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近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷升級換代,信息化進(jìn)程持續(xù)加快，極大地推動了數(shù)據(jù)中心規(guī)模、數(shù)量以及電力需求量的迅猛增長。
規(guī)模與能耗雙增長
2019年中國網(wǎng)民數(shù)量已超過9億，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新興技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅猛，數(shù)據(jù)存儲與計算量正呈數(shù)倍增長之勢。作為數(shù)據(jù)載體的數(shù)據(jù)中心與日俱增，建設(shè)體量和建設(shè)規(guī)模不斷擴大，數(shù)據(jù)中心已成為現(xiàn)代社會不可或缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施。
據(jù)估算，截至2018年年底，我國數(shù)據(jù)中心總量已超過40萬個，大型及以上數(shù)據(jù)中心的總機架數(shù)達(dá)204萬個。預(yù)計2020年和2025年，大型及以上數(shù)據(jù)中心機架數(shù)量將分別達(dá)到498萬和802萬個。廣東、上海、北京、浙江等經(jīng)濟較為發(fā)達(dá)的區(qū)域大型及以上數(shù)據(jù)中心總機架數(shù)占比較大。由于政策和可再生資源優(yōu)勢等因素，內(nèi)蒙古、貴州等區(qū)域綠色數(shù)據(jù)中心數(shù)量有所增加。
然而，數(shù)據(jù)中心作為集中儲存和處理數(shù)據(jù)的設(shè)施，需依托服務(wù)器全年不間斷運行以向互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，同時需要空調(diào)等輔助制冷設(shè)備維持其可靠運行，因此電能消耗量巨大。
據(jù)了解，數(shù)據(jù)中心的電能消耗主要包括IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及其他設(shè)施（包括安防設(shè)備、滅火、防水、傳感器以及相關(guān)數(shù)據(jù)中心建筑的管理系統(tǒng)等）。其中，IT設(shè)備與制冷系統(tǒng)均占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%左右。
隨著數(shù)據(jù)中心的大量建設(shè)，數(shù)據(jù)中心電力需求迅猛增長。據(jù)估算，2018年我國數(shù)據(jù)中心用電總量為1609億千瓦時，占全社會總用電量的2.35%。預(yù)計2020年我國數(shù)據(jù)中心用電總量將達(dá)2023億千瓦時，占全社會用電總量的2.7%；2030年將突破4000億千瓦時，占全社會用電總量的3.7%。
今年以來，突如其來的新冠肺炎疫情，使線上服務(wù)、線上教育、線上辦公等業(yè)務(wù)需求驟增。數(shù)字技術(shù)、數(shù)字產(chǎn)業(yè)和數(shù)字服務(wù)在經(jīng)濟社會運行中的重要作用更加突出。目前，數(shù)據(jù)中心建設(shè)是已經(jīng)啟動的大規(guī)模“新基建”計劃的重要內(nèi)容?？梢灶A(yù)見，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量將遠(yuǎn)超原有的預(yù)測水平，其電力需求將爆發(fā)性增長。
主動轉(zhuǎn)型，迫在眉睫
為應(yīng)對日益嚴(yán)峻的氣候變化和環(huán)境問題，減少二氧化碳排放已成為全社會的共識。2016年11月4日正式生效的《巴黎協(xié)定》為2020年后全球應(yīng)對氣候變化行動做出了安排，核心內(nèi)容包括：一是將全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平2℃之內(nèi)，并為升溫控制在1.5℃之內(nèi)而努力；二是盡快實現(xiàn)溫室氣體排放達(dá)峰；三是加強氣候行動國際合作，實現(xiàn)全球應(yīng)對氣候變化長期目標(biāo)。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC) 在2018年10月8日發(fā)布的一份報告中說，能否實現(xiàn)2015年《巴黎協(xié)定》所設(shè)較為嚴(yán)格的“1.5℃”控溫目標(biāo)，對今后數(shù)十年地球生態(tài)系統(tǒng)和人類而言“生死攸關(guān)”。
