IEA首席经济学家：大型科技公司对能源转型的五大影响
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本文为国际能源署（IEA）首席经济学家2021年3月25日发表的评论文章。
科技公司可以在应对气候挑战方面发挥巨大作用
过去十年里，有两个广受关注的指数同时飙升:大型科技公司在国际股市上的市值和大气中的二氧化碳浓度。这两种现象之间几乎没有直接联系——与它们的经济、金融甚至社会足迹相比，领先科技公司的能源消耗相对较少。然而，正是由于巨大的财务足迹，再加上它们巨大的文化和科学影响力，这些公司在应对气候挑战方面能够发挥如此巨大的潜在作用。
大型科技公司在很大程度上已经承诺要实现自身活动的零排放。考虑到这些公司作为人们经常效仿的“趋势制定者”的角色，这些目标为经济中的其它领域树立了一个重要的榜样。但他们在数字化、人工智能和信息系统方面的工作，可能成为潜在的游戏规则改变者，创造实现净零排放所需的更智能、更灵活的能源系统。
毫无疑问，大型科技公司的崛起是过去十年最具特色的金融发展之一。到2020年底，三大科技巨头的股票市值达到5.5万亿美元，是法兰克福和圣保罗上市的德国和巴西公司总和的两倍。三大科技公司财务价值的集中度现在是标准石油(Standard Oil)、美国电话电报公司(AT&T)和美国钢铁公司(US Steel)在洛克菲勒(rockefeller)和卡内基(carnegie)家族统治时期的两倍。
与其他公司的运营规模相比，它们的直接排放相对较小
大型科技公司的能源使用和排放从绝对值上看非常重要，但与它们的运营规模相比就不重要了。例如，数据中心占全球用电量的1%左右，远远落后于工业电机或空调作为全球电力需求的驱动因素。
科技公司的能源和排放状况显然因其商业模式的不同而存在很大差异。一些大型科技公司几乎完全数字化和电气化。其他国家则拥有庞大的碳密集型硬件制造供应链或遍布全球的物流和交付系统。许多这些制造和物流操作通常被外包，并在范围3排放中被统计。
五大科技公司2019年范围1(直接排放)和范围2(购买的电力排放)的排放量总计约为1300万吨二氧化碳当量，约占全球能源相关温室气体排放的0.04%。包括范围3(包括商务旅行、员工通勤、制造业和建筑业)在内的总排放量约为全球排放的0.3%。因此，所有这些公司活动的脱碳，甚至它们的供应链，可能对全球二氧化碳排放产生相对较小的直接影响。与应用于能源系统及其他领域的数字解决方案的巨大潜力相比，这些直接影响也可能相形见绌。虽然这篇文章关注的是数字技术在减少排放方面的潜在应用，但一些应用如果能够促进碳密集型能源的生产或使用，可能会阻碍清洁能源的转型。
然而，这些公司在解决排放问题上采取了越来越严格和雄心勃勃的企业政策。除了一般的社会和政治关注，这似乎部分是由人力资源考虑:有激烈的竞争技术上合格的年轻专业人员，他们越来越多地要求他们的雇主在重要的社会和环境问题上负责任的立场，包括气候变化。有一些著名的例子表明，科技公司员工公开要求雇主采取更有力的气候行动，包括在支持化石燃料开采的领域避免使用机器学习。
本文将重点关注美国的大型科技公司，因为中国的大型科技公司尽管拥有强大的技术实力，但不幸的是，它们在气候和能源战略方面仍然落后。
大型科技公司是可再生能源的主要买家
大型科技公司率先为可再生能源签订了企业电力购买协议(PPAs)。2020年，五大科技公司采购了7.2GW的可再生能源装机容量，占所有企业可再生能源PPAs的近30%，约占全球新增可再生能源装机容量的3.5%。在美国的大型科技公司中，承诺从可再生能源获取与年度消费量相同数量的电力已成为标准。
2010-2020年按行业分列的全球电力购买协议数量
2010-2020年可再生能源购买协议的主要承购商
