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2022年区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书.pdf
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1、 区块链赋能区块链赋能 “碳达峰碳中和”白皮书“碳达峰碳中和”白皮书 (20222022 版)版)20222022年年3 3月月 前前 言言“碳达峰碳中和”,可简称“双碳”,是党和国家高瞻远瞩的战略部署,已经连续两年写入中央政府工作报告。“碳达峰碳中和”不仅体现大国担当、协同应对全球气候变化的要求,更是为国家民族利益的长远考虑。而区块链作为新型信息处理技术,在信任建立、价值表示和信任传递方面有不可取代的优势,目前已经在跨行业协作、社会经济发展中展现出其价值和生命力。本白皮书聚焦讨论区块链在碳达峰碳中和治理过程中的重要作用,特别是基于区块链纠正碳排放活动的负外部性。基于区块链构建广泛、有效、具有
2、公信力的基础设施和治理体系,服务于碳减排、碳交易、碳监管等多种场景。参与本白皮书撰写的主要专家包括:中国移动通信有限公司研究院 何申、董宁、张雯、董文宇、郭忆帆 中国质量认证中心 徐少山、杨辉、云瑶、王锋、陈瑜 中化创新(北京)科技研究院有限公司 辛思海、彭圣 中国信息通信研究院 魏凯、张奕卉、刘宾 深圳壹账通智能科技有限公司 顾青山、安立、袁卫兵、赵桐 中国移动通信集团北京有限公司 付莉、杜建凤、莫韦蓬 中国远洋海运集团有限公司 蓝春海、郭晓毅 中国移动紫金(江苏)创新研究院有限公司 赵丹怀、包岩、周晓阳 四川长虹电子控股集团有限公司 唐博、李努锲 网络通信与安全紫金山实验室 谢人超、赖华尧
3、、贾庆民、彭开来 北京国星基金管理有限公司 李敬、王建晗、王世明(排名不分先后)区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)I 目目 录录 前 言.5 1.背景.1 1.1.碳达峰碳中和的必要性.1 1.2.碳达峰碳中和所面临的挑战.2 1.3.我国碳达峰碳中和的路线.4 2.区块链赋能碳达峰碳中和.6 2.1.纠正碳排放的负外部性.6 2.2.区块链的赋能作用.7 2.3.生态体系.8 2.4.市场前景.10 2.5.应用场景.10 2.5.1.面向经济活动部门的应用场景.10 2.5.2.面向公共服务的应用场景.11 3.行业实践.12 3.1.能源行业.12 3.1.1.解决方案.12
4、3.1.2.案例:基于区块链的冬奥绿电溯源平台.14 3.2.工业制造行业.14 3.2.1.解决方案.15 3.2.2.案例:正泰物联网园区碳检测平台.16 3.3.交通物流行业.16 3.3.1.解决方案.16 3.3.2.案例:5G+AI+区块链赋能共享停车.17 3.4.信息科技行业.17 3.4.1.解决方案.18 3.4.2.案例:智能无线基站节能系统.19 4.区块链赋能碳达峰碳中和治理技术解决方案.20 4.1.技术需求.20 4.1.1.双碳数字化治理现状.20 4.1.2.由点到线的技术改造路径.21 4.1.3.关键技术点.23 4.2.技术方案.24 4.2.1.技术方
5、案体系架构.24 4.2.2.技术方案兼具区块链及双碳业务特色.26 区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)II 4.2.3.技术拓展:物联网采集系统助力碳排放数据采集上链.27 5.发展展望.29 5.1.新蓝海市场空间广阔、赛道众多.29 5.1.1.绿色低碳发展是我国经济高质量发展的驱动力.29 5.1.2.市场前景广阔,行业赋能潜力大.29 5.2.规划发展路径并完善技术解决方案.29 5.2.1.按碳中和、碳达峰两个阶段开展区块链应用探索.30 5.2.2.在重点行业领域开展区块链赋能“碳中和、碳达峰”试点示范.30 5.2.3.不断完善政策协调联动及宣传推广.30 5.3.汇
