对2030年IT行业能源消耗和碳足迹的全面预测

Public 施耐德电气™ 全球可持续发展研究院 数字经济与气候影响 对2030年IT行业能源消耗和碳足迹的全面预测 全球可持续发展研究院简介 如今能源和可持续发展领域的进步可谓前所未有，盛况空前。但在新十年和风云变幻的新时代环境下，这种发展势头将如何持续？ 作为一家大型企业，我们有责任通过减少能源消耗和二氧化碳排放做出积极贡献，在确保企业盈利的同时推动社会进步。 施耐德电气制定了与联合国可持续发展目标一致的2021- 2025年施耐德电气可持续发展影响指数（SSI）计划，提出了宏大的目标；我们的技术将在确保业务增长的同时，让每个人都能获得能源，并为我们的地球开创一个无碳未来。我们的气候承诺旨在最大限度减少客户和施耐德电气公司的碳排放。对施耐德电气而言，这意味着到2025年 我们将实现公司运营层面碳中和，到2030年实现业务运 营的净零碳排放，到2050年实现整个供应链端到端净零碳排放。 凭借开拓性技术和面向可持续发展的端到端解决方案，我们始终在积蓄力量，争取厚积薄发。 施耐德电气全球可持续发展研究院致力于剖析当前面临的问题，并思考企业界应如何行动：我们力求深入了解当前的趋势以及如何才能与时俱进，顺势而动，同时预见未来的变化。 在本白皮书中，我们从电力消耗角度探讨信息技术（IT）兴起带来的一些主要风险，并细致地预测了2030年的IT电力消耗状况。结论：虽然我们知道未来的数字经济将需要更多能源——一些观察家对此表示相当担忧——但我们也发现，IT技术的不断发展进步以及IT行业对清洁能源的快速采纳可能会遏制其气候影响。 为实现数百家全球组织共同制定的可持续发展目标，我们需要采取大胆的举措来减少排放，并以更可持续的方式运营。 请与我们一道学习这个白皮书系列，了解能源管理、数字创新、气候行动、目标设定和信心以及新的融资机制领域的最新趋势预测和洞见。 当下我们应该将可持续发展作为企业的当务之急，并即刻采取行动，为未来铺路。 OliverBlum 施耐德电气首席战略与可持续发展官 VincentPetit 施耐德电气战略远景与对外事务高级副总裁 目录 全球可持续发展研究院简介2 表格和图示列表4 疫情期间的数字化转型5 数字化加速电力消耗6 方法论——数字化环境中的需求驱动因素9 第1章–更多数据：数字化对计算和数据存储的影响10 工作负载和服务器10 数据存储10 电力需求11 第2章–数据中心不断演变的格局：向云端转移，边缘的兴起13 案例研究：DigitalRealty14 第3章–利用未来数据传输技术增进沟通15 IP流量15 电力需求15 第4章–拓宽互联互通世界的设备和传感器16 IT设备16 物联网（IoT）16 电力需求16 第5章–设备制造行业能源展望18 数字化背景下的电力需求和碳排放19 电力需求增长，但对IT行业碳排放的影响有限19 数字技术也有利于大幅降低其他行业的能源需求20 关键要点21 免责声明22 附件——详细的假设和结果23 参考文献26 表格和图示列表 i.图1–IT能源需求的演变（TWh） ii.图2–IT能源需求的演变（%） iii.图3–对IT电力需求和演变的全面分析 iv.表1–关于服务需求的主要假设 v.表2–关于效率的主要假设 vi.表3–IT行业的电力需求增长 vii.表4–IT行业在总电力需求中所占的份额 viii.表5–IT行业的碳排放 疫情期间的数字化转型 物联网（IoT）和其他增强数字化应用的面世带来了互联网流量的迅速上升，新冠疫情也加速了这一趋势。 比如，视频会议提供商Zoom称，由于数百万人开始把工作和教育转移到线上，其用户群已从2019年12月的1000万激增到2020年3月的2亿。 全球约有12亿学生不得不在线上接受教育，数百万远程工作者通过Slack、Trello、Jira和 Zoom等平台和应用保持联网。 