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揭秘首届零碳冬奥会 智能科技撑起“碳中和”

揭秘首届零碳冬奥会 智能科技撑起“碳中和” 科学快报 第1张

  夜晚的北京灯火通明,国家体育馆“鸟巢”也不例外。

  负责承担北京冬奥会、冬残奥会开闭幕式的鸟巢已于上月提升改造完成,改造内容包括景观照明系统等多个设施,融入众多科技、绿色、智慧元素。通过运行模式控制,鸟巢可以达到 30% 的节能效果。

  鸟巢的改造,是冬奥会实现低碳化的关键举措之一。这场非比寻常的冬奥会,将有史以来第一次实现所有场馆都使用可再生能源。

  北京已经向全世界庄重承诺:将实现碳排放全部中和!

  今年 3 月公布的“十四五”规划中写道,制定 2030 年前碳排放达峰行动方案,锚定努力争取 2060 年前实现碳中和。冬奥会对于碳中和的承诺,即是向社会传递绿色低碳理念的重要机会。

  北京冬奥会要成为人类首个真正实现碳中和的奥运赛事,那将如何做到呢?

  作为举世瞩目的重大赛事,北京冬奥会将从能源、建筑、交通、碳汇 4 个方面入手,通过应用人工智能、5G 等多种前沿技术,实现低碳办会。

  一、四个方面 18 项碳减排措施,北京冬奥碳中和这样做

  由于全球气候变暖,各种极端气象事件出现的愈发频繁,低碳减排成为重要的全球环境议题,关系到人类和地球未来的命运。

  奥运会作为世界上最大的体育活动之一,兴建场馆、举行比赛、进行各种运维都会消耗大量的资源,产生碳排放,尤其是冬奥会,赛场的冰雪转换等工作相比于夏季奥运会可能产生的碳排放会更多。

  面对全球气候问题以及奥运会的资源调动等问题,国际奥委会也一直在鼓励和推动举办更低碳绿色可持续的奥运会。

  2021 年 3 月,国际奥委会颁布新改革路线图《奥林匹克 2020+5 议程》,共 15 条改革建议,其中一条就是促进可持续的奥运会。

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  之前的冬奥会,例如温哥华冬奥会(2010 年)主要 2 个方面入手实现碳中和,一是使用可再生的水电能源、城市中公交车和汽车多采用氢动力,推行公共交通;二是通过和绿色能源机构合作,在全球开展低碳项目建设,抵消部分碳排放。此外,温哥华冬奥会还采用绿色建筑,降低能源消耗。

  索契冬奥会(2014 年)对场馆同样进行了特殊设计,采用透明玻璃结构节约能源;平昌冬奥会(2018 年)除了同样采用绿色建筑、使用清洁能源之外,还建设了温室气体监测系统,并发布碳管理报告。不过,这些冬奥会都存在赛后场馆容易荒废、部分能源为不可再生能源等等问题,并且没有大规模的使用智能技术。

  跟之前的冬奥会相比,北京冬奥会将会交出一份更优秀的答卷:碳排放将全部中和。

  早在 2019 年,北京冬奥会组委会就专门研究制定了《北京 2022 年冬奥会和冬残奥会低碳管理工作方案》(以下简称冬奥低碳管理方案),来履行好申办冬奥时的承诺,推进中国生态文明建设,在应对气候变化领域起到创新示范作用。

  冬奥低碳管理方案包含 4 项低碳目标:低碳能源、低碳场馆、低碳交通和低碳标准,并确定了 4 大项 18 小项碳减排措施,4 项碳中和措施,以及 4 项保障措施。

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  ▲ 《北京 2022 年冬奥会和冬残奥会低碳管理工作方案》要点

  北京冬奥组委会在政府相关部门指导下、同涉奥企业、单位一起积极推动着上述碳减排和碳补偿等措施的实施,并在今年 5 月召开北京冬奥会碳中和方案论证会,持续落实冬奥碳中和的目标。

  上周,国际奥委会北京冬奥会协调委员会主席小萨马兰奇在北京冬奥会技术筹备的线上新闻发布会上说,北京冬奥正在兑现碳中和承诺。

  冬奥实现碳中和既是履行申奥承诺,也是向国内外展示中国绿色低碳实践情况,还能鼓励更多机构和个人向绿色低碳方向发展之外,同时可以促进北京、河北等地的能源消费结构转型,刺激更多绿色低碳产品的使用。

  低碳能源、低碳场馆、低碳交通等的实现涉及多个产业,北京冬奥会实现碳中和也能促进多领域进行绿色低碳产品研发和技术创新,是普及碳排放智能化管理方案的良好契机。

  二、绿色能源和绿色场馆:“智慧大脑”可视化管理能源供应和使用

  值得一提的是,建设张北柔性直流电网等低碳能源示范项目,实现奥运史上首次全部场馆被城市绿色电网全覆盖。

  这是北京冬奥会最大亮点之一。保证绿色能源的顺利供应是重中之重,何让能源的使用更加高效同样至关重要,这些需求的实现少不了相关负责单位利用人工智能等技术建设出来的“智慧大脑”。

  1、北京冬奥电力运行保障指挥平台保证绿电供应

  冬奥会的各个场馆如鸟巢、水立方等需要电力供应,智能体温计、服务机器人等各种设备同样需要电能来工作。这次北京冬奥会 3 大赛区 25 个场馆的电力供应将全部使用清洁能源,这也是奥运史上的首次。

