中国绿色算力发展研究报告（2024年）

中国信息通信研究院产业与规划所内蒙古和林格尔新区2024年6月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院、内蒙古和林格尔新区，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院、内蒙古和林格尔新区”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 习近平总书记强调，绿色发展是高质量发展的底色，新质生产力本身就是绿色生产力，必须加快发展方式绿色转型，助力碳达峰碳中和。算力作为一种新质生产力，已成为推动数字经济发展的核心力量，但是随着计算和存储需求大幅提升，算力的能源消耗和温室气体排放也持续增长，发展绿色算力已经成为我国建设数字经济底座设施和展现节能减碳大国担当的重要命题。2024年是“十四五”规划目标任务的关键一年，在政策、产业、技术多重因素引导下，我国绿色算力围绕着算力生产、供给、运营、应用的全过程，积极推进算力设备、算力载体、算能协同和算用协同等多个环节绿色化发展，取得了以下相关进展。 在算力设备绿色化方面，我国算力设备整体效能不断提升。通过芯片制造封装工艺技术进步以及处理器架构创新提升单芯片性能，运用先进存储、存算一体、无损网络融合等技术促进计算存储网络协同等方式，我国算力设备整体效能不断提升。 在算力载体绿色化方面，我国数据中心单机架耗电量及PUE持续降低。截至2023年底，我国数据中心810万在用标准机架总耗电量达到1500亿KWh，2023年全社会用电量92241亿千瓦时，数据中心在用标准机架总耗电量占全社会用电1.6%，数据中心碳排放总量为0.84亿吨。2023年我国数据中心平均电能利用效率（PUE）为1.48，与2022年的1.54相比有进一步下降。中西部地区绿色数据中心发展 迅猛，入选“国家绿色数据中心”数量占比从第一批占比26.6%增长到第五批的占比46%。 在算能协同绿色化方面，积极探索多种方式推动算力和能源协同发展。目前，我国积极探索通过算力布局选址靠近能源侧，提升可再生能源利用率、推进绿电和绿证交易、采用储能和微电网等先进技术以及建设综合能源与算力协同调度系统等方式推动算力和能源协调发展，当前我国数据中心参与绿电绿证交易规模持续扩大，算能协同发展仍有较大潜力空间。 在算用协同绿色化方面，不断推进绿色算力赋能千行百业。在绿色算力的支撑下，数字技术与电力、工业、建筑、交通等重点碳排放领域深度融合，减少能源与资源消耗，促进传统产业能源优化、成本优化、风险预知及决策控制，整体上实现节能降本提质增效。在绿色算力发展带动下，新一代人工智能算力基础设施的包容性、普惠性、安全性、共享性及节能性进一步增强，公共算力服务平台建设加快推进，算力的公共性与普惠性进一步带动数字化转型和智能化升级。 2024年报告在2023年的基础上，进一步完善绿色算力相关内涵和发展框架，加强了全球和我国绿色算力发展的研究，客观评估全国一体化算力网络国家枢纽节点的绿色算力发展水平，给出区域绿色算力实践案例，希望为推进绿色算力技术、产业及应用发展提供参考。 报告仍有诸多不足，恳请各界批评指正。 目录 版 权 声 明..................................................1前言 ........................................................1一、绿色算力发展背景及内涵框架 ................................1（一）新形势下催生绿色算力发展新要求 .....................1（二）绿色算力内涵和发展框架不断演进 .....................2二、 绿色算力总体发展取得新进展 ...............................6（一）宏观政策环境 .......................................6（二） 中观产业动态 .....................................13（三） 微观企业实践 .....................................16三、 算力设备绿色化发展态势 ..................................18（一） 算力设备绿色发展总体情况 .........................18（二） 芯片：工艺和架构创新驱动芯片产品实现高效降耗 .....21（三）服务器：整机性能优化及动态节能管理助力降低能耗 ....22（四）存储：效率和密度不断优化升级引领绿色节能方向 ......23四、 算力载体绿色化发展态势 ..................................25（一） 算力载体绿色发展总体情况 .........................25（二）制冷：液冷和自然冷源利用成为降低能耗的重要手段 ....31（三）供配电：降低传输损耗是供配电系统节能重点方向 ......33（四）运维：智能化能效管理助推数据中心迈向精准节能 ......34（五）资源回收：回收技术助力绿色算力变碳为能 ............35五、 算能协同绿色化发展态势 ..................................36（一） 可再生能源利用：有效降低算力基础设施碳排放 .......36（二） 绿电绿证交易：全面推动算力产业绿色用能 ...........39（三） 储能和微电网：显著提升能源供应安全稳定性 .........42（四）算能协同及算力调度：促进算力和能源协同联动调度 ....44六、 算用协同绿色化发展态势 ..................................47（一）算用协同赋能产业绿色低碳转型 ......................47（二）算用协同赋能居民低碳环保生活 ......................49（三）算用协同赋能城乡绿色智慧发展 ......................49七、 绿色算力区域发展成效 ....................................51（一）东部国家枢纽节点：加强算力高效利用提升绿色算力水平 51（二）西部国家枢纽节点：充分发挥资源优势打造绿色算力产业 53八、 趋势展望与发展建议 ......................................55（一）创新引领，加强绿色算力技术研发产品应用 ............55（二）政策保障，优化绿色算力发展政策支持环境 ............55（三）产业筑基，构筑绿色算力产业协同服务生态 ............56（四）算能协同，强化绿色算力与能源协同发展 ..............57（五）算用融合，推动算力应用绿色化全面拓展 ..............57附件：东数西算枢纽节点各片区绿色算力发展情况 .................581、京津冀枢纽张家口集群—怀来县 .........................582、京津冀枢纽张家口集群—张北县 .........................583、京津冀枢纽张家口集群—宣化区 .........................59 4、长三角枢纽长三角一体化集群—上海市青浦区 .............615、长三角枢纽长三角一体化集群—浙江省嘉兴市嘉善县 .......616、长三角枢纽长三角一体化集群—江苏省苏州市吴江区 .......627、长三角枢纽芜湖集群—鸠江区 ...........................638、长三角枢纽芜湖集群—弋江区 ...........................639、长三角枢纽芜湖集群—无为市 ...........................6410、粤港澳大湾区枢纽韶关集群—高新区 ....................6411、成渝枢纽天府集群—成都市双流区 ......................6512、成渝枢纽天府集群—成都市郫都区 ......................6613、成渝枢纽天府集群—成都市简阳市 ......................6714、成渝枢纽重庆集群—重庆市两江新区水土新城 ............6715、成渝枢纽重庆集群—重庆市西部（重庆）科学城璧山片区 ..6816、成渝枢纽重庆集群—重庆市经济技术开发区 ..............6817、贵州枢纽贵安集群—贵安新区贵安电子信息产业园 ........6818、内蒙古枢纽和林格尔集群—和林格尔新区 ................6919、内蒙古枢纽和林格尔集群—集宁大数据产业园 ............7020、甘肃枢纽庆阳集群—庆阳西峰数据信息产业聚集区 ........7121、宁夏枢纽中卫集群—中卫工业园西部云基地 ..............71 图目录 图 1 绿色算力发展框架 .........................................6图 2 2023 年全国算力及数据中心相关政策词频云图................11图 3 2021-2023 年区域绿色算力政策布局文本词频分析情况.........13图 4 算力产业链呈现绿色化转型趋势 ............................14图 5 算力中心能耗结构（以 PUE=1.5 为例） ......................19图 6 全球 IT 设备及 AI 工作负载趋势 ............................20图 7 互联网流量与数据中心能耗对比 ............................26图 8 IEA 对全球数据中心、加密货币、AI 等需求用电量的预测 ......27图 9 全球数据中心数量 ........................................28图 10 各类数据中心数量复合增长率 .............................29图 11 全球数据中心平均年 PUE（按机房部署的最高功率机柜）......29图 12 2023 年全国各区域 PUE 情况...............................30图 13 全国区域绿色数据中心占比 ...............................31图 14 2023 年中国不同类型电源累计发电装机量及占比情况.........38图 15 全球绿色电力交易情况 ...................................40图 16 2010-2022 年购买 PPA 的主要企业..........................40图 17 我国绿电和绿证交易发展历程 .............................41 表目录 表 1 2023 年算力及数据中心相关政策.............................9表 2 国内外算力市场主体绿色算力实践及碳中和行动计划 ..........17表 3 通用芯片与智能芯片代表产品情况 ..........................21表 4 全国及主要省市可再生能源发电量占用电量比例 ..............38表 5 我国部分算力调度平台建设情况 ............................45 一、绿色算力发展背景及内涵框架 （一）新形势下催生绿色算力发展新要求 面对全球气候变化、技术革新以及能源转型的新形势，发展低碳、高效的绿色算力不仅是顺应时代的要求，更是我国建设数字基础设施和展现节能减碳大国担当的重要命题，在此背景下也要求在提