6、聚禀赋优势合作伙伴,共同构建产业新生态.30 5.3.1.多方参与,优势互补,跨界协同.30 5.3.2.构建可持续发展的产业生态.31 5.3.3.构建人才培养体系.31 缩略语列表.32 参考文献.33 区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)1 1.1.背景背景 “碳达峰碳中和”,简称“双碳”。“碳达峰”是指二氧化碳排放量达到峰值,“碳中和”是指通过产业结构调整和能源体系优化,调控二氧化碳排放总量,最终实现二氧化碳在人类社会与自然环境内的产销平衡。由二氧化碳等温室气体排放引起的全球气候变化已经成为本世纪人类面临的最大挑战之一。在巴黎协议的框架下,到本世纪中叶实现碳中和是全球应对气候变
7、化的最根本的举措。根据世界银行统计,我国自 2005 年起始终保持碳排放量世界第一大国,2020年我国碳排放量约占全球 30%。2020 年 9 月 22 日,中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060年前实现碳中和,即所谓“双碳”目标或“3060”目标。我国的这一承诺是全球应对气候变化进程中的一项有里程碑意义的事件,也开启了我国以碳中和目标驱动整个能源系统、经济系统和科技创新系统全面向绿色转型的新时代。在达成“双碳”目标的过程中将面临艰巨挑战,同时也会迎来科技创
8、新、能源优化和经济转型的重大机遇。1.1.1.1.碳达峰碳中和的必要性碳达峰碳中和的必要性 碳达峰碳中和是党和国家高瞻远瞩的战略部署,也是国家民族的长远利益所在。一是体现大国担当,协同应对全球气候变化。一是体现大国担当,协同应对全球气候变化。应对全球气候变化是全人类的责任。在当前“百年未有之大变局”,世界领导结构变化背景下,我国宣布碳达峰、碳中和目标和愿景,体现我国作为大国的责任担当,将极大程度改变外国意识形态的一些刻板印象和负面看法,也证明我国有能力、有义务、也有决心站上世界的舞台并发挥自己的作用。二是优化能源结构,改善国家能源安全。二是优化能源结构,改善国家能源安全。碳达峰碳中和对国家安全
9、有利,符合国家核心利益。2019年我国原油对外依存度突破70%2,2020年增长到73.5%3,区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)2 石油资源及其生产、运输对于我国是影响极大且不可控的因素,随时可能因为某些极端事件导致中断,影响能源供应,进而危害国家安全。碳减排过程中对能源结构持续优化,可以减少我国对石油、天然气等化石能源的依赖,进而削弱相关海域以及全球石油市场对我国国家安全的影响。图 1 我国原油对外依存度(来源:国家统计局、海关总署)三是化解碳关税冲击,应对潜在贸易壁垒。三是化解碳关税冲击,应对潜在贸易壁垒。欧美等发达国家纷纷制定碳边境调节税方案,包括欧盟碳边境调节机制草案,美国
10、的 清洁能源安全法案、美国碳费法案等。在当前全球陷入低增长、孤立主义抬头、贸易摩擦不断升级的形势下,碳边境调节税可能被异化成贸易壁垒的工具。我国作为全球最大的进出口贸易国,碳边境调节税的冲击不容忽视。根据世界银行和美国美国彼得森研究所协调气候变化与贸易政策研究报告,发达国家碳关税可能导致我国制造业出口规模削减 20%。我国主动推进碳达峰碳中和战略,完善碳税等治理体系,提高绿色技术含量,提升在国际贸易的主动地位,减少贸易壁垒的冲击。四是发挥制造业优势,塑造全球领先地位。四是发挥制造业优势,塑造全球领先地位。碳达峰碳中和技术往往具有突出的制造业属性,光伏发电、电化学储能、氢能同时具备规模效应、材料