  确保绿色电能供应离不开张北柔性直流电网试验示范工程、北京冬奥电力运行保障指挥平台(EOC)等项目的支撑,其中北京冬奥电力运行保障指挥平台就相当于保证全部场馆绿电供应的智慧大脑。

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  ▲ 北京冬奥电力运行保障指挥平台(来源:中电传媒能源大数据)

  北京冬奥电力运行保障指挥平台通过运用数字孪生、知识图谱、智能语音等技术,可实时、全景式监控场馆内电力情况。

  该平台共接入国家电网公司北京电力的 29 个业务系统,涉及绿电、物资、保障等 187 项指标数据。

  北京冬奥电力运行保障指挥平台负责总览全局,张家口冬奥保障指挥中心则主要负责保障本区绿电供应。

  国家电网公司冀北电力通过开发 6 大核心功能、构建 7 大主题场景,融汇 13 套系统数据打造出张家口冬奥保障指挥平台,运用 5G、智慧物联、人工智能等技术,来实时感知关联设备运行状态和内外部环境,辅助相关人员总览全局、快速决策。

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  ▲ 冬奥供电保障指挥平台平台功能架构(来源:新华社)

  此外,国家电网公司北京电力还使用氢能源发电车、电力巡检机器狗、防撞无人机等加强场馆隐患排查等保证电网运行项目的检测。

  2、能源管控中心让能源消耗更低

  除了使用可再生能源来降低碳排放之外,北京冬奥会专门在北京及延庆赛区的 10 个场馆建设能源管控中心。

  能源管控中心实时监测场馆中电、气、水、热等能源的使用情况,利用大数据、人工智能等技术,完成建筑能耗、碳排放监测等的可视化管理,进而减少能源消耗。

  同时,在冬奥场馆内还部署了智能建筑操作系统,基于 5G 和 AI 等技术,实现整个冬奥村的实时态势全面感知。

  智能建筑操作系统中包含建筑碳排放智慧管理平台,可实现对单个或多个建筑进行多维度实时在线监测与核算分析、碳资产额度管理、引导节能减排技术应用等碳排放管理功能,和根据场馆人员情况、气象数据等,预测建筑用能情况,进行用能优化。

  为了更直观地向观众展示绿色冬奥碳中和承诺的实现情况,奥运村新闻中心还建设了绿色智慧能源展示中心,通过 5G 和互联网 + 等智能技术,展示绿色电力生产、输送、消费和节能的全部过程。

  三、绿色交通:优化交通运行管理系统,提高交通燃油效益

  这次的北京奥运会共有 3 个赛区,除了场馆的能源使用要更低碳,赛区内交通、赛区和市区间交通同样需要采取措施,确保更绿色。

  1、完善城市公共交通运行调度系统,鼓励公共交通

  低碳交通同样是北京冬奥会实现碳中和的重要措施之一,在赛区内的交通服务会基本实现清洁能源供应,此外还会推动应用氢燃料车辆。

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  ▲ 氢能源车辆(来源:北京冬奥组委)

  北京冬奥会比赛时,所有冬奥交通服务车辆将安装 ETC,保障快速通行。

  除了推进使用新能源车辆之外,建设低碳交通体系还包括鼓励使用公共交通、应用智能交通管理系统,提高交通燃油效益,降低交通运输过程的碳排放量。

  北京及张家口相关部门和北京冬奥会组委会将加强冬奥交通和城市交通信息的互相联通,完善城市公共交通运行调度系统,提升交通系统的智能化管理水平。

  此外,相关部门还会整合交通、天气信息,完善交通信息查询系统,通过利用动态交通信息发布和诱导系统等技术为冬奥观众提供交通信息服务;通过实施分析研判人流车流情况,加强公共交通、城际交通和停车场、充电桩等交通设施信息的发布。

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  ▲ 崇礼交通综合管控中心(来源:河北日报)

  例如,张家口市崇礼区的崇礼智慧交通综合管控中心通过大数据等技术对整体交通态势进行感知判断,辅助管理者及时疏导交通,解决拥堵问题。

  2、建设场馆数字孪生模型,助力周边交通管理

  场馆的智慧化数字化升级也有助于提高交通运输效率,降低碳排放。

  像国家体育馆同样建有数字孪生系统,未来通过数字孪生系统可动态采集相关设备的运行情况、周边道路人流情况,使数字建筑和城市交通系统联通,基于人工智能形成最优的解决方案,改变大型活动时部分市区内场馆周边交通不畅情况,提升附近车辆的交通燃油效益。

  3、倡导绿色出行,全民参与冬奥碳中和

  除了通过使用智慧交通系统、提供更全更及时的公共交通信息、鼓励更多人低碳出行之外,北京冬奥会还开发出了其他全民参与碳中和的途径。

  北京冬奥组委会上线了“低碳冬奥”小程序,利用数字技术记录用户日常生活中的低碳行为轨迹,鼓励和引导公众参与绿色低碳生活。

  例如,人们可以通过参加公交、地铁、骑行等绿色出行方式以及购买家电时选择绿色家电,采用低碳办公方式像在线会议等低碳活动获得积分兑换低碳证书和礼品。

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  ▲ 低碳冬奥小程序

  结语:冬奥成为碳中和样本

  这次北京冬奥会既是科技冬奥,也是碳中和冬奥,展现了一批低碳绿色智慧的奥运场景,其中少不了大数据、人工智能、5G、数字孪生等前沿智能科技的助力。

  同时,北京冬奥会也是展示智能科技可以在碳中和中发挥什么作用的极好机会,比如说建筑能耗管理等,为其他企业或者机构推进碳中和提供参考。

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