面向未来的中国数据中心：绿色低碳与高可靠性

概述 目录 在人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术加速融合的背景下，数据中心作为算力基础设施的核心载体，已成为推动全球数字经济发展的战略基石。 01概述02算力拉动全球电力需求03中国数据中心规模与现状04中国电力供给结构与低碳转型05中国数据中心的发展趋势06面临的挑战07数据中心低碳解决方案08结语 中国作为全球最具活力的数字经济市场之一，数据中心产业正迎来规模扩张与结构升级的双重机遇，同时也面临着绿色低碳转型、区域协同发展等关键挑战。 为应对上述挑战，数据中心必须重塑电力供应与基础设施策略，采用包括用户侧发电、微电网和先进储能在内的多元化方案，加速部署，增强韧性。 西门子能源致力于成为数据中心全生命周期合作伙伴——从概念规划到运营维护，我们提供一站式电网解决方案、高可靠性燃气轮机、数字化优化系统及深度咨询服务，助力数据中心运营商实现快速投入运营、保障运维，并具备未来扩展能力。 能源转型的成功有赖于平衡可靠性、安全性、经济性与可持续性。西门子能源通过为数据中心运营商制定稳健的能源系统战略规划，提供全球高效的能源技术方案，助力数据中心运营商在当前和未来能源体系中实现这四个关键要素的协同优化。 算力拉动全球电力需求 在全球范围内，人工智能正在重塑经济与产业格局，成为推动全球数据中心扩张的核心动力。而数据中心电力需求增速正迅速赶超传统工业，成为能源系统转型的不可忽视的关键变量。 当前，无论是发电侧还是用电侧，电网接入的周期普遍较长，审批流程日趋复杂；在一些先进经济体地区，新建长距离输电线路通常需要 4 至 8 年时间；同时，变压器、电缆、发电机组等关键电力设备的交付周期也显著延长。在此背景下，电力行业亟需加速扩容和提效，在电力系统低碳转型、制造业协同发展和能源可负担性等多重目标之间寻求平衡。 根据国际能源署测算，2024 年全球数据中心电力消费约为415 TWh，占全球电力总需求的 1.5%。在基准情景下，预计到 2030 年这一数字将翻番至 945 TWh，年均增速约 15%，是其他高能耗行业需求增速的四倍以上。 随着人工智能的快速发展，预计 2025 至 2030 年间，全球数据中心服务器的用电增长将呈现显著的结构性特征：其中，50% 的用电增长将来自高性能服务器，年均增速达 30%。而传统服务器仅贡献约 20% 的用电增长。此外，约 10% 来自其他 IT 设备，约 20% 来自如冷却系统等基础设施。 从区域视角来看，中国和美国将成为数据中心用电增长最显著的两个国家，预计到 2030 年合计贡献全球近 80% 的增长量。未来几年，美国、中国和欧洲仍将是全球数据中心用电量最大的地区。与此同时，以东南亚为代表的其他地区也在快速发展，其中新加坡和马来西亚南部作为区域枢纽，当地数据中心的用电量预计到 2030 年将增长一倍以上，在全球格局中占据重要位置。 全球数据中心用电量及展望（IEA） 单位：TWh数据来源：国际能源署（IEA） 在满足持续增长的电力需求方面，可再生能源和天然气将共同发挥主力作用。全球新增数据中心电力负荷中，约一半将由风电、光伏等可再生能源满足，这得益于其建设周期短、成本竞争力强以及科技公司采购绿色电力的积极性。预计到2035 年，全球将新增超过 450 TWh 的可再生能源电力用于支撑数据中心运行。 与此同时，天然气将作为重要的可调度能源，有效补充可再生能源的间歇性，预计到 2035 年新增发电量约 175 TWh，主要集中在北美地区。此外，小型模块化核反应堆（SMR）等新型清洁能源技术也开始受到关注，首批商业化项目有望在 2030 年前后投入运行。 数据中心行业在人工智能发展的推动下呈现快速增长态势，但在一些发达经济体地区，电力基础设施却成为关键瓶颈。国际能源署警告称，若未能及时应对潜在挑战，约 20% 的数据中心规划项目或将遭遇建设延期。 