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“碳达峰、碳中和”目标下应三管齐下 有效发挥数据中心集群化阶乘化降耗效应

2021-06-01 来源:国家发展改革委 作者:于施洋 国家信息中心大数据发展部


数据中心是数字经济时代的核心基础设施和国家战略资源。《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》中指出,优化数据中心基础设施建设布局,加快实现数据中心集约化、规模化、绿色化发展。《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》明确提出,推动数据中心绿色可持续发展。当前,在我国提出2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的宏伟目标下,数据中心行业能耗问题再次受到社会各界广泛关注。应当深刻认识数据中心行业耗能的特殊规律,建立更加科学精准的数据中心行业单位gdp能耗分层测算体系,形成更加弹性合理的跨域数据中心耗能统筹体系,探索更加绿色低碳的数据中心集群化发展道路。

 

一、正本清源,当前数据中心能耗测算方法易导致“双重失真”问题

 

按照现有行业能耗指标测算方法,数据中心产业一直被界定为高能耗产业,并受到能耗指标审批等方面严格限制,甚至有人称其为“不冒烟的钢厂”。然而,数据中心的“高能耗”问题,很大程度上是沿用传统测算方法,只算了数据中心和5g产业自身的小账,忽略了其对数字经济乃至经济社会数字化转型发展的大账,与钢铁等传统产业耗能问题应区别看待。实际上,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运营企业贡献了一定数据中心运营产值,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)。总的看,占我国全社会用电量约2%的数据中心,支撑了占全国gdp约36.2%的数字经济规模,对提升全社会生产效率和全要素生产率作用巨大。

 

当前通行的数据中心行业能耗指标测算方法存在两方面失真问题:一是“行业失真”,即在测算单位能耗产出时不计入数据中心运行的各类应用类产业产值,导致数据中心自身产业的整体耗能测算水平被人为严重放大;二是“区域失真”,即由于数字经济的跨地域特性,相关应用类产业并不一定被统计入数据中心所在属地,导致数据中心所在地实际上在被动分摊应用类产业所在地的耗能指标压力。可见,所谓数据中心“高耗能”问题很大程度上是测算方法失真所致,并不完全符合行业实际,应在统计方法层面优化改进,更好引导产业健康有序发展。

 

二、挖潜提质,数据中心自身发展不平衡不充分的结构性问题亟待解决

 

我们从数据中心的建设标准、建设模式、建设布局、技术创新和资源调度等五个方面探索了数据中心节能降耗空间,测算结果显示:到2025年,我国数据中心年用电量可由4000亿度降低到3000亿度左右,节省约3000万吨标准煤。其中,我国数据中心产业东西发展不平衡和可再生能源利用不充分的问题是当前制约数据中心整体耗能水平的进一步下降的两个关键性因素。

 

一是数据中心东部供给不足和西部供给过剩的结构性矛盾较为突出。当前,东部发达地区特别是北上广深等一线城市能耗指标极为受限,由于数据中心在单位gdp能耗及其产业带动的经济效益被严重低估,省内进行用电指标规划时,通常向其他高gdp产出的企业倾斜,加上从省到市层层指标分解,可预留给数据中心建设的能耗指标十分有限,难以支撑大型以上数据中心在东部地区落地。此外,受限于目前省际之间没有建立较为成熟的能耗指标跨域调配机制,西部能耗指标充裕地区和东部能耗指标严重紧张地区无法实现能耗指标的均衡配置,过剩问题和严重不足现象并存。据测算,我国数据中心依托西电东输的用电量约为21.44亿度,平均用电损耗约6%。如将部分东部地区算力需求转移到西部,“东数西算”联合“西电东输”,可节省1.3亿度电、3.9万吨标准煤。可见,当前应加快推动“东数西算”“南数北算”等国土空间跨域算力资源统筹调度机制,形成“全国一盘棋”的一体化算力资源跨域调度和开发利用体系。

 

二是数据中心行业对清洁能源的开发利用和节能新技术的应用程度还有较大提升空间。一方面,我国数据中心产业在清洁能源替代认识上亟待加强。为抵消数据中心能源消耗快速增长对气候环境的不良影响,全球数据中心企业纷纷开始倡导使用可再生能源为数据中心供电。据统计,截至2020年10月,已有facebook、苹果、谷歌、rackspace、微软、equinix等33家全球化数据中心企业先后承诺将100%使用可再生能源,并为此设置了中期与远期目标。如facebook在2019年已实现可再生能源总电力占比达到86%,并承诺2020年底起100%使用可再生能源。微软2019年已实现60%的目标,并计划于2023年实现70%的可再生能源利用率。然而,据不完全统计,目前国内明确提出100%可再生能源目标的头部数据中心企业仅秦淮数据一家,其宣称新一代超大规模数据中心可再生能源使用量占比37%,已高于行业平均水平。另一方面,目前我国特别是西部地区对清洁能源的开发利用和节能新技术应用还有很大的提升空间。阿里巴巴在杭州建设采用液冷技术的数据中心,将电能利用效率由1.3降低到1.09以内,每年节省7000万度电。据测算,我国西北部地区每年弃风弃光电量约125亿度,如果在这些地方依托电厂和电网布局就近建设大型以上数据中心,每年可节省375万吨标准煤,同时可以促进清洁能源开发利用,有效降低中西部地区弃风和弃光电量,进一步减少碳排放。

