環保在線APP
環保在線手機站
環保在線小程序
微信公眾號
預告
回放
回放
品牌
天爾
伴隨著數字經濟的迅速發展，數據中心作為數字化發展的算力基礎設施建設正在全國如火如荼地進行當中。當前，在“碳中和”、“碳達峰”的目標之下，如何打造綠色低碳的數據中心已經成為未來產業發展的重點之一。2022年2月，“東數西算”工程全面實施，標志著我國的數據中心建設步入了高質量發展的新階段。同年3月，第十三屆全國人大五次會議和全國政協十三屆五次會議在北京召開，全國人大代表李家杰指出，在“雙碳”目標的指引下，做好綠色化與數字化工作，推動智慧減碳技術在高能耗產業有利于我國經濟高質量發展。數據中心作為典型的高能耗產業，是實現“碳達峰”之路上不可避免的挑戰，而其兼具數字化與綠色化的發展要求，更是開發和實踐智慧減碳技術的不錯領域。本文將圍繞數據中心產業的發展與改革，探討其作為新型基礎設施建設的一環將如何助力中國實現“雙碳”目標。
一、 數據中心產業概況
(一)數據中心產業的發展
數據中心是一套復雜的建筑設施，容納了多個服務器和計算機設備，及相關的數據通信連接設備、冷卻設備、監控設備和安全裝置等的提供數據相關服務的綜合體。數據中心是新型基礎設施中信息基礎設施內容的重要一環，代表了數字化和信息化發展的算力基礎。數據中心的起源最早可追溯至上世紀40年代，真正在本文探討范文內的數據中心應始于上世紀90年代互聯網和計算機的普及。在2000年前后，通信企業和IT企業都建立了屬于自己的數據中心，此時能耗問題凸顯，提效降耗成為必然要求。2007年左右，模塊化數據中心出現，這種形式相較于傳統數據中心擁有更低的建造成本和和更高的靈活性。2013年至2014年，我國發布多項政策，明確提出要重點發展信息基礎設施建設。2015年3月，工業和信息化部、國家機關事務管理局、國家能源局聯合印發了《關于國家綠色數據中心試點工作方案》，從此綠色化將作為關鍵指標貫穿從設計、建筑和運維的整個建設過程和上下游全覆蓋的供應鏈之中。2019年以后，擴展云計算技術商業運用的呼聲越來越高，云計算數據中心成為數據中心產業發展的趨勢之一。
(二)數據中心發展的挑戰
2030年中國將全面實現二氧化碳排放達到峰值，各行各業都在積極尋找低碳化發展之路，部分重點排放行業如鋼鐵、有色金屬等有望在2025年率先實現“碳達峰”，而數據中心的產業規模在還未全面實現綠色低碳的情況下依然有巨大的增長預期，為“碳達峰”目標帶來了更大的壓力。2021年國際環保組織綠色和平和廣州賽寶計量檢測中心在一篇報告中預測，到2035年，中國數據中心和5G總用電量約是2020年的2.5-3倍，將達6,951-7,820億千瓦時，將占中國全社會用電量5-7%。同時，2035年中國數據中心和5G的碳排放總量將達2.3-3.1億噸，約占中國碳排放量的2-4%，其中數據中心的碳排放將比2020年增長最高103%，5G的碳排放將增長最高321%。面對碳排放迅速增長的預期，數據中心提升能效、降低碳排放并全面向可再生能源轉型的進程刻不容緩。
(三)數據中心的四大特征
數據中心作為新型基礎設施建設的一部分，與一般的基礎設施相比具有諸多不同之處。數據中心起源于通信行業，后逐步擴展到金融、互聯網和政府機構等領域，在不同的行業呈現出了不同的特點。與交通、能源、水利、公共建筑等相比具有更多的商業屬性，是我國對基礎設施建設內涵的一次拓展。把握數據中心的特征有利于更好地把握產業發展的方向。本文圍繞數據中心的產業發展脈絡，總結了四點特征。
高能耗。數據中心的電力消耗主要來源于通信和IT設備、制冷系統、供配電設備和照明和其他設備等。2020年數據中心用電量約占全社會總用電量的2.7%，并且隨著數據中心的擴張，這一比重將繼續上升。目前衡量數據中心用電效率的主要指標為電能利用效率PUE(數據中心總用電消耗 / IT設備能源消耗)，理想水平為1.6至2.0，部分數據中心PUE高達2.0至2.5。數據中心的高能耗促進人們朝著可再生能源供給的方向發展。
