低碳计算技术2050年展望之一保罗安德森

82中国信息界2010年第6期总第144期编者按：构建社会主义和谐社会，必须走循环经济之路，必须充分利用信息与通信技术最大限度地减少人类行为留在地球上的碳脚印。英国在发展低碳经济的战略政策制定和实施方面，提出了很多出色的方案，他们的经验值得我国借鉴参考。英国联合信息系统委员会2009年发布的《低碳计算技术：2050年展望》介绍了英国碳排放减少的战略和计划，分析了信息与通信技术应用对减少温室气体排放，遏制全球变暖的潜在贡献。报告提出的观点可以带给我们很多启迪。本报告全文较长，本刊拟分4期连载，以飨读者。低碳计算技术：2050年展望(之一）保罗·安德森盖纳·巴克豪斯丹尼尔·柯蒂斯西蒙·雷丁大卫·沃鲁姆张进京译1介绍英国是世界上第一个把应对气候变化纳入有约束力的法律框架之中的国家，英国的做法具有深远的意义。英国已经制订了未来几年的碳排放战略、计划，并做出了预算，目标是到2050年将英国的碳排放总量降低80%。那么这对ICT行业意味着什么呢？特别是那些在高等教育和职业教育中从事信息服务的行业该做些什么呢？本报告将探讨如何降低ICT行业的碳排放量，分析其实际应用并展望未来。气候变化问题已引起人们广泛关注，各国政府正在通过各种财政手段和措施来解决各个行业的耗能问题，但对ICT行业本身的能耗问题，目前尚没有进行深入研究。自上世纪60年代以来，计算技术的发展一直遵循着摩尔定律，人们想当然地认为，每一代新的设备都会有更强大的处理能力，无需相应地增加成本。直到昀近，人们才多少认识到，ICT应用消耗了大量的能源，加大了温室气体的排放。ICT造成的温室气体排放在迅速增加。一家叫做智力联盟的著名技术贸易协会昀近发布了一份报告，估计ICT行业造成的温室气体排放量约占全球总排放量的2%，大约相当于航空行业的排放量。该报告承认，在技术密集型和知识密集型的经济体，如英国和美国，这一比例会更高，由ICT造成的二氧化碳排放量占到总排放量的4%-10%。报告指出，英国环境、食品和农村事务部制定的市场改革计划，目的是支持英国政府可持续发展产品政策的制定的实施。报告还指出，从2000年到2005年，ICT行业的耗电增加了一倍多。但是，ICT对环境的影响既有负面的，也有正面的。例如，一个大学开视频会议要耗电，但与出差旅行所产生的碳排放相比，它对环境的影响就很小。可能我们的确需要更多地采用ICT技术来建立一个低碳社会。从概念上讲，我们可以把ICT的影响分为直接的和间接的。对环境的直接影响是由设备本身或设备安装造成的，而间接影响则是由技术改进应用过程造成的。例如，一台PC机的耗能会产生直接的负面影响，但用PC机来运行汽车共享数据库，又能产生间接的正面影响。ICT应用不仅要消耗电能，而且要使用有毒材料和稀有材料，所以在产品的生命结束后会产生废料。对于ICT应用，在结构上，不仅要考虑供应链管理，而且要考虑社会与环境因素，如在制造过程中使用有毒材料，制造工厂过度开采水资源对人的影响，或废弃物的社会影响。本报告的目的是把更多的人们关心的问题纳入英国联合信息系统委员会已公布的“绿色”或“可持续”ICT议程之中。所以，这份技术观察报告重点讨论的是第一级或第二级的影响，即设备和设施直接的环境影响和设备控制与使用政策的影响。根据现在的说法，我们使用了“低碳”这个词来描述温室气体排放的减少，但我们承认，这个词不大准确。一般技术报告的预测期是5到10年，本报告的展望则超过了30年。这是由缓解气候变化措施的长期性决定的，目前，跨国界的措施，特别是在欧洲，预测期在不断延长，2005年欧洲环境署的预测期已延伸到2100年。但是，要强调的是，本报告的预测不见得准确，因为从技术的角度是很难做出时间跨度如此长的预测的，何况还有材料的进展和所谓“黑天鹅”事件（难以预测的巨大变化）的影响。1.1“低碳”有多低？“低碳”一词常常会让人感到迷惑。从全球的角度、欧洲的角度或英国的角度看，或从2020年、2030年、2050年甚至2100年的时间跨度上看，指标都不一样，总之，在减少排放的路线图上，各个里程碑都是不同的。