2024年7月，国家发改委等四部门联合印发的《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》明确了数据中心的绿色低碳发展目标及其主要行动计划。同时，我们也注意到AI的快速发展正引发业界和学界对其能耗和碳排放的担忧。因此，为更好助力AI的低碳发展，进一步挖掘其碳减排潜力，亟需提出一系列可持续的解决方案，并充分发挥能源地理学在服务AI低碳转型方面的学科价值。
作为当今最具颠覆性的技术领域，AI正在重塑我们的世界。随着AI在全社会广泛的应用，人们对探究AI如何对气候行动产生影响的研究兴趣激增。主流观点认为，从先进的AI模型中获取的决策性指导对应对气候变化及其潜在影响具有重要意义。然而，AI模型的训练和运行需要消耗大量能源，这也是容易被忽视的碳排放源。因此，为使AI更好助力实现“双碳”目标，亟需破解其面临的高能耗和碳排放困局。基于此，本文详细分析了AI在能耗和碳排放方面面临的挑战，同时提供了确保AI低碳发展的一系列可持续解决方案。
AI在推动全球气候行动方面大有可为。例如，AI可以为可再生能源管理和优化、低碳技术研发和创新以及碳排放监测和核算等方面做出积极贡献。同时，AI还能挖掘建筑、交通、能源和农业等行业的碳减排潜力，并进一步降低碳排放水平。然而，在应对气候变化方面，AI并非完美的灵丹妙药，其本身就是一个不容忽视的能源消耗和碳排放主体。
虽然目前如何准确测量AI的能源消耗和碳排放仍有待商榷，但业界已形成广泛共识：AI的广泛应用将大幅增加电力需求和碳排放。据预测：到2027年，全球AI相关的年耗电量将达到134太瓦时，即2023年的10倍；到2030年，AI相关的数据中心将消耗全球发电量的4.5%；到2040年，数据存储相关的业务将占全球排放量的14%。这些数据虽只是预测且尚存不确定性——主要取决于AI的部署速度和计算效率等，但能源消耗和碳排放的趋势性增长表明，确保AI的发展不偏离气候目标已成为一个亟待解决的挑战。
当前全球科技巨头的AI发展计划也与净零排放目标相悖。例如，2023年谷歌的温室气体排放量为1430万吨CO2当量，同比增长13%，比2019年高出48%。微软也陷入了类似的困境，2020-2023年的用电量从11太瓦时增加到24太瓦时，碳排放总量也增加了42%。这些增长主要源自用于训练和运行AI模型的数据中心的建设和运维管理，以及计算机服务器/芯片等上下游产业制造和运输过程中所产生的能耗和碳排放。南宫28
近年来，中国、美国和日本等都已关注AI的低碳发展，尤其是在低碳数据中心的建设和运营方面都采取了积极措施。2024年7月中国发布了《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》，明确要求：到2025年底，全国数据中心平均电能利用效率降至1.5以下，可再生能源利用率年均增长10%。此外，谷歌、微软和亚马逊等科技巨头也在投资更高能效和绿色的计算基础设施，以支持其AI雄心。这些行动计划极具潜力，未来前景广阔，但要实现AI的碳中和未来，还需要更完整、更契合的低碳解决方案。
第二，在可持续发展要求指引下，可优先考虑有针对性的、特定领域的AI模型，而不是盲目扩大规模。
第三，可设计和落实绿色AI认证以及配套的环境规范、政策和法规，尤其要全面评估AI在全生命周期（即制造、使用、报废和循环）中的环境影响。
第四，应制定强有力的激励措施，加快数据中心采用环境友好型能源，以最清洁的方式应对未来极具增长的AI相关能源需求。
最后，可推动建设共享数据中心和云计算资源，将计算任务集中到更高能效和绿色的共享基础设施，进一步减少AI相关的能耗和碳足迹。
一方面，AI的低碳发展是亟待解决的全球性问题。未来需要建立一个切实可行的全球统一倡议，以促进实现AI的碳中和未来，具体包括加强全球合作和集体努力、开发和共享AI碳减排的技术和专业知识等。另一方面，AI的低碳发展涉及信息、能源、社会等多个科学领域，以跨学科合作的方式整合各专业知识和技能有助于更好解决AI的高能耗和碳排放问题，尤其要消除学科专业壁垒，建立跨学科研究团队，并为跨学科研究提供资助。
美国纽约州立大学布法罗分校地理系博士后研究员，中国科学院地理科学与资源研究所特别研究助理。荣获“中国科学院院长特别奖”，入选博士后国际交流计划派出专项，主持国家自然科学基金青年项目、中国科学院特别研究助理资助项目和中国博士后科学基金面上资助项目3项。以第一/通讯作者发表论文30余篇，主要成果发表在Science (Letter)、The Innovation Energy、Energy Strategy Reviews、Journal of Geographical Sciences、地理学报、自然资源学报等国内外期刊上。
中国科学院地理科学与资源研究所研究员（三级）、博士生导师，中国科学院大学岗位教授。国家重点研发计划首席科学家，自然科学基金优青获得者。长期从事世界能源地理与国家能源安全、能源转型与低碳发展、经济地理与区域发展等方面的研究。担任《世界地理研究》副主编、Transactions in Energy and Sustainability主编等学术职务。在Science、The Innovation Energy、Energy、Energy Policy、地理学报、中国科学院院刊等期刊发表学术论文150余篇，30余份咨询报告得到中央国家部门的采用，荣获2021年度中国地理学会科学技术奖——青年科技奖、南宫282023年中国国土经济学会区域战略研究突出贡献奖、中国科学院优秀导师等奖励。
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球59个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
