃烧前后,对其产生的二氧化碳进行清洗分离、精准捕获,然后将其重新加以利用,或者压缩成液态,然后封存进地下、海底等位置,阻止其直接进入大气层。

明白了上述控制碳排放的基本逻辑,我们就可以进一步探讨数字经济在这个过程中可以发挥的作用了。

 

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用数字经济实现“控增量”

(1)实现对数字经济本身的碳排放控制

在讨论数字经济可以如何作为一种手段来帮助控制碳排放之前,我们首先要明确一个事实,数字经济本身就是一个耗能和碳排放量巨大的行业。因此,要控制碳排放的增量,数字经济这个行业本身就应该是首要的突破口。

2015年时,瑞典学者安德烈(Anders S.G. Andrae)和埃德勒(Tomas  Edler)曾经做过一个有趣的测算:如果将当时全球IT部门看成一个国家,那么这个国家的能源消耗量将会位列世界第三。并且随着时间的推移,IT业的耗能还在持续提升。

这两位学者的预言是相当有前瞻性的。在这则研究的结果发布之后,IT业内又产生了很多耗能巨大的项目。

一个例子是人工智能的训练。随着机器性能的大幅提升以及数据的大量积累,人们已经有能力训练性能远超过去的人工智能程序,但这并不是没有代价的,而代价之一就是巨大的耗能。例如,Open AI在微软数据中心使用英伟达 GPU训练神经网络GPT-3时,总共耗费了约19万千瓦时的电量。按照我国居民2021年人均耗电量831.3度计算,训练这个AI程序大致上用掉了我国229位居民一年耗电量的总和。

另一个例子是虚拟货币的“挖矿”。自从神秘人中本聪提出比特币的构想之后,虚拟货币就成了全球极客的新宠。不可否认,虚拟货币本身有很多潜在的应用场景,但与此同时,其产生的耗电量也是极为惊人的。以比特币为例,其使用的“工作量证明”(Proof of Work,简称PoW)机制对电力的需求巨大。并且由于中本聪为比特币设计的是通缩发行机制,所以“挖矿”的耗电量会越来越大。目前,每挖出一枚比特币所需要的电量已经上升到了20万到30万千瓦时。2021年,剑桥大学替代金融研究中心(Cambridge Centre for Alternative Finance,简称CCAF)曾做过一个测算,结果显示当时比特币一年“挖矿”所需要耗费的电量是149.37太瓦时。这一数字已经超过马来西亚、乌克兰、瑞典的耗电量。这还仅仅是比特币一种虚拟货币的耗电量,如果统计所有虚拟货币的耗电量,那将更是一个天文数字。

除了大型人工智能的训练,以及虚拟货币的“挖矿”之外,近年出现的耗电大户还有很多。例如数据中心、5G基站等重要的数字新基建都是名副其实的“电老虎”。从这个意义上看,数字经济的快速发展的一个直接后果就是耗能和碳排放量的大幅度增加。

令人欣慰的是,在最近几年中,已经有越来越多的数字经济企业开始认识到了这个问题,并纷纷致力于通过技术手段来降低自己的能耗和碳排放。举例来说,谷歌早在2017年就宣布将逐步实现碳中和,并为此进行了很多工作。具体来说,它自行开发了高能效的制冷系统,将其数据中心的耗能量降到了行业平均值的一半;此外又联合Deep Mind,用人工智能技术对数据中心的能耗进行了优化,由此降低了30%的耗能。到2020年,谷歌已经基本实现了本公司层面的碳中和。而微软也已经宣布将在2030年之前实现净碳排放转负,并在2050年时,消除该公司自1975年成立起所排放的碳总量。为了实现这个目标,微软不仅通过购买可再生能源电力,以满足数据中心100%的日常电力需求,还预计在2030年前,用低碳燃料,如氢气取代柴油发电机作为数据中心的备用电源。除此之外,微软还积极应用CCUS技术,开始对其历史排放量进行逐步的抵消。

