当前,5G、云计算、人工智能等新一代信息技术快速发展,信息技术与传统产业加速融合,数字经济蓬勃发展。数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体,已成为经济社会运行不可或缺的关键基础设施,在数字经济发展中扮演至关重要的角色。

近年来,我国数据中心产业快速发展,保持平均每年30%左右的增速,预计未来仍将保持快速增长的势头。与此同时,数据中心产业能源消耗、绿色和低碳发展进程正在不断引发社会关注。我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。数据中心行业亟需顺应这一发展趋势,降低碳排放,逐步实现数据中心“碳中和”目标。

国际数据中心低碳发展分析

全球主要国家都承诺最晚于本世纪中叶完成国家层面碳中和计划。基于《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》,全球178个缔约方在2016年共同签署《巴黎协定》,对2020年以后全球应对气候变化的行动做出统一安排。政府间气候变化专门委员会于2018年10月8日发布特别报告指出,将全球变暖限制在1.5℃需要在土地、能源、工业等方面加速转型,到2050年左右达到“净零”排放。该报告从对气候影响、人类发展、能源转型革命和碳减排等方面进行了研究和分析,为《巴黎协定》提供了有力的科学依据。当前世界主要经济体(如欧盟、美国、日本和韩国等)都陆续确定以2050年为国家层面碳中和时间节点。

从全球发展视角看,虽然数据中心总能耗较高,但是单位实例能耗强度呈下降趋势,总体能效不断优化提升。根据《Science》于2020年初刊登的文章《重新校准全球数据中心能耗估算》,2018年全球数据中心总耗电达到205TWh,占当年度全球总用电量的1%。但是从单计算实例来看,全球数据中心能耗强度自2010年以来每年下降20%,能源效率显著提升。在相关政策的指引和推动下,数据中心不断整合改造,逐渐从较小的传统数据中心向超大规模数据中心转变。另外,制冷、供配电、服务器单位功耗和资源池虚拟化技术的发展及优化,推动PUE值持续降低,数据中心总体能效水平不断提高。

从行业发展角度看,国际互联网龙头企业可再生能源使用计划和披露情况都相对完善。Google、Apple和Facebook分别在2017、2018和2020年完成运营体系的100%可再生能源使用,其中包含数据中心基础设施;Microsoft和Amazon也将在2025年实现完全可再生能源使用的目标。包括数据中心运营商Equinix和Digital Reality在内的头部企业,也都发布了ESG、企业环境报告或CDP项目披露等报告,披露了温室气体排放、能源及水资源使用情况、废弃物回收利用等信息。Facebook的2019年可持续发展数据报告已经达到公布各个数据中心详细的用电量、温室气体排放(范围1/2)和用水量等信息的水平。

从具体措施来看,国际互联网科技企业通过优化运营管理和前沿技术研究创新,持续推进数据中心降碳。Google在2007年实现碳中和,从2017年至今一直保持全球运营范围全年总用电量维度下的100%可再生能源使用率,但是在某些区域或时段仍依赖化石能源电力。为实现真正意义上的100%可再生能源,Google在2020年9月提出计划,到2030年在全球范围内所有数据中心以小时单位实现实时可再生能源供电,也就是24×7零碳运营管理计划。通过将采集统计的数据进行汇总分析,最终实现Google全球业务范围数据中心设施的评估、管理和优化。此外,Google还将人工智能和机器学习技术应用于数据中心冷却系统的管理,可以实现高达40%的能源节省。该系统可以学习、适应和管理数据中心冷却及电力系统,通过模型预测在未来时间点的温度和负荷,帮助提高数据中心能源利用效率。Microsoft对数据中心备用电力系统也进行了创新,并在2020年成功对氢燃料电池进行测试,为2030年以前消除柴油发电机、2050年实现消除历史所有碳排放打下基础。

国内数据中心低碳发展分析

当前,我国已经发布一系列政策推进数据中心绿色发展。2020年12月,国家发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局等四部委联合印发的《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》中提出,到2025年,东西部数据中心实现结构性平衡,大型、超大型数据中心运行PUE不高于1.3。2021年7月,工信部印发《新型数据中心发展三年行动计划(2021—2023年)》,明确提出到2023年,新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下,绿色低碳等级达到4A级以上。北京、上海、广东和深圳等省市在近几年也陆续发布地方政策,提出要严格把关新建数据中心、推进老旧数据中心升级、加强绿色数据中心改造和提高上架率等要求。

近年来,我国数据中心能效水平不断提高,部分优秀绿色数据中心案例已全球领先。根据工信部《全国数据中心发展指引》数据,截至2019年底,全国超大型数据中心平均PUE为1.46,大型数据中心平均PUE为1.55;规划在建数据中心平均设计PUE为1.41左右,超大型、大型数据中心平均设计PUE分别为1.36、1.39,预计未来几年仍将进一步降低。从绿色技术来看,国内数据中心不断创新绿色节能新应用,多个数据中心获得由开放数据中心委员会(ODCC)与中国信通院、工信部新闻宣传中心、绿色网格等联合开展的“数据中心绿色等级评估”AAAAA等级。