集約化。隨著數字化的發展，越來越多的行業都參與到了數據應用的浪潮之中。互聯網行業、通信業、金融機構和銀行等都在積極建立自己的數據中心。數據中心的產業集聚能有效降低能耗成本，同時，數據中心也在向著大型和超大型規模發展。
綠色化。在數據中心對電力巨大需求的背景下，綠色低碳是數據中心建設初期必須考慮的因素之一。綠色數據中心在各個關節提高用電效率的同時，爭取100%利用可再生能源。同時為了降低能耗，減少成本，部分大型和超大型數據中心地址選擇將從東部地區轉向氣候和土地條件更為合適的中西部地區。
以租賃為主要經營方式。數據中心的租賃形式主要分為批發型和零售型。批發業務主要面向體量較大的客戶，一般以模塊為最小出租單位，提供場地和制冷供電設備，租約時間一般在5到15年。零售型又稱主機托管業務，服務靈活且比較全面，租期時間短，單價利潤高。目前來看，國內許多數據中心的零售業務占比會稍高一些。
二、數據中心產業低碳發展現狀
極高的能耗是數據中心產業低碳發展的主因。在嚴峻的全球氣候危機背景下，要大規模建設數據中心，發展的理念和方向必須與綠色低碳緊密結合。以下將圍繞低碳目標，從國際和國內視角簡述數據中心產業的發展現狀，并指出其發展的不足指出。
(一)全球綠色低碳數據中心建設發展迅速
從全球范圍來看，2019年全球數據中心產業規模約566億美元，全球主要國家都承諾最晚于本世紀中葉完成碳中和目標。美國、歐盟等主要經濟體都出臺了數據中心低碳發展的相關政策，通過設定數據中心能源消耗標準，細化和規范數據中心的相關指標，在保證用度的基礎上減少數據中心的數量和能耗。
在能耗方面，2015年至2020年全球數據中心耗電量在200Twh上下，約占全球用電量的1%，但近年來能耗趨于穩定，且能源需求有一定的下降趨勢。但是在未來數據體量將大幅增長的預期下，數據中心產業的用電量或許是只增不減。
在可再生能源利用方面，國際性的互聯網企業都在積極地推動全運營體系實現100%可再生能源使用。Google、Facebook和Apple都實現了其數據中心100%使用可再生能源的目標，數據中心企業Equinix從2015年至2019年將可再生能源使用比重從34%提升到了92%。
(二)國內綠色數據中心建設積極推進
2013年1月15日，我國工業和信息化部、國家發改委等五部門聯合發布了《關于數據中心建設布局的指導意見》，提出要分層次建立超大型數據中心、大型數據中心、中小型數據中心和企業數據中心。2015年后，數據中心作為數字經濟發展的基礎被納入新型基礎設施建設。隨著監管引導和行業自律，現在數據中心逐漸采用可再生能源來支撐日常維護和運作，數據中心也越來越呈現出集約化的趨勢。
從我國數據中心發展的規模來看，至2019年底，我國在用數據中心機架總規模達到315萬架，大型以上數據中心占比超70%，并且保持持續增長態勢；賽迪顧問公布數據顯示，我國各類規模的數據中心大約7.4萬個，占全球數據中心數量23%；我國互聯網數據中心(以下簡稱IDC)行業收入規模約878億元。根據國際數據公司發布的報告《Date Age 2025》，預測到2025年中國的數據總量將占全球數據總量的27.8%。從數據中心的能源利用率看，截至2019年年底，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，并且將持續下降。
從節能減碳技術創新來看，在數據中心產業內針對高能耗的缺陷，在運維模式、管理系統、冷卻系統、供配電系統等方面推出新型節能減碳技術，例如電解水制氫儲能技術、液冷技術、冰蓄冷技術等；在電力供給端，技術創新將降低發電企業的碳排放水平。例如碳捕集與封存技術將使燃煤發電成為一種相對低碳的供電來源。國內多家數據中心在積極探索自身的減碳之路，產生了多樣且高效的節能技術。
(三)數據中心產業綠色發展存在一些不足
1.先進技術推廣不足
數據中心產業綠色化迫在眉睫，盡管領域內出現了許多具備成熟經驗的新型技術，但仍然未大規模應用，原因可能是改變模式需要資金和時間投入，已擁有數據中心的企業躊躇不前；另一方面先進技術來源于發達一線城市，無法輻射到全國其他地區的數據中心，技術交流不暢，未大規模普及。但是由于近兩年綠色低碳已經成為數據中心發展的關鍵指標，因此未來綠色數據中心的比例會持續上升。
