核心观点
- 算力发展与碳排放增长: 随着全球产业数字化、智能化转型升级，算力需求快速攀升，数据中心用能和碳排放显著增长。算力生产伴随着大量能源消耗，其中电力是主要能源消耗来源，预计未来数据中心用电量和碳排放将持续增长。
- 算碳解耦的重要性: 实现算力增长与能源消耗碳排放的解耦是实现碳中和目标的关键。算力发展应打破由传统化石能源带来的碳排放约束，以赋能数智化转型和低碳转型。
- 主要挑战: 当前算力发展速度已显著超越能源基础设施的规划建设步伐，加剧了能源稳定供给的压力。实现数据中心大幅度降低碳排放主要依靠能效提升和绿色电力的应用，但目前面临以下挑战：
- 规划建设难以协调: 数据中心智算化趋势带来用电需求的巨幅增长，加剧了全球电力短缺，电力基础设施规划建设节奏往往落后于数据中心发展。
- 多环节能效亟待提升: 数据中心IT设备、制冷系统、供配电系统均有能效提升的巨大潜力，但现有数据中心建设标准中的能效评估指标和相应能效措施尚不充分。
- 算力与绿电时空不匹配: 数据中心用电负荷与风电、光伏等新能源发电存在时间匹配性和空间匹配性问题，对数据中心大规模、高比例使用绿电带来了挑战。
- 政策与市场保障有待完善: 针对数据中心和数据中心产品的碳排放披露机制不足，数据中心和算力产品尚没有明确的碳核算方法，数据中心减碳行动缺少金融支持。
关键数据
- 全球数据中心市场规模: 近20年，全球数据中心市场规模的年平均增长率突破了20%。
- 中国数据中心市场规模: 截至2023年底，全国在用数据中心标准机架超过810万架，算力总规模达到230EFLOPS，近5年年均增速近30%。
- 全球数据中心用电量: 2022年全球数据中心用电量约4,600亿千瓦时，占全球用电量的1.7%左右，折算碳排放约2.2亿吨；预计到2026年，数据中心用电量可能达到6,200–10,500亿千瓦时，对应碳排放约2.9–4.9亿吨。
- 中国数据中心用电量: 截至2023年底，我国数据中心总耗电量达到1,500亿千瓦时，同比增长15.4%，占我国全社会用电量的1.6%，对应碳排放总量约为0.84亿吨；到2030年，数据中心用电量可能超过3,000亿、4,000亿和7,000亿千瓦时。
- 数据中心PUE: 2023年我国数据中心平均PUE为1.48，IT设备能耗约占数据中心总能耗的67%，制冷系统约占27%，供配电系统约占5%，照明及其他约占1%。
研究结论
- 数据中心选址布局优化: 应统筹考虑算力需求、绿色电力资源、自然冷源、余热利用、土地价格及政策、网络基础设施等六大要素，以优化数据中心选址布局。
- 提高数据中心能效水平: 应发挥标准引领作用，提高数据中心能效水平，完善数据中心节能标准，积极引导新型制冷技术、高效安全供电及新型储能、高效算力设备及系统等节能技术以及余热回收技术、智能化能源管理系统的应用。
- 打造清洁低碳、电网友好的数据中心电力消费模式: 应最大化数据中心的绿电供应，打造清洁低碳、电网友好的数据中心电力消费模式，促进算力 - 电力系统协同运行。
- 推动政策和市场机制保障数据中心节能降碳: 应完善针对数据中心和数据中心产品的碳排放约束政策和披露机制，建立和完善数据中心碳核算体系，运用绿色金融工具为数据中心节能降碳提供资金支持。
行动建议
- 规划选址: 提高绿色电力可获取性，充分考虑自然冷源，挖掘余热利用潜力。
- 新建与改造: 构建多维度能碳评估指标体系，完善数据中心节能标准，加快改造低能效数据中心。
- 运行管理: 多元化绿色电力采购方式，完善绿电、绿证交易制度，探索算电协同的最佳模式，规模化示范绿色数据中心和算电协同试点。
- 保障机制: 完善针对数据中心和数据中心产品的碳排放约束政策和披露机制，建立统一的数据中心碳核算体系，运用绿色金融工具为数据中心节能降碳提供资金支持。
