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在中国四川省成都看到了一条类似于大熊猫的新能源悬挂铁路的测试线。
报告

整合中国的数字技术和能源管理

能源是中国和世界其他许多地方的主要挑战。在人口老龄化与经济发展需求之间,中国在管理能源资源,促进空气质量和长期增长方面面临困难。该国人口迅速增长,这对预算分配和投资决策产生了重大影响。

叶琦

气候政策倡议组织主任

Former 布鲁金斯Expert

在本文中,我们着眼于技术创新改善中国能源管理的能力。我们回顾了人口和经济趋势,以及这些模式对能源消耗和自然资源的影响。此外,我们还将研究智能电网,智能电表,可再生能源,新兴技术以及中国的Internet Plus,作为管理该国能源未来的可能方法。最后,我们提出了一些前进的建议。在基础设施建设,连接电网,促进互联互通,改善农村数字接入以及将数字服务整合到整体经济中取得进展非常重要。

人口老龄化

预计从现在到2050年,中国人口将迅速增长。虽然目前65岁以上的人口比例约为10%,但到2050年,这一数字将上升至33%以上(见图1)。 1 这种急剧增加将给社会服务预算和资源分配带来巨大压力。它将需要将大量资金用于医疗保健和收入维持,并将以许多不同方式影响规划决策。总体而言,这一转变证明了有效管理能源消耗的重要性,因此社会有足够的资金来满足紧迫的人类服务需求。

经济增长放缓

经济增长仍然是该国的重要优先事项。预计到2028年,中国的人口将达到14亿,因此,中国继续发展经济以提供就业和维持经济繁荣至关重要。2

但是,要在经济增长和环境质量之间找到适当的平衡是困难的。拟议的气候变化规则在省一级引起争议。3 行业官员担心,过于严格的法规会减缓增长机会。他们与政府领导人一道,试图设法同时实现两个目标。

这些挑战迫在眉睫,因为近年来国内生产总值增长显着放缓。如图2所示,年增长率从2014年1月的7.6%下降至最近三个季度的每年6.7%。4 这给创造就业机会和政府财政带来了压力。如果这种增长持续下去,将给政治领导人带来巨大压力。

能源需求

即使经济放缓,能源消耗仍在继续上升。

这些社会趋势对能源使用有重要影响。即使经济放缓,能源消耗仍在继续上升。图3显示了过去几十年来人均使用的总能量。这些数字表明经济发展需要高水平的能源。即使以降低的速度,不断增长的能源需求也需要获得用于制造和生产的能源和原材料。 5

2016年的数字显示了所需的能源。据新华社报道,该国需要5.5亿吨原油,205立方米天然气和39.6亿吨煤炭来维持目前的经济活动。6 中国在能源领域的行动将对全球市场产生重要影响。

空气质量测量

环境保护是中国领导人的当务之急。图4显示了2016年1月至2016年9月每小时测量的小颗粒物质(PM2.5)的空气质量数据。7 每立方米150微克以上的水平被认为是不健康的,这些数据表明,国会大厦城市一年通常有200天空气质量不健康。

图4:2016年北京的颗粒物阅读

GS能源管理报告图4

不安全的读数会致命地危害公共健康。作为健康隐患的标志,每年估计有350,000至500,000中国人因空气污染而死亡。8 舆论调查显示,改善空气质量是中国的重中之重。9 皮尤研究中心的一项研究发现,有76%的中国居民认为空气污染是一个大问题。10

专注于可再生能源

为了解决环境问题,中国计划者已经在可再生能源上进行了大量投资。美国国家能源管理局(National Energy Administration)的主管部门宣布,计划到2020年在替代能源上花费超过3600亿美元。11 中国政府已经颁布了到2020年将非化石能源的15%来自能源的目标。12 为此,它于2005年颁布了《可再生能源法》。领导人“对所有用电征收费用,并将这些资金用于开发新的可再生能源项目。” 2009年,它还“要求电网运营商购买所有可再生能源生产的电力”。13

这两项行动都刺激了对可再生能源的投资。一种来源是水力发电,因为中国是世界上最大的电力生产国。它还在风能和太阳能方面进行了投资,并已成为每个领域的全球领导者。该国具有远见卓识,认识到减少对煤炭的依赖和向可再生能源发展的重要性。总体而言,官员们预计这项投资将创造1300万个新的就业机会。14

