数据中心绿色高质量发展研究报告“碳达峰、碳中和”背景下国家信息中心 | 贵州省大数据发展管理局 | 华为技术有限公司 | 粤港澳大湾区大数据研究院2022年5月 在数字经济时代数据成为重要的生产要素，与土地、资本和劳动力等有形的生产要素不同，数据需要通过挖掘利用才能显示其价值。数据挖掘是大数据产业链中主要一环，数据挖掘需要算力，发展算力已成为世界上主要国家的战略选择。算力包括支持科学计算的超算、专用于人工智能计算的AI中心、政企单位自建的数据中心和面向公众的互联网数据中心，此外PC和手机等个人终端也具有一定的算力。据预测在“十四五”期间我国数据中心算力将以年均20%的速度递增。互联网数据中心是算力的底座，我国十分重视数据中心的建设，最近国家部署建设全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽，东数西算工程是其中的主体，这不仅是信息技术新时代的新基建，也是数字经济的平台和网络强国的重要举措，还是实现双碳目标的重要路径。数据中心的建设与运行将促进企业数字化转型包括支持能源结构调整和产业结构调整，助力碳达峰碳中和。有资料分析并预测，到2030年全球信息技术帮助各行各业减碳的量是信息技术自身排放量的十倍，尽管如此，降低信息技术产品自身的能耗仍然是值得重视的。以数据中心为例，2020年我国数据中心能耗约占全社会2%，过去8年年均增速12%，能源成本已占数据中心总成本的一半，因此减碳既是企业的社会责任并体现为社会效益，也将产生经济效益。数据中心的绿色高质量发展首先要着眼于提升能效，同时还要兼顾可扩展性、可靠性、安全性、投资回报等，需要从节能减排技术、区域布局、数据中心体系架构、数据中心产业链、数据中心运营管理模式、算网协同等多维度共同发力，可见绿色数据中心的建设与运行需要以系统工程的思维来综合考虑。本报告分析数据中心及一体化大数据算力枢纽绿色高质量发展面临的挑战，提出了破解思路与解决方案，指出在建设阶段与运营阶段分别需要注意的问题，从供配电、制冷、存储、算力网络、源网荷储协同等多方面给出节能方案，并归纳了推动绿色数据中心规模部署的专项建议。本报告是编写单位长期研究心得与实践经验的总结，不仅内容全面、技术先进，而且案例实用，有可操作性，对我国数据中心的建设尤其是实施东数西算工程有很好的示范意义，本报告展示的节能减排技术方向值得进一步创新发展，期待本报告能激励更多有志于发展数据中心的科技工作者在绿色高质量发展方面做出更大的贡献。序 言中国工程院院士 专家指导组成员执行组成员编制组成员刘宇南 国家信息中心主任周 民 国家信息中心副主任于施洋 国家信息中心大数据发展部主任娄 松 贵州省大数据发展管理局副局长鞠德刚 华为技术有限公司数据中心解决方案总经理陈学义 粤港澳大湾区大数据研究院理事会理事长王建冬 国家信息中心大数据发展部规划与应用处处长 粤港澳大湾区大数据研究院院长吴启疆 贵州省大数据发展管理局项目投资处处长费珍福 华为数字能源技术有限公司数据中心能源领域总裁国家信息中心大数据发展部郭明军 规划与应用处副处长童楠楠 规划与应用处副处长易成岐 规划与应用处副研究员陈 东 规划与应用处高级工程师赵 正 规划与应用处助理研究员窦 悦 规划与应用处助理研究员黄倩倩 规划与应用处助理研究员李慧颖 规划与应用处工程师马 骁 规划与应用处研究实习员 编制组成员贵州省大数据发展管理局刘 梅 高级工程师华为技术有限公司窦雪峰、张华桦、谢黎明、张磊、赵晓靓、夏卓新粤港澳大湾区大数据研究院李 琳 常务副院长王新玉 总规划师吴 茜 工程中心工程咨询组组长李昌旺 工程中心工程研究组梁楚夷 工程中心工程研究组王天瑞 工程中心工程研究组李会永、黄锦波、杨嘉、魏智杰、李宝宇、刘培国、张超、翟爽、折楠、沈瑞、牛翔平、高福信、李艳、程炜、蓝飞翔、周胡根的 大力支持云上贵州大数据产业发展有限公司蔡 培 高级规划咨询师唐 虎 高级规划咨询师鸣谢版权声明本文档著作权属于国家信息中心、贵州省大数据发展管理局、华为技术有限公司、粤港澳大湾区大数据研究院共同所有，保留一切权利。