数字技术赋能零碳城市建设白皮书

版权声明： 本白皮书版权归属中国联通智能城市研究院和武汉大学，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告内容的，应注明来源。违反上述声明者，将追究其相关法律责任。 主编单位：中国联通智能城市研究院、武汉大学参编单位：上海联通智慧城市研究院 前言 城市的运作与人类活动密切相关，自工业革命以来，人类经济活动产生了大量碳排放，使得大气CO2浓度上升了75%，造成全球气候变化和极端气候灾害频繁发生。城市是人类生产生活的主要场所，虽然城市面积仅占不到陆地面积的3%，但城市是碳排放最集中的区域。碳达峰、碳中和双碳战略是指引我国未来可持续社会经济发展变革的基本方向，要实现“双碳”战略目标，构建“零碳”城市是必然要求，是落实“双碳”战略计划的基础环节，也是未来绿色发展科学规划的一部分。 近年来，国家在“零碳能源”、“零碳建筑”、“零碳家庭”、“零碳交通”等城市功能系统上的重视程度和投入逐年增强，尽量减少碳的排放量（碳源）。另一方面，城市本身也包含大量的植被覆盖，如城市森林、城市农田、城市草地等绿色植物，城市热岛及相对较高CO2浓度环境，使城市绿地发挥其生态服务功能，实现更高效率的固碳（碳汇）。“零碳”城市并非追求“零碳”排放，而是碳排放和固碳的均衡，即净“零碳”。提升城市植被固碳能力，可以抵消城市碳排放，从而实现城市的“近零碳”、“零碳”甚至“负碳”目标。 中国联通智能城市研究院与武汉大学联合成立数字孪生城市联合创新实验室，利用数字化技术赋能零碳城市建设，结合遥感、大数据、云计算、人工智能、数字孪生、物联网等技术手段，基于遥感云服务平台、城市信息模型CIM平台，汇集并整合城市各类基础设施数据、社会经济发展统计数据及监测数据，深入分析“零碳”城市数字化建设内涵、城市碳排和固碳的评价方法、计算模型，突出城市规划管理优化降低碳排放和提升城市固碳能力，提出数据融合和因地制宜升级城市生态系统管理策略，为“零碳”城市建设提供参考。通过“零碳”城市的实践建设，为全国推广“零碳”城市提供实例，助力国家“双碳”战略目标达成，为全球气候变化应对贡献中国力量。 目录 1.“双碳”战略，城市高质量发展必由之路1 1.1.“双碳”战略的意义1 1.2.“零碳”城市内涵2 1.3.“零碳”城市发展现状3 1.4.“零碳”城市建设机遇与挑战7 2.数字化技术，城市“双碳”创新管理重要驱动力8 2.1.物联网技术强化城市“双碳”数据获取途径9 2.2.遥感技术创新城市“双碳”监测手段10 2.3.智能计算提升城市“双碳”核算能力12 2.4.大数据分析节能减排和挖掘固碳潜力15 2.5.数字孪生辅助“零碳”城市规划决策17 3.城市“零碳”数字孪生，助力“零碳”城市建设19 3.1.“零碳”城市数字化建设总体架构19 3.2.“零碳”城市数据体系建设21 3.3.遥感云服务，“零碳”城市“血液”更新助力泵23 3.4.城市信息模型CIM，构筑城市“零碳”孪生时空能力中枢24 3.5.数字孪生低碳应用，赋能城市“零碳”应用服务25 4.试点先行，数字孪生技术赋能“零碳”城市实践29 4.1.江西吉水，数字孪生技术助力城市双碳规划管理29 4.2.湖南长株潭，构筑城市双碳空天地一体化监测管理体系30 4.3.杭州余杭，助力打造生态共富“双碳革新”32 5.发展展望，“零碳”城市数字化发展思考34 5.1.统筹顶层规划与标准建设，引领“零碳”城市建设34 5.2.加快技术提升与融合共治，持续赋能“零碳”城市建设35 5.3.建立一体化绿色生态联盟，构筑“零碳”城市新生态35 6.总结36 参考文献37 1.“双碳”战略，城市高质量发展必由之路 1.1.“双碳”战略的意义 “双碳”战略，即碳达峰、碳中和的简称，我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。“双碳”战略目标的提出将我国绿色发展之路提升到新的高度，也是我国城市高质量发展的必由之路。 