11、替换和效率提升三个成本下降路径。我国作为制造业大国,推动低碳、零碳技术极大利好中国制造业,在新能源领域塑造全球性竞争优势,甚至从某种意义上将我国从化石能源时代的能源进口国转化为“双碳”时代的能源出口国。1.2.1.2.碳达峰碳中和所面临的挑战碳达峰碳中和所面临的挑战 在碳达峰碳中和目标下,要求各领域进行用能结构、能源供需体系以及基础区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)3 设施的升级与优化调整。目前,我国是世界第一大能源消费国,能源消费量仍将持续增长,化石能源占比高,化石能源基础设施存量大、新度高,能源转型发展面临任务重、时间短、成本高等多重挑战。主要体现在以下三点:第一,碳排放体系规模
12、大、减排任务重。联合国环境规划署的数据显示,2018年我国碳排放当量达 137 亿吨1,占全球 26%,远超其后的美国 13%,欧盟 8%,印度 7%和俄罗斯 5%。我国能源结构优化调整和碳减排任务艰巨且繁重。第二,能源结构转型时间短。欧盟在 20 世纪 90 年代已实现碳达峰,美、日、韩等国也已在 2010 年左右实现碳达峰。按照全球 2050 年净零排放目标计算,碳达峰与碳中和的时间间隔多在 4070 年,平均周期约为 50 年。我国碳达峰、碳中和的时间间隔仅为 30 年,在经济持续发展、用能持续增长的情况下推动实现碳达峰、碳中和目标将面临发展与减排的双重压力。表 1 不同国家及地区碳达峰
13、和碳中和时间表不同国家及地区碳达峰和碳中和时间表 国家和地区国家和地区 碳达峰时间碳达峰时间 碳中和时间碳中和时间 美国 2007 2050 欧盟 1990 2050 加拿大 2007 2050 韩国 2013 2050 日本 2013 2050 澳大利亚 2006 2040 南非 2050 巴西 2012 第三,能源转型成本高。根据国家发改委数据,我国实现碳达峰碳中和目标的总投入约为 136300 万亿元,占到 2030 年前全球实现净零排放总投资成本的1/3。能源转型成本高昂,特别需要妥善解决好化石能源基础设施搁浅带来的成本浪费问题。欧洲、美国、日本等国家和地区的煤电机组平均服役年限约为
14、40年,目前正处于规模退役期,煤炭发展周期与低碳转型趋势具有一致性;我国由于工业发展起步较晚,煤电机组平均投运年限仅有 12 年,“一刀切”式的煤电机组退出机制会带来极大的资产搁浅成本。为此,在实现碳达峰碳中和目标的过程中,既要防范以现实问题为借口的转型迟滞,更要防范不顾实际的转型冒进;应按照自身节奏有序推进碳达峰碳中和行动,稳妥处理好发展和减排、近期和中长期的关系,兼顾不同阶段、不同领域、不同地区的发展需要,因地制宜,探索整体转型背景下碳达峰碳中和转型路径的区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)4 最优方案。1.3.1.3.我国碳达峰碳中和的路线我国碳达峰碳中和的路线 中金研究院将实现
15、碳中和路径概括为“碳中和之路=碳定价+技术进步+社会治理”4,量化模型测算表明,该公式可兼顾 2030 碳达峰、2060 碳中和以及经济平稳增长的目标。在该公式的三个元素中:第一,碳定价有两种执行形式:碳税和碳交易。碳税是政府通过税收直接设定一个碳价,把碳排放的长期损害折现成当下的成本。碳交易是政府创造一个交易市场,在政策设定碳排放总量限制下,由双方交易形成价格。第二,碳达峰碳中和技术进步工具箱有碳减排技术、碳中和技术两大类。碳减排技术主要包括降低能源消费、切换到更低排放的能源技术。碳中和技术是可以实现零碳和负碳的技术。第三,社会治理则主要包括价格型、命令型和宣传型三类政策。碳定价和社会治理依
