蒋洪强 李勃 张伟
近年来，随着我国信息化进程加速发展，数字经济逐步成为驱动我国经济增长的核心力量。据统计，2020年，我国数字经济总量规模和增长速度居世界前列，规模达到39.2万亿元，占GDP比重为38.6%。数据中心作为数字经济的承载体也与日俱增，建设体量和建设规模不断扩大。由于数据中心需要大量电力维持服务器、储存设备、备份装置、冷却系统等基础设施的运行，能耗和碳排放增长迅速。在中国力争实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的背景下，数据中心正面临严峻的节能降耗和温室气体排放挑战，如何实现绿色低碳高质量发展尤其值得关注。
数据中心能源消耗与碳排放现状
数据中心的能耗和碳排放贯穿其全生命周期过程。其中，运营阶段最多，包括机房内服务器运行、空调设备的制冷和运行、办公区域人员用电以及其他装置设备用电等。中国电子技术标准化研究院发布的《绿色数据中心白皮书2020》指出，近年来，我国数据中心能效水平不断提高，超大型数据中心平均电能利用率（PUE） 为1.46，部分优秀绿色数据中心已全球领先，PUE可达1.2-1.3。但目前我国数据中心能耗总量仍在高速增长，明显高于世界平均水平。这一方面是因为我国的数据中心建设规模增速较快；另一方面，我国的数据中心节能存在较大的提升空间。
据测算，到2021年，全国数据中心机架规模（标准机架为换算单位，以功率2.5千瓦为一个标准机架）达到543.6万架，较2020年增加27%；电能利用率（PUE）达到1.35，碳排放强度（CUE）为0.82。2021年，全国数据中心能源消耗达到2166亿千瓦时，较2020年增加44%，占全社会用电量的2.6%左右；二氧化碳排放量约1.35亿吨，较2020年增加3915万吨，占全国二氧化碳排放量的1.14%左右。
数据中心未来能源消耗与碳排放时空变化特征
依据工业和信息化部《全国数据中心应用发展指引》《中国数字基建的脱碳之路：数据中心与5G减碳潜力与挑战（2020-2035）》《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》等文件要求，基于数据中心绿色发展的关键指标设置不同情景方案，选取中情景方案，笔者对2025和2030年等数据中心能源消耗和二氧化碳排放的时空变化状况进行了预测。
到2025年，全国数据中心机架规模将达759万架，较2021年增长40%，能源消耗总量达3500亿千瓦时，较2021年增加62%，约占全社会用电量4%，电能利用率（PUE）1.30；二氧化碳排放2.1亿吨，较2021年增加54%，占全国二氧化碳排放量的比例接近2%，碳排放强度（CUE）为0.76。从重点区域来看，长三角机架规模最大（192.9万架），京津冀及周边地区能源消耗总量（1111亿千瓦时）和二氧化碳排放量（8657万吨）最多。从各省来看，河北、广东、江苏、上海和浙江机架规模、能耗总量和二氧化碳排放最大，5个地区加和占全国一半左右。由于内蒙古、甘肃、贵州和宁夏等全国一体化算力网络国家枢纽节点建设，机架规模年均增速超过20%，能源消耗总量和二氧化碳排放量占比上升至13%左右。
到2030年，全国数据中心机架规模将达1125万架，较2021年和2025年分别增加107%和48%；能源消耗总量5915亿千瓦时，较2021年和2025年分别增加173%和69%，占全社会用电量5%以上，电能利用率（PUE）降到1.30以下；二氧化碳排放约3.4亿吨，较2021年、2025年分别增加152%、64%，占全国二氧化碳排放量的比例接近3%。内蒙古、甘肃、贵州和宁夏等全国一体化算力网络国家枢纽节点，机架规模占比上升到14%，能源消耗和二氧化碳排放总量占比超过13%。
在“十四五”“十五五”期间，全国数据中心机架规模继续保持高速增长的趋势，在钢铁、水泥、化工、有色等行业逐步实现碳排放达峰并进入平台期时，数据中心成为二氧化碳排放持续增长的少数行业。在国家对于数字经济发展的倚重与政策倾斜背景下，数据中心二氧化碳排放量与机架规模、电力消耗深度挂钩，短时间难以扭转其二氧化碳排放量增长的态势。目前数据中心相关政策已关注到其高耗能属性，但对于供电侧的改革较为被动，数据中心可能是2030年碳达峰难度最大的行业之一。
加快推动数据中心绿色低碳发展的建议
一是优化数据中心空间布局。出台数据中心等新基础设施绿色低碳高质量发展的相关政策。开展数据中心等新基础设施的政策、规划与项目环境影响评价。推动做好新建超大型、大型数据中心和改造升级存量“老旧小散”数据中心的资源环境承载能力评估与空间布局，尽量布局在绿色能源丰富地区。建立数据中心电能利用率（PUE）、水利用率（WUE）、碳排放强度（CUE）和可再生能源利用率（RER）等核心指标组成的绿色低碳综合评价体系。制订数据中心等新型基础设施“三线一单”生态环境分区管控和准入清单，制订节能审查、能耗双控、碳排放影响评价等技术规范。
二是调整数据中心用能结构。创新数据中心就地消纳可再生能源的用电机制，实现“数据中心与可再生能源”深度融合。支持数据中心集群配套可再生能源电站，支持数据中心采用大用户直供、拉专线、建设分布式光伏等方式提升可再生能源电力消费。扩大可再生能源市场化交易的试点范围、拓展绿证核发范围，鼓励数据中心企业参与可再生能源市场交易。加快以数据中心作为用电方参与到碳市场交易，出台数据中心和5G等新型基础设施相关碳排放权登记、管理和结算细则。
三是构建数据中心高效节能体系。从高效IT设备、高效制冷系统、高效供配电系统和高效辅助系统等大力推广整机柜服务器技术、温水水冷服务器、水冷技术、空调技术、不间断电源（UPS）、模块化不间断电源（UPS）和绿色运维管理技术等具有前瞻创新和应用市场的能效技术。重点突破和继续研发冷板式冷服务器、液冷技术、10kV交流输入的直流不间断电源系统和数据中心能耗监测及智能运维管理系统等前沿节能技术。创新节能减碳管理机制，提升绿色低碳意识与管理能力。
作者单位：生态环境部环境规划院
