环保行业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）
中国数字基建的脱碳之路1绿色和平是一个全球性环保组织，致力于以实际行动推动积极的改变，保护地球环境。地址：北京东城区东四十条94号亮点文创园A座201室邮编：100007电话：86（10）65546931传真：86（10）64087851www.greenpeace.org.cn 2中国数字基建的脱碳之路作者 （按章节排序）叶睿琪、袁媛、魏佳 | 绿色和平伍盛达、赵怡然 | 工业和信息化部电子第五研究所计量检测中心马翠梅、柴麒敏 | 国家应对气候变化战略研究与国际合作中心编辑王赫、Erin Newport评审委员（按姓名拼音排序）柴麒敏 | 国家应对气候变化战略研究与国际合作中心刘 宇 | 工业和信息化部电子技术标准化研究院李 秀 | 清华大学路 远| 金风科技马丽芳 | 中国循环经济协会可再生能源专委会蒋 励 | 西安邮电大学唐 特 | 国家电力投资集团吴晓晖 | 中国建筑标准设计研究院温晓君 | 赛迪电子信息产业研究所温宗国 | 清华大学章秀银 | 华南理工大学周怡琳 |北京邮电大学鸣谢绿色和平 | 袁瑛、吕歆、张文佺、田梦 工业和信息化部电子第五研究所计量检测中心 王景、田宇、陈东、宋绪文、聂聪发布于2021年5月 qRuMzQqQnOoRoNtQmPoPrMaQaOaQnPrRpNmNkPmMqOfQqQsO9PoPmMxNpMtOMYsOmP中国数字基建的脱碳之路1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） 2中国数字基建的脱碳之路050909091013131525272733373939414343444547111314目录图表目录第一章：执行摘要第二章：数字基础设施减碳潜力的背景一、数字技术与基础设施成为应对气候变化与碳中和的关键二、数字技术助力传统行业提升减碳潜力三、数字基础设施能耗和碳排放挑战不容忽视第三章：数字基础设施能耗与碳排放挑战分析与预测一、核心数字产业规模分析及预测二、数字基础设施能耗与碳排放分析及预测三、本章小结第四章：数字基础设施进一步应用可再生能源的潜力一、中国可再生能源发展现状与趋势二、数字基础设施应用可再生能源的方式及案例三、数字基础设施应用可再生能源的挑战及应对第五章：推动数字基础设施绿色低碳化发展的建议一、政策建议二、企业建议附录一、数字基础设施产业规模预测方法论二、数字基础设施能耗测算方法论三、数字基础设施碳排放测算方法论注释图 2.1 “十四五”数字基础设施建设的碳排放影响分析图3.1 2020~2030年中国5G产值规模预测图3.2 2020~2035年中国数据量增长规模预测目录 中国数字基建的脱碳之路31417172021212427272731313232351010151616171818181922222323242829303536图3.3 2016~2035年中国云计算产值规模及预测图3.4 2020~2035年中国5G基站增长情况图3.5 5G基站能耗分布图3.6 2020~2025年5G单站设备功耗发展趋势图3.7 2016~2035年中国数据中心产值增长情况图3.8 2016~2035年中国数据中心机架增长情况图3.9 2020~2035年中国分地区数据中心机架数增长率图 4.1 2016~2020年中国清洁能源消费占能源消费总量的比重图 4.2 2020年中国不同类型电源累计装机量及占比图 4.3 2020年中国新增发电装机量占比图 4.4 2018~2023年中国储能新增规模预测图 4.5 2020年中国不同发电技术的平准化发电成本图 4.6 中国新建光伏与陆上风电平准化发电成本与现有燃煤和燃气电厂运营成本的对比图 4.7 2019~2030年全球化学储能（四小时电站级）成本预测图 4.8 2020年全球不同地区PPA签署量表2.1 2020~2030年全球ICT产业能耗预测表2.2 