 

三、三管齐下,加快建立全国一体化的数据中心集群降耗机制

 

按照《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》要求,到2025年,要推动全国范围内数据中心形成布局合理、绿色集约的基础设施一体化格局。当前,应当从三方面着力建立全国数据中心集群化、阶乘化降耗机制,为“十四五”乃至更长时期内数字经济发展奠定坚实基础。

 

一是建立更加科学合理的数据中心单位gdp能耗评价体系。充分考虑数字经济时代数据中心产业的传导溢出效应,综合考虑数据中心技术水平、投入产出比、下游数字产业化和产业数字化拉动能力等表现,将数据中心单位gdp能耗划分为三部分:(1)基础能耗。即数据中心产业自身单位产值的能耗指标;(2)直接产业能耗。即在未产生新能耗的前提下,数据中心自身产值叠加基于其运行的数字技术产品和服务(数字产业化部分)单位产值的能耗指标,并明确属地归属关系;(3)间接产业能耗。即同样在未产生新能耗的前提下,前两者进一步叠加利用数字技术产品和服务后,为传统产业带来的产出增长和效率提升(产业数字化部分)单位产值的能耗指标。在具体应用中,可考虑建立专门统计体系和跨省间能耗情况统筹机制,将前两部分指标作为“必答题”,即区域数据中心能耗指标审批的关键依据;第三部分指标作为“附加题”,即政策制定和后评估的参考依据。

 

二是启动面向“十四五”及更长一段时期的国土算力资源统筹和配套机制研究。结合“十四五”新技术发展需求,统筹谋划新一代信息网络基础设施,将国土空间划分为算力资源富余区、平衡区、透支区、超载区,明确各区域数据中心建设强度,鼓励算力资源超载区向富裕区转移,特别是灾备存储类、后台分析类的算力需求调度到西部,实现“前店(东部)后厂(西部)”分工协作。支持引导地方政府将数据中心建设纳入本地区“十四五”基础设施规划,提高地方对数据中心建设的正确认识,将数据中心作为数字经济时代的新型基础设施,推进城区和周边数据中心上云调度,城市城区范围主要发展5g、自动驾驶、智慧工厂等极低时延的数据处理,城市周边数据中心集群主要负责大规模数据的“云端”分析处理,推动数据中心像电力、交通、网络等一样发挥对区域经济的拉动效应。建立省内集约统筹和省际互补交易相结合的能耗指标调度管理机制,针对数据中心建设特殊规律,以省为单位建立全省数据中心能耗指标共享统筹机制,优先支持省级大型或超大型数据中心集约建设,支持各市县数据中心云资源虚拟化主权管理,严禁各市县利用自有能耗指标新建小散数据中心。探索开展省级数据中心能耗指标交易和拍卖试点,鼓励西部地区将富余的能耗指标标价出售,实现数据中心能耗指标跨东中西区域调剂和算力供需有机对接,有效解决算力资源结构性失衡问题。

 

三是加快推动数据中心产业绿色低碳有序发展。支持引导数据中心通过在自有场所建设自然冷源、数据中心余热回收利用、强化清洁能源的开发利用等多种方式,建立健全新技术设计和应用标准规范,建立数据中心节能的硬指标,明确到2025年,新建大型、超大型数据中心pue不超过1.3,倒逼节能技术应用,不断提升数据中心绿色发展水平。鼓励西部有条件的地区综合考虑清洁能源和电网布局选址就近建设数据中心,更多开发和利用水电、光伏发电和风能发电等清洁能源,增加与数据中心行业相适应的可再生能源供给,减少碳排放,同时有效降低中西部地区弃风和弃光电量。加大数据中心立项、审查、验收等环节的监管力度,将数据中心可再生能源使用和“双控”目标挂钩,在数据中心节能审查环节增加对可再生能源使用情况的考察,健全能耗监测机制和技术体系,严控新建数据中心能耗。鼓励数据中心企业、科研院所、行业组织等加强技术协同创新与合作,构建产学研用、上下游协同的绿色数据中心技术创新体系,扩大可再生能源市场化交易试点范围,支持更多数据中心企业购买绿色能源进行供电,推动形成绿色产业集群发展,引导数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路,实现数据中心持续健康发展。(作者:于施洋 国家信息中心大数据发展部)