如果说英国到2020年比1990年减少34%的碳排放指标是“低碳”的话，那么我们该如何解释到2050年英国需要减少超过80%英国联合信息系统委员会海外论文83中国信息界2010年第6期总第144期海外论文的排放呢？这样考虑指标有什么用呢？根据2009年12月在哥本哈根召开的联合国气候变化框架公约第15次缔约方会议的决议，欧洲委员会承诺的比1990年减少排放20%昀后可能会改变成减少排放30%。欧洲环境署对联合国气候变化框架公约昀终做出了这样的评价：“科学的不确定性不能成为保持大气稳定的温室气体浓度水平确定模糊的理由。另外，确定安全或可持续的浓度水平不仅是一个科学问题，而且与观察和预测有关，与观念、价值和政治对话有关”。本报告明确指出，到2030年，将全面开发降低工业、废弃物管理和农业产生的一氧化二氮和甲烷技术，实现可持续的、低成本的减排。其他行业也会采取更大的减排举措。实际上我们现在设立为指标的那些数字，只是用来唤醒人们的意识，实际发生的变化像流沙一样在变动，各种各样的因素都会引起变化。虽然这些指标可能会大幅度地修改，但认为这些指标设定的方向都错了的想法也是不对的。在2020年之前，各个大学必须摆脱过渡技术的短暂影响，启动行业整合，制定更大的长期计划，跨度到2050年甚至更远。1.2指标之外的任务近期，大约到2013年，毫无疑问重点是要达到气候变化法和英国政府5年碳排放预算设定的目标。但是，从长期的战略角度思考，就要有更大的视野，不能局限于这些指标。英国政府的过渡计划提出：“到2050年，基本上所有的电能都将来自可再生资源以及碳排放被收集和长期安全储存的的核燃料或化石燃料。到2020年，40%的电能将来自这些资源，其中可再生资源将占到30%”。这个声明从概念上明确了我们需要做什么，重点是让发电“温室气体排放中性”，为实现这一目标，既要减少需求，又要增加供给。本报告的撰写将与这一议题的探讨同步进行，要制定跨行业规划的长期战略，并融入高等教育和职业教育之中。本报告在结构上围绕两个主要思路展开：一个是分析每个高等教育机构中使ICT能源效率在短期和中期昀大化的技术和标准（第四节），另一个是分析2013年前需要采取的跨行业战略规划与行动，为2020年和更长期的措施做准备（第五节）。1.3概要与调查范围一般来说，技术观察报告都是为跨学科职业教育和高等教育撰写的。高层决策者应该从报告中获益，感知技术的要素、能力、意义和发展方向。另外，技术观察报告的部分内容可能会超出技术层面。高等教育机构IT管理者和技术人员应该感到这些报告对他们是有用的。简单说，本报告讨论的是：（1）措施与标准的昀佳范例；（2）基于简单人员行为或低成本投资的短期“快速定位”；（3）更高成本投入或基于更多实验的长期解决方案；（4）对影响这些技术未来发展问题的讨论；（5）低碳ICT路线图的初步尝试，把相关问题纳入一个框架，考虑目前气候变化法设定的指标。第四节对主要技术进行了详细分析。这种技术讨论也许会超出一般读者的理解能力，所以我们在第六节中简要介绍了第四节中讨论的主要技术发展趋势。在第六节中，我们还提出了低碳ICT路线图，这是在气候变化法指标框架内对技术做结构性观察的初步尝试。第五节分析了2013年前的中短期跨行业规划与措施，目的是为2050年及更远期的行动做准备。这一节在以下方面专门进行了分析：（1）数据中心的未来：云计算，政府云，可适应数据中心与纳米数据中心（2）企业架构（3）能源安全，特别是数据中心的影响（4）适应气候变化：欧洲委员会应对气候变化的第二种战略。2当前政策像因特网一样，减少碳排放也是工作不可或缺的组成部分：每个政府工作人员都要把减少碳排放视为自己的责任。——英国能源与气候变化部大臣艾德米利班德英国在政策与战略上对发展低碳ICT是有所考虑的。低碳ICT是国家应对气候变化和环境恶化跨行业战略的一个组成部分。