2.可再生能源利用前景不容樂觀
盡管在“碳達峰”背景下，可再生能源是每個數據中心必須要考慮的用電來源之一，但是業內共識，隨著數字經濟的持續發展，未來數據的維度和體量或許都將實現爆發式增長，可再生能源電力供給是否能滿足數據中心持續走高的能耗需求是企業是否愿意實現100%可再生能源利用的主要影響因素之一。而在可再生能源電力市場的相關問題也將制約著數據中心行業對其的利用意愿。
3.數據中心能效水平不高
根據《中國綠色數字中心發展報告(2020)》的資料顯示，我國數據中心的總體能效水平還有較大的上升空間，在充分利用機柜的數據中心的前提下，大型和超大型數據中心的平均PUE較低，中小型數據中心平均PUE較高。全國存在較多的未充分利用數據中心，平均PUE在2.67左右。許多建立在2014年前后、使用年限超過5年的數據中心普遍存在技術落后、設備陳舊和機柜利用率低的問題。
三、我國數據中心產業低碳發展路徑
當前我國數據中心建設具有布局建設不合理、算力能效不高、可再生能源利用率不足等問題，節能低碳技術雖有發展但推廣不足。我國現已將數據中心高質量發展上升至國家戰略，統籌規劃引導數據中心建設，助力產業加強短板建設。依據國家戰略規劃的，本文從布局優化、技術推廣和能源利用三個方面簡述我國數據中心產業低碳發展的路徑。
(一)優化數據中心布局，緩解東部地區減碳壓力
從整體上看，東部發達地區的數據中心數量最多，具有先進的技術和成熟的運維。中西部地區在自然環境、自然資源和租金方面都具有優勢，在發展中也獲得了青睞，例如貴州擁有華為旗下最大的數據中心，寧夏中衛市在2014年就落成了西部云基地數據中心。東北部地區由于市場需求較低，分布較少。選址已經成為數據中心綠色發展的重中之重，將一些大型數據中心布局在氣候適宜、能源富集和資源豐富的地區能十分有效地降低建設和運營的能耗。[1] 全國數據中心布局宜繼續優化，向條件適宜的地區轉移，承接東部地區持續增長的數據加工、離線分析和存儲需求。我國已經成功建設了出如“西氣東輸”“西電東送”等運用西部豐富的資源來滿足東部龐大的需求的重大工程，可以為優化數據中心布局提供實踐的思路。
(二)推廣數據中心先進技術，提效降耗
從數據中心本身的建設來看，位于核心地位的IT設備應從提高能效出發間接地降低能耗，此外應重點制冷和供配電的新型節能技術，包括液冷技術、自然資源冷卻技術等。這些技術目前擁有成熟的實踐經驗，適合進一步向全產業推廣。模塊化數據中心能解耦基礎設施與機房環境的關系，提高整體運營效率，具有靈活性、標準化、易擴展性和節能性，這種部署模式能在短時間內同時滿足數據中心增加規模和降低資源消耗的要求；在提升算力水平的基礎上，加快數據中心下游的云計算產業的發展，將一部分對實體主機服務器需求轉入云端，減少不必要的數據中心建設。
(三)提高可再生能源利用率
目前中國數據中心并為重視可再生能源的利用。數據中心企業使用可再生能源有多種方法，比如選址于風能、太陽能資源豐富的地區，就近消耗當地的可再生能源，減少長距離輸電的浪費。而對于那些需要就近在一線城市提供數據服務的中小型數據中心，可以出臺激勵措施鼓勵企業積極參與可再生能源電力市場，通過可再生能源信用額度、可再生能源信用證和綠色電力證書等方式為企業提供多樣化的能源利用途徑。數據中心企業可以不直接使用可再生能源，而是購買可再生能源或相關的信用額度，在無法保證使用可再生能源供電時，將其出售給電網，增加電網利用可再生能源的比例。繼續加強碳交易市場的建設，擴大碳市場的覆蓋范圍，放寬市場準入規則，創新設計碳金融產品，鼓勵數據中心產業參與到碳交易當中去。
四、我國數據中心行業低碳發展案例：東數西算工程
(一)東數西算工程簡介
