“双碳”目标下 数字孪生城市如何实现节能降碳的作用

如今，双碳目标的实现已成为各方的共识。对于ICT行业来说，5G基站和数据中心节能降碳的进展引起了人们的关注。

为了进一步了解ICT领域节能降耗的进展，通信世界全媒体记者采访了中国信通研究所产业与规划研究所总工程师高艳丽。高艳丽指出，5G网络节能的关键在于基站，数据中心节能降碳压力大，预计能耗仍处于上升期。与此同时，数字双胞胎城市对帮助双碳目标具有重要意义。

ICT产业作为数字经济时代的基础、战略和领先产业，促进产业节能降碳具有重要意义，促进经济社会全面绿色转型，如期实现碳峰值和碳中和目标。工业和信息化部从制定行业中长期规划，完善监督管理机制，建立行业绿色发展目标、绿色节能技术应用、监管机制和手段建设，促进ICT产业绿色低碳高质量发展，促进ICT技术使社会节能减排，促进经济社会绿色发展将发挥重要的指导作用和主导作用。

为此，工业和信息化部出台了一系列政策措施，引导行业绿色发展，主要包括：发布“十四五”信息通信产业发展规划，提出2025年单位电信业务总能耗综合能耗比2020年下降15%的量化目标；发布“十四五”产业绿色发展规划，重点推进节能技术应用，推进数据中心全模块化、预制化建设，加快液冷系统和高密度集成IT设备的发展，提高间接蒸发冷却系统、列空调等高效制冷系统的应用水平；发布《工业和信息化部关于2021年工业节能监督的通知》，对重点能源利用数据中心进行专项监督，计算电能利用效率（PUE）测量值，检查计量器具的配置情况。

5G网络能耗主要在于基站，其中主设备能耗与空调能耗平分秋色，总占比较高，约90%，配套设备等能耗相对较小。2021年12月8日发布的《实施数据中心、5G等新型基础设施绿色优质发展实施方案》提出，到2025年5G基站能效将提高20%以上。

“目前，5G能耗动态监测机制基本形成，综合输出计算系统和统计方法基本完善。在5G绿色优质发展的基础上，全面支持各行业的数字化转型升级，特别是传统的高能耗产业，帮助实现碳高峰的总体目标，为碳中和奠定坚实的基础。”高华丽总结道。

然而，实现上述目标面临着许多挑战。首先，5G能耗将继续上升，设备本身具有高功率和高能耗。此外，5G需要比4G部署更多、更密集的网站。第二，未来数据爆炸性增长，对5G的需求将更大。第三，5G本身不仅面临能源消耗的压力，而且可以使数千个行业，帮助实现碳达峰的整体目标，任务繁重。

因此，高艳丽认为，行业可以从以下四个方面努力加快5G网络的建设。一是要在硬件设备节能上下功夫，应用超高集成度的芯片。二是采用新的材料降耗方案。例如，射频单元采用高导热铝合金材料，提高导热系数。第三，在软件节能技术方面，提供符号关闭、通道关闭、载波关闭、深度休眠等解决方案。四是积极推进基站可再生利用，从源头上减少。

数据中心是数字经济时代的新生产力，能耗在数字经济浪潮下快速增长。据中国信通院估计，2020年全国数据中心耗电约760亿千瓦时，占全社会用电量的1%。假如转化为二氧化量，2020年全国数据中心二氧化碳排放量约为4400万吨，是ICT行业碳排放的重要来源。但相比之下，数据中心的耗电量和碳排放量远低于电力、化工、交通等高排放行业。

工业和信息化部高度重视数据中心节能降碳的指导，提出了明确的定量发展目标。根据《十四五信息通信产业发展规划》，到2025年，新建大型超大型数据中心PUE低碳水平达到4A级以上。

基于现阶段的发展，数据中心节能降碳实现上述发展目标仍面临诸多挑战。高华丽解释说，目前，随着数据中心投资项目节能审查、数据中心节能监督监督机制的建立，我国数据中心节能水平不断提高，但仍有部分股票中小型数据中心PUE超过2，旧数据中心在IT设备、供电系统、制冷系统等方面尚未达到最大效率。

此外，区域布局不合理、绿色能源应用不足、碳排放会计和扣除机制尚未建立等实际问题也限制了数据中心的绿色低碳转型。“十四五”期间，作为数字经济发展的数字基础，数据中心的能耗和碳排放预计仍将上升，节能降碳压力较大。

高艳丽建议从四个方面不断深化数据中心的节能降碳。

一是优化新数据中心建设布局，加快国家综合计算能力网络枢纽节点建设，按需建设省级数据中心，灵活部署边缘数据中心，促进区域协调发展。

二是加快实施绿色电力交易试点，加快发放廉价项目绿色证书，优先支持数据中心采购绿色电力，建立绿色能源与碳排放之间的扣除机制，提高数据中心绿色能源的应用水平。

三是加快IT层、软件、数据备份等供电制冷设施层、服务器存储等业务层的节能技术创新和应用，继续挖掘数据中心的节能潜力。

四是探索建立国家和地区数据中心能耗和碳排放监测管理手段，全面实时监测分析整体能耗、碳排放、PUE、计算能力和计算能力的关键指标，有效提高数据中心的全周期能源和碳排放监测能力。

对于实现双碳目标，数字双胞胎城市对于帮助双碳目标具有重要意义。高艳丽表示，数字双胞胎城市是数字化的理想愿景和技术手段。数字双胞胎城市和强大的功能实现了最终的效率，提高了经济和社会生产生活的质量、效率和成本，可以说是“降碳工件”。

城市级数字孪生城市 城市级数据 城市级算法奠定了城市强大的数字基础，为所有应用场景提供数据供应、三维视觉、空间计算、仿真模拟、虚拟现实集成等能力。绿色已成为未来数字双胞胎城市的关键应用方向，就像疫情防控和安全应急一样。

数字孪生城市可以在以下三个方面发挥作用，实现节能降碳。

一是数字孪生城市利用精确映射的物联网设施，增加监测功能，提供城市级碳排放综合监测和数据采集。

二是数字孪生城市利用基于数据和模型的模拟推演能力，在涉及碳多元异构数据元素的基础上，实现对整个城市碳高峰时间和碳中和时间的准确预测、分析和推演，在虚拟世界模拟、物理世界实施和虚拟服务现实是数字孪生的价值精髓。

第三，数字双胞胎城市利用全要素数据整合、分析和决策能力，实现城市碳资产的科学管理和合理配置。在图中，平衡经济社会生产生活各行业和领域的发展需求，动态灵活地实现碳资产的配置和调度，最大限度地提高发展和降碳的综合效益，帮助城市实现高质量发展。