转载、摘编或以任何方式使用本文档的全部或部分内容，应注明来源，违反上述声明者，著作权方将追究其相关法律责任。免责声明本文档信息不构成任何要约或承诺，编制单位不对您在本文档上做出的任何行为承担责任。编制单位可能不经通知修改上述信息，恕不另行通知。 目 录1. 时代背景2. 趋势洞察3. 全新挑战4. 核心价值5. 解决思路及专项建议结束语 43附录：绿色节能数据中心优秀实践西部区域数据中心重点关注集约化和绿色化 44东部区域数据中心重点关注高算力和高能效 491.1数据中心绿色高质量发展的内涵要义 011.2“碳达峰、碳中和”提出的时代背景 021.3数据中心产业变革的必然趋势 022.1政策趋势 042.1.1国际数据中心绿色高质量发展相关政策 042.1.2国内数据中心绿色高质量发展相关政策 062.2技术趋势 092.2.1设计建设阶段采用的技术 102.2.2运营阶段采用的技术 112.3应用趋势 143.1单体数据中心面临的新挑战 173.1.1数据中心PUE值偏高问题，节能新技术的应用程度有待提高 173.1.2中国数据中心企业在建设模式上需要升级 173.1.3数据中心能耗测算方法“双重失真”问题 183.2全国一体化大数据中心发展面临的挑战 183.2.1数据中心发展不平衡不充分的结构性问题 183.2.2算力调度面临网络需要优化和资费偏高问题 193.2.3数据中心行业对清洁能源的开发利用还有较大提升空间 194.1推动数据中心降本增效 204.2促进传统产业数字化转型升级 214.3助力实现全行业节能降碳 215.1推动数据中心绿色高质量发展总体思路 235.2单体数据中心解决方案及专项建议 235.2.1解决方案 235.2.2专项建议 385.3全国一体化大数据中心解决方案及专项建议 395.3.1解决方案 395.3.2专项建议 41 011.1数据中心绿色高质量发展的内涵要义党的十八大以来，我国数字经济蓬勃发展，对构建现代化经济体系、实现高质量发展的支撑作用不断凸显。随着各行业数字化转型升级进度加快，不仅对数据存储、计算和应用需求大幅提升，对用能需求也呈现快速增长态势，数据中心迎来了爆发式增长，过快的需求增长以及业务扩张给数据中心行业带来了巨大的资金和业务压力。另外，数据中心算力分布不均衡、整体能耗难以把控、精细化管理实现困难等问题快速浮现，为整个行业今后的健康成长提出了更高要求。在全行业深化数字化转型时代机遇下，为了进一步推动数据中心行业的高质量发展，需要时刻保持面向全局的战略思维，针对当前和未来可能预见的问题，从布局优化、技术升级、管理精细化等角度持续进行深入细致研究，全面推动数据中心绿色高质量发展。高质量发展的核心要义是要全面体现“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，其本质内涵是要以满足人民日益增长的美好生活需求为目标的高效率、公平和可持续发展。数据中心是未来经济社会发展的战略资源和数字基础设施。数据中心的高质量发展应贯彻新发展理念，构建新发展格局，统筹处理好发展和减排、整体和局部、短期和中长期的关系，加强数据、算力和能源之间的协同联动，加快推动关键技术创新，坚定不移走高质量发展之路。数据中心高质量发展的内涵从不同角度切入，可以包括绿色、协同、统筹、智能等，而数据中心绿色高质量发展研究报告着重从绿色和协同角度切入分析，并提出相关解决方案和配套的专项建议。绿色是指要采用创新节能技术，在保证业务性能的前提下尽可能提升设备的能效和工作效率，通过采用精细化、智能化的管理方式，在各个层面优化对资源的调配和管理。另外，要充分利用可再生能源优势，进一步降低碳排放，进而发挥数据中心作为数字化新基建的基础性支撑作第一章|时代背景01时代背景 02“碳达峰、碳中和”背景下数据中心绿色高质量发展研究报告用，驱动社会千行百业尽快实现节能降碳的目标。