数字经济助力碳中和.docx
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1、数字化助力城市生活提效城排数字经济下,5G、AI等新型技术的崛起将赋能千行百业,我们不禁思考数字生活究竟离我们有多远?数字生活 究竟如何实现碳中和?对于个体而言,常息城市”将使我们切身感受到智慧城市融合城市管理和数字技术,通 过数据管理优化城市运行后为居民带来的便捷与高效。“智慧城市”的概念由IBM于2008年提出,后在各国政府层面获得了广泛关注。我们认为,智慧城市并非一个 严格概念,是将城市管理同数字化技术结合的一种思路。随着5G网络、云计算、物联网、人工智能等新一代信 息技术逐步落地,科技生态环境日趋成熟,城市智能化、精细化管理得以实现,有助于解决城镇化进程中的各种 难题。据Markets
2、 and Markets统计,2018年全球智慧城市市场规模为3,080亿美元,2023年规模将提升至 7,172 亿美元,CAGR 为 18.4%智慧城市的应用场景有哪些?随着智慧城市建设进一步深化,众多新型城市应用场景和管理模式应运而生,助 力城市实现可持续开展。我们看到,智慧城市场保、交通、工业、能源、城市治理等多个场景已经有丰富且 具体的应用,例如环境监测、智能垃圾分类等智慧环保应用,车路协同、智慧停车、智能交通规划等智慧交通应 用,黑灯工厂等智慧工业应用,大数据精准治理、无人化治理等城市治理应用。图裹1:牙总城市总体架构资料来源:粗JK能智总城市白皮书榭&及中国联通,2020年二月)
3、,中金公司研究部图表12:搭SHR能平衡聚跳的II铁行业,排放*W少钢厂节能测算局部:钢铁行业全年消耗标煤(亿吨)6.5节能效率30%减少标煤排放(亿升)1.95每吨标煤妹产生二氧化碳(亿吨)2.70对应减少二氧化碳排放(亿千克)5,265所需数据中心碳排放消算局部:机柜数(个)150,000功耗(kW)7.5PUE1.3全年耗电(亿kWh)128.115对应二氧化碳排放(亿千克)127.73结论:每年二氧化碳排放减少净额(亿千克)5,137每度电减少二氧化碳排放量(千克)41.1资料来源:中国钢铁新闻网,中金公司研究部工业互联网平台帮助原料药企业降低能源本钱原料药的生产涉及合成、提取、发酵等
4、多种工艺需要水、电、冷、压缩空气、蒸汽等多品类能源使用,导致原料 药生产企业的能源本钱占生产总本钱的比例到达10%以上。浙江某原料药制造企业,在进行工业互联网平台改 造后,通过AI算法分析发现,将冷却水温度降低15左右并进行冷凝器清洗,可有效降低制冷机能耗、提高生 产效率。经过改造,该公司制冷机实现节能30%,运行效率提升10%,企业每月降低能源账单5%o根据该企 业的规模,我们认为支撑工业互联网平台运行所需的机柜数为1个,对应全年二氧化碳排放85,154千克,最终 实现全年二氧化碳排放净减少0.20亿千克,对应每度用电增加量带来234.63千克二氧化碳减排。图表13:工业互联网平台帮岫原科的
5、企业降低能iU本钢厂节能测算局部:钢铁行业全年消耗标煤(亿吨)6.5节能效率30%减少标煤排放(亿升)1.95每吨标煤妹产生二氧化碳(亿吨)2.70对应减少二氧化碳排放(亿千克)5,265所需数据中心碳排放消算局部:机柜数(个)150,000功耗(kW)7.5PUE1.3全年耗电(亿kWh)128.115对应二氧化碳排放(亿千克)127.73结论:每年二氧化碳排放减少净额(亿千克)5,137每度电减少二氧化碳排放量(千克)41.1资料来源:泛的网,中金公司研究部水泥生产企业工业互联网改造后显著降低煤炭消耗水泥制造是一项高能耗、高污染的产业,制程中需要燃烧大量的煤炭以维持i,4o(rc以上高温的
6、生产环境。某水 泥企业经过工业物联网改造后,实现年节约6.44万吨标煤,对应二氧化碳减排1.74亿千克,同时减排SO2约 1,060吨、粉尘1.61万吨。根据该企业的规模,我们认为支撑工业互联网平台运行所需的机柜数为5个,对应 全年二氧化碳排放425,769千克,最终实现全年二氧化碳排放净减少1.73亿千克,对应每度用电增加量带来 407.17千克二氧化碳减排。图表14:水泥生产企业工业互联网改造造显降低煤炭消耗水泥厂节能测算局部:水泥厂全年消耗标煤(万吨)128.8节能效率5%减少标煤使用(万吨)6.44每吨标煤妹产生二氧化碳(万吨)2.70对应减少二氧化碳排放(亿千克)1.74所需数据中心
7、碳排放测算局部:机柜数(个)5功耗(kW)7.5PUE1.3全年耗电(亿kWh)0.0043对应二氧化碳排放(亿千克)0.0043结论:每年二氧化碳排放减少净额(亿千克)1.73每度电减少二氧化碳排放量(千克)407.17资料来源:中国能源网官题,中金公司研究部科技行业如何降能增效? AI与多稗技术共同助力节能我们在前两节讨论了科技是如何助力各种行业的不同应用场景实现节能减排,测算了碳排放的净减少量,科技行 业属于高耗能行业,在为千行百业赋能以及助力减排的同时,科技行业如电信运营商及数据中心自身是通过何种 手段实现节能流摔?我们先通过案例可以看到AI已经广泛用于通信行业的电能使用的优化中,然后