“東數西算”是繼“東電西送”、“南水北調”、“西氣東輸”工程后的又一項國家工程項目，主要目的是通過合理布局數據中心來統籌協調全國的數字化發展，同時實現資源有效配置和行業轉型升級。工程的核心在于數據和算力，數據是數字經濟時代的關鍵生產要素，而算力則是賦予數據價值化的能力。長久以來，京津冀、長三角、粵港澳地區數字科技和經濟發展最快，數據豐富龐大，數據中心集中，但是受制于土地資源和能源壓力，總體呈現出供不應求的市場現象。而西部地區能源富集，土地遼闊，氣候適宜，且擁有一定的數據中心發展基礎，非常適合緩解來自發達地區的數據壓力，提供數據的加工、分析和存儲服務。目前，我國設立了八個國家算力樞紐節點，分別是京津冀地區、長三角地區、粵港澳地區、成渝地區、川渝地區、內蒙古地區、甘肅地區和寧夏地區，每個樞紐節點設立一到兩個數據中心集群，總計十個。數據中心建設依據綠色、低碳、集約和高效的原則，將可再生能源作為數據中心的主要供應來源，積極打造綠色的數字中心。
(二)在西部建設數據中心的意義
1.緩解東部地區資源緊張
數據中心的建設離不開土地資源和電力供應。隨著數字化滲透進各個行業，除了互聯網和信息科技企業擁有專門的數據中心之外，其他行業有實力的企業都在加快打造自己的數據部門，數據中心的建設越來越成為雄厚企業的重要競爭資產之一。東部發達地區的數據中心呈現產業集聚的狀態，給日趨緊張的城市建設用地增加了更大的壓力。此外，由于數據中心由各種計算機硬件組成，除去本就消耗巨大的日常運作和維護，冷卻所需的電力需求也相當巨大。目前的冷卻技術以風冷為主，成本低、效率高，缺點是噪音大、能耗高，隨著數據中心行業競爭加劇，電力消耗越來越大，為本就缺少能源的東部地區更多的壓力。盡管目前以液冷為代表的新型節能冷卻技術正在普及，但也無法及時有效地緩解東部地區對數據中心的建設需求，而在東部發達地區建設數據中心的企業也面臨著成本增加的問題。
2.改善西部地區的能源結構
在西部建設云計算和大數據計算中心能有效分擔東部地區的資源壓力。從土地資源來看，西部地區相較于東部地區擁有更少的人口和更多的土地，非常適合建設大規模的數據中心集群；從氣候來看，西部位于內陸，屬溫帶大陸性氣候，全年平均氣溫低于東部沿海地區，能有效降低冷卻成本；從能源來看，西部地區有用豐富的煤炭、石油和天然氣等化石能源和風力、太陽能等可再生能源，電力來源豐富且廉價，數據中心總成本的60%都來源于電力消耗，因此布局西部將大大減少成本。此外，依據綠色、低碳的原則，國家發改委等部門要求數據中心的電力供給來源需以綠色能源為主，這一導向將促進西部地區的能源結構，是對綠色能源的支持政策。在西部建設數據中心，企業能夠降低生產維護的成本，當地能改善能源使用的結構，實現雙贏。
3.促進西部地區經濟發展
在西部建立數據中心，一方面能帶動數字技術和人才先西部地區轉移，另一方面數據中心能反哺當地的行業進行數字化轉型，通過數字基礎設施建設賦能當地經濟高質量發展。數據中心的建設涉及土木、電子信息設備、信息軟件、空調機柜等行業，因此在建設過程中能有效帶動上下游行業共同發展。此外，在西部建立的云數據、大數據計算中心等能為當地企業提供服務器租賃服務，企業能節省自己組建數據中心付出的巨大的資金投入和日常維護的人工和電力成本，使企業能將更多的生產要素投入到自身的核心業務之中。
4.助推全國實現“雙碳”目標
首先將一部分基礎的數據加工、離線分析和存儲工作從東部地區遷移至西部能緩解東部地區的用電緊張問題，減少能源消耗；其次西部的能源能夠就地消化，減少長距離運輸的損耗，提高了能源的利用率。國家提出要打造綠色的數據中心，使可再生能源成為供給數據中心的主要電力來源，這無疑將進一步改善西部地區的能源結構，提升可再生能源比重，從而降低碳排放。將東部地區擁擠的數據中心遷移至西部，對整個國家來說都是一件能夠助力實現“雙碳”目標的優秀工程。
五、結語
數據中心產業是數字經濟時代的重大基礎性產業，決定了數據能否成為促進經濟高質量發展的關鍵生產要素。而在應對全球氣候危機的大背景下，綠色數據中心建設的實踐不僅能成為其他產業轉型升級的寶貴經驗，而且還將揭示出數字化是否是人類邁向可持續發展未來的正確方向。“東數西算”工程發揮了我國的制度優勢，體現了我國一貫的高水平的統籌協調能力。在全國范圍內的數據中心合理布局之后，應當加快節能低碳技術從東部到西部的流動，加強西部地區的產業實力，為未來可能到來的數據井噴式發展做足準備。
原標題：IIGF觀點 | 數據中心產業助力我國“雙碳”目標實現
