数字化转型与“双碳”协同建设路径分析

现阶段,数字化转型与“碳达峰·碳中和”是行业热点,围绕这两个热点,如何将两方面建设内容结合?相互渗透、相互促进和相互协同建设的讨论和争论也随之而来。能源行业作为碳中和首先受到冲击的行业,数字化转型也随之进入加速日程,例如,围绕新基建大力推进“上云”战略,私有云、公有云、混合云逐渐成为企业信息化、数字化的“主旋律”。能源行业要结合企业生产经营过程中购碳、用碳和排碳过程,梳理和完善数字化过程“触碳”环节,用数据记录每一个环节的碳指标,为后期“双碳”目标奠定数字基础。东方金信与腾讯的能源行业战略布局非常切合当下能源行业发展现状,公司可以围绕两个热点,推进能源行业“上云”、大数据、物联网和人工智能等核心产品在数字化转型的应用,同时考虑在现有产品中增加“碳”因素,针对性的打造数字化转型与碳中和应用场景解决方案,助力销售团队向用户传递方案价值和公司能力。

  • 一、现阶段能源行业消费情况

(1)全球能源消费10年来首次下降,新能源逆势增长

2020年,受新冠疫情突发、极端自然灾害频发及贸易保护主义影响,世界经济出现负增长。全球一次能源消费量出现近10年的首次下降,为130.5亿吨油当量,较2019年下降约4.5%。其中,化石能源消费量达108.4亿吨油当量,同比减少5.9%(煤炭、石油和天然气分别下降约5%、8.8%和3%);非化石能源消费量为22.1亿吨油当量,同比增加3.1%(水能、核能消费量与上年基本持平,非水可再生能源增加约10%)。亚太地区仍是全球能源消费的重心,其一次能源消费在全球占比达45%,较上年增加0.3个百分点。全年能源相关投资大幅下滑15%~20%,其中化石能源投资减少约三成。

2020年,能源清洁化进程已由增量进入提质阶段,煤炭、石油消费以不同的节奏延续负增长。非水可再生能源的表现亮眼,但规模有限,发展的重点在于新建非水可再生能源装机的入网与消纳,以及动力储能和化学储能项目。2020年,全球非水可再生能源新增装机估计约为38吉瓦,增速仅为2.6%,较2019年的增速12.4%大幅下滑。当前,全球非水可再生能源装机约占世界发电装机总量的18%。氢能利用受到国际能源界的高度关注,不少国家制定了氢能规划并已付诸行动。

图1 全球一次能源消费量及增速

图2 2019-2020年世界能源消费量结构

(2)我国能源消费增速放缓,加快向绿色低碳转型

2020年,随着新冠疫情在中国得到迅速有效控制,中国经济呈现出“V”形反转与回稳复苏走势,全年经济增速达2.3%,是世界上唯一实现正增长的主要经济体。能源消费比上年略有增长,全年能源消费总量为49.8亿吨标准煤,增速为2.2%。其中,煤炭消费量为40.3亿吨,增长0.6%,煤炭消费占比继续下降至 56.8%;石油表观消费7.02亿吨,增长6.6%,增速较上年有所提升;天然气消费3262亿立方米,增长7.1%,增速较上年有所放缓。能源结构清洁化持续推进,清洁能源(天然气与非化石能源)消费占比达到24.3%,较上年增加0.9个百分点。全国用电量为7.5万亿千瓦时,较上年增长3.1%,增速有所放缓;第一产业、第二产业和第三产业用电量增速分别为10.2%、2.5%和1.9%,其中第三产业受疫情影响较大,增速下降明显。

图3 2011-2020年中国能源消费量

2020年,能源绿色低碳转型深入推进,非化石能源发电2.2万亿千瓦时,增长8.4%。全年可再生能源发电装机达9.34亿千瓦,其中新增超1.35亿千瓦(风电、光伏分别占37.5%和25.3%),约占全国新增发电装机容量的70%。风电、光电的消纳情况持续改善。

表1 2016-2020年中国一次能源消费量及能源消费结构

  • 二、能源行业数字化转型确立碳中和基础

数字化转型是能源行业现阶段发展的核心抓手,围绕能源行业的服务商现在要做的就是利用数字化的手段,打通能源网络各个环节,例如把海量的分布式储能通过数字化手段形成一个虚拟的大型能源调节中心,进而助力可再生能源在行业的高比例接入和使用,来实现清洁、低碳的目的。

5月13日,中国石油石化企业信息技术交流大会召开,在与会的19份主旨报告中,有10份与数字化转型有关,占比接近53%,部分材料同时也结合数字化转型建设,助力石油石化行业增效减排,帮助企业实现“双碳目标”。由此可见,数字化转型与碳中和的相互影响关系已经被行业认可。因此,建立有效的数字化转型与碳中和目标协同建设路径具备可行性。

(1)开展数字化转型与碳应用场景研究

结合“十四五规划”提出的十个数字化应用场景,以及国资委推出的国有企业数字化转型100个典型案例可以看出,数字化转型涉及面很广,企业选取适合数字化建设的场景很重要,多个场景串联并衔接就可以形成企业独具特色的数字化转型战略。能源行业的特殊性和复杂性,即造碳-用碳-排碳过程全覆盖,使得数字化转型与碳应用场景的研究更具有挑战性。多产业链条协同、多学科融合、多部门联动才能更有效的为数字化转型与碳应用场景研究奠定基础。