科学内涵：气候变暖确定性增强，减排控温已成为全球共识 全球变暖等气候变化，是当今人类面临的重大全球性挑战，会引发极端天气、海平面上升、物种灭绝等灾难性后果。联合国气候科学机构——政府间气候变化专门委员会（IPCC）已先后发布了六次气候评估报告，明确了全球气候变暖的确定性规律，更确认了人类碳排放在增温中的重要影响，刻不容缓地开展减排控温工作已成为国际社会的共识。 政治战略：推动生态文明建设，做负责任大国 我国是全球最大的能源生产国、消费国和碳排放国，在全球气候治理中发挥着关键作用。当今世界正在经历百年未有之大变局，在全球抗击新冠肺炎疫情的共同影响下，新一轮科技革命和产业变革进入暴发增长期，各国经济社会数字转型和绿色转型进入交汇发展期。在这样的国际环境下，我国向国际社会承诺2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标，是国家基于构建人类命运共同体作出的重大战略决策，加强生态文明建设，彰显我国应对全球气候变化的大国担当。 经济意义：工业化发展后期，加快发展与“碳”逐渐脱钩 我国已步入高质量发展阶段，从“数量追赶”转向“质量追赶”，从“规模扩张”转向“结构升级”，从“要素驱动”转向“创新驱动”，从“高碳增长”转向“绿色发展”。“双碳”战略目标先后被写入国务院政府工作报告和国家“十四五”发展规划，并被列为十四五时期的重点工作，“双碳”战略也成为推动高质量发展的重要任务。十四五时期是碳达峰的攻坚期和窗口期，当前我国单位GDP的能耗仍高于世界平均水平，以技术进步、创新驱动和制度改革促进经济社会高质量发展成为主旋律，促进经济社会发展全面绿色转型，进一步巩固“碳”和经济增长脱钩的态势。 1.2.“零碳”城市内涵 城市是温室气体排放的主要来源区域 城市化是当代人类社会发生的最为显著的变化之一，我国城市化进程的速度和规模在人类历史上前所未有，城市数量和规模均迅速增加，据最新人口普查数据显示，当前全国常住人口城镇化率超过60%。城市在社会发展中扮演着重要的角色，承载了人类社会、经济、文化活动的大部分职能。这也使得城市成为碳排放的重要场所，根据联合国人居署的统计，城市消耗了全世界78%的能源，超过60%的温室气体排放来自城市地区。 城市生态系统的碳收支 城市一般是指以非农业活动和非农业人口为主的人类聚居地，此外，城市还包括除建成区外的公共绿地、广场、公园，以及城市 郊区的农田、森林、草地、湿地等不同植被覆盖的区域，共同构成了综合的城市自然生态系统。 城市生态系统的整体碳收支（碳源汇），由自然生态系统的碳收支和社会经济活动产生的碳排放构成。首先，城市自然生态系统的植被固碳量和植物及土壤的呼吸碳排放处于动态变化中，两者间的相对大小决定了城市自然生态系统碳收支（源或汇）结果；此外，城市中发生的各项社会经济活动会在大气中排放大量的CO2温室气体。 “零碳”城市内涵与意义 在全球应对气候变化的背景下，城市率先实现低碳转型和可持续的绿色发展逐渐成为国际共识。所谓“零碳城市”，也可称“生态城市”，就是最大限度地减少温室气体排放的环保型城市，同时尽可能增加城市的固碳能力。“零碳”城市并不是要求绝对的做到零碳排放，而是要求组成城市功能的各个系统的节能化、环保化实现碳排放和固碳相互抵消，实现城市碳中和，是一种城市低碳发展的极致目标。 1.3.“零碳”城市发展现状 “零碳”城市政策现状 近年来，我国高度重视“零碳”城市发展建设，在宏观政策层面出台相关指导文件，在不同行业领域推动双碳战略目标的有效实行： 能源结构调整方面，国家发改委发布《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》，着力支持建设绿色低碳能源体系和绿色技术创新，筑牢能源安全基石，实现能源生产和消费方式根本性转变； 工业生产方面，国家工信部等三部委联合印发《工业领域碳达峰实施方案》，从产业结构调整、生产制造回收、数字化转型等多方面提出大规模产能更新部署计划，力求实现工业低碳化改造和绿色制造； 