長江存儲創“芯”發展背后的數字化力量
803芯片被譽為現代工業的“糧食”,但在小小的芯片背后,是周密的設計、復雜的流程和精密的工藝,這意味著芯片生產本身就是一個高度數字化的過程。長江存儲專注于3D NAND閃存的設計和制造,為了構建能夠滿足高端制造業務需求的數字化平臺,以前瞻的理念、大膽的革新,實現...
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“雙碳”目標一方面將改變行業的供需、產業鏈等,另一方面也會促進企業轉變發展模式以實現可持續發展。作為“雙碳制造中嚴格執行國家相關要求,積極參與綠色標準的制定。
當今人類活動所導致的溫室氣體排放與日俱增,致使全球氣候變暖,由此給人類的生存環境帶來極大的不確定性。減少人類活動的碳排放,實現碳中和,已經成為全球各國的主流共識。在碳中和的趨勢下,世界各國又一次站在了能源革命的轉折點,相關產業將迎來深刻變革和轉型發展。
為什么要強調“雙碳”
“雙碳”是“碳達峰、碳中和”兩者的簡稱。碳達峰就是指碳排放達到峰值,一個經濟體(或地區)二氧化碳年排放量達到最大,之后年排放量進入平穩期,并逐步進入負增長。碳中和是碳排放量等于碳吸收的量,并不是指我們從此以后不再排放碳。
工業革命以來的短短200多年時間里,人類通過燃燒化石燃料,向大氣層釋放了地球經過數億年才累積在地殼內部的碳資源。隨著大量的二氧化碳等溫室氣體被釋放到空氣中,地球的平均溫度越來越高。相比工業化之前,全球平均溫度因人類行為升高至少1攝氏度。地球變暖導致各種災難更加嚴重,例如炎熱的天氣將會增加;冰川融化,海平面逐漸上升;颶風和暴雨將越來越猛烈;山火變得更頻繁更具破壞性;生物的多樣性遭到毀滅性破壞等等,在人類生活的時間尺度上,這些劇烈變化將嚴重影響人類的生存。
全人類對溫室氣體導致氣候變化的問題越來越重視,減少溫室氣體的排放以應對氣候變暖已逐步成為世界范圍內的共識,美國、日本和歐盟提出2050年前達到碳中和。
控制全球溫升關乎全體人類的共同利益,是“碳中和”的根本目的。對于中國,把握雙碳戰略的主動權,不僅關乎提升能源安全性,還將驅動制造業升級、綠色可持續發展,從而改善我們的生活環境。
圖1 世界主要國家(地區)碳排放量圖
實現雙碳目標是我國未來幾十年的重大戰略任務。“碳達峰”是實現“碳中和”遠景目標的關鍵性節點,如圖1所示,碳達峰的時間和峰值高度直接影響碳中和實現的時間和難度,碳達峰時間越早,留給實現碳中和的時間域量越大;碳峰值越小,實現碳中和難度就越小。因此碳達峰是碳中和的先導,降碳將貫穿在整個過程中,所以,我們需要直接將目標集中在碳中和上。
“雙碳”引起廣泛產業變革
“雙碳”戰略目標展示了中國綠色發展的決心,也對國家未來能源消費的結構提出了巨大挑戰,必然倒逼高碳產業結構進行變革和升級,將推進能源生產、能源消費向著清潔低碳的方向轉變,推動工業革命、能源革命、技術革命和消費革命四大革命實現持續突破,形成新的產業循環發展體系,進而影響到社會經濟體系的全面深刻轉型。
全球每年向大氣中排放的溫室氣體總量大約有510億噸。這里指的510億噸為二氧化碳當量CO2e 。突破能源聯盟將產生溫室氣體的人類活動分為5大類,即生產和制造、電力生產和存儲、種植和養殖、交通運輸、取暖和制冷(注:不同機構分類方式不完全相同),如圖2所示。
圖2 源于人類活動的溫室氣體排放量占比
目前,生產和制造產業的二氧化碳排放量在全球總排放量占比31%,是5個分類中最高的,主要原因是傳統的生產過程會產生大量的二氧化碳。現代化城市離不開水泥、鋼鐵等材料,但水泥、鋼鐵的生產制造過程中產生了大量的二氧化碳。如生成1噸水泥大約會產生1噸二氧化碳,生產1噸鋼鐵大約產生1.8噸二氧化碳。這就需要通過科技創新,研發出低碳或者零碳的制造工藝,以及通過開發成本低的碳捕捉方案,來解決生產和制造領域的降碳問題。