能源轉(zhuǎn)型是指能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)的變化，即能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的能源（主體能源）的變化。在這個意義上，迄今人類社會已完成了兩次能源轉(zhuǎn)型：第一次轉(zhuǎn)型是煤炭取代薪柴成為主體能源，人類由此進(jìn)入“煤炭時代”；第二次轉(zhuǎn)型是石油取代煤炭成為主體能源，人類由此進(jìn)入“石油時代”。目前，人類正在經(jīng)歷從“石油時代”向“低碳時代”的第三次能源轉(zhuǎn)型。
放眼國際，2011年以來，國際互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)通過投資建設(shè)可再生能源發(fā)電站、從可再生能源發(fā)電企業(yè)直接購電等方式，正逐步向“100%可再生能源（使用）目標(biāo)”邁進(jìn)。2018年，谷歌和蘋果分別購買或生產(chǎn)了100億千瓦時和13億千瓦時的可再生能源電力，足以滿足其數(shù)據(jù)中心的能源消耗；在Equinix（全球領(lǐng)先的數(shù)據(jù)運營商）消耗的52億千瓦時的電力中，92%為可再生能源電力；在Facebook數(shù)據(jù)中心消耗的32億千瓦時的電力中，75%為可再生能源電力；亞馬遜和微軟約半數(shù)數(shù)據(jù)中心的電力來自可再生能源。
聚焦國內(nèi)，我國能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)是構(gòu)建綠色低碳、安全高效的能源體系。能源轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容是在優(yōu)化利用存量化石能源項目、確保實現(xiàn)能源供應(yīng)安全的前提下，通過政策激勵，使清潔低碳能源成為我國能源供應(yīng)增量的主要來源。通過逐步替代，最終實現(xiàn)能源供應(yīng)主體由高碳化石能源向低碳清潔能源的根本轉(zhuǎn)變。
大數(shù)據(jù)中心企業(yè)應(yīng)主動參與、甚至引領(lǐng)本行業(yè)的能源轉(zhuǎn)型潮流，這樣不僅可以降低企業(yè)用能成本，還可以提升企業(yè)的社會責(zé)任和品牌形象，進(jìn)而提升企業(yè)價值。有關(guān)部門應(yīng)為數(shù)據(jù)中心企業(yè)的能源轉(zhuǎn)型創(chuàng)造良好的政策環(huán)境，使數(shù)據(jù)中心這一耗能大戶轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉崔D(zhuǎn)型的引領(lǐng)者。
高能耗，怎么破？
數(shù)據(jù)中心的能耗（功率）與服務(wù)器所承受的訪問量、計算量以及電能使用效率（PUE, Power sage Effectiveness）密切相關(guān)。同一天的不同時段，隨著訪問量和計算量的升高，數(shù)據(jù)中心負(fù)載率也會升高，導(dǎo)致單位時間內(nèi)服務(wù)器功率上升，能耗量由此增加。
PUE是國際上通行的衡量數(shù)據(jù)中心電源使用效率的指標(biāo)，是數(shù)據(jù)中心總電量除以用于運行數(shù)據(jù)中心中計算機基礎(chǔ)設(shè)施所用電量的商數(shù)。目前我國數(shù)據(jù)中心企業(yè)主要通過改造供電、冷卻、管理系統(tǒng)等方式對能耗進(jìn)行優(yōu)化，以降低PUE值，減少相關(guān)開支。降低制冷系統(tǒng)的能耗是數(shù)據(jù)中心節(jié)能、提高能源效率的重點環(huán)節(jié)。但是,PUE只能在一定程度上反映數(shù)據(jù)中心的電能使用情況，無法反映數(shù)據(jù)中心使用化石能源引起的大氣污染和碳排放問題。
盡管近些年我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)的PUE值不斷降低，但是，由于可再生清潔電力使用率偏低，數(shù)據(jù)中心在電力使用過程中過度依賴化石能源，造成了大量污染物排放和環(huán)境污染。
由于我國分布式能源、微電網(wǎng)、局域電網(wǎng)接入大電網(wǎng)還存在諸多困難，加之我國電力市場建設(shè)滯后以及“綠色電力”交易剛剛起步，數(shù)據(jù)中心缺乏采購可再生能源的制度安排和商業(yè)渠道，因此，國際機構(gòu)在估計我國數(shù)據(jù)中心的污染物排放時，往往認(rèn)定其主要使用了燃煤火電。據(jù)此測算，2018年我國數(shù)據(jù)中心火電使用量約為1171.81億千瓦時，帶來了4687噸煙塵，23436噸二氧化硫，22264噸氮氧化物以及9855萬噸二氧化碳等污染物排放。
“十一五”以來，我國實施了能源消費強度和消費總量“雙控”行動。為落實“雙控”指標(biāo)要求，各省級政府出臺了能源“雙控”實施方案。這意味著節(jié)能減排和能效管理不僅是企業(yè)內(nèi)部經(jīng)濟成本收益問題，而且是滿足政府對企業(yè)的強制性要求問題。換言之，節(jié)能減排和能效管理不是企業(yè)愿意不愿意做的問題，而是企業(yè)必須做的問題。