智能电网

连接电网是一项战略,可以帮助各国更有效地处理能源。它允许将来自各种不同区域和电源的电源连接起来并分配给最有效的使用方式。

智能电网通过使用技术优化生产和分配来提高效率。通过组合分布式资源,交互式技术,可再生能源,双向通信和动态利用,它们为企业和消费者提供了信息,使他们能够根据供应,需求和定价来改变其消费。这提高了能源使用的可靠性和灵活性。

最终,目标是跨越国界移动电力。

中国领导人已经设想到2050年建立全球电力网络,这将有助于中国应对空气质量和气候变化。该倡议被称为“全球能源互连”,旨在连接中国的北部,东部和中部电网,并实现长距离电力传输。15 它将建立在“全球超高压电网”上,并将风电场和太阳能发电场与其他能源连接起来。最终,目标是跨越国界移动电力。

智能垃圾桶,智能电表和资源管理

智慧城市计划正在使用传感器和数字设备来管理城市服务交付,并帮助人们应对日常生活中的不便。在每个城市中,垃圾收集都是重中之重,但是当前的系统效率很低。垃圾车有固定的上车时间表,无论垃圾箱是否已满。通过传感器,数字设备可以在垃圾箱已满并且需要清空时通知垃圾服务。这使驾驶员可以最有效地分配他们的接送时间表,并为他们的城市客户提供最佳服务。

随着中国城市化进程的迅猛发展(见图5),对数字解决方案的需求已经上升。例如,城市化的百分比已从1953年的13%上升到2030年的预计60%。16 在这种情况下,重要的是有效管理自然资源并应对大都市地区的环境挑战。

传感器在水管理中也很有用。例如,它们有助于识别和管理输水管线中的泄漏。一些研究估计,美国社区“在分配系统泄漏的过程中可能会损失多达30%的产品”。17 为了解决这个问题,可以在污水处理厂和地下管道中安装传感器和先进的计量基础设施,并帮助管理人员查看何时发生泄漏以及在流向最终用户之前损失了多少水。在基础设施老化的城市中,这表示官员可以监视泄漏并实时管理水。18

智能电表使人们可以知道自己如何用水,以及在给定用水量的情况下可以在哪里节约用水。例如,在加利福尼亚州,“计量结合有效的价格结构,可将用水量减少15%至20%。”19 迈阿密戴德县是另一个从先进的水表中获得积极成果的地方。这是一个广阔的区域,包含263个不同的公园。总体而言,这些娱乐区每年使用3.6亿加仑水,并在下水道和水上支出400万美元。在安装了智能城市系统之后,公园服务部门能够“远程监控用水量,发现渗漏并与其他公园和设施的同事共享信息……”。公园部门估计每年可减少20%的用水量,每年可节省860,000美元。”20

交通拥堵与​​自动驾驶

在中国北京市中心的傍晚高峰时段,汽车在颠簸中站着
2016年12月8日,中国北京市中心,晚上高峰时间的交通拥堵,汽车一触即发。REUTERS / Thomas Peter / File Photo– RTS128B4

几乎每个大都市地区的交通拥挤都是一个问题。21 “中国有35个城市的道路上有超过100万辆汽车; 10个城市的人口超过200万。在该国最繁忙的城市地区,约有75%的道路遭受高峰时段的拥堵。”总体而言,中国的私家车数量已达到1.26亿辆,比上一年增长了15%。22  仅北京市,就有560万辆汽车在运营。23

唐纳德·肖普(Donald Shoup)的研究发现,大都市地区多达30%的交通是由于司机在商业区中盘旋,以寻找附近的停车位。24 这是交通拥堵,空气污染和环境恶化的主要根源。汽车被认为是“造成气候变化的大约30%的二氧化碳(CO2)排放源”。25

此外,据估计,大城市交通拥堵的任何地方都发生在交通交叉口附近,占23%至45%。26 交通信号灯和停车标志的效率很低,因为它们是静态设备,不考虑交通流量。灯光已预先编程为在设定的时间间隔内保持绿色或红色,而不管来自特定方向的流量如何。

一旦自动驾驶汽车逐步使用并占据了大部分交通量,车载传感器将能够与智能交通系统结合使用,以优化路口交通流量。绿灯或红灯的时间间隔将是动态的,并且实时变化,具体取决于沿某些街道流动的流量。通过提高车流效率可以缓解交通拥堵。

