數據中心低碳發(fā)展分析與展望

1、數據中心低碳發(fā)展分析與展望當前，5G、云計算、人工智能等新一代信息技術快速發(fā)展，信息技術與傳統(tǒng)產業(yè)加速融合， 數字經濟蓬勃發(fā)展。數據中心作為各個行業(yè)信息系統(tǒng)運行的物理載體，已成為經濟社會運 行不可或缺的關鍵基礎設施，在數字經濟發(fā)展中扮演至關重要的角色。近年來，我國數據中心產業(yè)快速發(fā)展，保持平均每年30%左右的增速，預計未來仍將保持 快速增長的勢頭。與此同時，數據中心產業(yè)能源消耗、綠色和低碳發(fā)展進程正在不斷引發(fā) 社會關注。我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。 數據中心行業(yè)亟需順應這一發(fā)展趨勢，降低碳排放，逐步實現(xiàn)數據中心“碳中和”目標。國際數據中心低碳發(fā)展

2、分析全球主要國家都承諾最晚于本世紀中葉完成國家層面碳中和計劃?；诼?lián)合國氣候變化 框架公約和京都議定書，全球178個締約方在2016年共同簽署巴黎協(xié)定，對 2020年以后全球應對氣候變化的行動做出統(tǒng)一安排。政府間氣候變化專門委員會于2018 年10月8日發(fā)布特別報告指出，將全球變暖限制在1.5C需要在土地、能源、工業(yè)等方面 加速轉型，到2050年左右達到“凈零”排放。該報告從對氣候影響、人類發(fā)展、能源轉 型革命和碳減排等方面進行了研究和分析，為巴黎協(xié)定提供了有力的科學依據。當前 世界主要經濟體（如歐盟、美國、日本和韓國等）都陸續(xù)確定以2050年為國家層面碳中和 時間節(jié)點。從全球發(fā)展視角看，雖然

3、數據中心總能耗較高，但是單位實例能耗強度呈下降趨勢，總體 能效不斷優(yōu)化提升。根據Science于2020年初刊登的文章重新校準全球數據中心能 耗估算，2018年全球數據中心總耗電達到205TWh，占當年度全球總用電量的1%。但是 從單計算實例來看，全球數據中心能耗強度自2010年以來每年下降20%，能源效率顯著提 升。在相關政策的指引和推動下，數據中心不斷整合改造，逐漸從較小的傳統(tǒng)數據中心向 超大規(guī)模數據中心轉變。另外，制冷、供配電、服務器單位功耗和資源池虛擬化技術的發(fā) 展及優(yōu)化，推動PUE值持續(xù)降低，數據中心總體能效水平不斷提高。從行業(yè)發(fā)展角度看，國際互聯(lián)網龍頭企業(yè)可再生能源使用計劃和披露情

4、況都相對完善。 Google、Apple和Facebook分別在2017、2018和2020年完成運營體系的100%可再生能 源使用，其中包含數據中心基礎設施；Microsoft和Amazon也將在2025年實現(xiàn)完全可再 生能源使用的目標。包括數據中心運營商Equinix和Digital Reality在內的頭部企業(yè)， 也都發(fā)布了 ESG、企業(yè)環(huán)境報告或CDP項目披露等報告，披露了溫室氣體排放、能源及水 資源使用情況、廢棄物回收利用等信息。Facebook的2019年可持續(xù)發(fā)展數據報告已經達 到公布各個數據中心詳細的用電量、溫室氣體排放（范圍1/2）和用水量等信息的水平。從具體措施來看，國際互

5、聯(lián)網科技企業(yè)通過優(yōu)化運營管理和前沿技術研究創(chuàng)新，持續(xù)推進 數據中心降碳。Google在2007年實現(xiàn)碳中和，從2017年至今一直保持全球運營范圍全年 總用電量維度下的100%可再生能源使用率，但是在某些區(qū)域或時段仍依賴化石能源電力。 為實現(xiàn)真正意義上的100%可再生能源，Google在2020年9月提出計劃，到2030年在全 球范圍內所有數據中心以小時單位實現(xiàn)實時可再生能源供電，也就是24X7零碳運營管理 計劃。通過將采集統(tǒng)計的數據進行匯總分析，最終實現(xiàn)Google全球業(yè)務范圍數據中心設 施的評估、管理和優(yōu)化。此外，Google還將人工智能和機器學習技術應用于數據中心冷卻 系統(tǒng)的管理，可以實現(xiàn)