从行业角度看,近年来我国互联网科技企业可再生能源应用、碳中和路径规划和披露水平上也在加快完善。阿里巴巴、秦淮数据、万国数据、百度的个别数据中心实现了较大规模市场化绿电交易。蚂蚁集团公布碳中和目标,承诺2030年实现“净零”排放;百度公布在2030年实现集团运营层面的碳中和目标;腾讯、阿里也陆续宣布启动碳中和规划。同时,更多互联网科技企业开始自愿披露ESG或其他能源相关信息。据《绿色云端》统计,目前在我国22家主流互联网科技企业当中,55%的企业披露了用电总量,50%的企业披露了温室气体排放总量,41%的企业披露数据中心PUE信息,55%的企业将环境、社会、公司治理纳入企业管理体系。但是从颗粒度和披露范围看,我国数据中心能源信息披露尚不完善,仍需进一步提高。

我国低碳数据中心发展路径分析

为实现我国2060年碳中和目标,数据中心行业各方亟需加快研究设立碳中和数据中心目标并付诸实践。包括但不限于以下方面:坚持资源环境优先原则,充分考虑资源环境条件提高数据中心效率;深化探索节能减碳技术在数据中心全生命周期建设运营中的应用;在自有场所建设自然冷源、余热回收利用或可再生能源发电等清洁能源利用系统;实施绿色施工,尽可能减少对环境的负面影响;使用绿色电力、节能产品,并逐步建立健全绿色供应链管理制度。

积极进行技术创新

大力开展节能减排技术研发创新,系统优化提升整体能效。大规模采用模块化建设方式,采用先进高效的IT、网络、供电制冷技术与方案,如获得“DC-Tech创新先锋”荣誉的液冷、微模块、一体柜、高性能存储网络、低时延异构数据中心等,提升数据中心算力算效,降低总体碳排放。鼓励采用智能化系统和平台优化数据中心整体能效,持续降低数据中心PUE、WUE。大力开展氢能、储能、新能源技术研发应用,积极探索优化新的制氢方法提升效率、降低成本;推动使用氢燃料电池、锂电池储能等替代备用柴油发电机,将新能源与数据中心建设联动协同,推动数据中心加快低碳发展。

可再生能源交易

随着电力市场化改革的推进,市场化采购可再生能源项目试点正在加快推进。2020年,伴随着“可再生能源电力消纳保障机制”的正式考核与运行,可再生能源进入更多的省级电力市场,近期包括广东、山东、京津冀地区在内的地方政府已出台相关政策。此外,分布式和大型集中式可再生能源项目发展也正在提速。目前,分布式可再生能源以光伏发电形式为主,已经在部分园区投产使用。投资建设大型集中式可再生能源项目,从长远来看也是一种可行选择。此外,购买绿色电力证书也是助力企业实现碳中和的可行的辅助选项。

数据中心温室气体核查

为响应国家政策并更好地推动数据中心行业节能减排,中国信息通信研究院云大所和中国标准化研究院资环分院联合产业界发布了首个数据中心温室气体核查标准——《温室气体排放核算与报告要求数据中心》(T/EES 0001-2021)团体标准,开展了一系列数据中心低碳等级评估评测,根据数据中心建设运营所处的阶段划分为规划类、设计类和运营类,从能源和碳利用效率CUE、碳排放强度、低碳节能技术与方案、低碳战略与管理等维度进行评价,通过标准和测试工作加速推动数据中心节能减排技术探索和管理模式创新,树立绿色低碳发展示范和标杆,助力数据中心行业高质量发展。

零碳管理披露体系

为填补我国科技企业信息披露体系的空白,并引导企业逐步全面详实地披露主要能耗、碳排放等信息,中国信息通信研究院云大所设计了适用于国内科技企业的零碳管理披露体系框架,以衡量企业在绿色低碳管理、资源的消耗、不同范围的碳排放和社会影响等10个方面的情况,并将在双碳公共服务平台上展示披露上述数据的优秀科技企业案例。一方面,各科技企业的用能和排放量数据,可以作为政府制定政策和监管的参考依据;另一方面,管理架构、用能和排放数据可以帮助企业自身更好地评估低碳节能风险和机遇,降低碳相关经营风险,并对企业经营决策进行支撑。

双碳目标任重而道远,业界应为此不断努力。在2021年数据中心高质量发展大会上,中国信通院云大所牵头发布了《低碳数据中心发展白皮书(2021)》;百度、秦淮、阿里、中金、京东、有孚、万国、腾讯、中国电信、OPPO、中联等业界领先的数据中心运营方旗下优秀数据中心积极参与了数据中心低碳等级评估活动;多家企业参与了DC Tech互联网科技企业零碳管理披露项目。数据中心作为能源消耗较大的行业需要从多方入手,加大数据中心技术创新力度、着力提升数据中心的能效水平、推动进行温室气体核查等相关工作、深化零碳管理披露层次、持续扩大可再生能源应用范围,以此助力国家的双碳战略。

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