2015~2017年中国数据中心能耗规模分析表3.1 全国及各地区5G基站规模表3.2 全国4G基站发展情况表3.3 全国及各地区5G基站建设规划情况表3.4 5G主用设备实测功耗表3.5 5G主用设备典型功耗表3.6 2020年全国及各地区5G基站能耗表3.7 2020年全国及各地区电网排放因子表3.8 2020年全国及各地区5G基站碳排放量表3.9 中国数据中心区域分布情况表3.10 数据中心能耗计算关键指标表3.11 2020年全国及各地数据中心机架数表3.12 2020年全国及各地区数据中心碳排放量表3.13 2035年中国数据中心机架数区域分布系数表4.1 主要省份的“十四五”新能源装机规划表4.2 主要省份的新能源发电配置储能政策表4.3数据中心参与电力市场交易政策表4.4 可再生能源进入电力市场交易省市表4.5 可再生能源采购方式总结与对比目录 4中国数字基建的脱碳之路© Greenpeace 中国数字基建的脱碳之路5第一章：执行摘要当下，气候变化的影响正对全人类生存发展带来重大挑战，各国纷纷加速向碳中和转型，其中数字化技术在助力全球应对气候变化进程中承担着重要的角色。数字化技术能够与电力、交通、工业制造与农业等重点排放行业实现深度融合，有效提升能源与资源的使用效率，实现生产效率与碳效率的双提升。与此同时，新冠疫情严重冲击了全球经济的运行模式与人们的生活方式，让数字化经济生产与生活方式成为后疫情时代的新常态。中国在“十四五”规划中明确指出要加快数字化发展，推动数字经济和实体经济深度融合。可预见的是，大数据、云计算、5G、物联网、人工智能将带来计算量和数据量的激增。面临业务倍数级增长随之带来的能耗增加，依赖化石能源发电的数字基础设施正在面临严峻的碳排放挑战。在中国力争实现“2030年前碳达峰”、“2060年前碳中和”的背景下，数字基础设施作为数字经济发展的重要基座，如何实现绿色低碳的高质量发展尤其值得关注。鉴于此，绿色和平与工业和信息化部电子第五研究所计量检测中心（广州赛宝计量检测中心）共同编写《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）》，希望探讨中国数字基础设施的能耗和碳排放趋势，提升政策制定者及行业对于节能减排挑战的认知，以助力数字基础设施行业尽早实现以100%可再生能源为目标的低碳转型，为数字经济整体迈向“碳中和”提供扎实的基础。研究对象本报告选取了新一代数字技术中占主要能耗的设施设备为研究对象，一是作为数据传输驿站的5G基站，二是作为数据计算、储存场所的数据中心。需要明确的是，本文的研究范围仅限于上述基础设施与设备的运行阶段，未考虑相应设备生产制造与建设过程所产生的能耗与碳排放。研究方法本报告主要采用文献研究和模型分析两种方法。第二章通过文献综合分析了数字化技术帮助全社会实现减排的积极作用，以及数字基础设施自身面临的能耗和碳排放问题。第三章通过收集中国范围内的最新数据并建立数学模型，全面梳理了2020年以数据中心和5G为代表的数字基础设施的用电量和碳排放现状。结合2035年是中国远景目标纲要编制与建设数字中国的重要时间节点，我们尝试对2035年数字基础设施的能耗和碳排增长进行远期预测。第四章通过文献研究与专家访谈的方式，提出了中国数字基础设施行业应用可再生能源的重点路线。第五章在此基础上提出了相关政策与企业建议，为该行业迈向碳中和提供可行的解决方案。主要发现1. 2030年，中国已全面实现碳达峰的情景下，数字基础设施的碳排放仍将持续增长。对比重点排放行业如钢铁1、建材2、有色金属3等有望率先在2025年左后实现碳排放达峰并开始下降，数字基础设施的碳排“锁定效应”将成为中国实现碳达峰以及进一步碳中和的重要挑战。2035年，中国数据中心和5G总用电量约是2020年的2.5~3倍，将达6,951~7,820亿千瓦时，将占中国全社会用电量5~7%4。如何满足这部分新增电力需求将决定数字基础设施行业未来的二氧化碳排放趋势。