8、再具体分析 了 5G基站和数据中心的降耗举措。AI节能技术如何帮助能耗大户减排?AI算法可用于IDC的运维和管理,优化其电能使用。AI技术已经在故障预测分析、系统性能调优、内部服务等 方面有所应用,可实时对数据中心环境控制,如通过控制冷却系统实时资源调配以降低能耗。比方在谷歌、万国 数据、中兴通讯等企业中都能看到AI助力的身影: 谷歌:2016年,谷歌联合DeepMind将AI系统部署于数据中心,通过控制IDC的服务器和制冷系统等部 分组件来减少能耗,报告说明DeepMind Al将谷歌公司的数据中心冷却费用减少40%。 万国数据:在国内率先采用AI数据中心布局,目前弱电和软件开发设计都要确保
9、未来能够做到AI适用,实 现基于AI算法进行控温,以及利用机器人进行自动巡检、故障自动应急等,大大降低对运维人力的需求以 及大幅灾难预警的敏捷性。 中兴通讯:基于自研的Al Explorer平台开发的AI算法系统,能够基于采集自制冷系统、电力系统的数据在 AI中台进行数据治理,基于AI算法学习优化运行策略,通过调控参数实现最高可达15%的节能效果。图表15:中兴通讯Al平台致据洽理使用的关健特征政 : . : . . 1 :、0制冷系统电力系统室外干球过度 室外湿球温度 室外相对X度 室外相对湿度 室内洱度冷水机组数量冷冻泵频率冷却水供回水温度冷冻水总管流量冷冻水供回水温度冷却塔运行状态冷却泵
10、运行状态IT负载电压电池状态有功功率柴油发电用性行状态杵却系统总负载UPS/HVDC运行状态电流资科来源:公司官网,中金公司研究部5G时代,AI技术能够提高基站的适应性来实理智慧节能。实现随着AI技术的不断成熟,基于AI的智能节能技 术方案可以实现多制式网络的整体节能效果,在无线接入网具备较强的灵活性、扩展性及持续演进能力。AI系统 能够基于历史数据构建学习模型,并通过不断产生的实时数据对模型进行修正,实现“智慧节能”的效果。中兴 通讯提供的AI节能方案自2019年起已在国内多地运营商部署,累积应用规模超过10万小区,经验证该方案可 有效降低基站10%15%的能耗,每千站点可实现年节电150万
11、200万度。比方典型的功能有: 节能场景识别:在小区场景中,AI系统能够自动识别基础覆盖小区和补热笆,支持与基站设备及OMC管 理平台的接口,热点覆盖小区可根据业务量等指标变化进入节能模式,实现更灵活的节能效果。 业务测:基于AI算法、现网基站数据及训练业务负栽模型,实现对网络业务负荷的精确预测。通过预测 业务流量的潮汐情况,提前制定相应措施调控业务负载性能,从而提升用户体验。 节能策略选择:基于业务预测结果,通过强化学习算法实现对节能策略的自动选择、调整、配置更新和自动 执行功能,同时满足预设置的节能目标和KPI目标。14请仔细克读在本报告尾部的重要法律声明图表16:基于ai的节能策咯选择m
12、型符号间隙关断小区(属性)资料来源:厘于AI的5G甚站节轨术研究)(电子技术应用3519年止,期),中金公司研究部设备、站点、网络层多层发力,实现共建共享模式下5G基站节能降耗具体到通信运营商行业,5G时代的到来也带来了能耗的增量。5G网络建设耗能如何?按照中国通信标准化协会 的数据,目前运营商5G基站主设备样品空载功耗约2.22.3kW,满载功耗约3.7-3.9kW,我们按照2019年3.85 kW预测,随着设备节能化迭代,我们预计5G基站平均功率到2025年降至3.3 kW左右,基站休眠等技术使得 基站无需满负荷运转,同时伴随2/3G网络的逐渐退网、5G基站建设速度趋于温和增长,我们认为能
13、基站整体耗 将得到有效控制并趋于平缓,预计到2025年,5G基站全年耗电量将有效控制在793亿千瓦时。CICC图表17:三大运营商基站耗电预测2G 0& (U)80808032248FlUiZ KM0.80.83Gs 6 ()5.55.55s5.55.55.52.82.1-?Ui:h(kWj0.80.84G06 (E)241309315318320321321TlUii (kw)5GO6()64175105135165195平均功率(kW)3.853.853.853.663.483.303.3CiZ4(kWh2,806,2363,631,0424,867,1295,134,4415,526,9
14、705,715,6145,798,5166,019,575lfUl(fi/kWh0.650.650.650.650.650.650.656.=. (Zl)1822363163343593723773912.48%3.16%4.21%4.30%4.4T%4.58%4.61%4.72% - - - -平均功率(kW)0.8080.80.80.80.80.80.63G站数(万)3.23.23.23.23.23.21.61.(平均功率(kW)0.80.80.80.80.80.80.80.84G06 (E)138159165168170172172172iuizl (kW)5G66 (E)421.558
15、.576.594.5112.5i.ci ik )38s3853.853.663.483.30330.ut (kWh1,606,8901,934,0692,579,5672,T49,6953,O1T,5853,166,8183,239,6613,388,260lf(jl(fi/kWh0.6S0.6S0.650.= (Zl)1041261681791962062112206 WAft2.77%3.35%4.37%4.49%4.T2%4.T5%4.69%4.74%HUiZ (kw)0.80.83G 0S2 tT)2.3232.32.3FlUiZ (kw)0.R0.80.80.80.80.80.80.