自疫情爆发以来，全球互联网用户的家庭数字媒体和流视频消费显著增加。 ●51%的人口通过流媒体服务观看了更多节目/电影。 ●45%的人使用消息服务（即Facebook和WhatsApp）的时间增多。 ●44%的人口使用社交媒体（即Facebook、Instagram或Twitter）的时间增多。当世界进入封锁状态，人们也开始登录网络，使得互联网流量随之飙升。 最近的一项未来劳动力调查1显示，在接受调查的1万人中，87%的人希望在疫情限制放宽后继续享受灵活工作制，即可以灵活选择在家办公或在公司办公。依赖于数字化应用的远程办公将日益成为企业保持联网和生产率优势的必备武器。 与此同时，IT行业如何满足世界近乎永无止境的数字化需求，这也会对整个社会产生广泛影响，并可能阻碍应对气候变化的行动。企业智库和行业观察家最近也强调了这一点，他们指出，IT行业不断增加的电力消耗可能对环境造成影响。 然而，简单地认为IT和数字化活动将不可避免地大幅度增加二氧化碳排放并造成严重后果，也会是一种误导。 毕竟，未来的技术创新也将推动联网环境的效率提升，并有助于减轻由数字化需求增加而带来的电力消耗和排放问题。 因此，当我们展望未来时，我们需要问自己：数据中心的快速增长是否会像电动汽车的普及一样迅速拉高用电量？在线活动的激增将对全球电力使用和碳排放产生多大影响？或者，相反的，将提升能效的举措与数字化相结合能否帮助我们加速脱碳进程？ 5 1Cisco&DimensionalResearch （2020），《混合工作场所的兴 起》，对高管、员工体验专家和知识工作者的一次全球调查 数字化加速电力消耗 数字化技术广泛应用于各个行业。在房地产领域，越来越多的住宅和商业楼宇安装了智能设备和智慧能源管理系统。在工业领域，自动化、先进的机器人和3D打印技术的应用越来越普遍。在交通运输领域，自动化、互联互通、电力和共享（ACES）交通之间开始出现混合交叉。 为明确这些数字化智能应用在未来如何获得电力供应，施耐德电气开展了一次研究和建模活动，来预测到2030年维持IT行业的发展势头所需的电量。本研究报告摒弃了许多关于最坏情形的描述和观点，即预测与IT技术相关的用电量将每五年翻一番。 施耐德电气的研究详细阐述了未来十年IT行业的电力消耗预测，涵盖数据中心服务器和存储容量、固网和移动互联网需求、设备联网和制造，同时考虑了需求和效率的变化。 尽管这项研究对服务需求的演变进行了细致入微的考察，但并未探讨自动驾驶汽车、区块链技术等刚刚萌芽的数字应用或深层次技术创新对新形式的人工智能或计算技术的潜在影响。考虑到未来技术发展趋势的不确定性，对于这场关于行业发展之能源和气候影响的争论，这种保守的需求预测方法似乎是最适合的框架原则。这种方法也与其他外部出版物的观点一致。然而，随着这些创新成果的实现，还需要在未来开展进一步的研究。 施耐德电气预测，到2030年，IT行业的电力需求将增长50%，达到3,200Twh，相当于在未来十年复合年增长率（CAGR）达到5%。 6 图1–IT能源需求的演变（TWh） 设备制造 电视和外围设备的使用物联网设备的使用 网络设备的使用IT设备的使用移动网络 固网 数据中心基础设施存储 计算 从2015年到2020年，所有行业都实现了显著的效率提升，将复合年增长率（CAGR）限制在2%。这在数据中心（计算、存储、PUE等）和移动网络（转为4G）领域尤为明显。然而，固网（承载大部分IP流量）的效率提升略低。 到2030年，预计75%的增长来自数据中心和网络，特别是计算实例（以及大数据应用和人工智能的数据存储）和移动通信（包括升级到5G）的高速增长。设备制造和使用占2015年该行业总能源需求的70%左右，预计到2030年其份额将下降至50%左右2，对整体需求增长的贡献很小。事实上，物联网设备在所有行业领域的渗透抵消了传统设备能源需求的相对下降。 因此，2030年的增长实际上将来源于IP流量的加速，尤其是移动网络流量。