评估这些可再生能源采购的影响并不简单。鉴于大型科技公司的财务实力很容易超过大多数国家，与任何一个国家签订长期合同都能提供强大的投资保障，并使项目融资条件具有吸引力。在某些情况下，这种融资通过公司的直接股权投资得到加强。这对扩大可再生能源投资起到了有益的作用。还有证据表明，大型科技公司的潜在投资已经影响了有利于可再生能源发展的政策决定，例如，推动了改善网络接入的举措。
在许多情况下，这些合同只是财务上的。数据中心由当地公用事业公司提供电力，可再生能源产品在市场上销售，公司填补可再生能源项目的价差，类似于金融互换。这是一种良好的项目融资做法，但它也提供了一个机会，通过取代高碳发电，将项目定位在其影响最大的地方。奇怪的是，这种灵活性并不总是得到充分利用。
尽管这些公司的业务遍及全球，但它们的可再生能源采购和投资往往集中在其服务器所在的国家——美国和西北欧。然而，这提出了一个重要的附加性问题:如果没有科技公司的承诺，可再生能源的增长会发生吗?甚至有大型科技公司承包已承诺项目的例子，当时几乎可以肯定项目无论如何都会完成。在美国，风能和太阳能项目受益于联邦税收抵免，因此可以说，应该感谢的是美国纳税人。在欧洲，主要目标国家恰好是那些强有力的政策和成功的电网整合导致投资者对可再生能源项目特别强烈的兴趣的国家。在超低利率环境下，这些国家的可再生能源已经享有非常低的资本成本。换句话说，如果一家大型科技公司不为某个风电场融资，那么其他公司可能会。
这些公司可以更充分地利用其财务实力，在最需要它们的地方承担可再生能源投资:在发展中国家和新兴经济体，煤炭仍然被视为能源安全的重要因素，可再生能源投资受到资本短缺的阻碍。未来几十年，新兴经济体的数据需求将迅速增长，需要在这些地区建立新的数据中心来满足日益增长的需求。这是一个机会，企业可以利用这个机会作出新的气候承诺。
然而，科技公司最大的机遇是利用它们的力量，在能源系统中带来根本变化，而不仅仅是它们自己的供应。在以下五个领域，他们的技能、规模和承诺的结合可能产生变革性的效果。
1. 推动电力行业数字化转型
风能和太阳能光伏发电正在推动低碳电力供应的增长，尽管大部分能源消费仍然是汽车或工厂直接使用化石燃料。因此，人们普遍认为，在整个经济中加大对电力的使用，同时加大对风能和太阳能的使用，是向清洁能源转型的关键支柱。但有一个问题:风能和太阳能会随着天气变化而变化。社会依赖于不间断的电力供应——数字经济比它的“实体经济”更加依赖。
科技公司可以在帮助平稳用电方面发挥重要作用。就目前情况来看，大型科技公司正越来越多地寻求推进其零碳承诺，除了风能和太阳能，它们还投资于氢和电池存储，以确保它们的数据中心全天候由清洁电力供应。这很有用，但系统操作员需要平衡互连系统，而不是单个企业用户。大型科技公司可以通过采取更灵活的操作，比如转移工作负载以匹配可再生能源，或充当需求响应资源，在电网脱碳方面发挥更大的作用。此外，先进的数字技术可以在以下几个方面帮助更广泛的电网脱碳:
在需求方面有一个巨大的，而且很大程度上尚未开发的灵活性潜力:各种电器可以通过对天气和可再生产品的变化作出反应来调整其消费。不幸的是，它需要大量的单个设备来进行微小的调整。因此，来自连接设备的需求响应将需要被聚合和自动化。这对电气化交通来说尤其重要:电动汽车不加控制地充电，往往与边际电力来源是天然气甚至煤炭的高峰时段重合。即使车主们希望这样做，他们也不太可能获得调整充电所需的信息。停放的电动汽车需要与系统运营商进行通信，彼此共享网络容量，并根据可再生模式调整充电方式。在我们设想的能源系统中，几乎可以肯定的是，一个智能手机应用程序，甚至是一个智能扬声器都必须为它的主人做到这一点。
数字化可以补充实际网络容量:电力使用量的增加需要扩大输电和配电网络，但在许多国家建设新线路很困难。物联网在电力网络上的系统应用，可以让运营商更准确地了解线路上的情况和电力流动，允许他们在不增加物理足迹的情况下扩大输电能力。此外，数据密集型、基于人工智能的技术可以更精确地预测风能和太阳能的产量，从而在不危及能源安全的情况下提高可再生能源的份额。