6、高達40%的能源節(jié)省。該系統(tǒng)可以學習、適應和管理數據中心冷卻 及電力系統(tǒng)，通過模型預測在未來時間點的溫度和負荷，幫助提高數據中心能源利用效率。 Microsoft對數據中心備用電力系統(tǒng)也進行了創(chuàng)新，并在2020年成功對氫燃料電池進行測 試，為2030年以前消除柴油發(fā)電機、2050年實現(xiàn)消除歷史所有碳排放打下基礎。國內數據中心低碳發(fā)展分析當前，我國已經發(fā)布一系列政策推進數據中心綠色發(fā)展。2020年12月，國家發(fā)改委、中 央網信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局等四部委聯(lián)合印發(fā)的關于加快構建全國一體化 大數據中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導意見中提出，到2025年，東西部數據中心實現(xiàn)結構性 平衡，大型、超大型數

7、據中心運行PUE不高于1.3。2021年7月，工信部印發(fā)新型數據 中心發(fā)展三年行動計劃(20212023年)，明確提出到2023年，新建大型及以上數據中 心PUE降低到1.3以下，綠色低碳等級達到4A級以上。北京、上海、廣東和深圳等省市 在近幾年也陸續(xù)發(fā)布地方政策，提出要嚴格把關新建數據中心、推進老舊數據中心升級、 加強綠色數據中心改造和提高上架率等要求。近年來，我國數據中心能效水平不斷提高，部分優(yōu)秀綠色數據中心案例已全球領先。根據 工信部全國數據中心發(fā)展指引數據，截至2019年底，全國超大型數據中心平均PUE 為1.46，大型數據中心平均PUE為1.55；規(guī)劃在建數據中心平均設計PUE為1.

8、41左右， 超大型、大型數據中心平均設計PUE分別為1.36、1.39,預計未來幾年仍將進一步降低。 從綠色技術來看，國內數據中心不斷創(chuàng)新綠色節(jié)能新應用，多個數據中心獲得由開放數據 中心委員會(ODCC)與中國信通院、工信部新聞宣傳中心、綠色網格等聯(lián)合開展的“數據中 心綠色等級評估”AAAAA等級。從行業(yè)角度看，近年來我國互聯(lián)網科技企業(yè)可再生能源應用、碳中和路徑規(guī)劃和披露水平 上也在加快完善。阿里巴巴、秦淮數據、萬國數據、百度的個別數據中心實現(xiàn)了較大規(guī)模 市場化綠電交易。螞蟻集團公布碳中和目標，承諾2030年實現(xiàn)“凈零”排放；百度公布 在2030年實現(xiàn)集團運營層面的碳中和目標；騰訊、阿里也陸續(xù)

9、宣布啟動碳中和規(guī)劃。同 時，更多互聯(lián)網科技企業(yè)開始自愿披露ESG或其他能源相關信息。綠色云端統(tǒng)計，目 前在我國22家主流互聯(lián)網科技企業(yè)當中，55%的企業(yè)披露了用電總量，50%的企業(yè)披露了 溫室氣體排放總量，41%的企業(yè)披露數據中心PUE信息，55%的企業(yè)將環(huán)境、社會、公司治 理納入企業(yè)管理體系。但是從顆粒度和披露范圍看，我國數據中心能源信息披露尚不完善， 仍需進一步提高。我國低碳數據中心發(fā)展路徑分析為實現(xiàn)我國2060年碳中和目標，數據中心行業(yè)各方亟需加快研究設立碳中和數據中心目 標并付諸實踐。包括但不限于以下方面：堅持資源環(huán)境優(yōu)先原則，充分考慮資源環(huán)境條件 提高數據中心效率；深化探索節(jié)能減碳技

