“双碳”战略下新型智慧城市建设思考

陕西中辉规划设计研究院有限公司 王勃

从2020年开始，“双碳”战略目标被写入2021年政府工作报告和“十四五”规划中，目前已经上升为“十四五”时期国家重大战略，标志着我国从高资源投入模式转为以技术进步、创新驱动和体制改革推动经济社会高质量发展和全面现代化的新发展模式。城市是我国社会经济和社会活动的集散地，是我国“双碳”战略的主战场。目前，智慧城市已经成为一股不可忽视的力量，对城市的可持续发展和城市综合竞争力的提高具有重要意义。智慧城市以数据为核心，以新一代信息技术为核心，赋能千行百业绿色转型，引领生活方式绿色转型，开启“双碳”战略下城市可持续发展的新途径。随着“十四五”数字中国的建设，“双碳”发展战略的实施将会是一个重要的契机。

一、数字基础设施—夯实“双碳”战略信息化基础

（一）云—数据中心是能耗减排的重要发力点

数据中心是智能城市的一个重要组成部分，近年来在我国越来越“炙手可热”，随着5G的普及和网络的迅速发展，数据中心成了海量数据的处理设备。同时，数据中心也被纳入了国家“新基建”的战略范围，是我国信息化建设的一个重要组成部分。然而，作为能源消耗的主要来源，在智能城市的建设中，解决数据中心的碳排放是最为迫切的。数据中心的废热回收是减少二氧化碳排放的最好途径，最近几年，各国政府都发出了相关文件，支持数据中心进行余热回收利用。鼓励资料中心采取余热回收的方式，为附近的建筑物提供热源，以提高能量利用率。由于数据中心24小时不停运转，IT设备在运转过程中会产生大量热量，常规的风冷器都是将热量直接排放到空气中，并没有进行再循环。现有的余热回收技术已相当成熟，利用液冷技术能更好地实现废热的收集，以液态为载体，通过热交换为周围办公楼、小区供热、供水、供热。在北方，在冬季到来之前可以从数据中心收集到大量的热量，从而节约能源，减少燃煤的使用，同时还可以利用供热度热，为智慧城市提供更多的能源。余热回收仅是数据中心的碳减排措施之一，要推动绿色数据中心的建设，可以从多个角度进行努力。例如加强环保，采用氢能源、液冷、分布式供电、模块化机房等，达到节能、节水、节材、环保的目的。对现有的数据中心，还可以进行绿色技术的应用与改造，推动氢能源、液体冷却等先进的绿色技术的应用。在智能城市建设中，数据中心是减少二氧化碳排放的关键环节，建立一个绿色数据中心，对实现“双碳”战略具有重大意义。

（二）网—绿色5G开创节能新路径

在网络方面，我国5G网络建设速度很快，5G的建设需要大量的能源，因此，5G自身的绿色发展也是“双碳”发展的关键。5G网络发展的下一步，就是要走一条绿色、节能的道路，建立多种组网服务，实现行业场景的全覆盖，建立完善的碳数据传输能力，同时加强5G产业链上下游的积极协同，建立起设备、器件、材料、能源等上下行企业的信息协同、联合创新机制，形成畅通高效的合作链，联合创新节能降耗产品，持续降低5G能耗。与此同时，运营商在5G网络的布局上也要进行相应的调整，在规划和优化5G网络时要注重节能，例如智能电源的设计以及在预防性维修方面的支持。5G还是一个巨大的节能驱动力，可以帮助其他产业达到“双碳”目的，也就是所谓的“使能效应”。根据ITUSMART2020的报告，2020年年末，在所有信息技术和通信技术领域，能源利用效率占到全球总排放总量的15%。5G技术的应用主要体现为工艺和行为上的改变，5G技术与高耗能产业深度融合，促进钢铁、化工、冶炼等高耗能产业在产品开发、技术升级、数字化转型等领域发挥其应有的作用，为各行业提质增效、节能降耗、低碳环保作出贡献。

（三）端—物联网终端部署实现碳数据采集精准化

在智能城市的终端建设中，关于碳监控的物联网感知装置的应用并不多，这将直接影响到未来的碳排放量计算。测量二氧化碳排放量的方法有测量法和监测法，前者是根据二氧化碳的排放行为和排放因素来计算的，后者则是通过对装置的监控来直接获取。目前，我国主要采用的是测量方法，但精度不高。监测方法精度高、便于管理，但需要安装大量的碳监控终端。随着碳市场的进一步完善，碳监测或将逐渐替代碳计量。从我国碳市场的发展趋势来看，行业内部流程的不断更新将会增加监管难度，使得监管标准不断更迭，推动对灵活性更优、具备云端化能力的碳监测的需求。通过在全球范围内部署大规模的碳监控物联网感知装置，建立碳排放的数字化监控系统，并借助其底层的数据收集与传输功能，将有助于实现实时、准确、自动化的碳排放量计算。与此同时，我国还应该大力发展低能耗、低成本的物联网终端，以实现数据采集的信息化和广泛化。