圖3 世界電力結構
電力生產造成的溫室氣體排放量在全球總排放量中所占比例為27%,但它所代表的解決方案的作用遠超過27%。目前化石能源給全世界提供約三分之二的電力,圖3所示為世界電力結構。如果用綠色清潔能源替代化石能源,就可以大幅減少二氧化碳排放量。清潔能源包括風能、太陽能、水能、以及裝備有碳捕獲設施的化石能源電廠。風能和太陽能是間歇性的,如夜間沒有太陽能,而冬天太陽能不足,這就需要電能的儲存。而大規模的電力儲存是非常困難的,成本高昂,所以間歇性能源的儲存需要技術的創新來支持。
在交通運輸、取暖和制冷方面,由于使用化石能源而產生的碳排放共占比23%,使用清潔電力可以解決大部分碳排放問題。比如電動汽車、電動公交車,電力動車組,取暖和制冷的空調用電等。另外還可以使用清潔燃料來降碳,如氫燃料,目前也需要技術創新來壓低成本。
種植和養殖活動涵蓋農業、林業和其他土地利用,包括動物飼養、農作物種植、樹木采伐等人類活動。該領域包括了多種溫室氣體排放。化肥使用中會產生一氧化氮,每年由此導致的溫室氣體超過13億噸。全球范圍內牛的養殖規模約10億頭,每年打嗝和放屁所排放的甲烷,相當于20噸二氧化碳。種植和養殖同樣需要技術創新來降碳。有些公司已經在開發化肥添加劑,減少溫室氣體的排放。另外通過改良牛的品種,減少甲烷的排放,同時也有的公司研制人造肉滿足人們對肉類的需求。
而實現碳中和意味著所有這些產業的碳排放之和為零。通過梳理主要產業碳排放的來源,可以看出清潔能源和技術創新是實現碳中和的關鍵;清潔能源的轉化、存儲,同樣需要科技的創新來提高效率和降低成本,從而真正發揮關鍵作用;同時,節能和數字化技術在碳中和的路徑中也必不可少。這些產業的技術創新必然會帶來新一輪的產業變革。
首先,溫室氣體排放主要是化石能源消耗帶來的,能源結構的改變是碳中和的必由之路。化石能源將逐漸被清潔能源替代,風電、光伏、水電等能源電力將逐步增加。在這一過程中,清潔能源電力技術創新是關鍵。儲能系統通過負荷管理進行電網調峰可以有效提高可再生能源發電的可靠性和穩定性,所以當前需要可再生能源發電與儲能技術結合的技術創新。
其次,生產和制造產業降碳面臨挑戰。鋼鐵行業脫碳會提高鋼鐵生產成本,而降碳主要圍繞兩個途徑,一是降低碳排放,降低能源消耗總量,提高窯爐熱效率,提升能源轉換和利用效率;二是使用新工藝,提高清潔能源使用比例,加大太陽能、風能、水能等可再生能源利用,發展以氫氣還原代替焦炭燃燒的煉鐵技術;針對現有高爐排放的廢氣,研發使用二氧化碳捕集、存儲與利用技術。水泥行業中的脫碳同樣也充滿挑戰,包括研發使用天然氣、水電等清潔能源,發展替代燃料,窯爐協同提高燃料替代率,增加生產流程中的碳固定技術,研發新型低碳混凝土等。
交通運輸行業低碳化主要依靠清潔電力普及替代。除了普及電動車外,人們會盡可能選擇清潔能源公共交通工具出行,共享汽車等新模式逐漸增長。交通運營模式應用大數據、云計算等技術可以實現公交轉地鐵等聯運模式;通過飛機更新換代、機體減重等實現油耗節省。交通運輸行業低碳化需要建立在電力清潔化的基礎上,而電氣化將會帶動基本金屬(例如銅)的需求提升。
“雙碳”下的投資機會
雙碳目標是我們實現可持續發展這一根本目的的政策工具。有遠見的國家或者企業,必然會抓住新一輪科技革命和產業變革的歷史性機遇,推動疫情后世界經濟“綠色復蘇”。
當前中國的年碳排放總量大約100億噸。據多個不同機構測算,我國實現碳中和目標所需的總投資規模在90至140萬億元之間,投資和市場空間巨大。高盛預計中國到2060年的總體投資機會為16萬億美元:其中9萬億美元將投向發電領域,包括電網和電力儲存升級;1.2萬億美元將投向新能源交通運輸基礎設施;約1.2萬億美元將投向碳封存(碳捕集和自然碳匯);2.6萬億美元將投向交通運輸系統、工業和供暖領域的氫能基礎設施。
