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“碳達峰、碳中和”目標下應三管齊下 有效發揮數據中心集群化階乘化降耗效應
2021-06-22 來自于：國家信息中心大數據發展部
數據中心是數字經濟時代的核心基礎設施和國家戰略資源?！蛾P于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》中指出，優化數據中心基礎設施建設布局，加快實現數據中心集約化、規?；?、綠色化發展。《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》明確提出，推動數據中心綠色可持續發展。當前，在我國提出2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”的宏偉目標下，數據中心行業能耗問題再次受到社會各界廣泛關注。應當深刻認識數據中心行業耗能的特殊規律，建立更加科學精準的數據中心行業單位GDP能耗分層測算體系，形成更加彈性合理的跨域數據中心耗能統籌體系，探索更加綠色低碳的數據中心集群化發展道路。
一、正本清源，當前數據中心能耗測算方法易導致“雙重失真”問題
按照現有行業能耗指標測算方法，數據中心產業一直被界定為高能耗產業，并受到能耗指標審批等方面嚴格限制，甚至有人稱其為“不冒煙的鋼廠”。然而，數據中心的“高能耗”問題，很大程度上是沿用傳統測算方法，只算了數據中心和5G產業自身的小賬，忽略了其對數字經濟乃至經濟社會數字化轉型發展的大賬，與鋼鐵等傳統產業耗能問題應區別看待。實際上，數字經濟的耗能產出結構具有“二重疊加”的特殊屬性，即每“耗費”在數據中心上的一度電，其不僅僅是為數據中心運營企業貢獻了一定數據中心運營產值，同時也為運行在其上的各種云計算、大數據、互聯網服務等應用類產業貢獻了大量運營產值。據測算，每消耗1噸標準煤，能夠為數據中心直接貢獻產值1.1萬元，并可貢獻88.8萬元的數字產業化增加值，同時還可帶動各行業數字化轉型，間接產生360.5萬元的產業數字化市場（已剔除這些廠商業務中與數據中心不直接相關的部分）?？偟目矗嘉覈鐣秒娏考s2%的數據中心，支撐了占全國GDP約36.2%的數字經濟規模，對提升全社會生產效率和全要素生產率作用巨大。
當前通行的數據中心行業能耗指標測算方法存在兩方面失真問題：一是“行業失真”，即在測算單位能耗產出時不計入數據中心運行的各類應用類產業產值，導致數據中心自身產業的整體耗能測算水平被人為嚴重放大；二是“區域失真”，即由于數字經濟的跨地域特性，相關應用類產業并不一定被統計入數據中心所在屬地，導致數據中心所在地實際上在被動分攤應用類產業所在地的耗能指標壓力?？梢?，所謂數據中心“高耗能”問題很大程度上是測算方法失真所致，并不完全符合行業實際，應在統計方法層面優化改進，更好引導產業健康有序發展。
二、挖潛提質，數據中心自身發展不平衡不充分的結構性問題亟待解決
我們從數據中心的建設標準、建設模式、建設布局、技術創新和資源調度等五個方面探索了數據中心節能降耗空間，測算結果顯示：到2025年，我國數據中心年用電量可由4000億度降低到3000億度左右，節省約3000萬噸標準煤。其中，我國數據中心產業東西發展不平衡和可再生能源利用不充分的問題是當前制約數據中心整體耗能水平的進一步下降的兩個關鍵性因素。
一是數據中心東部供給不足和西部供給過剩的結構性矛盾較為突出。當前，東部發達地區特別是北上廣深等一線城市能耗指標極為受限，由于數據中心在單位GDP能耗及其產業帶動的經濟效益被嚴重低估，省內進行用電指標規劃時，通常向其他高GDP產出的企業傾斜，加上從省到市層層指標分解，可預留給數據中心建設的能耗指標十分有限，難以支撐大型以上數據中心在東部地區落地。此外，受限于目前省際之間沒有建立較為成熟的能耗指標跨域調配機制，西部能耗指標充裕地區和東部能耗指標嚴重緊張地區無法實現能耗指標的均衡配置，過剩問題和嚴重不足現象并存。據測算，我國數據中心依托西電東輸的用電量約為21.44億度，平均用電損耗約6%。如將部分東部地區算力需求轉移到西部，“東數西算”聯合“西電東輸”，可節省1.3億度電、3.9萬噸標準煤?？梢?，當前應加快推動“東數西算”“南數北算”等國土空間跨域算力資源統籌調度機制，形成“全國一盤棋”的一體化算力資源跨域調度和開發利用體系。
