美国研究认为5G是助力碳减排目标实现的关键技术

通信世界网消息(CWW)2021年美国重新加入《巴黎协定》,设定了2030年温室气体较2005年减排50%~52%、2050年达到“零碳排放”的碳减排目标。不断创新的技术可加速推进碳减排目标和绿色低碳转型实现,数字技术是其中最强大、可扩展的重要工具,5G技术正处于这一领域的前沿。近期,美国CTIA(美国无线通信和互联网协会)委托埃森哲咨询机构开展研究,研究结论认为5G将成为最环保的一代网络技术,在美国实现碳排放承诺目标的进程中将发挥关键作用,并预测到2025年,5G将助力美国20%碳减排目标的实现。 

5G技术创新将推动网络基础设施提升自身能

5G技术创新可促进网络基础设施能效提升,即通过提升每比特数据流量的能量效率减少碳排放量,具体的技术创新方式包括:波束赋形,这种阵列定向发送和接收信号的处理技术将天线无线信号聚焦到设备所在的位置,可减少设备到所在位置传送信号所消耗的能量;大规模多输入多输出(mMIMO),通过有效提升无线链路的质量、吞吐量和容量,达到使用相同的能量传输更多数据的目的;毫米波谱(毫米波),通过在既定频段信号中增加可传输的数据量,减少单位数据传输所消耗的能量;智能睡眠模式技术,在无线网络没有流量时“休眠”,从而在不牺牲性能或可靠性的情况下降低能耗;虚拟无线电接入网(vRAN),通过动态规划和集中计算资源实现更大的经济规模,从而减少每比特的能耗。

当前,5G因网络建设带来巨大的基站能耗成本而受到多方关注,但更应该看到,5G带来的流量增长将足以抵消其成本压力。可以说,5G是迄今为止最绿色的一代无线网络,主要源于以下3个技术优势。第一,超高速连接。5G可提供与有线连接相匹配的连接速度,适于对网络运行要求更高的工业和商业应用程序,如实时视频监控、增强现实(AR)和虚拟现实(VR),从而带来无缝的远程工作体验。第二,关键服务的优先权。相比4G技术,5G可提供更可靠、更安全、近乎即时的连接响应,支持许多对安全和质量要求较高的应用,如自动驾驶的车对车通信。此外,5G可为关键流量提供高的等级优先权,如用于医疗服务的机器对机器(M2M)通信,对视频流等非关键数据提供低的优先级。第三,支持大规模连接。5G网络可接入大量物联网终端设备,并提供必要的带宽以支持更多场景应用,如不同环境和不同天气下的物联网连接。

 

美国预测5G技术赋能将助力20%碳减排目标的实现

全球移动网络运营商协会(GSMA)此前曾分析过4G LTE及之前几代移动通信技术对全球碳减排进程的影响,具体从两个方面进行分析:一是移动通信的速率和吞吐量不断提升,助力移动通信行业自身的碳减排目标实现;二是移动通信技术产生的赋能效应,助推各行各业碳减排目标的实现。埃森哲沿用GSMA之前的模型思路,专为5G赋能各行各业碳减排目标实现搭建了测算模型,即因使用5G技术可避免的碳排放量=避免排放系数×5G连接数(包括智能手机用户数、物联网用户数)×5G行业应用。其中,避免排放系数是指每单位移动技术产生的碳减排放量,据GSMA的研究,与自身产生的碳排放量相比,移动通信技术能够避免10倍多的碳排放量。在5G行业应用方面,因5G具有前几代移动通信技术所没有的巨大处理能力和效率优 势,埃森哲结合当前各行业碳排放的实际情况,选取了5个垂直行业31个用例进行研究,即交通和城市、制造业、能源和建筑业、农业以及工作、生活和健康,定量评估各行业因使用5G技术而避免(或减少)的碳排放量(或能源消耗量)。

经测算,预计到2025年5G将助力实现的碳减排放量达到3.308亿吨/年,相当于一年减少7190万辆乘用车,或一年减少163.9万平方千米美国森林的碳封存量,这一碳减排放量将是美国当年约20%的碳减排目标。经埃森哲测算,在上述31个使用案例中,5G助力各行业实现的碳减排潜力有所不同,来自交通和城市、制造业、能源和建筑业、农业以及工作、生活和健康的碳减排放量占比分别达到26%、20%、21%、8%、25%,具体如图1所示。

预计到2025年5G对各垂直行业的碳减排影响潜力占比

5G助力美国碳减排目标实现的典型用例

以5G网络为代表的数字信息基础设施将实现新的自动化流程和节能效应,这在前几代移动通信网络中是前所未有的。根据埃森哲的预估,近70%碳减排放量将来自几个重要行业,具体用例如下。