16、赖于企业、政府、其他职能机构等多个主体之间的广泛、高效率协作;而实施技术进步的过程往往需要与绿色金融、公共政策等发生联动,进而也需要企业与政府、其他职能机构建立协作。在现有的社会治理框架下,碳达峰碳中和相关的治理和协作能力还存在空白,需要通过必要的信息技术手段构建双碳场景下的多方协作体系。在操作层面,我国实现碳中和的路径可概括为:两个轮子驱动,两大领域发:两个轮子驱动,两大领域发力,一个核心抓手力,一个核心抓手 5 5。“两个轮子驱动”是指政府和市场协同作用。“两个轮子驱动”是指政府和市场协同作用。政府主要起导向作用,在起步阶段尤为重要。市场作为主体,从长远看一定要发挥市场这“无形之手”的作用
17、。“两大领域发力”是指减排与消纳并举发展。“两大领域发力”是指减排与消纳并举发展。在减排方面,要调整能源结构,降低化石能源比例,预计 2060 年化石能源占比从现在的 84%调整到 20%;还要调整钢铁、交通、建筑等用能结构,实现再电气化,预计 2060 年电气消费比例将从现在的 24%增加到 80%。在消纳方面主要着眼于开发陆地与海洋生态系统的碳汇潜力,同时发展 CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕捉、利用和封存)/CCS(Carbon Capture and Storage,碳捕捉和封存)技术和 CO2直接利用技术。区块链赋能“碳达峰
18、碳中和”白皮书(2022)5“一个核心抓手”是指以碳价格、碳交易与碳税等政策为抓手。“一个核心抓手”是指以碳价格、碳交易与碳税等政策为抓手。当前全球已有 61 项碳定价机制正在实施或计划实施中,其中 31 项属于碳排放交易体系,30 项属于碳税,共覆盖约 120 亿吨 CO2,占全球温室气体排放量的约 22%6。2021年,随着生态环境部印发的碳排放权交易管理办法(试行)启动施行,我国全国碳排放权交易市场已全面启动。区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)6 2.2.区块链赋能碳达峰碳中和区块链赋能碳达峰碳中和 碳排放活动具有时间尺度和空间尺度的负外部性,需要构建广泛、有效、有公信力的治理
19、体系,将外部性内部化,以推动碳排放企业、个人实施减碳、零碳乃至负碳等技术改进和行为升级。碳排放治理过程需要具备普遍公信力、可扩展、普遍服务的信息技术基础设施,支撑政府、行业组织、排放企业乃至个人,支撑与国内外组织、机构互操作。在该需求框架下,区块链是可以发挥核心、基础、关键作用的信息技术,可以服务于碳减排、碳交易、碳监管等多种场景,促进参与主体之间的可信协作,为我国碳达峰碳中和目标的顺利实现提供有力支撑。2.1.2.1.纠正碳排放的负外部性纠正碳排放的负外部性 碳排放活动具有超时空负外部性。私人组织的碳排放活动使其从生产经营中受益,但由此带来的气候变化和空气污染等损害由全体社会承担。特别是,这
20、种负外部性在空间尺度和时间尺度都达到了空前的规模。从空间尺度看,碳排放进入大气循环,会对全球气候产生影响。从时间尺度看,碳排放导致气候变化进而产生严重后果,这一过程将持续数十年甚至数百年并将日渐显著。要解决碳排放的负外部性问题,就必须把外部性内部化,即将碳排放的社会成本转移到碳排放的实施组织,将碳排放的远期成本转移到当下的碳排放活动中。自由市场无法为私人组织赋予足够的动力,需要公共政策的干预和介入。碳排放的治理体系需要广泛、有效、有公信力的治理体系,需要相应的信息技术和基础设施,支撑政府、行业组织、排放企业、审核认证机构、交易市场乃至个人大规模协同。在强调国内、国外双循环互动的大环境下,纠正负
