中国数据中心产业低碳发展实践研究（2023年）

中国数据中心产业低碳1发展实践研究 （2023年） 华信咨询设计研究院有限公司 2023年1月6日 1低碳发展指低能耗、低排放模式，包括能效提升、能源循环、能源置换等主要途径 版权声明 本报告版权属于华信咨询设计研究院有限公司，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：华信咨询设计研究院有限公司”。违反上述声明者，本公司将追究其相关法律责任。 前言 算力是全球数字经济的生产力，数据中心是算力的关键支点，中国是全球数据中心产业的焦点。经过20年的发展演进，国内数据中心产业发展进入了新的阶段，作为数字设施、数字能源、数字科技的三重载体产业，数据中心在新时期进入高质量转型期，低碳化发展是转型的关键方向。目前我国数据中心用电量和二氧化碳排放量仍处于增长态势，在“双碳”战略和“能耗双控”背景驱动下，加快能效优化、能源循环和可再生能源替换，打造“零碳/低碳数据中心”将成为数据中心产业底色。 在此背景下，面向全国产业发展、立足未来五年，华信咨询设计研究院发布《中国数据中心产业低碳发展实践研究白皮书（2023年）》。基于行业研究和调查实践报告，从追溯全球数据中心20年低碳发展历程入手，研判国内数据中心低碳发展的新阶段、新趋势和新生态。接着，从政策监管、需求变化、成本管控、技术适用等方面对国内数据中心低碳发展的挑战进行深入解读，围绕“技术革新+模式创新”两个方面、“增量建设+存量改造”两个视角、“能效提升+能源循环+能源置换”三个维度和“企业+政府”两类主体全面提出低碳发展应对策略，并针对液冷、余热回收、绿电、合同能源管理等重要新技术新模式做专题分析。本白皮书以大量实践研究为基础编制而成，旨在针对我国数据中心低碳发展 实际困难提供一定解答，为各省市政府和企业高质量发展数据中心产业提供一定参考。 目录 一、全球及国内数据中心低碳发展趋势1 （一）全球数据中心低碳政策演进1 1.粗放建设探索阶段（2010年之前）1 2.资源整合优化阶段（2010年-2020年）2 3.绿色低碳提升阶段（2020年—至今）4 （二）国内数据中心低碳政策动态6 1.“东数西算”政策统筹引导数据中心建设绿色化7 2.双碳政策将数据中心节能减碳提升至国家议题高度9 3.新型数据中心政策要求数据中心提升绿色算力服务11 （三）国内数据中心进入低碳发展新阶段13 1.低碳新趋势13 2.低碳新生态17 二、国内数据中心产业低碳发展挑战21 （一）政策监管挑战21 （二）需求变化挑战22 （三）成本管控挑战26 （四）技术适用风险29 三、国内数据中心产业低碳技术革新30 （一）建筑形式30 （二）制冷技术38 1.数据中心制冷技术演进38 2.数据中心液冷技术专题43 （三）电力技术66 （四）循环利用70 （五）智能运营80 （六）绿电应用84 四、国内数据中心产业低碳运营思考91 （一）产业层面：探索低碳定价及合作商业模式91 1.探索合同能源管理模式91 2.探索租电分离新模式95 3.探索绿色定价等其他新策略96 （二）政策层面：推进东西低碳协同运营规划97 1.绿色能源做引，推高西部绿色经济价值97 2.绿色算力赋能，建设全国绿色经济先锋军99 3.算力业务西迁，布局全国“前店后厂”大后方100 4.存算分离助力，打造全国“东数西存”主阵地101 五、总结及展望104 参考文献106 图目录 图12015-2020年全球数据中心能源需求（单位：太瓦时） ..............................................5 图 2 2020-2025全国数据中心用电量和碳排放量概况... 14 图 3 2021全国及各区域IDC平均PUE情况............ 15 图 4 低碳政策下国内数据中心产业新生态视图........ 18 图 5 各地区工业用地成交价格与各城市电价.......... 24 图 6 宁夏、内蒙、甘肃、贵州及热点城市郊区电价.... 24 图 7 各地区移动互联网接入流量（亿GB）............ 25 图 8 数据中心总拥有成本测量模型.................. 27 图 9 中国新开工装配式建筑面积及占比.............. 33 图 10 上海商汤科技效果图......................... 34 图 11 上海商汤科技效果图......................... 35 图 12 数据中心标准化/模块化/预制化.............. 37 图 13 杭州电信数据中心项目效果图................. 41 图 14 处理器“高性能、多并行”助力算力提升....... 44 图 15 机柜平均功率............................... 44 图16不同档位功率每kW租赁造价成本及不同系列服务器造价成本45 图 17 2019-2025年中国液冷数据中心行业应用结构.... 47 图 18 冷板式液冷系统............................. 49 图 19 冷板式液冷系统成本结构..................... 49 图 20 喷淋式液冷系统............................. 50 图 21 浸没式液冷系统............................. 51 图 22 浸没式液冷系统成本结构..................... 51 图 23 中国液冷整体解决方案厂商竞争力矩阵图....... 54 图 24 绿色云图微型液冷数据中心解决方案应用示例... 57 图 25 绿色云图中大型液冷数据中心解决方案应用示例. 57 图 26 数据中心供配电系统图....................... 66 图 27 电力系统演变............................... 