16、84GB B ()99150I5s158160160160Fliiiz fhvj1.01.01.01.01.01.01.01.05G OB (U)435.947.959.971.983.”/38s舞$38s366348330330(24(kWh1,152,7691,672,1342,196,5972,589,1352,646,0762,662,1812,658,5082,724,325lfUl(fi/kWh0.650.650.650.650.650.650.650.= (Zl)751091431681721731731776 WAIL2.58%3.74%4.76%5.40%5.2T%5.10%
17、4.96%4.95%1三大运ti商合计2/3G基站数(万)17017017094.46S.326.94.44.44G基站数(万)47860963064164865365365?5G基站数(万)14.079.6151.4211.4271.4331.4391.42/3G基站耗电员(亿kWh)119.1119.1119.159.538.915.12.32.14G基站耗电量(亿kWh)437.5557.3576.6528.0504.1478.1448.2418.35G基蛀电我耗电量CZkWh:47.2268.6459.8576.1661.3719.2792.8总辕电至(亿kWh)S56.6723.79
18、64.31,047.31,119.11,154.51,169.71,213.22/3C基%电翦(亿元)77.477.477.438.725.39.81.51.44G基站电费(亿元)284.3362.3374.8343.2327.T310.8291.3271.5Gss站电箜(亿元)0.030.7174.6298.9374.5429.8467.5515.3电特合计(亿兀)361.78470.42626.81680.76727.39750.40760.28788.592/3G基拈电费占比21%16%12%67。37o17ogo4G基站电费占比79%77%60%50%45%41%38%34%5Ga贴图
19、费占也V7o77o28%44%51%57%61%65%1616连T的冢证仕本报会尾部匕史要京坦六联从软硬件技术角度来看:通信基础设施架构升级是趋势,包括基站设备层、站点层、网络层的 多级优化基站设备层:提高AAU能效是解决能耗痛点的有效方式o基站设备中,射频功放能耗最高,因此从功放模块、 数字中频、基带模块、收发机等对功耗影响较大的关键器件入手进行技术提升能够最大程度提高AAU设备的能 效,例如通过提升半导体工艺水平及更新换代来减少芯片面积从而提高集成度和处理能力,不但能进一步降低基 站设备功耗,还可大幅提高5G系统性能站点层:基于软件功能及AI技术实现站点节能。通过引入AI技术,能够针对每个
20、小区的不同时点进行精准分析 及预测,实现精细化、定制化的节能策略,做到“一站一策、一时一策”,在保障用户体验的前提下通过精耕细 作的方式充分挖掘节能潜力。网络层:多网协作节能技术实现降低现网能耗目标05G部署后,未来将出现4G TDD/FDD与5G NR共存的状态。 中国移动研究院表示,多网协作节能技术可以基于特征聚类和神经网络算法对5G设备级节能功能进行参数优化, 实现设备级节能功能效果最大化,适用4G/5G有较多重叠覆盖的网络场景。中国移动研究院表示业内已完成相 关4G系统(MCES)的开发,现网测试结果显示,4G网络每万小区年节电目前超过40万度,5G网络接入后总 体节电效果将更明显。图
21、表18: 5G暮站节能技术推进计划耳带E片能力:3芨波(6微道) 每翅波彳高下行16法&上行8流 基带名片工艺:7nm工艺耳带E片能力:3芨波(6微道) 每翅波彳高下行16法&上行8流 基带名片工艺:7nm工艺基带芯片能力:3。波(桐道) 每载波*高下行16流&上行8流 基带晶片工艺:5nm工艺*GaN%放比例:80%设备级*整机功耗:相比上年明卬8%*GaN%放比例:80%设备级*整机功耗:相比上年明卬8%卓GaN功放比例:98%GaN功放比例:100%* *整机功班:相比上年降低10%蹙机功班:相比上年降低8%*变帧关断、通道关断、濠度体IE外场潸试*亚帧关斯、通道关斯、深度体时诲商用站点
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