目前，我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已處于世界領(lǐng)先地位，但是該行業(yè)尚未形成大規(guī)模利用可再生能源電力的趨勢。2018年我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)用電總量中，可再生能源電力占比為23%，低于全社會26.5%可再生能源用電比重。中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)應(yīng)當(dāng)跨越“PUE時代”，改變目前的用能方式，將使用清潔可再生能源電力作為應(yīng)對能耗挑戰(zhàn)的重要解決方案，加快清潔低碳用電步伐，成為能源轉(zhuǎn)型的典范。以下三點建議值得參考：
第一，擴大可再生能源市場化交易的試點地區(qū)及參與企業(yè)。目前可再生能源市場化交易試點地區(qū)及參與試點的企業(yè)用戶類型比較有限。建議在2019年6月發(fā)改委《關(guān)于全面放開經(jīng)營性電力用戶發(fā)用電計劃的通知》的基礎(chǔ)上，參照《京津冀綠色電力市場化交易規(guī)則》，擴大可再生能源市場化交易機制試點地區(qū)，讓更多類型、不同規(guī)模的企業(yè)用戶有機會參與可再生能源采購。
第二，完善新建數(shù)據(jù)中心審批政策。近年來，部分東部發(fā)達(dá)地區(qū)對數(shù)據(jù)中心制定了新的準(zhǔn)建政策，以控制數(shù)據(jù)中心過快增長。北京、上海、廣東等數(shù)據(jù)中心集中地區(qū)對新建數(shù)據(jù)中心的PUE作出了限制。例如，北京要求新建數(shù)據(jù)中心的PUE不得超過1.4。建議將新建數(shù)據(jù)中心的審批與數(shù)據(jù)中心可再生能源使用情況掛鉤,將可再生能源使用作為加快審批的加分項，以推動數(shù)據(jù)中心更多地使用可再生能源。
第三，引導(dǎo)新增數(shù)據(jù)中心在可再生能源富裕的中西部地區(qū)選址。將可再生能源在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的消納水平列為在當(dāng)?shù)夭季謹(jǐn)?shù)據(jù)中心的導(dǎo)向因素之一，有針對性地引導(dǎo)部分?jǐn)?shù)據(jù)中心向可再生能源資源富余的中西部地區(qū)遷移。
（作者分別供職于華北電力大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院、綠色和平組織）
規(guī)模與能耗雙增長
2019年中國網(wǎng)民數(shù)量已超過9億，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新興技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅猛，數(shù)據(jù)存儲與計算量正呈數(shù)倍增長之勢。作為數(shù)據(jù)載體的數(shù)據(jù)中心與日俱增，建設(shè)體量和建設(shè)規(guī)模不斷擴大，數(shù)據(jù)中心已成為現(xiàn)代社會不可或缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施。
據(jù)估算，截至2018年年底，我國數(shù)據(jù)中心總量已超過40萬個，大型及以上數(shù)據(jù)中心的總機架數(shù)達(dá)204萬個。預(yù)計2020年和2025年，大型及以上數(shù)據(jù)中心機架數(shù)量將分別達(dá)到498萬和802萬個。廣東、上海、北京、浙江等經(jīng)濟較為發(fā)達(dá)的區(qū)域大型及以上數(shù)據(jù)中心總機架數(shù)占比較大。由于政策和可再生資源優(yōu)勢等因素，內(nèi)蒙古、貴州等區(qū)域綠色數(shù)據(jù)中心數(shù)量有所增加。
然而，數(shù)據(jù)中心作為集中儲存和處理數(shù)據(jù)的設(shè)施，需依托服務(wù)器全年不間斷運行以向互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，同時需要空調(diào)等輔助制冷設(shè)備維持其可靠運行，因此電能消耗量巨大。
據(jù)了解，數(shù)據(jù)中心的電能消耗主要包括IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及其他設(shè)施（包括安防設(shè)備、滅火、防水、傳感器以及相關(guān)數(shù)據(jù)中心建筑的管理系統(tǒng)等）。其中，IT設(shè)備與制冷系統(tǒng)均占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%左右。