交通运输方面，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划 （2021-2035年）》，重点支持新能源汽车行业发展，推动自动驾驶汽车规模化应用，有效促进节能减排水平和社会运行效率的双重提升，全面构建城市绿色交通运输体系； 城市建设与建筑工程方面，国家“十四五”规划中明确指出要推进生态文明建设示范区、低碳试点建设工作，优化生态空间的组成、结构、空间布局和实施重大生态修复工程，提升蓝绿生态系统的碳汇潜力，助力绿色建筑等行业的发展； 经济发展与消费方面，《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》提出大力推动循环经济发展，积极引导经济生产与消费的全面绿色转型。健全绿色低碳循环发展的生产体系，健全绿色消费体系、倡导低碳环保的生活方式。 自然生态保护方面，良好的城市生态环境，是建设人与自然和谐共生现代化的重要内容和基础。习近平总书记提出，“建设人与自然和谐共生的现代化，必须把保护城市生态环境摆在更加突出的位置，科学合理规划城市的生产空间、生活空间、生态空间，处理好城市生产生活和生态环境保护的关系，既提高经济发展质量，又提高人民生活品质”。 国际“零碳”城市建设现状 联合国在2019年发起了名为“零碳竞赛”的气候行动，全球共 有超过四百个城市参与，截止目前已有100多个城市承诺将于2050年前实现净零碳排放。这些城市从城市形态、空间规划、产业体系、能源体系、技术体系和生活方式等诸多方面发力，推动城市经济社会的低碳转型发展。聚焦建筑、能源、交通、产业等视角，开展“零碳”城市的研究与实践，探索“零碳”城市建设路径。 零排放、零污染城市的建设在很大程度上依赖于绿色能源的使用，欧洲、美国等多个城市大力普及绿色能源，推广氢能、风力发电等清洁能源的使用；住宅是城市建筑中最主要的组成单元也是碳排放的主要源头之一，生态住宅的研究也成为英国、德国、新加坡等地区“零碳”城市实现的重要路径；为了减少交通拥挤、降低能源消耗和环境污染、节省建设维护费用，建设发展低污染、多元化城市交通运输系统是众多城市的主要选项；产业转型是城市面临的重大挑战，众多以重工业为主导产业的城市在产业结构调整方面发力，改变经济发展对煤炭、钢铁和重工业等的过度依赖，探索可持续的经济发展模式。 国内“零碳”城市建设现状 为推进生态文明建设，推动绿色低碳发展，确保实现我国控制温室气体排放行动目标，我国积极推进“低碳”、“零碳”城市试点工作。自2010年起陆续启动了三批共87个省市地区作为低碳试点，在探索低碳发展模式、推进能源优化利用、打造低碳产业体系、加快低碳技术研发与应用等方面积累了宝贵经验。 表1-1全国低碳试点城市 2022年《中国净“零碳”城市发展报告》中分析了全国30个“净零碳”城市样本。从分析结果可以发现，当前发展现状下，城市发达水平与净零碳发展水平密切相关，服务型城市的低碳发展水平整体较高，这也说明我国工业型城市尚有很大的低碳发展空间。样本城市在能源结构方面的主要举措是降低火力发电比例，推广风能和太阳能发电，同时节约用电在节能工作中的重要性也日益凸显。一线发达城市在绿色交通方面的优势非常明显。 零碳目标可发生在不同的层次上，从零碳企业、零碳社区、零碳园区，到“零碳”城市，直到实现碳达峰、碳中和，城市起着承 上启下的作用。当前国内以江西、杭州、深圳、雄安新区等城市和地区为代表的，持续推进“零碳”城市、零碳园区、零碳村等试点建设工作。 1.4.“零碳”城市建设机遇与挑战 “零碳”城市当前仍处于建设的初期阶段，还需要漫长的发展过程。“零碳”城市建设不仅面临前所未有的机遇，同时也面临重重挑战。 “零碳”城市建设的机遇 国家宏观政策积极推进，为“零碳”城市建设发展创造了良好的环境。我国始终坚持走绿色可持续发展的道路，党的十八大以来，我国把生态文明建设作为统筹推进“五位一体”总体布局的重要内容，确立绿色发展是新发展理念的五大理念之一，加快推进顶层设计和制度体系建设，推动绿色转型取得重大进展。 新一轮科技革命为“零碳”城市建设注入新动能。以