(2)构建数字化“碳”指标体系

截止目前,能源行业“碳”指标体系缺失,相关机构也没有给出类似的指标体系。造成这种现象主要是因为生产环节碳应用量和碳排量如何计算与转换都不清晰,因此需要行业根据生产环节,在数字化建设过程中增加增加碳因素的数据采集,通过产业链碳数据的汇总,建立行业“碳”应用和碳排放指标体系。为后续产业链优化,数字化助力碳减排提供方法和体系。

(3)数字化助力节能、提效

在以化石能源消费为主的今天,我国降碳主要举措包括“提能效、降能耗”、“能源替代”和“碳移除”三个方面,其中“提能效、降能耗”应是首要举措。通过数字化的手段可以很好的助力“节能、提效”,通过数字化搞清楚哪些环节有问题?哪些需要改进?与行业内先进案例对接,清楚企业目前处于什么水平?这些都可以用数字化来支持。相关资料表明,通过智能配电解决方案在数字化方面的支持,不同行业客户能够实现最高85%的能耗降低,节约30%的成本,通过利用节省的最高达60%和75%的资本及运营支出来推动生产力提升,此外还能提升最高50%和25%的设备可用性和场所安全性,并有效降低碳足迹最多达50%。碳中和目标提出后,结合数字化手段,更多的是强调产业系统性和协同性思维。现阶段能源行业新建项目都应考虑碳排放的问题,数字能源、智慧能源已具备基础条件。

(4)传统能源行业解析

能源系统是贯穿于城市生产生活等各项经济社会活动的核心要素。中国过去几十年经历了快速城镇化的过程,从1985年到2019年,城镇化率从23%增长到60%,新城新区如雨后春笋般拔地而起,能源供应短缺曾经是新城新区建设的瓶颈,尤其是中国加入WTO之后GDP两位数高速增长期,冶金化工等工业用电大幅增加,拉闸限电是解决缺电问题的常用手段。随着西电东送、西气东输等一系列重大能源工程的开展,中国能源行业发展改变了能源供应紧张的状况,进入了能源转型的新阶段,支持中国2030年碳达峰和2060年碳中和的目标。

(5)夯实新能源数字化产业

采用以零碳为目标的综合新能源规划是支持城市进一步探索能源产业发展创新路径的重要抓手。新型的规划手段将挖掘城市深度减排和零碳增长的潜力,推动近零碳排放区、零碳新城、城市碳中和开发建设相关产业的普及和推广,支撑中国的城镇化进程与碳排放增长加速脱钩。以零碳为目标的综合能源规划以量化分析为手段,通过一体化的规划方法论、量化的目标设定、创新的管理机制和多方共赢的商业模式,推动建设相关技术应用场景,夯实相关数字化产业发展。

  • 三、能源行业“双碳”目标主要措施

据统计,能源碳排放占全国碳排放总量的80%左右。平均而言,每燃烧1吨标准煤当量的煤炭、石油和天然气,要分别排放二氧化碳2.77吨、2.15吨和1.65吨,而煤电、气电每发1千瓦时电,将分别排放二氧化碳911克、422克。因此,要实现碳达峰、碳中和目标,能源行业必须贡献更大减碳比例,其中关键点是提高能效,核心是推动能源低碳转型,助力是推广关键减碳技术。

(1)提高能源效率

提高能效是最清洁、最经济、最低碳的做法。相对发达国家主流产业,中国能源效率偏低,未来在提高能效上依然有较大提升空间。能源行业一是可以通过淘汰落后产能、更换设备、优化燃料、工艺流程创新等举措,提升工业设备效率,推动整个行业的去碳进程;二是可以运用工业互联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术提升改造传统业务,比如推广煤油共炼等跨领域节能先进技术,发展能源互联网、智能电网、智能热网、智能油气管网,开展电力、热力、天然气、可再生能源和储电、蓄热、蓄冷、储氢相结合的多能互补项目示范,研究区块链技术用于分布式能源定价和交易的可能性,通过部署研发一系列先进技术,帮助能源企业持续提高发展效率和效益,从而最大限度减少生产过程中的碳排放。

(2)推动能源低碳转型

在中国能源消费中,煤炭占比接近60%,而世界平均水平仅不到30%,因此实现低碳减排的根本在于推动能源低碳转型,大力减少煤炭等化石能源的使用比例,高比例发展以可再生能源为主的非化石能源。能源行业应在供应侧以清洁能源替代化石能源,消费侧以电能、氢能、热能替代化石能源直接消费,打造更加清洁的能源供应体系。同时,发电能源结构也应逐步去碳化,不断降低化石能源发电比例,并提升太阳能、风能(如陆地或离岸风能发电、集中或分布式太阳能发电)等可再生能源与核能发电的占比。在核能发电上持续推进成本下降、安全提升与社会认可,不断提高核能占比。

(3)推广关键减碳技术

先进的能源技术对能源行业减碳的贡献至关重要,如碳捕获与储存技术(CCUS),在化石燃料无法完全退出的情况下,将被大规模地应用在(被清洁能源替代后)剩余的化石能源使用中,在难脱碳的工业部门和负排放领域发挥不可替代的关键作用。因此,能源行业应当促进CCUS技术的全面推广与碳捕捉能力提升,逐步在生产过程中推进100%的CCUS技术渗透率,在工艺流程创新的基础之上进一步释放去碳潜能。