21、外部性还需要国际视角,信息技术和基础设施还需要具备与国外组织、机构互操作的能力。为满足碳排放治理需要广泛、有效、有公信力、对接国外的需求框架,区块链就是恰当的信息技术。区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)7 2.2.2.2.区块链的赋能作用区块链的赋能作用 区块链是新一代信息技术的重要成员,是分布式网络、加密技术、智能合约等多种技术集成的分布式账本系统,具有高可靠性、不可伪造、全程留痕、可以追溯、公开透明、集体维护等特征。相比传统的中心化信息技术,由于多方共同见证记账,区块链特别适合于支撑由多方协同实现的行政监管、商务合作等场景,例如双碳治理。区块链技术特征可以服务于双碳场景下的生产过
22、程改造、管理模式创新、供应链和产业链多环节优化,促进参与主体之间的可信协作,特别是以下两方面:一是区块链可以构建及时、可信的碳监管环境。一是区块链可以构建及时、可信的碳监管环境。2021 年 1 月,生态环境部发布全国碳排放权交易管理办法(试行),明确了全国碳市场国家-省-市三级管理体系,并明确各级主管部门责任。区块链技术在碳排放权登记、交易、结算、碳排放报告与核查等管理和监管应用中可以增强信息透明度、时效性,降低信息管理和监督成本,构建各环节、全流程可追溯的交易监管环镜,提升政府碳排放监管和社会服务的现代化水平。二是区块链赋能产业转型升级,优化生产流程,促进碳减排,提升能源效二是区块链赋能产
23、业转型升级,优化生产流程,促进碳减排,提升能源效率。率。目前我国碳排放主要集中在工业、电力、能源等高耗能行业。区块链是传统产业数字化转型的重要突破口。区块链去中心化、可验证性以及不可篡改等特点,可有效增加供应链环节中的透明度,减少供应链环节中的文书流程,极大提高供应链的效率。区块链技术可以构建信任、多方协作的去中心化基础设施,有助于打破行业中的数据孤岛,通过智能合约等技术构建新型协作生产体系和产能共享平台,提高多方协作效率,推动降低社会总体的能耗水平和碳排放水平。三是区块链可以构建可信、高效的碳交易平台和市场。三是区块链可以构建可信、高效的碳交易平台和市场。区块链技术应用于碳交易市场,可实现对
24、高碳排放企业和节能企业的碳资产和碳排放权进行实时、透明、不可篡改的资产管理,增强碳交易市场的活跃性,促进统一碳价的市场化机制,打造碳交易主体、交易机构、政府等多方共建、灵活互动的碳资产交易模式,实现从排放权获取、交易、流通,到交易核消、统计的全流程数据上链存储与可信共享应用,让碳排放配额在“有目共睹”的情况下进行交易,实现流转过程透明化和全生命周期的追踪溯源。区块链赋能“碳达峰碳中和”白皮书(2022)8 2.3.2.3.生态体系生态体系 区块链赋能碳达峰碳中和的产业生态包括多方参与者,包括政府部门、园区、排放企业、金融机构、三方核查机构以及区块链技术/服务提供商等六方。总体视图如下图所示。图
25、 2 区块链赋能碳达峰碳中和生态角色总体视图 各生态角色说明如下:1.政府部门政府部门 政府部门主要包括双碳工作相关各级政府主管部门及机构,如中央双碳工作领导小组、各行业主管部委以及省市县政府等。政府部门是区块链-双碳技术和服务的主要潜在客户。作为双碳工作主导部门,各政府部门的主要职责包括:主导制定科技、碳汇、财税、金融等保障措施,形成碳达峰碳中和的政策体系;推进能源绿色低碳转型,清洁能源快速发展;全国统筹,纠正运动式“减碳”,遏制“两高”(高耗能、高排放)项目盲目发展;开展大规模国土绿化行动,提升生态系统碳汇能力;启动碳排放权交易市场。2.园区园区 园区作为双碳工作中承上启下的主体,一方面接
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