伴隨著數字經濟的迅速發(fā)展，數據中心作為數字化發(fā)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(yè)發(fā)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(fā)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(xié)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(yè)有利于我國經濟高質量發(fā)展。數據中心作為典型的高能耗產業(yè)，是實現“碳達峰”之路上不可避免的挑戰(zhàn)，而其兼具數字化與綠色化的發(fā)展要求，更是開發(fā)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(yè)的發(fā)展與改革，探討其作為新型基礎設施建設的一環(huán)將如何助力中國實現“雙碳”目標。
 

　　一、 數據中心產業(yè)概況
 

　　(一)數據中心產業(yè)的發(fā)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(jiān)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(huán)，代表了數字化和信息化發(fā)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(lián)網和計算機的普及。在2000年前后，通信企業(yè)和IT企業(yè)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(tǒng)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(fā)布多項政策，明確提出要重點發(fā)展信息基礎設施建設。2015年3月，工業(yè)和信息化部、國家機關事務管理局、國家能源局聯(lián)合印發(fā)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(yè)運用的呼聲越來越高，云計算數據中心成為數據中心產業(yè)發(fā)展的趨勢之一。
 

　　(二)數據中心發(fā)展的挑戰(zhàn)
 

　　2030年中國將全面實現二氧化碳排放達到峰值，各行各業(yè)都在積極尋找低碳化發(fā)展之路，部分重點排放行業(yè)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(yè)規(guī)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(huán)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(yè)，后逐步擴展到金融、互聯(lián)網和政府機構等領域，在不同的行業(yè)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(yè)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(yè)發(fā)展的方向。本文圍繞數據中心的產業(yè)發(fā)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(tǒng)、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(xù)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(fā)展。
 

　　集約化。隨著數字化的發(fā)展，越來越多的行業(yè)都參與到了數據應用的浪潮之中?；ヂ?lián)網行業(yè)、通信業(yè)、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(yè)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(guī)模發(fā)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(jié)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(qū)轉向氣候和土地條件更為合適的中西部地區(qū)。
 

　　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(fā)型和零售型。批發(fā)業(yè)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(yè)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(yè)務占比會稍高一些。
 

　　二、數據中心產業(yè)低碳發(fā)展現狀
 

　　極高的能耗是數據中心產業(yè)低碳發(fā)展的主因。在嚴峻的全球氣候危機背景下，要大規(guī)模建設數據中心，發(fā)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(yè)的發(fā)展現狀，并指出其發(fā)展的不足指出。
 

　　(一)全球綠色低碳數據中心建設發(fā)展迅速
 

　　從全球范圍來看，2019年全球數據中心產業(yè)規(guī)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(fā)展的相關政策，通過設定數據中心能源消耗標準，細化和規(guī)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(wěn)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(yè)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(lián)網企業(yè)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(yè)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(yè)和信息化部、國家發(fā)改委等五部門聯(lián)合發(fā)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(yè)數據中心。2015年后，數據中心作為數字經濟發(fā)展的基礎被納入新型基礎設施建設。隨著監(jiān)管引導和行業(yè)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(fā)展的規(guī)模來看，至2019年底，我國在用數據中心機架總規(guī)模達到315萬架，大型以上數據中心占比超70%，并且保持持續(xù)增長態(tài)勢；賽迪顧問公布數據顯示，我國各類規(guī)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(lián)網數據中心(以下簡稱IDC)行業(yè)收入規(guī)模約878億元。根據國際數據公司發(fā)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(xù)下降。
 

　　從節(jié)能減碳技術創(chuàng)新來看，在數據中心產業(yè)內針對高能耗的缺陷，在運維模式、管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等方面推出新型節(jié)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(chuàng)新將降低發(fā)電企業(yè)的碳排放水平。例如碳捕集與封存技術將使燃煤發(fā)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(jié)能技術。
 