协同是指要推动超大型或大型数据中心集群、城市高性能计算数据中心、边缘数据中心等不同层级设施的协同布局规划，实现数据中心与数据中心直连网络、互联网络云网协同，实现数据中心与绿色可再生能源网络“源-网-荷-储”协同。1.2“碳达峰、碳中和”提出的时代背景气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。最近二百年工业活动的出现和繁荣造就了便利而智能的现代生活，但是数百万年才能形成的煤炭与石油等初级能源被快速开采，通过燃烧发电等处理方式使其中的碳再次逸散到大气中，二氧化碳、甲烷等温室气体的浓度增加使脆弱的气候平衡面临被打破的恶性局面，对脆弱的碳循环平衡造成了挑战。在这一背景下，大力开展节能降碳，积极应对气候变化是《巴黎协定》签署之后世界各国的共识。与此同时，我国社会也进入了新的发展阶段，无论是来自世界外部的发展趋势还是自身发展的需求，使得中国的经济发展从追求速度与效率的方式转向生态文明建设，走绿色低碳可持续的道路。在这样的时代背景下，2020年9月中国明确了“碳达峰、碳中和”目标，标志着中国对促进经济高质量发展，社会繁荣和生态环境保护的决心。通俗来讲，碳达峰是指二氧化碳排放量在2030年达到最大值，之后进入下降阶段；碳中和则指到2060年，我国所有社会活动产生的二氧化碳通过植树造林、海洋吸收、工程封存等自然、人为手段被吸收和抵消掉，实现二氧化碳相对“零排放”。另据统计，2020年我国数据中心耗电量约占社会总耗电量75110亿千瓦时的2%。在确保数据中心业务能力满足需求同时，对数据中心的绿色化提出更高要求成为了我国双碳道路上的关键任务，这一目标也成为今后引领数据中心技术和产业升级的全新方向。1.3数据中心产业变革的必然趋势自2020年新冠疫情发生以来，经济社会发展的数字化需求急剧爆发，越来越多的商业与消费活动转向线上，数字产业与信息技术产业快速增长。Omdia的相关数据显示，从2018年到 032024年，来自蜂窝网络与固定宽带的消费者数据流量将以29%的年复合增长率增长，数据流量总量将从2018年的130万PB增长到2024年的580万PB，这样的增长速度对现有的包括数据中心、数据中心互联网络和互联网接入网络等ICT基础设施产生了巨大的挑战。为了应对全新需求，运营商、云厂商、互联网企业等纷纷对其数据中心进行升级、扩容与扩建。而数据中心在处理业务负载的过程中消耗大量电能，产生大量的间接碳排放。在包括中国在内的全球数据中心的耗电量占社会耗电总量预计从2020年的2%增长到2025年4%左右(来源：Omdia，2020)。这一增长速度在日益收缩碳排规模的工业制造业等传统碳排大户中显得尤为突出。除了数据中心本身的绿色低碳化迫在眉睫，作为承载千行百业的新型基础设施，数据中心可以有效促进其所承载的高能耗行业进行快速的数字化转型和低碳化转型。数字经济的耗能产出结构具有“二重叠加”的特殊属性，即每“耗费”在数据中心上的一度电，其不仅仅是为数据中心企业贡献了一定运营产值，同时也为运行在其上的各种云计算、大数据、互联网服务等应用类产业贡献了大量运营产值。据测算，每消耗1吨标准煤，能够为数据中心直接贡献产值1.1万元，并可贡献88.8万元的数字产业化增加值，同时还可带动各行业数字化转型，间接产生360.5万元的产业数字化市场（已剔除这些厂商业务中与数据中心不直接相关的部分）。据全球电子可持续性倡议组织（GeSI）预测，到2030年，全球ICT行业碳排放占全球碳排放的1.97%；而ICT技术通过使能其他行业，将帮助减少全球总碳排放的20%，是自身排放量的10倍，这一现象被称为“碳手印”。由此可见，数据中心的绿色低碳进程不仅促进自身的高质量发展，还能赋能高能耗的传统产业，通过“上云用数赋智”行动不仅仅实现“一业带百业”，同时带来“阶乘降耗效应”，对提升全社会生产效率和全要素生产率作用巨大。在“碳达峰、碳中和”大背景下，数据中心产业变革的核心环节在于绿色节能数据中心的高质量发展，