在国内,各大数字经济企业也不甘其后,纷纷加入到了减排大军当中。比如,腾讯在2021年初就提出了“腾讯碳中和目标及行动路线”,表示将在“不晚于2030年,实现自身运营及供应链的全面碳中和;同时,不晚于2030年,实现 100%绿色电力”。而在同一年的晚些时候,阿里巴巴也发布了“碳中和行动报告”,承诺在2030年之前,实现自身运营碳中和,以及价值链碳排放的强度降低50%。

(2)通过促进产业结构调整来实现节能减排

在促进节能减排的各股动力中,最为重要的一股是产业结构的调整。在不同的产业之间,能源的利用效率存在着很大区别。因此,如果可以有效地促进产业结构的调整,让低耗能、低排放的产业在国民经济中的比重得到提升,就可以产生非常可观的减排效应。

那么,数字经济的发展对于产业结构的转换又产生了怎样的作用呢?从总体上说,近年来数字技术和服务加速向各产业融合渗透,由此产生了很多新产业、新模式和新业态。在这个过程中,对第三产业带来的影响是最为明显的。随着大批互联网平台的兴起,共享经济、零工经济等新的就业形态纷纷崛起,而这些经济形态大致上都属于第三产业的范畴。这些新就业模式的崛起,不仅让人们有了更多的就业选择,在产业转型升级的过程中很好地扮演了“就业缓冲器”的作用,同时也为节能减排做出了很大的贡献。从总体上看,它们创造单位GDP所需要耗费的能源要远少于对应的第二产业。

(3)通过优化能源配置来实现节能减排

在现实中,能源在不同地区、不同行业之间的配置状况往往会影响其利用的效率。因此,通过数字技术来优化能源的配置也将会对节能减排起到重要的作用。

以电力市场为例,这个市场的重要特点是需求波动巨大,无论是在一年中,还是在同一天内,其需求状况都会存在明显的峰谷差异。面对这种市场特征,供电企业为了保证电能供应的高可靠性,就必须按照电力需求的峰值来设计产能,在平时供电时,为了应付可能的需求波动,也需要按照一个高于实际需求的值来进行发电。很显然,这样就会产生较大的电力浪费。从理论上讲,如果可以将电力资源放在一个更大的范围内进行有效调配,将会在很大程度上降低这种损耗。比如,一般来说,在夜晚时,水电站的电力供应会大于其本地的需求量,而存储能源的成本是相对较高的,因此在夜晚发出的电当中很大一部分会被浪费掉。而如果可以把这些电力输送到那些夜晚对电力需求较大的地区(如一些在夜晚工作的工业区),就可以有效降低电力的浪费。这里需要指出的是,尽管水力、风力等形式的电力资源浪费并不会直接导致碳排放的增加,但如果可以将这些电力有效利用,就可以大幅度降低对火电的依赖,因此其对减排的影响也是十分可观的。

对电力资源进行重新配置的难点在于快速、精准地识别市场上的供求状况。过去,这一工作主要由人力完成,需要由调度员来人为判断哪些地方的电力供给多了,哪些地方的电力供应又不足了。而随着数字经济的发展,类似的工作在很大程度上被数字化了。现在,人们可以通过物联网来精准识别整个电网当中的供求状况,还可以依靠大数据、人工智能来给出具体的调配方案。

事实上,所谓“虚拟电厂”概念的兴起,就在很大程度上源于数字化技术对电力调配系统的改造。从目前的一些成功案例可以看出,借助“虚拟电厂”等数字化的调配技术实现的电力调配量是相当可观的。仅以欧洲的Next-Kraftwerke为例,这个创建于2011年的虚拟电厂目前已经在德国、比利时等欧洲国家运营了超过1.3万个分布式能源单元,接入发电装机容量超过1万兆瓦,其2019年参与的电力交易达到15.1亿千瓦时。如此大规模的电力调度,不仅可以为虚拟电厂的运营者本身带来丰厚的经济回报,其带来的电力利用效率提升,以及随之而来的碳排放减少也是十分值得关注的。

随着新的数字技术日渐成熟,人们开始将越来越多的新技术应用于包括电力在内的能源调配。例如,现在人们已经将区块链技术应用于分布式的电力网络,从而可以实现电力在电动车等更为微观的单位之间的点对点交易。相信随着这些尝试的不断进行,电力资源在社会范围内的调配将会变得更为有效,由此带来的碳排放降低也会更为显著。