长安汽车的开发工程师李增文在北京高速公路试车期间将汽车从自动驾驶模式移开
长安汽车的开发工程师李增文在2016年4月16日在中国北京的高速公路上进行自动驾驶试车期间,将手从方向盘上抬起。路透社/ Kim Kyung-Hoon– RTX2BA9H

 

根据RAND的一项研究,“ AV(自动驾驶汽车)技术可以通过比人类驾驶员更平稳地加速和减速来提高燃油经济性,将燃油经济性提高4-10%。”27 由于工业区的烟雾与车辆数量有关,因此拥有更多的自动驾驶汽车可能会减少空气污染。一项2016年的研究估计,“红灯或交通拥堵中的车内污染水平比交通移动时高40%。”28

共享的自动驾驶汽车系统还具有排放和能源方面的优势。德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员检查了诸如二氧化硫,一氧化碳,氮氧化物,挥发性有机化合物,温室气体和小直径颗粒物等污染物。他们的研究结果表明“当转向SAV系统时,所有排放物类的有益能源使用和排放结果”。29

Internet Plus和未来的教训

中国和其他地方最大的挑战是发展可持续未来的需求。有多种措施可以帮助实现这一目标。一键是基础设施投资。中国建立数字基础设施非常重要,以便为在线商务,能源网格和智能电表提供平台。

目前,在连接中国电网方面存在困难。布鲁金斯学者菲尔·瓦拉赫(Phil Wallach)表示,“生产能力和传输能力的需求在地理上存在重大不匹配。”这种差距有时意味着,由于无法将能源分配到其他地方,生产风力的西部地区必须将其发电量减少三分之一。30

生产能力和传输能力的需求在地理上存在很大的不匹配。

中国提出的“ Internet Plus”计划旨在促进互联互通,从而刺激未来的经济发展。它专注于新的可能性,例如云计算,大数据和先进制造。它的开发商寻求“将移动互联网,云计算,大数据和物联网与现代制造业相集成,以鼓励电子商务,工业网络和互联网银行的健康发展,并帮助互联网公司扩大国际影响力。”31希望该国可以使用这些工具来推动价值链从低端到高端制造业的发展。32

该策略对中国农村地区具有明显的好处。该国的互联网访问率仅为30%,而城市为60%。将服务不足地区连接到互联网将通过改善市场营销和引入作物监测系统来实现农业现代化。这是使用数字技术将农业带入21世纪的一种方式ST 世纪。33

将数字服务集成到互联的生态系统中是构建可持续经济的绝佳方法。具有有效的互操作性和连接的设备是最有效地利用自然资源的一种方式。智能电表为人们提供有关其自身消耗的信息,这有助于他们对能源做出明智的选择。各国政府可以通过商定连接设备的标准来促进这一过程。

将数字服务集成到互联的生态系统中是构建可持续经济的绝佳方法。

数字技术帮助每个国家弥合城乡鸿沟。在几乎每个国家中,农村地区服务不足的地区都缺乏数字基础设施,因此无法利用技术。企业和消费者都无法获得新方法的好处,也无法提高其他领域的生产力。使用技术缩小这一差距是改善能源管理的重要途径。