企業的發展投資方向需要緊密貼合清潔電力和相關技術創新。中國80%以上的碳排放來自于兩大排放行業:發電、工業,這意味著中國的能源結構轉變是脫碳進程的決定因素之一。所以產業變革下投資機會主要在可再生能源、清潔氫能和碳捕集技術等領域,涉及的主要技術方面如下:
電能替代技術。電能將成為最主要的能源利用形式,生產制造領域電熱替代,交通領域電動汽車與氫燃料電池汽車技術,建筑領域電采暖技術等,以及電制氫等電制燃料與原材料技術等。同時通過技術創新,提高用電效率。這些配套設備和集成設施將帶來巨大投資機遇。
清潔能源技術。通過技術創新,使太陽能、風能為代表的清潔能源發電成本不斷下降,未來與化石能源相比具有市場競爭力。氫能作為清潔能源對構建綠色、低碳、經濟、多元化的能源供應體系具有重要意義。氫能利用在靈活性發電、氫能交通、工業替代、以及建筑采暖等領域具有廣泛應用前景。有數據預計2060年我國氫能產量將達到6000萬噸,在能源供應結構中占比將超過10%。
碳捕捉、利用與封存技術(CCUS)。在生產過程中將二氧化碳從排放源中分離,然后捕捉、直接加以利用或封存以實現二氧化碳減排的過程。暫時無法實施零碳的產業,通過安裝碳捕捉設施降碳,技術創新使碳捕捉的成本達到可接受程度是關鍵。
能源互聯網是清潔能源大規模優化配置的基礎。能源互聯網以智能電網為基礎,通過新能源、儲能、智能調控和多能轉換等技術,實現清潔能源廣泛接入與終端供能網絡相互聯通。通過數字信息技術對傳統能源系統進行智慧賦能,實現能源的精準配置和高效利用。通過智能調度實現電力供給側和需求側的縱向靈活互動,利用綜合能源服務實現不同能源品類的橫向動態互補。總之未來電力系統離不開廣覆蓋、低延時、高可靠的先進通信技術的支撐。
數字化技術。產業數字化、工廠數字化是未來趨勢,挖掘和利用大數據、機器學習等智能技術與設備替代人工,實現“黑燈制造”。通過智能化運維,可實現能源和設備的協同調度,大幅降低運維成本,延長設備壽命,節能增效。有研究表明,節能提效對我國實現2030年前碳達峰目標的貢獻將超過70%,數字化技術的普及可以帶來能源使用的系統化、智能化、協同化,通過數字化產業技術升級,提高能效,實現技術節能。
而“雙碳”目標一方面將改變行業的供需、產業鏈等,另一方面也會促進企業轉變發展模式以實現可持續發展。
數字化是雙碳戰略實現的關鍵抓手
每個環節都離不開數字化,能源數字化、工廠數字化等當前已在進行中,通過利用數字化的技術來感知各節點,做到全流程監測,節能增效實現減排,整體上用數字化來驅動碳中和的科學執行。所以數字化是雙碳戰略實現的關鍵抓手。
新華三集團深耕通信行業數十載,擁有先進通信技術,是數字化解決方案領軍廠商,對國家“雙碳”戰略有深度理解和研究,將從自身和賦能產業全面執行“雙碳”戰略。
作為“雙碳”戰略堅定的踐行者,新華三集團在設計、生產和制造中嚴格執行國家相關要求,積極參與綠色標準的制定。通過產品和技術創新,不斷降低新華三產品的能耗,使數字化技術產品本身節能增效。通過全面上云推動遠程辦公發展,降低通勤碳排放和社會能源消耗。新華三還啟動了公司內部“雙碳”能源機房建設工程,預計每年節省電費近億元。
新華三集團通過持續技術創新助力產業數字化轉型,利用數字化技術賦能能源、建筑、交通、工業、農業等碳排放重點行業,有效支撐多能互補、節能減排,提高能源使用效率,實現高碳產業向綠色低碳轉型。新華三通過參與數字政府、數字社會建設,助力城市建設運營的碳排放規劃、管理和優化。依托數字化解決方案,賦能城市與行業重構發展模式,幫助產業實現全面的提質增效和綠色發展目標。另外,新華三在積極推動自身數字化轉型的同時,還積極攜手產業鏈合作伙伴構建“雙碳”戰略的社會責任共同體,將在未來繼續做好“雙碳”戰略的踐行者和賦能者,和百行百業的伙伴共建綠色產業體系,助力雙碳戰略實現。
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