需要指出的是,除了像在电力这样一个特殊的行业内部发挥配置作用之外,数字经济还有利于在不同的行业和企业之间实现能源调配、促进能源利用效率的提升。这一点,主要得益于碳交易权市场的兴起和发展。在这个市场充分发展之后,那些能源利用效率更高的企业将可以节约出更多的碳排放额度,它们可以在市场上将这些多余的额度售卖给其他的企业,以此获得经济利益。显然,由此带来的经济激励将会有效促进企业提升自己的能源利用效率。而很显然,数字技术在促进碳市场发展的过程中,作用是不可或缺的。

(4)通过流程优化来实现耗能单位的能源使用效率提升

一些传统行业的能源使用效率低下是造成能源消耗过大、碳排放过高的一个重要原因。而通过数字化的手段,可以一定程度改善这个问题。

举例来说,盖茨在《气候经济与人类未来》一书中就对水泥这个产业进行了详细的分析。据他的介绍,作为建材行业的耗能之王,水泥生产的能耗大约占到了全球能源消耗的2%,而其二氧化碳排放量更是占到了全球碳排放量的5%。在水泥的总成本中,有60%都是能源成本。因此,如果可以利用数字技术对水泥行业的生产进行优化,将不仅可以大幅度降低该行业的生产成本,提升该行业的利润,还可以有效地减少碳排放。

我国生产全球近六成水泥,通过数字化的手段来帮助水泥业减排的空间就尤为巨大。正是因为这个原因,所以最近几年,我国各地的大型水泥企业已经竞相开始利用数字化手段来优化自己的生产流程。

比如,我国历史最为悠久的水泥企业之一——华新水泥,就在2021年基于阿里云工业控制优化平台AICS,搭建了一套水泥低碳制造智能先进控制系统HIAC,成功实现了大规模环保协同处置时的工况稳定控制。通过技术升级和智能化改造,部分水泥生产线污染物排放量较原来下降60%,单位熟料热耗下降40%,碳排放强度下降12%。

可以看到,如果可以充分应用数字化的手段,对类似水泥、炼钢等碳排放量巨大的企业进行生产方式和流程的重构,提升其能源利用效率,将有可能达到非常显著的减排效果。

(5)通过改变人们的生活习惯来实现减排

在碳排放的构成当中,家庭消费环节的占比是非常高的。研究显示,在全球范围内,温室气体排放总量约有70%来自家庭消费。而在我国,居民消费产生的碳排放量约占碳排放总量的53%。在很大程度上,家庭消费中的碳排放都是和某些行为习惯息息相关的,如果可以对这些行为习惯进行适当的调整,就可以实现非常大规模的节能减排。而在这个过程当中,数字经济就有很大的用武之地。

一个例子是活动的线上化。在现实中,大量的能源消耗和碳排放都是在线下出行环节当中产生的。例如,我国目前交通运输排放就占到了我国碳排放总量约10.4%。因此,如果可以将一些活动实现线上化,就可以大规模节约能耗、减少碳排放。而随着数字经济的发展,这一点正在成为可能。

举例来说,疫情以来,人们的出行受到了相当大幅度的影响,包括会议、教学等很多活动不得不被转移到了线上进行。这个事件本身并不是大家希望看到的,但它客观上为我们研究线上化的减排影响提供了一个很好的“自然实验”机会。有研究表明,在2020年,全球的碳排放总量下降了7%。从这个数字可以看出,线上化可能带来的节能减排效应确实是非常可观的。固然,这种规模的减排不可能永久持续。但不可否认,通过疫情时期的使用行为培养,人们已经开始乐于在疫情之后继续在线上进行一些原本的线下活动。比如,现在的人们已经习惯于利用线上会议系统开会或者利用线上协作系统共同工作。即使仅仅考虑这部分的影响,其产生的减排效应也是不容忽视的。