隨著數(shù)據(jù)中心的大量建設(shè)，數(shù)據(jù)中心電力需求迅猛增長。據(jù)估算，2018年我國數(shù)據(jù)中心用電總量為1609億千瓦時，占全社會總用電量的2.35%。預(yù)計2020年我國數(shù)據(jù)中心用電總量將達(dá)2023億千瓦時，占全社會用電總量的2.7%；2030年將突破4000億千瓦時，占全社會用電總量的3.7%。
今年以來，突如其來的新冠肺炎疫情，使線上服務(wù)、線上教育、線上辦公等業(yè)務(wù)需求驟增。數(shù)字技術(shù)、數(shù)字產(chǎn)業(yè)和數(shù)字服務(wù)在經(jīng)濟社會運行中的重要作用更加突出。目前，數(shù)據(jù)中心建設(shè)是已經(jīng)啟動的大規(guī)模“新基建”計劃的重要內(nèi)容?？梢灶A(yù)見，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量將遠(yuǎn)超原有的預(yù)測水平，其電力需求將爆發(fā)性增長。
主動轉(zhuǎn)型，迫在眉睫
為應(yīng)對日益嚴(yán)峻的氣候變化和環(huán)境問題，減少二氧化碳排放已成為全社會的共識。2016年11月4日正式生效的《巴黎協(xié)定》為2020年后全球應(yīng)對氣候變化行動做出了安排，核心內(nèi)容包括：一是將全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平2℃之內(nèi)，并為升溫控制在1.5℃之內(nèi)而努力；二是盡快實現(xiàn)溫室氣體排放達(dá)峰；三是加強氣候行動國際合作，實現(xiàn)全球應(yīng)對氣候變化長期目標(biāo)。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC) 在2018年10月8日發(fā)布的一份報告中說，能否實現(xiàn)2015年《巴黎協(xié)定》所設(shè)較為嚴(yán)格的“1.5℃”控溫目標(biāo)，對今后數(shù)十年地球生態(tài)系統(tǒng)和人類而言“生死攸關(guān)”。
能源轉(zhuǎn)型是指能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)的變化，即能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的能源（主體能源）的變化。在這個意義上，迄今人類社會已完成了兩次能源轉(zhuǎn)型：第一次轉(zhuǎn)型是煤炭取代薪柴成為主體能源，人類由此進(jìn)入“煤炭時代”；第二次轉(zhuǎn)型是石油取代煤炭成為主體能源，人類由此進(jìn)入“石油時代”。目前，人類正在經(jīng)歷從“石油時代”向“低碳時代”的第三次能源轉(zhuǎn)型。
放眼國際，2011年以來，國際互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)通過投資建設(shè)可再生能源發(fā)電站、從可再生能源發(fā)電企業(yè)直接購電等方式，正逐步向“100%可再生能源（使用）目標(biāo)”邁進(jìn)。2018年，谷歌和蘋果分別購買或生產(chǎn)了100億千瓦時和13億千瓦時的可再生能源電力，足以滿足其數(shù)據(jù)中心的能源消耗；在Equinix（全球領(lǐng)先的數(shù)據(jù)運營商）消耗的52億千瓦時的電力中，92%為可再生能源電力；在Facebook數(shù)據(jù)中心消耗的32億千瓦時的電力中，75%為可再生能源電力；亞馬遜和微軟約半數(shù)數(shù)據(jù)中心的電力來自可再生能源。
聚焦國內(nèi)，我國能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)是構(gòu)建綠色低碳、安全高效的能源體系。能源轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容是在優(yōu)化利用存量化石能源項目、確保實現(xiàn)能源供應(yīng)安全的前提下，通過政策激勵，使清潔低碳能源成為我國能源供應(yīng)增量的主要來源。通過逐步替代，最終實現(xiàn)能源供應(yīng)主體由高碳化石能源向低碳清潔能源的根本轉(zhuǎn)變。
大數(shù)據(jù)中心企業(yè)應(yīng)主動參與、甚至引領(lǐng)本行業(yè)的能源轉(zhuǎn)型潮流，這樣不僅可以降低企業(yè)用能成本，還可以提升企業(yè)的社會責(zé)任和品牌形象，進(jìn)而提升企業(yè)價值。有關(guān)部門應(yīng)為數(shù)據(jù)中心企業(yè)的能源轉(zhuǎn)型創(chuàng)造良好的政策環(huán)境，使數(shù)據(jù)中心這一耗能大戶轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉崔D(zhuǎn)型的引領(lǐng)者。
高能耗，怎么破？