当可再生能源普及率达到较高水平时，将需要额外的技术解决方案，如智能逆变器，以保持电网的稳定。这些并网逆变器将需要非常快速的数据交换和控制，同时保持强大的网络安全标准。
先进的数字化对于优化资产利用和增强灵活性至关重要，大型科技公司已经活跃在这一领域。其中一些公司开展了可再生能源预测的内部研究，并对需求响应等智能能源技术进行收购和风险投资。然而，尚未实现的机遇依然存在:与这些公司用于扩大核心业务的资源和承诺相比，它们的智能能源投资规模仍然较小，往往缺乏战略重点。数字能源关系中的大多数创新要么是由初创企业驱动，要么是由传统电力网络运营商的数字活动驱动。
鉴于对大型科技公司对竞争影响的广泛政策担忧，数字能源领域对新进入者如此开放是件好事。不过，科技巨头采取更积极主动的姿态将受到欢迎。就灵活、协调的电动汽车充电而言，技术本身已经存在，但由于交易成本和关键利益相关者之间缺乏协调，实施受到阻碍。大型科技公司大规模应用智能解决方案、推动统一标准以及降低交易成本的能力，可能会发挥重要作用。电力是一个世纪前第二次工业革命的变革技术，对今天的科技巨头来说，它也可以是一个变革领域。
2. 充分发挥数字化的力量，提高整个经济领域的能源效率
毫无疑问，风能和太阳能光伏发电将承担很多繁重的工作，但它们需要其他清洁能源技术的帮助，才能成功实现净零能源转型。简单地说，不可能以复制粘贴的方式将每焦耳的化石能源替换为相当于焦耳的低碳能源。能源转型必须包括全面提高能源效率。其中一些并不是高科技:老派的建筑保温项目仍然非常相关。然而，数字技术可以大大加快能源效率的进步。
大型科技公司拥有重要的经验和技能。作为减少直接碳足迹的努力的一部分，他们已经认真审视了自己的运营。近年来，由于计算和基础设施的效率提高，以及云计算和超大规模数据中心的份额增加，数据使用、互联网流量和电力使用之间出现了显著的分离。然而，随着大型科技公司超大规模数据中心的能源使用量迅速增长，需要更强有力的能效提升，以限制未来10年的能源需求增长。
2010-2019年互联网流量、数据中心工作负载和数据中心能源使用的全球趋势
2010-2022年按数据中心类型划分的全球数据中心能源需求
这种经验也可以在数据中心之外得到利用。建筑节能的一个主要挑战是，对旧建筑进行改造既费时又难以扩大规模。有一些使用机器学习来克服这一问题的有希望的例子。从拥有200年历史的欧洲歌剧院到加州的豪华度假胜地，这些例子都表明，连接设备、传感器的使用、实时测量和微调控制可以极大地节省能源。
在运输行业，优化卡车运营和物流的数字解决方案可以将公路货运的能源消耗和排放减少四分之一。考虑到长途重型卡车仍然依赖柴油发动机，这是一个重要的贡献。主要的电子商务运作已率先采用最佳物流服务，并可由第三者提供服务。
3.成为重要的新技术和新材料的先锋
尽管电气化和提高风能和太阳能发电的比重将是向净零能源转型的首要主题，但整个能源体系仍很复杂，在难以脱碳、非电气化的部门仍有大量排放。大型科技公司也可以在这方面发挥重要作用。
首先，尽管它们的技术是数字化的，但它们的实体操作规模可能大得惊人:智能手机的碳足迹始于铜矿中的重型机械。2020年夏天，在客运航空业因新冠肺炎冲击而崩溃的同时，电子商务保持了从中国制造商到欧美消费者的货机的强劲流动。
大型科技公司直到最近才开始为其产品寻找低碳替代品。由于能源行业和风险投资公司都难以创建可行的商业模式以扩大规模，使用创新低碳技术制造的材料的开发经历了十年的投资不足。大型科技公司已经做好了介入的准备:作为无差别的商品，低碳塑料可能过于昂贵，但它们的成本与平板电脑的价值相差无几。大型科技公司可以利用其高附加值的应用、资产负债表和冒险能力，在为此类产品架起“死亡之谷”的桥梁上发挥领导作用。最有希望的例子有双管齐下的方法:公司为研发和扩大规模提供风险资本资金，同时也作为新的低碳产品的锚定消费者。这已被应用于智能手机制造的低碳铝工艺，以及用于电子商务配送的电动卡车。