（四）智能中枢—“双碳”数据库建设需求增加

在智慧中心，大部分地方都建立了数据中台、AI中心、物联网中心、应用支撑平台、城市时空信息平台等，“双碳”的数据库建设却相对薄弱。随着国家对数据的重视以及“双碳”战略的推进，数据中心的建设将会越来越重要，今后我国还将建立“双碳”相关的数据库，比如碳排放数据库、碳交易数据库等，并进行相应的智能分析。目前，在我国已知的“双碳”数据库中，有中国碳会计数据库(CEADs)。随着国家“双碳”政策的实施，“双碳”实时数据库在区域内的应用将会越来越广泛，数据中心的内容也会越来越丰富。“双碳”数据智能分析将会因不同的需要而变得更加灵活，例如，智能分析、配额预测、预警分析、碳足迹分析、城市碳减排预测等。在智慧中心建立“双碳”数据库，并将智慧分析与城市智慧中心相结合进行可视化的专题展示，让政府主管了解当前“双碳”发展的进展，协助管理层作出科学的决策，实现“双碳”目标。高耗能产业的企业还可以利用“双碳”大数据的智能分析、人工智能等计算能力，开发智能节能解决方案，优化能源系统的运行模式和运行效率，从而促进节能减排，助力建设节能低碳、绿色生态、集约高效的用能体系，推动全面绿色转型[1]。

二、智慧应用—多场景智慧应用助力碳减排

在智能应用的建设上，本文从政府、惠民、兴业、城市 IOC等几个方面对“双碳”的建设进行了梳理，并通过智能应用的建设，为“双碳”战略的实施提供了有力的支持[2]。

（一）优政—智慧政务多措并举节能减排

在我国，推行低碳生活、引导社会经济绿色转型是促进社会经济发展的关键。推行协同办公系统、移动办公系统可以有效地提高文件流转效率和办公效率，实现无纸化办公。数字化办公系统具有电子套红、电子印章、电子签字等多种功能，从文档的起草到下发都可以实现全程电子化，并支撑业务部门的公文流转、公文交换、信息交换等协同工作，通过多端同屏在线的移动办公实现工作“掌上办”“指尖办”。“一网通办”是最有效的解决方案，一次受理减少跑路、减少环节、减少材料消耗，为企业提供高效、低碳的服务。智能城市还可以为政府的碳排放监测提供一种新的手段，它可以通过精确的收集和数据的可视化来指导政策的制定，建设低碳的环境。“一网统管”是城市管理的一项重要内容，它可以将重点园区、企业、社区、楼宇的物联网数据和水、电数据等纳入“一网统管”数据体系，实现碳排放的动态监测，服务于环境管理部门、环境监测部门、污染排放及治理企业、公众，并为政府的科学规划和宏观调控提供参考。另外，对于碳排放量大的企业，将低碳可持续发展作为一个重要的模块或指标，纳入企业的人像数据库中，建立行业与企业的碳画像系统，可有效地控制企业的CO2排放量，提高了能源使用率。建立高效、清洁、低碳的市政系统是实现低碳城市运营的重要措施，建立智慧城市能源综合智能平台和行业数字化应用平台，为政府部门、能源企业、用能客户的能源碳监测、碳评估、碳预测等提供智慧化手段，例如，智慧水务提升水环境监测能力和优化分质供水的减碳能力，完善垃圾资源回收利用处理系统，以“互联网+”实现精细化管理等。要解决碳排放问题，既要控制高碳产业、高污染企业，又要强化保护、合理利用资源，充分发挥林草系统碳汇的作用，将植被碳汇量精准管理纳入智慧林业平台，通过智慧林业实现林地智慧监管、高效保护。通过构建碳排放权交易市场，可以有效地利用市场机制来实现碳排放权的配置，为政府构建、管理和规范碳交易市场提供有力的支持。目前，全国各地正在积极探索建立碳排放权交易市场，截止到2021年，北京、上海、天津、重庆、湖北、广东、深圳、福建等8个省市进行了碳排放权的交易。通过建立以碳交易为基础的交易平台，通过应用区块链技术，可以对碳排放数据进行追溯，保证数据的统计和质量控制。同时，公司还可以为企业提供碳减排、碳转化等方面的技术支持，为企业提供节能技术，以“碳普惠”为目标，将低碳出行等低碳行为转化为实际收入，与“数字货币”相结合，拓宽了该平台的应用领域[3]。