數(shù)據(jù)中心的能耗（功率）與服務(wù)器所承受的訪問量、計算量以及電能使用效率（PUE, Power sage Effectiveness）密切相關(guān)。同一天的不同時段，隨著訪問量和計算量的升高，數(shù)據(jù)中心負(fù)載率也會升高，導(dǎo)致單位時間內(nèi)服務(wù)器功率上升，能耗量由此增加。
PUE是國際上通行的衡量數(shù)據(jù)中心電源使用效率的指標(biāo)，是數(shù)據(jù)中心總電量除以用于運行數(shù)據(jù)中心中計算機基礎(chǔ)設(shè)施所用電量的商數(shù)。目前我國數(shù)據(jù)中心企業(yè)主要通過改造供電、冷卻、管理系統(tǒng)等方式對能耗進(jìn)行優(yōu)化，以降低PUE值，減少相關(guān)開支。降低制冷系統(tǒng)的能耗是數(shù)據(jù)中心節(jié)能、提高能源效率的重點環(huán)節(jié)。但是,PUE只能在一定程度上反映數(shù)據(jù)中心的電能使用情況，無法反映數(shù)據(jù)中心使用化石能源引起的大氣污染和碳排放問題。
盡管近些年我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)的PUE值不斷降低，但是，由于可再生清潔電力使用率偏低，數(shù)據(jù)中心在電力使用過程中過度依賴化石能源，造成了大量污染物排放和環(huán)境污染。
由于我國分布式能源、微電網(wǎng)、局域電網(wǎng)接入大電網(wǎng)還存在諸多困難，加之我國電力市場建設(shè)滯后以及“綠色電力”交易剛剛起步，數(shù)據(jù)中心缺乏采購可再生能源的制度安排和商業(yè)渠道，因此，國際機構(gòu)在估計我國數(shù)據(jù)中心的污染物排放時，往往認(rèn)定其主要使用了燃煤火電。據(jù)此測算，2018年我國數(shù)據(jù)中心火電使用量約為1171.81億千瓦時，帶來了4687噸煙塵，23436噸二氧化硫，22264噸氮氧化物以及9855萬噸二氧化碳等污染物排放。
“十一五”以來，我國實施了能源消費強度和消費總量“雙控”行動。為落實“雙控”指標(biāo)要求，各省級政府出臺了能源“雙控”實施方案。這意味著節(jié)能減排和能效管理不僅是企業(yè)內(nèi)部經(jīng)濟成本收益問題，而且是滿足政府對企業(yè)的強制性要求問題。換言之，節(jié)能減排和能效管理不是企業(yè)愿意不愿意做的問題，而是企業(yè)必須做的問題。
目前，我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已處于世界領(lǐng)先地位，但是該行業(yè)尚未形成大規(guī)模利用可再生能源電力的趨勢。2018年我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)用電總量中，可再生能源電力占比為23%，低于全社會26.5%可再生能源用電比重。中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)應(yīng)當(dāng)跨越“PUE時代”，改變目前的用能方式，將使用清潔可再生能源電力作為應(yīng)對能耗挑戰(zhàn)的重要解決方案，加快清潔低碳用電步伐，成為能源轉(zhuǎn)型的典范。以下三點建議值得參考：
第一，擴大可再生能源市場化交易的試點地區(qū)及參與企業(yè)。目前可再生能源市場化交易試點地區(qū)及參與試點的企業(yè)用戶類型比較有限。建議在2019年6月發(fā)改委《關(guān)于全面放開經(jīng)營性電力用戶發(fā)用電計劃的通知》的基礎(chǔ)上，參照《京津冀綠色電力市場化交易規(guī)則》，擴大可再生能源市場化交易機制試點地區(qū)，讓更多類型、不同規(guī)模的企業(yè)用戶有機會參與可再生能源采購。
第二，完善新建數(shù)據(jù)中心審批政策。近年來，部分東部發(fā)達(dá)地區(qū)對數(shù)據(jù)中心制定了新的準(zhǔn)建政策，以控制數(shù)據(jù)中心過快增長。北京、上海、廣東等數(shù)據(jù)中心集中地區(qū)對新建數(shù)據(jù)中心的PUE作出了限制。例如，北京要求新建數(shù)據(jù)中心的PUE不得超過1.4。建議將新建數(shù)據(jù)中心的審批與數(shù)據(jù)中心可再生能源使用情況掛鉤,將可再生能源使用作為加快審批的加分項，以推動數(shù)據(jù)中心更多地使用可再生能源。
第三，引導(dǎo)新增數(shù)據(jù)中心在可再生能源富裕的中西部地區(qū)選址。將可再生能源在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的消納水平列為在當(dāng)?shù)夭季謹(jǐn)?shù)據(jù)中心的導(dǎo)向因素之一，有針對性地引導(dǎo)部分?jǐn)?shù)據(jù)中心向可再生能源資源富余的中西部地區(qū)遷移。
（作者分別供職于華北電力大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院、綠色和平組織）
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