同时，物联网设备会产生大量数据，带来数据中心的计算和存储需求的急剧增加。 图2-IT能源需求的演变（%） 2015-2020复合年增长率 2020-2030复合年增长率 25G的能源足迹目前尚不明确，特别是空闲时段的确切能源需求以及对总功率需求的相应影响。在此我们根据最佳可用数据进行了假设。 该预测报告评估了最近观察到的效率提升，并进一步将预测延伸到2030年，对数据中心、移动网络发展带来的IT和用电效率提升、每个应用的固网和移动接入网络流量份额以及设备制造过程中获得的额外效率提升做出了重要评估和假定。敏感性分析表明，如果额外效率提升为零，到2030年，IT行业的电力需求可能会达到4,700TWh（而当前预测为3,200TWh），但参考过去十年高达两位数的效率改进，这种情况基本不可能发生。 由于涵盖的范围存在差异，因此很难与其他类似的预测分析进行直接比较。迄今为止，还没有一个标准化的衡量框架。在预测IT设备的使用和制造时尤其如此。例如，施耐德电气的研究报告计算了制造各种IT设备所需的用电量，包括含有电子元件、传感器，如智能电视等其它已连接设备。正如Andrae3（2020）在他最近的分析中所解释的那样，在不同的预测中观点的差异很大。 尽管存在这些困难，来自全球研究机构的专家仍对施耐德电气的预测进行了严格评估，将其与同类研究项目进行了对比审核。与同类项目相比，施耐德电气的预测非常接近Andrae的最新分析报告4。该报告是对他在2015年5发表的基础性评论文章《通信技术的全球用电量： 2030年趋势》的一份更新。Andrae在2020年做出的这些修订分析报告预测，到2030年IT用电需求将达到2,200TWh到3,200TWh之间，接近2015年研究报告的最佳预测。2015年，其报告还指出了中间情况和最坏情况，分别为8,200TWh和30,700TWh。 专家也将施耐德电气的预测与国际电信联盟在2020年发表的分析报告进行了对比6。国际电信联盟的报告预测，用电量将从2015年的1,000Twh左右增长到2030年的1,200TWh。与施耐德电气的分析相比，其基线和2030年增长都低得多。 由于基准线存在这些显著差异，在比较这些预测时一个较好的方法也是查看年平均增长率 （CAGR）。2020年，Andrae的最新预测是平均增长率约为5%，这一趋势与施耐德电气的预测非常一致。国际电信联盟的预测则保守得多，预计平均增长率为1.5%，与目前观察到的增长率接近。 3AndersAndrae（2020），全球计算技术的一次性能源消耗、电力消耗和二氧化碳排放预测及其在2020至2030年间占总量的份额。 4尽管数据中心、设备使用和制造需求 存在明显差异，但总体预测结果相差无几。AndersAndrae（2020），全球计算技术的一次性能源消耗、电力消耗和二氧化碳排放预测及其在2020至2030年间占总量的份额。 AndersAndrae（2020），关于2030年互联网电力使用情况的新视角。 5AndersAndrae和TomasEdler（2015），《通信技术的全球用电量：2030年趋势》。 6国际电信联盟（2020），信息和通信技术行业的温室气体排放轨迹与UNFCCC巴黎协定一致。 9 方法论——数字化环境中的需求驱动因素 7AndersAndrae（2020），全球计算技术的一次性能源消耗、电力消 2020年，根据外部预测，整个IT行业占全球总体电力消耗的5%至15%。具体差异归因于范围和建模特点的不同。 施耐德电气的分析模型预测，当前全球的IT相关电力需求为1,900TWh，占总体电力需求的8%。考虑到范围差异，这个预测与Andrae2020年的研究结果7（1,700TWh）和国际能源署2017年报告预测8的1,400TWh一致。 施耐德电气的模型采用自下而上的方法，基于由数字化驱动的主要电力需求增长因素，包括： ●首先，我们