10、術在數據中心全生命周期建設運營中的應用；在 自有場所建設自然冷源、余熱回收利用或可再生能源發(fā)電等清潔能源利用系統(tǒng)；實施綠色 施工，盡可能減少對環(huán)境的負面影響；使用綠色電力、節(jié)能產品，并逐步建立健全綠色供 應鏈管理制度。積極進行技術創(chuàng)新大力開展節(jié)能減排技術研發(fā)創(chuàng)新，系統(tǒng)優(yōu)化提升整體能效。大規(guī)模采用模塊化建設方式， 采用先進高效的IT、網絡、供電制冷技術與方案，如獲得“DC-Tech創(chuàng)新先鋒”榮譽的液 冷、微模塊、一體柜、高性能存儲網絡、低時延異構數據中心等，提升數據中心算力算效， 降低總體碳排放。鼓勵采用智能化系統(tǒng)和平臺優(yōu)化數據中心整體能效，持續(xù)降低數據中心 PUE、WUE。大力開展氫能、儲能、

11、新能源技術研發(fā)應用，積極探索優(yōu)化新的制氫方法提升 效率、降低成本；推動使用氫燃料電池、鋰電池儲能等替代備用柴油發(fā)電機，將新能源與 數據中心建設聯(lián)動協(xié)同，推動數據中心加快低碳發(fā)展?？稍偕茉唇灰纂S著電力市場化改革的推進，市場化采購可再生能源項目試點正在加快推進。2020年，伴 隨著“可再生能源電力消納保障機制”的正式考核與運行，可再生能源進入更多的省級電 力市場，近期包括廣東、山東、京津冀地區(qū)在內的地方政府已出臺相關政策。此外，分布 式和大型集中式可再生能源項目發(fā)展也正在提速。目前，分布式可再生能源以光伏發(fā)電形 式為主，已經在部分園區(qū)投產使用。投資建設大型集中式可再生能源項目，從長遠來看也 是一

12、種可行選擇。此外，購買綠色電力證書也是助力企業(yè)實現(xiàn)碳中和的可行的輔助選項。數據中心溫室氣體核查為響應國家政策并更好地推動數據中心行業(yè)節(jié)能減排，中國信息通信研究院云大所和中國 標準化研究院資環(huán)分院聯(lián)合產業(yè)界發(fā)布了首個數據中心溫室氣體核查標準一一溫室氣體 排放核算與報告要求數據中心(T/EES 0001-2021)團體標準，開展了一系列數據中心低 碳等級評估評測，根據數據中心建設運營所處的階段劃分為規(guī)劃類、設計類和運營類，從 能源和碳利用效率CUE、碳排放強度、低碳節(jié)能技術與方案、低碳戰(zhàn)略與管理等維度進行 評價，通過標準和測試工作加速推動數據中心節(jié)能減排技術探索和管理模式創(chuàng)新，樹立綠色低碳發(fā)展示范

13、和標桿，助力數據中心行業(yè)高質量發(fā)展。零碳管理披露體系為填補我國科技企業(yè)信息披露體系的空白，并引導企業(yè)逐步全面詳實地披露主要能耗、碳 排放等信息，中國信息通信研究院云大所設計了適用于國內科技企業(yè)的零碳管理披露體系 框架，以衡量企業(yè)在綠色低碳管理、資源的消耗、不同范圍的碳排放和社會影響等10個 方面的情況，并將在雙碳公共服務平臺上展示披露上述數據的優(yōu)秀科技企業(yè)案例。一方面， 各科技企業(yè)的用能和排放量數據，可以作為政府制定政策和監(jiān)管的參考依據；另一方面， 管理架構、用能和排放數據可以幫助企業(yè)自身更好地評估低碳節(jié)能風險和機遇，降低碳相 關經營風險，并對企業(yè)經營決策進行支撐。雙碳目標任重而道遠，業(yè)界應為此不斷努力。在2021年數據中心高質量發(fā)展大會上，中 國信通院云大所牽頭發(fā)布了低碳數據中心發(fā)展白皮書(2021)；百度、秦淮