一些科技巨头现在正在把他们的气候承诺扩大到他们过去的排放量。除了碳补偿,注意力转向直接空气捕捉技术,最近的例子的风险资本投资,大型科技股。鉴于排放锁在现有的能源基础设施和能源系统的惯性,它极有可能需要直接空气捕捉的大规模使用。大型科技公司可以在帮助开发和早期部署直接空气捕捉和其他碳捕捉、利用和存储(CCUS)技术方面发挥重要作用。它们还可以促进其他关键清洁能源技术的推广，包括绿色氢、长期储能、先进核能和地热能。
4. 运用数字工具的全部力量来帮助创新工艺过程
从历史上看，新能源技术需要几十年的时间才能成熟并产生变革性的影响。阿尔伯特·爱因斯坦于1921年因其在太阳能的理论基础——光电效应方面的工作而获得诺贝尔物理学奖。第一个实用的太阳能电池板直到20世纪60年代才出现在太空探索中，直到现在太阳能光伏才开始改变电力部门。不幸的是，目前市场上的技术只能把我们带向净零能源系统的一半，而且我们没有一个世纪的时间来弥合技术差距。新能源技术的开发和大规模应用必须以前所未有的速度加速，才能在2050年之前实现全球净零排放。
大型科技公司可能扮演的最具变革性的角色之一，是加速创新过程本身。人们已经在尝试利用人工智能模拟新型催化剂，以实现更高效的化学过程，并开发用于更高容量电池的新型纳米材料。自动驾驶汽车是机器学习研究的高调应用，但其对环境的影响很大程度上取决于它们将如何使用。可持续性应纳入这一领域的研究。低碳工业技术、低碳航空燃料的化学、核能的新方法都将受益于机器学习的系统应用。
大型科技公司凭借其独特的财务实力和对机器学习过程的深刻理解，处于领先一系列新技术突破的有利位置。击败人类最伟大的国际象棋或围棋大师是一项令人印象深刻的成就，但下一个目标应该是克服人类面临的最大技术挑战。硅谷的一些领军人物已经在朝着这个方向前进，要么通过内部研究，要么通过设立专门的风险资本投资。这些项目可以扩大规模。
5. 使消费者能够做出更明智的低碳决策
大型科技公司的产品深深嵌入日常生活，重塑了消费习惯和社交互动。这些产品还可以帮助消费者在不牺牲他们的生活方式的情况下，更主动地采取减少排放的行为。人们不太可能放弃他们的现代舒适。仍然,国际能源署在2020年世界能源展望对到2050年实现零排放的分析表明,约20亿吨的减排量在2030年可以通过社会和行为的简单改变而实现,如更少地飞机出行,将空调设置为稍高温度或把汽车放在车库里通过短距离步行或骑自行车。
大型科技消费产品可以通过让它们舒适甚至酷的方式来极大地促进这些行为改变。智能手机应用程序可以包括碳计算，告知消费者步行、自行车、公共交通或汽车的“成本”。它们可以促进共享机动性与传统公共交通系统的整合。在家里，智能系统可以在不牺牲舒适度的情况下控制能源使用。消费者在做决定时越来越愿意考虑可持续性。这一趋势有助于为消费品清洁创新创造可行的商业模式。大数据可以更精确地跟踪消费品供应链，提供可靠的信息，让消费者做出明智的选择。
更广泛地说，大型科技公司在为整个社会提供信息方面扮演着越来越重要的角色，因此也肩负着越来越大的责任。他们应该确保搜索功能和社交媒体不会延续坏的科学或危险的谎言。应对气候变化需要在专家的指导下，在信息灵通的公众支持下，经过深思熟虑、精心设计的公共政策。
大型科技公司可以在清洁能源转型中发挥关键作用
气候变化是这一代人面临的决定性挑战。要实现净零排放的经济增长，政府、消费者和私营企业需要做出全方位的努力。数字技术并不是应对气候变化的灵丹妙药，但强有力的气候政策和企业行动可以帮助指导数字技术在正确的地方的应用，以加速清洁能源的进步。
今天的科技巨头都是历史上最成功、最具创新精神的企业。他们改变了主要产业和数十亿人的生活。它们具备良好的条件，可以帮助弥合技术差距，并提供必要的信息，为我们的挑战找到解决方案。凭借其无与伦比的投资能力和创新潜力，大型科技公司可以成为全球清洁能源转型大联盟中不可或缺的成员。
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