政府高层对气候变化政策的关注至少可以回溯到2000年，那时，原环境、交通与地区部就发布了《英国应对气候变化规划》。2000年年中，后续工作在新组建的环境、食品和农业事务部的领导下继续进行。该部2007年发布的《气候变化战略框架》是这项工作发展到顶峰的标志。这个框架指出需要采取紧迫行动应对气候变化，并勾画出了未来低碳经济的愿景。框架报告讨论了国际层面的长期解决方案，强调了若干重要国际事件的意义，如联合国气候变化框架会议京都议定书和欧盟的成立。报告明确指出，政府部门对发展低碳经济将发挥重要作用，技术、能源效率和技术转移至关重要。政府层面关于气候变化的讨论是继《气候变化经济学斯特恩评估报告》出版之后展开的，该报告的撰写受英国财政部委托。报告分析了在气候变化方面采取措施与不采取措施的经济后果，指出稳定气候变化的经济成本“相当大但是可以控制”，行动的延误是“危险的，而且成本代价会高得多”，采取措施的成本大约相当于GDP的1%。英国金融服务管理局主席阿戴尔•特纳勋爵在他的著作《合理的资金：公正的经济》中指出，这笔钱相当于国家在富裕之路上晚几个月。尼古拉斯•斯特恩爵士是前世界银行首席经济学家，他的评估报告引用证据的分量，研究的深度，委托方英国财政部对政策制定的重要性以及他本人的领导威望，都对84中国信息界2010年第6期总第144期海外论文政府部门的讨论有着重大影响。政府对斯特恩评估报告的重大战略反应是在2008年颁布了《气候变化法》，该法与其他一些政府战略和措施相符，例如商务部2007年发布的《能源白皮书》和环境、食品和农村事务部2006年制定的《气候变化计划》，该计划提出了英国的国内外政策和行动优先序。英国的《气候变化法》于2008年秋末成为正式的法律。英国政府宣称，这是世界上第一个具有法律约束力的气候变化框架，是英国发展低碳经济的重大纲领。气候变化法的要点如下：（1）设定的法律目标是，通过在国内和国际上采取的行动，到2050年使CO2排放量与1990年相比至少减少80%，到2020年至少减少34%。（2）成立一个新的、独立的气候变化委员会，审查目标和进程，并向议会报告。（3）预留5年的碳排放预算，限定每年的CO2排放量。第一期预算从2008年到2012年。（4）为先前宣布的《减少碳排放承诺》提出一些法律框架，为非能源密集型的商业和公共部门制定新的碳排放交易方案。气候变化涉及的问题已经列入英国的政治议程，2008年10月，英国成立了能源与气候变化部，任务就是实现向低碳英国的过渡。继《气候变化法》获批为正式法律之后，能源与气候变化部又于2009年公布了《英国低碳过渡计划》白皮书，提出了按照法令的法律框架制定的战略计划和目标。减少碳排放，要像财政预算一样做出计划，总目标是减少4.59亿吨的温室气体排放。本观察报告昀重要的是涉及具体部门的第5节，在这一节中，公共部门的减少碳排放计划尤为重要。因为到2020年，企业的碳排放总量将比1999-2000年度减少13%，而公共部门要减少30%。《减少碳排放承诺》是政府在公共部门减少碳排放的主要推动力，它可能对大学和学院产生昀大的短期影响。《减少碳排放承诺》于2010年4月开始实施，涉及较大的需要获得碳排放额度的公共机构与组织，2013年，额度总量将会受到控制。目前对内在能耗，也就是对产品制造和销售的能耗情况尚不清楚。内在能耗的成本也许能在供应链的后端得到补偿，但从长期看，至少不能一开始就把这种能耗看作是理所当然的。通过回收利用可以增加收入，要实现这个，就看这些公共机构怎么去做了。英国提出的宏伟目标是，到2018年，保证所有新的公共部门大楼实现“零碳排放”，虽然政府并没有做出肯定的承诺。到2010年春天，英国的每个部及其附属的公共机构都将制定出自己的减少碳排放计划。英国高等教育基金委员会将对各部门碳排放减少量的合理性评估，并为实现这些目标制定的后续战略咨询。2.1欧洲采取的行动欧洲已经制定了减少全球气温升高2oC的战略，并在2007年的布鲁塞尔峰会上宣布了一个计划。计划中的行动如下：（1）根据2