中国数据中心规模与现状 中国作为全球数字经济发展的重要引擎，数据中心市场正在快速扩张。2019 至 2024 年间，中国数据中心基础设施算力规模保持 26% 的年均增长率，成为全球最具活力的数据中心市场之一。 截至 2024 年底，全国在用算力中心机架总数已突破 880 万标准机架1，算力总规模达到 280 EFLOPS（每秒百亿亿次浮点运算），其中智能算力占比显著提升至 32%。 中国数据中心基础设施算力总规模与机架数量 以大模型训练与推理为代表的人工智能技术革命，正在推动数据中心形态和基础设施需求发生结构性变革。与传统互联网服务相比，人工智能算力任务在计算密度、持续运行时间和电力消耗等方面均呈现数量级提升，这对数据中心的供电系统、散热方案和整体能效提出了全新要求。 ■算力数据： 单位：EFLOPS数据来源：国家数据局■机架数据： 单位：万架数据来源：工业和信息化部 为优化全国算力资源布局，中国政府实施了“东数西算”国家战略工程，规划建设了八大算力网络枢纽节点（京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏）。该战略将东部地区的实时性算力需求与西部地区的非实时性算力保障有机结合，同时充分利用西部地区丰富的可再生能源优势。 据市场研究预测，到 2030 年中国互联网数据中心（IDC）基础设施年投资规模预计将达到 2800 亿元人民币，2024 至2030 年期间的复合增长率约为 7%。 用电量跃升 2024 年中国数据中心用电量已占全球数据中心用电总量的25%，仅次于美国。 中国数据中心基础设施行业市场规模 与快速增长的算力需求相对应，中国数据中心电力消费正以远超全国平均水平的速度持续攀升。国际能源署（IEA）数据显示，2024 年中国数据中心用电量约为 102TWh，同比大幅增长 21%，显著高于全国全社会用电量 6.8% 的年度增速。 单位：亿元人民币数据来源：智研瞻 综合多家机构的预测，到 2030 年，中国数据中心用电负荷将提升至 1 亿千瓦左右，年耗电量将达到 400-600 TWh，其占全国总用电量的比例将从当前的不足 2% 升至 6%。 值得注意的是，这一用电激增趋势在部分算力枢纽节点城市表现得更为突出。预计 2025 年数据中心用电占比将达 2.4%，在某些数据中心高度聚集的区域，这一比例已接近 20%。 总体来看，2024 至 2030 年间，中国数据中心用电量预计将保持 20% 左右的年均增速，算力基础设施正在成为能源系统中不可忽视的负荷源。 中国电力供给结构与低碳转型 中国当前的能源结构为数据中心的低碳发展提供了重要背景。2024 年，全国发电总量中火电占比仍高达 63%，其中煤电占据主导地位。尽管火电比重呈逐年下降趋势，但在短期内仍难以被完全替代，导致大多数数据中心在实际运营中仍不得不依赖高碳电源。 点为例，当前绿电使用比例仅为 46%，距离理想目标尚有较大差距。 2024 年中国主要能源装机容量与发电量结构 数据来源：国家统计局 从行业发展现状来看，2023 年国家级绿色数据中心的平均可再生能源使用比例 已 达 到 50%， 较 2018 年 的 15% 有显著提升，但整个行业仍处于绿色转型的初级阶段。同时，数据中心的区域集聚发展特点对当地电网造成较大压力。在某些枢纽节点内部，区域电力系统面临着集中化负载带来的严峻挑战。 可再生能源（风电、光伏、水电）发电量合计占比约 32%，但存在明显的区域分布差异：西北地区集中了大量风光发电设施，而水电资源则主要分布在西南地区。这种不均衡的分布格局直接影响着不同区域数据中心获取绿电的能力。 以京津冀地区典型城市为例，自成为国家级数据中心集聚区以来，当地数据中心用电量占全社会用电量的比例从2019 年的 6.8% 快速攀升至 2023 年的20.1%。这种算力与电力需求的同步快速增长，使得局部地区电网在调峰能力、基础设施扩容和绿色电力消纳等方面都面临着多重挑战。 “东数西算” 国家战略工程正是针对这一能源结构特点，推动算力向西部可再生能源富集区布局，实现算力扩张与低碳发展的平衡。然而，即使在资源条件相对优越的地区，要达到 80% 的绿电使用目标仍面临挑战。以宁夏中卫枢纽节 低碳转型中数据中心的政策目标 中国政府已将数据中心列为节能降碳的重点领域，并为此制定了明确的阶段性目标： 到 2030 年 到 2025 年 •国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过 80%。•新建及改扩建的大型、超大型数据中心电能利用效率（PUE）降至 1.25 以内，其中国家枢纽节点数据中心PUE 不得超过 1.2。•全国数据中心平均 PUE 低于 1.5，同时可再生能源利用率年均增长 10%。•推进存量数据中心项目节能降碳改造。•鼓励有关地区探索开展数据中心绿电直供。 •数据中心的绿电消费比例不低于全国可再生能源电力总量消纳责任权重平均水平。•国家枢纽节点新建数据中心绿电消费比例在 80% 的基础上进一步提升。•显著提升北方采暖地区新建大型及以上数据中心余热利用率。 截至 2025 年 6 月，中国已建成 246 家 “国家绿色数据中心”，这些数据中心覆盖通信、互联网、能源、金融、智算等多个领域，覆盖 “东数西算” 工程各大枢纽节点。最新一批 “国家绿色数据中心” 的 PUE 平均值已降至 1.26。 中国数据中心的发展趋势 中国数据中心市场在需求增长与产业转型的双重驱动下稳步发展，呈现出以下趋势： 规模增长与结构优化并进 单机架功率密度大幅提升 数据中心市场在保持增长态势的同时，增速逐步趋于理性。在“东数西算”和市场需求的引导下，超大型和大型数据中心逐步成为主流，分布式和边缘节点同步发展。小型、分散、能效低的数据中心将加速退出市场，推动行业集中度和资源配置效率持续提升。 人工智能和数据密集型任务推动服务器数量与单机功耗迅速上升。中国数据中心单机柜功耗从传统通算中心的 4–6kW 跃升至当前智算中心的 20–40kW，未来部分场景将会突破 100kW。这种高密度负载对配电、制冷、空间布局和散热系统提出了更高要求，推动传统基础设施进行全面升级。 绿色低碳成为核心竞争力 技术路线持续深化 为适应高密度与低能耗需求，液冷技术正逐步从边缘走向主流，尤其适用于高散热量的人工智能服务器。同时，存算一体、光电融合等新架构也在探索落地路径，网络系统则朝着更高带宽、更低延迟、更智能的方向发展。 可持续性已成为衡量数据中心竞争力的重要指标。除传统的 PUE 指标外，可再生能源占比、水资源使用效率、碳排放强度等综合指标日益受到重视。根据政策要求，到 2025 年国家枢纽节点新建数据中心绿电占比需超过 80%，推动绿色能力建设成为企业实现差异化发展的关键要素。 算力需求多元化与智能化 安全可信要求提升 随着数据承载的价值和敏感性日益凸显，数据安全、网络安全、供应链安全与运行过程的可追溯性成为数据中心建设和运营的基础底线。与之配套的合规要求、分区部署策略、安全审计机制等也将更加系统和严格。 随着人工智能生成内容（AIGC）和高性能计算场景的涌现，市场对算力的需求正在由通用基础算力向智能算力跃升。“算力 1.0” 阶段的传统数据中心主要提供存储与分发服务，如今以人工智能训练和推理为核心的新型智算中心（AIDC）正在开启“算力2.0” 阶段，具备大规模和高性能数据处理、智能调度、融合协同等特征。 企业间生态协同更加紧密 云 - 边 - 端协同架构加速形成 作为复杂的系统工程，数据中心的发展需要运营商、设备商、软件商、云服务提供商、能源供应商及下游应用企业间的深度合作。基础设施的创新和优化不仅聚焦于单设备或单系统架构的突破，更需要与上层应用、IT 设备技术更新共同推进，综合考虑设计、建设与运维各环节的成本、效率与复杂度，实现全生命周期内的整体优化。 集中式云计算数据中心与分布式边缘数据中心的协同将更加紧密，形成覆盖云、边、端的立体化算力服务体系，以满足智慧城市、自动驾驶、工业互联网等复杂应用场景对时