67 图 28 光伏发电技术原理........................... 68 图 29 储能方案设计方案........................... 69 图 30 储能方案设计图............................. 70 图 31 成都简州项目概览........................... 76 图 32 空调及热回收系统架构....................... 76 图 33 乌兰察布项目概览........................... 77 图 34 空调及热回收系统........................... 77 图 35 杭钢水源多联机组余热回收项目概览........... 78 图 36 空调及热回收系统架构....................... 78 图37中国银行总行金融科技云基地和林格尔新区项目效果 图84 图38绿证获取、绿电交易流程图86 图39中国电信（国家）数字青海绿色大数据中心项目效果 图90 图 40 合同能源管理改造内容....................... 91 图 41 节能效益分享图示........................... 94 图 42 数据中心高用电量与高经济产出的二重属性..... 97 图 43 绿色经济内涵............................... 98 图44云商前店后厂资源布局示意图101 图45东数西存概念图102 表目录 表1世界主要国家低碳数据中心相关政策梳理3 表2“东数西算”政策统筹引导数据中心建设绿色化8 表3双碳战略政策顶层要求数据中心绿色化发展10 表4新型数据中心政策促进算力服务能力提升12 表5三大运营商液冷技术试点48 表6液冷方案介绍及简单对比52 表7中国移动应用案例56 表8大象融媒应用案例56 表9广东合一微模块喷淋式液冷数据中心产品应用项目配 置 ............................................ 60 表 10 主要综合厂商的液冷解决方案概况............. 60 表 11 YL-10相变氟化液和PFPE非相变氟化液原料价格. 62 表 12 主要氟化液种类及代表厂商列表............... 63 表 13 液冷技术调研情况........................... 64 表 14 光伏系统PUE调节因子值..................... 68 表 15 储能系统PUE调节因子值..................... 68 表 16 国外数据中心余热回收典型应用场景........... 74 表 17 案例方案对比............................... 78 表18国内外部分数据中心运营商集中式发电场概况（部分 典型）87 表19东西部对口帮扶情况99 表20部分西部地区优先承接东部转移发展产业概览...99 一、全球及国内数据中心低碳发展趋势 （一）全球数据中心低碳政策演进 随着英国在2003年第一次提出了“低碳经济”的概念，越来越多的国家充分意识到了能源安全和气候变化的威胁。基于《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》，全球178 个缔约方在2016年共同签署《巴黎协定》，对2020年以后全球应对气候变化的行动做出统一安排。全球主要国家都承诺最晚于2050年前实现碳中和，并发布了一系列降碳政策和措施。 目前，全球对数字服务与技术的采用普遍提升，因此需要更多的数据中心设施满足需求，而这些设施的无间断运作意味对能源的持续消耗，增加碳排放量。美国自然资源保护委员会（NRDC）统计数据显示，全球的数据中心行业共消耗了全球3％的电力生产量，并产生出2亿吨的二氧化碳。因此多数国家发布相关政策，促进绿色数据中心行业的发展。 回溯近二十年全球数据中心相关低碳政策，可以发现数据中心低碳发展大体分以下三个阶段： 1.粗放建设探索阶段（2010年之前） 全球数据中心产业起步较早，在20世纪90年代便开始萌芽，那时的数据中心服务内容主要为场地、电力、网络带宽、通信设备等基础资源和设施的托管和维护服务，以分散低质的小型数据中心为主，不注重节能技术应用。在此阶段 真正规划绿色数据中心发展的政府和企业数量并不多，2005年建于美国马里兰州厄巴纳的联邦国民抵押贷款协会厄巴纳技术中心是第一个得到国际公认的绿色数据中心，全球还处于一个探索的阶段。 2.资源整合优化阶段（2010年-2020年） 2010年后全球数据中心产业进入信息中心阶段，随着新技术、新业务的迅速发展，数据中心规模猛增,能耗越来越高,数据中心运营成本也不断增高,由此带来更严峻的碳排放问题和环境污染问题,对数据中心的节能降耗、履行社会责任提出新的挑战，各国开始了对已有数据中心的整合优化行动，通过淘汰中小型低质数据中心和新建扩容超大型数据中心集群来提升能效。典型有： 新加坡在2014年发布的《绿色数据中心技术路线图》中提出，要在不影响系统性能和安金要求的情况下尽可能降低数据中心能源消耗，并提出提高冷却设各效率、IT设备温湿度耐受能力、数据中心的资源调度和负荷分配集成优化能力等建议。 美国政府则通过DCOI数据中心优化倡议、FDCCI美国联邦数据中心整合计划、FITARA联邦政府信息技术采购改革法案等一系列举措，率先对政府侧数据中心做了一半以上的整合和关闭，并借助资源虚拟化、可用性、设定数据中心PUE及服务器使用率具体标准、退役老旧机器等方式，实现了政 府数据中心电能利用效率（以下简称PUE）从平均2.0以上 下降到近一半，部分服务器使用率从5%提升65%以上。 表1世界主要国家低碳数据中心相关政策梳理 时间 国家 政策 重点内容 2010年 美国 联邦数据中心整合