二是數據中心行業對清潔能源的開發利用和節能新技術的應用程度還有較大提升空間。一方面，我國數據中心產業在清潔能源替代認識上亟待加強。為抵消數據中心能源消耗快速增長對氣候環境的不良影響，全球數據中心企業紛紛開始倡導使用可再生能源為數據中心供電。據統計，截至2020年10月，已有Facebook、蘋果、谷歌、Rackspace、微軟、Equinix等33家全球化數據中心企業先后承諾將100%使用可再生能源，并為此設置了中期與遠期目標。如Facebook在2019年已實現可再生能源總電力占比達到86%，并承諾2020年底起100%使用可再生能源。微軟2019年已實現60%的目標，并計劃于2023年實現70%的可再生能源利用率。然而，據不完全統計，目前國內明確提出100%可再生能源目標的頭部數據中心企業僅秦淮數據一家，其宣稱新一代超大規模數據中心可再生能源使用量占比37%，已高于行業平均水平。另一方面，目前我國特別是西部地區對清潔能源的開發利用和節能新技術應用還有很大的提升空間。阿里巴巴在杭州建設采用液冷技術的數據中心，將電能利用效率由1.3降低到1.09以內，每年節省7000萬度電。據測算，我國西北部地區每年棄風棄光電量約125億度，如果在這些地方依托電廠和電網布局就近建設大型以上數據中心，每年可節省375萬噸標準煤，同時可以促進清潔能源開發利用，有效降低中西部地區棄風和棄光電量，進一步減少碳排放。
三、三管齊下，加快建立全國一體化的數據中心集群降耗機制
按照《關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》要求，到2025年，要推動全國范圍內數據中心形成布局合理、綠色集約的基礎設施一體化格局。當前，應當從三方面著力建立全國數據中心集群化、階乘化降耗機制，為“十四五”乃至更長時期內數字經濟發展奠定堅實基礎。
一是建立更加科學合理的數據中心單位GDP能耗評價體系。充分考慮數字經濟時代數據中心產業的傳導溢出效應，綜合考慮數據中心技術水平、投入產出比、下游數字產業化和產業數字化拉動能力等表現，將數據中心單位GDP能耗劃分為三部分：（1）基礎能耗。即數據中心產業自身單位產值的能耗指標；（2）直接產業能耗。即在未產生新能耗的前提下，數據中心自身產值疊加基于其運行的數字技術產品和服務（數字產業化部分）單位產值的能耗指標，并明確屬地歸屬關系；（3）間接產業能耗。即同樣在未產生新能耗的前提下，前兩者進一步疊加利用數字技術產品和服務后，為傳統產業帶來的產出增長和效率提升（產業數字化部分）單位產值的能耗指標。在具體應用中，可考慮建立專門統計體系和跨省間能耗情況統籌機制，將前兩部分指標作為“必答題”，即區域數據中心能耗指標審批的關鍵依據；第三部分指標作為“附加題”，即政策制定和后評估的參考依據。
二是啟動面向“十四五”及更長一段時期的國土算力資源統籌和配套機制研究。結合“十四五”新技術發展需求，統籌謀劃新一代信息網絡基礎設施，將國土空間劃分為算力資源富余區、平衡區、透支區、超載區，明確各區域數據中心建設強度，鼓勵算力資源超載區向富裕區轉移，特別是災備存儲類、后臺分析類的算力需求調度到西部，實現“前店（東部）后廠（西部）”分工協作。支持引導地方政府將數據中心建設納入本地區“十四五”基礎設施規劃，提高地方對數據中心建設的正確認識，將數據中心作為數字經濟時代的新型基礎設施，推進城區和周邊數據中心上云調度，城市城區范圍主要發展5G、自動駕駛、智慧工廠等極低時延的數據處理，城市周邊數據中心集群主要負責大規模數據的“云端”分析處理，推動數據中心像電力、交通、網絡等一樣發揮對區域經濟的拉動效應。建立省內集約統籌和省際互補交易相結合的能耗指標調度管理機制，針對數據中心建設特殊規律，以省為單位建立全省數據中心能耗指標共享統籌機制，優先支持省級大型或超大型數據中心集約建設，支持各市縣數據中心云資源虛擬化主權管理，嚴禁各市縣利用自有能耗指標新建小散數據中心。探索開展省級數據中心能耗指標交易和拍賣試點，鼓勵西部地區將富余的能耗指標標價出售，實現數據中心能耗指標跨東中西區域調劑和算力供需有機對接，有效解決算力資源結構性失衡問題。
三是加快推動數據中心產業綠色低碳有序發展。支持引導數據中心通過在自有場所建設自然冷源、數據中心余熱回收利用、強化清潔能源的開發利用等多種方式，建立健全新技術設計和應用標準規范，建立數據中心節能的硬指標，明確到2025年，新建大型、超大型數據中心PUE不超過1.3，倒逼節能技術應用，不斷提升數據中心綠色發展水平。鼓勵西部有條件的地區綜合考慮清潔能源和電網布局選址就近建設數據中心，更多開發和利用水電、光伏發電和風能發電等清潔能源，增加與數據中心行業相適應的可再生能源供給，減少碳排放，同時有效降低中西部地區棄風和棄光電量。加大數據中心立項、審查、驗收等環節的監管力度，將數據中心可再生能源使用和“雙控”目標掛鉤，在數據中心節能審查環節增加對可再生能源使用情況的考察，健全能耗監測機制和技術體系，嚴控新建數據中心能耗。鼓勵數據中心企業、科研院所、行業組織等加強技術協同創新與合作，構建產學研用、上下游協同的綠色數據中心技術創新體系，擴大可再生能源市場化交易試點范圍，支持更多數據中心企業購買綠色能源進行供電，推動形成綠色產業集群發展，引導數據中心走高效、清潔、集約、循環的綠色發展道路，實現數據中心持續健康發展。