以中国能源低碳转型速度按照1.5°C和2°C目标推进为例，即2035年非化石电量上升至全国53~61%，到2035年中国数据中心和5G的二氧化碳排放总量将达2.3~3.1亿吨，约占中国二氧化碳排放量的2~4%5。同时，也相当于目前两个北京市的二氧化碳排放6。2035年数据中心的碳排放将比2020年最高增长103%，5G的碳排放将最高增长321%。第一章：执行摘要 6中国数字基建的脱碳之路2. 2020年，中国数据中心和5G用电量为2,011亿千瓦时，占中国全社会用电量2.7%7。同时，它们的二氧化碳排放总量达1.2亿吨，相当于中国二氧化碳排放量1%8。2020年，河北、江苏、北京、广东和浙江5个地区的数据中心和5G基站二氧化碳排放超过全国数据中心和5G基站的一半（54%）。其中河北、江苏和北京均超过1,000万吨，分别为2,397万吨、1,321万吨和1,058万吨。在有条件的省市率先实现“碳达峰”的背景下，数字基础设施碳排放的持续增长或将是各省市实现“碳达峰”目标的挑战因素。3. 相较于对节能技术与指标的重视程度，数字基础设施产业整体仍未大规模应用可再生能源，但是已有少数企业开始向100%可再生能源转型。目前，数据中心和5G应用可再生能源的方式包括：投资建设分布式与大型集中式可再生能源项目、市场化采购可再生能源、以及认购绿色电力证书等。大规模应用可再生能源可以从根本上帮助数字基础设施行业和企业减少碳排放，应当作为迈向碳中和的优先路径。另外，在政策支持与成本不断下降的基础上，储能与可再生能源的结合潜力正在凸显。目前已有5G或数据中心+光伏+储能的商业项目，预计到2030年，储能成本相比2019年将下降49%，储能成本的持续下降将进一步推动数字基础设施使用可再生能源。主要政策建议在中国迈向碳中和的道路上，实现数字基础设施产业的绿色高质量发展至关重要，亟需避免高碳基础设施投资带来的锁定效应以及搁浅资产的风险，以实现发展和环境的共赢。为促进数字基础设施产业向碳中和与100%可再生能源转型，建议相关部门从以下四个方面着手：1. 加强顶层设计，强化数字基础设施的绿色低碳导向，出台针对数字基础设施产业的“碳达峰、碳中和”路线图；2. 完善数字基础设施产业使用可再生能源的考核体系，将双控目标与新建数据中心的审批政策挂钩，将数据中心可再生能源使用比例作为考核指标之一；3. 进一步完善数字基础设施产业使用可再生能源的市场机制，促进产业与可再生能源的协同发展，扩大产业参与可再生能源市场化交易的范围，并完善绿色电力证书机制；4. 健全促进数字基础设施产业使用可再生能源的激励机制，引导资本流向，并发挥公共资金对于绿色低碳数字基础设施的撬动作用。主要企业行动建议为发挥先进作用，实现负责任碳中和，建议数字基础设施企业从以下三个方面发力：1. 设立2030年前实现100%可再生能源目标，并进一步提出2030年前实现全范围（范围1、2、3）的碳中和目标；2. 扩大企业可再生能源采购规模，积极与关键利益相关方沟通，助力市场化可再生能源采购机制的进一步突破；3. 进一步提升能源信息披露，披露温室气体排放与用能信息。第一章：执行摘要 中国数字基建的脱碳之路7研究局限性由于数据获取渠道有限，本报告未能将以下领域纳入研究范围：1. 智能终端设备，如手机、电脑、平板、智能穿戴等设备的碳排放；2. 数字基础设施在生产制造，以及建设过程中所涉及的原材料碳排放，如钢铁、水泥、金属等；3. 数字技术所催生的智能新需求与相应碳排放，如6G技术、自动驾驶、虚拟现实、数字货币等。未来十载是中国加速数字化发展的重要阶段，在中国力争2030年前“碳达峰”的背景下，我们亟需了解与应对数字基础设施的能耗和碳排放增长方面存在的不确定性或风险，包括：1. 人工智能、量子计算、区块链技术等计算密集型应用的普及；2. 摩尔定律遭遇瓶颈，能效提升速度放缓。上述这些因素使本报告对未来数据中心和5G的能耗及碳排放预测相对保守。为了更全面地评估数字技术与基础设施产业全范畴、全生命周期的能耗与碳排放影响，我们将持续跟踪