（二）惠民—智慧交通和智慧社区向低碳化迈进

运输部门的CO2排放量占到了10%左右，在整个运输行业，道路运输占80%左右，并且还在快速发展中，提高运输车辆能效可在未来30年累计额外减排32亿吨二氧化碳当量，以道路交通为主的交通行业绿色化转型势在必行。在智能交通领域，短期内可以优先提高交通工具的能效，通过城市交通大脑、智能交通调度指挥系统等改善道路拥堵状况，有序发展网约车、共享单车和共享电单车，依靠平台算法优化车辆使用效率，减少拥堵和空驶率，推动出行结构低碳共享化。从长远来看，电动汽车可以得到大力发展，同时也可以通过建设充电桩等基础设施来实现，但要增加电动汽车的比重，需要加大投入设备投入和运行维护费用，此举可带来较大的减排效果。逐步发展无人驾驶将会改变人们的出行方式，提高道路运输效率，加速实现零碳交通的目标。仓储物流属于高排放行业，需要以智慧仓储、智慧运输、智慧包装为核心，智能化、精细化管控运输、经营、服务、管理各个环节，提升能源利用效率，优化物流生态体系。就生活环境而言，从智慧家庭中的节能型家用电器到智慧低碳建筑、零碳社区、低碳园区等，都将为碳达峰作出重大贡献。在节能建筑领域，建筑产生的二氧化碳排放不容忽视，智能楼宇可以通过智能终端安装智能照明系统、空调采暖系统、智能遮阳板等，并在智能楼宇IOC中对大楼照明、空调、用水等楼宇能耗数据进行监测分析，构建楼宇能耗指标体系，对能耗控制与消耗进行有效的配置管理。当前，我国的老城区改造和新型社区建设都将朝着绿色化、低碳化的方向发展，在绿色建筑、能源、资源循环、节能家居等多个领域，通过感知装置对社区内的人车物、道路管网、能源供给与消耗、绿化碳汇、民生等信息进行智能感知、自动采集、分析、共享，再通过整合、分析、共享，连接到市政系统，从而促进碳排放的精细化管理[4]。

（三）兴业—智能制造和智慧农业绿色化转型

随着我国大力发展数字经济，各地政府对兴业的智慧城市建设提出了更高的要求。首先是智能制造，随着“双碳”战略的实施，低碳化、节能化已成为制造业发展的必然趋势，而要实现制造业的低碳、节能，关键在于利用新一代信息技术，如大数据、人工智能、工业互联网等新一代信息技术，以更低的消耗和排放实现同样甚至更高的产出价值，达到节能降耗的目的。通过数字技术的应用，不但可以提高产品质量，还可以在设计、销售等各环节建立全寿命周期的智能化管理体系，并能从根本上杜绝生产过程中的浪费，从而达到节约能源的目的。“双碳”目标除了要实现智能制造，还要向智慧能源等产业发展，智慧农业更是“双碳”战略实施的关键。作物的生长过程中会产生大量的CO2，利用数字技术来赋能农业的整个生命周期，从而使农业的成本、效率降低，碳中和、零碳。在农田中运用农业物联网技术，采用精确的种植工艺，可以有效地节约化肥和农药，实现农业的节能降耗。此外，还可以利用智能水肥一体化灌溉系统，将土壤水分监测、植物传感器、智能气象站等技术相结合，对作物的生长进行监测，从而实现“双碳”目的。

（四）城市IOC—实时掌握“双碳”态势

当前，智能城市在城市建设中已经基本形成了标准， IOC系统可以充分反映城市管理、产业经济、民生服务等方面的运行情况。未来，IOC的建设除了要在“双碳”智能数据的支持下，还要在城市的“双碳”环境下进行可视化的预警、实时分析和指挥，打造城市碳排放“一屏观”，在数字孪生技术的基础上，建立可视化的碳排放监测、管控、分析等体系，有利于城市管理者直观掌握城市“双碳”实时状况，支撑科学决策，丰富 IOC的强大功能。

三、发展建议及保障措施

“双碳”是新型智慧城市建设的一个重要方面，本文就“双碳”发展战略的实施提出了以下几点建议和保障措施：

（1）强化“双碳”的规划，在智慧城市的顶层设计中，将“双碳”的概念与“双碳”智慧城市的总体结构相结合，加深政府、企业和民众对“双碳”的理解。加强“双碳”新一代的信息技术，如5G、人工智能、云计算、大数据、区块链等，并将节能减排技术、绿色能源技术和智慧城市深度融合，加强“双碳”数据资源的积累，推进中国的数字经济和绿色转型。（2）探讨“双碳”产业中的智慧城市业务模式。“双碳”战略与智慧城市融合，必须建立一种长效的运行机制，既要发展“低碳经济”，又要推动“双碳”战略的实施，鼓励各方积极参与“双碳”战略，探索出一套成功的商业模式。（3）强化制度和机制创新，确保实现“双碳”相关目标。要强化“双碳”智慧城市的技术创新与应用场景，制定相应的标准，将其成功经验向全国推广。“双碳”战略是国家战略，关乎国家的核心利益，必须保证“双碳”重大数据的安全，强化信息安全保障。

综上所述，碳达峰、碳中和是新型智慧城市的重要组成部分，在实现目标的同时，也存在着巨大的机会。当前，“双碳”战略在智慧城市建设方面已经得到了广泛的关注，相信随着智能城市的不断发展，新一代的数字技术将会加速推进国家“双碳”战略目标的实现。