智慧交通领域:5G可支持智慧交通生态系统,通过在街道和高速公路部署5G mMIMO、V2X通信等技术,逐步实现车辆通信、自动驾驶、远程驾驶和智能导航。使用基于5G的导航应用程序可促进交通拥堵管理和公共交通出行(包括乘车共享),减少交通碳排放。

智能制造领域:5G支持关键任务型的制造应用,通过加强生产线、机器和仓库的连接,可帮助制造企业降低能源支出。5G可对生产过程进行实时监控和预测性维护,跟踪商品的制造过程,优化库存管理,监测能源消耗并动态优化能源消耗时间,避开用电高峰。

智能电网领域:5G可通过实时监控生产和消费情况,收集并处理来自发电厂、输电线路、仪表和建筑物的数据,助力智能电网能源生产和传输的优化,通过快速定位损耗点,实现预测性维护和快速修复,以降低输电和配电损耗。5G还可通过实时监控、远程操作来减少出行,并通过远程控制风力涡轮机、远程检查输电线路来促进碳减排。

智能建筑领域:在建筑能源管理系统、商用暖通空调控制系统和智能仪表中,通过5G连接温度和运动传感器,实时检测温度、空气质量和使用建筑物不同空间的人数,动态自动调整用电,从而节约能源。

智慧农业领域:通过5G连接实时监测传感器,推进精准农业、智能农业机械、无人机喷洒农药以及杂草和作物监测等效率的提升。在田间部署5G小型太阳能传感器和土壤传感器,远程监测农作物和土壤的温度、含水量及氧气水平,了解资源使用情况,减少现场作业。通过5G智能手机应用程序远程控制作物浇水的时间和次数,减少开车进出农田的次数。

工作、生活领域:5G固定无线接入将为众多家庭尤其是农村地区用户提供电话会议、在家办公、远程作业的能力,通过电话会议和远程工作,节省通勤时间,减少工作旅行,从而带来潜在的碳减排。

卫生健康领域:5G将支持新的扩展现实(XR)技术,实现面对面或虚拟的远程医疗咨询,尤其在以前服务不足的偏远社区,用户可在家中享受到高质量的卫生专业人员服务,患者和卫生工作人员的出行将大大减少。

美国研究5G助力碳减排目标实现的启示

随着经济持续增长,基于技术的解决方案将在减少碳排放方面发挥重要作用。此次美国委托埃森哲研究5G助力碳减排目标实现,认为移动行业和5G网络将在应对气候变化方面发挥重要作用,其主要驱动力来自因减少不必要活动、资源优化组合配置而带来的能源消耗和碳排放的减少。未来,通过通信技术的持续创新与发展,推动垂直行业积极采取碳减排行动,以可持续的建设运营模式,结合持续性目标进行跟踪监督,在生态系统中为5G应用建立新的合作关系。

启示一:支持开发5G下游应用以加速碳减排进程。5G正在改变产业,改变企业和消费者使用移动技术的方式,以应对互联社会中日益增长的数据需求。通过5G网络实时能力和低时延数据传输能力,支持更多的下游用例,支持更多的连接设备,并通过大规模使用5G网络产生的倍增效应,帮助各行业减少碳排放,打好可持续发展的基础。

启示二:加强5G碳减排效果评估以实现有效监测。作为一些垂直行业组织的领导者,需要评估其组织在环境、社会和治理(ESG)指标方面的业绩,考虑其组织对所有利益相关者的影响,并根据不断变化的用户需求、技术进步、气候要求和监管环境,选择要实施的碳减排计划并制定碳减排计划的关键绩效指标。5G技术可以帮助行业组织建立ESG绩效流程管理,捕获并理解重要的ESG数据,实时分析其将产生的影响,做出更好的决策,并向利益相关者进行通报。

启示三:推动新型生态系统转型以促进共同利益。为促进行业和地区实施碳减排技术,行业组织和企业单位必须合作,重新规划其生态系统合作伙伴关系——部门内、跨部门、与政府相关部门以及无线通信行业的使能者,这甚至意味着要与竞争对手合作,实现整个行业的变革。一个由跨部门和技术合作伙伴组成的新生态系统将由此产生,各方在其中能找到具有互补技能的合作伙伴,联合开发产品、制订市场策略,跨部门的行业组织和利益相关者应考虑建立联盟以分享想法、资金和资源。

启示四:支持5G数字技术应用以创造绿色就业随着各垂直行业用户希望将5G使用和碳减排融入日常实践中,他们将需要相关技术人员来实现这一目标。未来,绿色工作既需要一些从事传统的、可持续发展工作的技术人员,如搭建风电场的工程师;也需要支持基于数字技术应用的碳减排工作从业者,如开发自行车共享项目的软件工程师。据预测2021—2025年期间,5G技术的部署将为美国创造多达30万个新的绿色工作岗位,为现有员工提供了提升相关技能的新机会,也为新员工的加入提供了新机会。

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