另一个例子是“共享经济”。在传统经济条件下,人们要使用一样物品,就必须首先拥有它。但很显然,这种“拥有-使用”的模式会造成很大的浪费。事实上,对于普通人,每天用车的总时间不过几个小时,而剩余的时间车辆都会处于闲置的状态。从这个意义讲,每一个用车人都拥有一辆自己的车是非常不经济的。而如果可以通过协调,让用车者对车辆实现共享,则不仅可以大幅提升这些车辆的利用效率,还可以有效减少制造和使用这些车辆过程当中耗费的能源和产生的碳排放。在传统条件下,想要精准匹配是非常困难的。而在数字技术充分发展之后,人们就可以很容易地通过手机来发送自己的定位,将自己的需求传达到平台上,然后平台就可以通过算法来调配合适的车辆为其服务。于是,共享经济的设想就在数字经济时代得到了实现。

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用数字经济实现“压存量”

(1)通过提供激励来鼓励人们的植树控碳行为

如前所述,植树造绿是压低空气中碳存量的重要手段。而通过数字技术,则可以为人们提供有效的激励引导,鼓励他们更多地参与植树建设,从而为压缩碳排放作出贡献。

诺贝尔经济学奖得主理查德·塞勒(Richard Thaler)曾经提出过一个“助推”的理论。这个理论指出,人的很多行为都会受到十分微小的动机的影响,因而只要对人的动机足够了解,就可以通过微小的政策设计去引导人们的行为。具体到减排,其实很多人从本心上是愿意对其予以支持的,但问题在于,很多时候他们并不知道自己应该怎么行动,而在行动之后,也很难看到相应的反馈。在这个时候,如果可以把他们活动的碳足迹通过数字技术告诉他们,让他们即时看到自己的环保行为的后果,就可以大幅提升他们配合减排的积极性。

例如,我们熟悉的“蚂蚁森林”就是一个很好的尝试。从设计上讲,蚂蚁森林其实非常简单,仅仅只是把人们的环保行为进行了数字化的积分,并用“种树”这种形式进行了一个虚拟的呈现,最后在虚拟树养成之后,再种植一棵真树作为奖励——整个产品在技术上并没有什么革命性创新,在运作成本上也很低。但是,就是这么一款产品,所收到的社会效益却很可观。据报道,截至2020年9月时,蚂蚁森林造林已经超过了2.23亿棵,造林总面积超过了306万亩,其产生的控碳效应十分可观。

(2)帮助资金向研发和应用碳捕获、碳利用技术的企业流动

在当前条件下,碳捕获和碳利用技术的成本很高,而经济收益却相对较小,对于企业,从事类似技术的研发和应用并不合算。目前,很多国家和地区采用了“绿色金融”或“可持续金融”,以更低成本的资金提供来鼓励企业选择使用低碳技术。不过,在这个过程中,甄别金融服务的对象就成了一个问题,因为在优惠政策的刺激之下,部分企业会假装成“绿色”企业来骗取金融支持。而在应对类似的问题时,数字技术就可以派上用场。应用物联网技术,金融机构可以很容易了解企业的经营参数;再通过人工智能对获取的大数据进行分析,金融机构就可以直接勾画出企业对碳捕获和碳利用的程度。根据这些信息,它们就能够更有针对性地把资金提供给那些真正致力于减排的“绿色”企业。

 

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用好数字经济,助力实现“双碳”目标

通过上面的分析,我们可以清楚地看到,数字经济在控制碳排放的过程中是大有用武之地的,因而为了能够实现“碳达峰”、“碳中和”,就必须要用好数字经济。为此,有关部门应当为发挥数字经济的力量创造良好的外部环境。具体来说:

一方面,应该要为数字经济企业介入节能减排事业开政策绿灯。应该看到,推进节能减排是一件利国利民的好事,对于这样的事,应当鼓励为主,一般不应该以“反垄断”、“反资本无序扩张”等名义加以限制。唯有如此,才能打消数字经济企业进行相关行业的顾虑。

另一方面,应考虑为数字经济企业的减排行为提供一定的经济激励。从经济学角度看,数字经济企业为减排作出的贡献是一种具有正外部性的行为。为了鼓励这种行为,就需要采用“庇古税”——当然,对于这类正的外部性,征收的“庇古税”应该是负的,也就是要给予补贴或免税。只有做到这一点,才能鼓励更多的数字经济企业加入到减排的事业当中来,为尽快实现“双碳”目标作出自己的贡献。

 
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