感谢Hillary Schaub在此项目上的有益研究协助。大卫·鲁宾斯坦基金会的支持为这项工作提供了帮助。

脚注

  1. 达雷尔·韦斯特,余晓晖,韩寒,杜家栋,魏留荣,乐成,张学礼,李海华,黄颖,孙可,李娜和约书亚·布莱伯格,“中美医疗保健, ”布鲁金斯学会,2014年3月13日,第9页。
  2. 经济学家,“全球人口预测”,2015年8月4日。
  3. 菲尔·瓦拉赫(Phil Wallach),“中美两国是否准备好,愿意并且能够实现巴黎协定的目标?”布鲁金斯有效公共管理机构中心,2016年11月。
  4. 贸易经济学,“中国GDP年增长率”未注明日期。
  5. Andrew Stocking和Terry Dinan,“中国的增长能源需求”,国会预算办公室,2015年6月,第4页。
  6. 亚当·罗斯(Adam Rose),“中国看到2016年的能源消费量将上升”, 路透社,2015年12月29日。
  7. 美国国务院空气质量监测计划,2016年11月8日, www.stateair.net/web/historical.
  8. 西川绘里(Eri Saikawa),“中国的空气污染之战”,中国研究中心,2014年10月15日。
  9. Didi Tatlow,“中国空气质量研究有好有坏”, 纽约时报,2016年3月30日。
  10. 高Gao,“烟雾笼罩北京,中国城市将空气污染列为主要关注点”,皮尤研究中心,2015年12月10日。
  11. Andrew Stocking和Terry Dinan,“中国的增长能源需求”,国会预算办公室,2015年6月,第12页。
  12. Andrew Stocking和Terry Dinan,“中国的增长能源需求”,国会预算办公室,2015年6月,第12页。
  13. Andrew Stocking和Terry Dinan,“中国的增长能源需求”,国会预算办公室,2015年6月,第13页。
  14. 迈克尔·福赛斯(Michael Forsythe),“中国计划大幅增加可再生能源的支出” 纽约时报,2017年1月6日,第A6。
  15. 未来主义,“中国希望打造50万亿美元的全球风能&到2050年实现太阳能发电,’2016年4月4日, 陶氏 琼斯通讯社2016年3月30日,“中国国家电网构想全球风和日光发电网络”。
  16. 1953年至2010年的数字来自中国统计局《全国人口普查基本统计》,网址为 www.stats.gov.cn。 2030年的预测是基于Karen Seto,“我们应该对中国的城市化有什么了解?”, 耶鲁见解,2013年11月1日。
  17. 安吉拉·戈德温(Angela Godwin),“先进的计量基础设施:水行业的驱动力和收益”, 水世界,未注明日期。
  18. 本部分的内容来自Darrell M. West,“中国,欧洲,日本,韩国和美国的无人驾驶汽车,布鲁金斯技术创新中心”,2016年9月。
  19. 太平洋研究所,“加利福尼亚州的计量”,2014年9月。
  20. 迈阿密戴德国家概况介绍,``更智能的水管理:公园,娱乐场所和开放空间'',未注明日期。
  21. 本部分的内容来自Darrell M. West,“中国,欧洲,日本,韩国和美国的无人驾驶汽车,布鲁金斯技术创新中心”,2016年9月。
  22. 李书福,“为中国的自动驾驶汽车铺平道路”, 华尔街日报,2016年4月21日。
  23. 克里斯·巴克利(Chris Buckley),“北京的电动自行车,电子商务的轮子,面对交通的强烈反对”, 纽约时报,2016年5月30日。
  24. Daniel Shoup,“为停车而游” 访问,第30卷,2007年,第16-22页。
  25. 布鲁斯·温德尔特(Bruce Weindelt),“产业的数字化转型:汽车工业”,与埃森哲合作举办的世界经济论坛,2016年1月,第1页。 4。
  26. 2016年7月12日,百度专家访谈。
  27. 詹姆斯·安德森(James Anderson),尼迪·卡拉(Nidhi Kalra),卡琳·斯坦利(Karlyn Stanley),保罗·索伦森(Paul Sorensen),君士坦丁·萨马拉斯(Constantine Samaras),奥卢瓦托比·奥卢瓦托拉(Oluwatobi Oluwatola),“自动驾驶汽车技术:政策制定者指南”,兰德公司(RAND Corporation),2016年,第1页。 xvi。
  28. 塔蒂安娜·施洛斯伯格(Tatiana Schlossberg),“卡在交通中,污染了我们的汽车内部,” 纽约时报,2016年8月29日。
  29. 丹尼尔·法格南特(Daniel Fagnant)和卡拉·科克尔曼(Kara Kockelman),“使用基于主体的模型场景的共享自动驾驶汽车的旅行和环境影响”在93号会议上发表rd 2014年1月在华盛顿特区举行的运输研究委员会年度会议(也发表于 交通研究C部分,第40卷,2014年,第1-13页。
  30. 菲尔·瓦拉赫(Phil Wallach),“中美两国是否准备好,愿意并且能够实现巴黎协定的目标?”布鲁金斯有效公共管理机构中心,2016年11月,第1页。 9。
  31. 张健,《中国的“互联网+”战略》,福布斯,2015年4月19日。
  32. 林肯·戴维森(Lincoln Davidson),““互联网+”与中国农村经济的拯救”, 外交官,2015年7月17日。
  33. 林肯·戴维森(Lincoln Davidson),““互联网+”与中国农村经济的拯救”,外交官,2015年7月17日。
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