　　(三)數據中心產業(yè)綠色發(fā)展存在一些不足
 

　　1.先進技術推廣不足
 

　　數據中心產業(yè)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(guī)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(yè)躊躇不前；另一方面先進技術來源于發(fā)達一線城市，無法輻射到全國其他地區(qū)的數據中心，技術交流不暢，未大規(guī)模普及。但是由于近兩年綠色低碳已經成為數據中心發(fā)展的關鍵指標，因此未來綠色數據中心的比例會持續(xù)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(yè)內共識，隨著數字經濟的持續(xù)發(fā)展，未來數據的維度和體量或許都將實現爆發(fā)式增長，可再生能源電力供給是否能滿足數據中心持續(xù)走高的能耗需求是企業(yè)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(yè)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(fā)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(yè)低碳發(fā)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(jié)能低碳技術雖有發(fā)展但推廣不足。我國現已將數據中心高質量發(fā)展上升至國家戰(zhàn)略，統(tǒng)籌規(guī)劃引導數據中心建設，助力產業(yè)加強短板建設。依據國家戰(zhàn)略規(guī)劃的，本文從布局優(yōu)化、技術推廣和能源利用三個方面簡述我國數據中心產業(yè)低碳發(fā)展的路徑。
 

　　(一)優(yōu)化數據中心布局，緩解東部地區(qū)減碳壓力
 

　　從整體上看，東部發(fā)達地區(qū)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(qū)在自然環(huán)境、自然資源和租金方面都具有優(yōu)勢，在發(fā)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(wèi)市在2014年就落成了西部云基地數據中心。東北部地區(qū)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(fā)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(qū)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(xù)優(yōu)化，向條件適宜的地區(qū)轉移，承接東部地區(qū)持續(xù)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(yōu)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(fā)間接地降低能耗，此外應重點制冷和供配電的新型節(jié)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(yè)推廣。模塊化數據中心能解耦基礎設施與機房環(huán)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(jié)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(guī)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(yè)的發(fā)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(yè)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(qū)，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(yè)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(yè)提供多樣化的能源利用途徑。數據中心企業(yè)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(xù)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(guī)則，創(chuàng)新設計碳金融產品，鼓勵數據中心產業(yè)參與到碳交易當中去。
 

　　(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(tǒng)籌協(xié)調全國的數字化發(fā)展，同時實現資源有效配置和行業(yè)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(qū)數字科技和經濟發(fā)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(qū)能源富集，土地遼闊，氣候適宜，且擁有一定的數據中心發(fā)展基礎，非常適合緩解來自發(fā)達地區(qū)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(jié)點，分別是京津冀地區(qū)、長三角地區(qū)、粵港澳地區(qū)、成渝地區(qū)、川渝地區(qū)、內蒙古地區(qū)、甘肅地區(qū)和寧夏地區(qū)，每個樞紐節(jié)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(qū)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(yè)，除了互聯(lián)網和信息科技企業(yè)擁有專門的數據中心之外，其他行業(yè)有實力的企業(yè)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(yè)的重要競爭資產之一。東部發(fā)達地區(qū)的數據中心呈現產業(yè)集聚的狀態(tài)，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(yè)競爭加劇，電力消耗越來越大，為本就缺少能源的東部地區(qū)更多的壓力。盡管目前以液冷為代表的新型節(jié)能冷卻技術正在普及，但也無法及時有效地緩解東部地區(qū)對數據中心的建設需求，而在東部發(fā)達地區(qū)建設數據中心的企業(yè)也面臨著成本增加的問題。
 

　　2.改善西部地區(qū)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(qū)的資源壓力。從土地資源來看，西部地區(qū)相較于東部地區(qū)擁有更少的人口和更多的土地，非常適合建設大規(guī)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(qū)，能有效降低冷卻成本；從能源來看，西部地區(qū)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(fā)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(qū)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(yè)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(qū)經濟發(fā)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(qū)轉移，另一方面數據中心能反哺當地的行業(yè)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(fā)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(yè)，因此在建設過程中能有效帶動上下游行業(yè)共同發(fā)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(yè)提供服務器租賃服務，企業(yè)能節(jié)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(yè)能將更多的生產要素投入到自身的核心業(yè)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(qū)遷移至西部能緩解東部地區(qū)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(qū)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(qū)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(yōu)秀工程。
 

　　五、結語
 

　　數據中心產業(yè)是數字經濟時代的重大基礎性產業(yè)，決定了數據能否成為促進經濟高質量發(fā)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(yè)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(xù)發(fā)展未來的正確方向。“東數西算”工程發(fā)揮了我國的制度優(yōu)勢，體現了我國一貫的高水平的統(tǒng)籌協(xié)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(jié)能低碳技術從東部到西部的流動，加強西部地區(qū)的產業(yè)實力，為未來可能到來的數據井噴式發(fā)展做足準備。
 

　　原標題：IIGF觀點 | 數據中心產業(yè)助力我國“雙碳”目標實現