随着“双碳”政策的加快，工业互联网即将爆发。科智咨询《2021-2022年中国IDC产业发展研究报告》中提到，预计到2024年，5G、人工智能等新兴技术趋于成熟，工业互联网生态逐渐形成，数据量迅速增加，有望推动IDC产业进入新一轮增长周期。中国传统IDC产业的发展驱动和变化来源：2017-2024年中国传统IDC业务市场规模和预测（1亿元），来源：高功耗和高排碳一直是数据中心产业可持续发展的核心痛点，现在，随着工业互联网生态的逐步形成，梳理工业互联网爆发与数据中心产业日益增长的用电需求之间的关系，深入跟踪用电和发电的来源，对探索数据中心的可持续发展，实现“零碳”具有重要的路径参考意义。中国工业互联网的爆发和数据中心电力工业互联网的爆发迫使中国数据中心的功耗大幅增加，大量的电力需求已经在路上。与此同时，数据中心作为5G、人工智能、云计算等新一代信息通信技术的重要载体已成为数字经济的基础。数据中心的高功耗带来了高效的经济发展。因此，国家发展和改革委员会没有将大功耗数据中心列为高能耗行业。先说工业互联网。工业互联网是继消费互联网之后数字经济的主要驱动形式，也是下一轮数据中心用电需求爆发的最大驱动力。2020年，美国数字经济规模高达13.6万亿美元。在美国科技股前20家上市公司中，微软、亚马逊、谷歌母公司Alphabet等7家属于工业互联网公司、脸书等，这7家公司的市值占前20家上市公司总市值的一半。不仅如此，美国各行业都有大量实力雄厚的工业互联网企业，包括ADOBEINCC、惠普，甲骨文，IBM、OpenText、Infor GT Nexus、E2open、One Network、True Commerce、SPS commerce等。再看看中国，工业互联网才刚刚起步。黄奇帆在《战略与路径》一书中提到：“数字技术综合体与各行各业结合形成工业互联网需要四个步骤”；“第一步是数字化，第二步是网络化，第三步是智能化，第四步是智能化”。根据中国信通院的数据，中国服务业、工业和农业数字经济的渗透率分别为37.8%、19.5%和8.2%。在服务业领域，近年来，短视频、电子商务直播等新的电子商务模式迅速崛起，许多细分行业形成了工业互联网生态；但在工业和农业领域，工业互联网仍处于初级水平。根据工业互联网形成的四个步骤，未来仍有很大的发展空间。我们来谈谈数据。随着工业互联网的爆发和数据驱动时代的到来。二十年前，我国数据每天增长100GB，现已达到每天4.4亿GB以上，数据激增440多万倍。研究表明，2018年全球创建、捕获、复制和消耗的数据总量为33ZB(33万亿GB)，两年后增长为59ZB。在工业互联网的推动下，预计到2025年，这一数字将达到175ZB，而中国占其中近50ZB。在数据量快速增长的背后，数据中心不断释放用电需求。早在20世纪60年代，数据中心的用电需求就在路上。作为早期数据中心的原型之一，世界上最先进的CDC6600在四五年内销量只有100台。与当时美国全社会1万亿千瓦时的年耗电量相比，耗电量很小。随后，随着互联网浪潮的到来，数据中心乘势而上。2011年，美国数据中心耗电量达到1000亿度，约占美国全社会耗电量4万亿度的2.5%。如今，随着工业互联网在美国的首次爆发，到2050年，美国数据中心的功耗将呈指数级增长。目前，中国数据中心的用电量(2000-2050年)已超过美国。2021年，中国数据中心耗电量超过2100亿度，占全社会耗电量8.3万亿度的2.6%。中国工业和信息化部原部长李一中最近表示，中国数据中心的年耗电量是三峡年发电量的两倍多。中国IDC圈数据显示，到2025年，中国数据中心和5G的耗电量将比2020年翻一番，达到近4000亿千瓦时，占中国全社会耗电量的4%左右。中国环境学会碳达峰碳中和专委会秘书长柴麒敏博士在《全球碳中和进程下数智技术的应用场景与效应评估》一文中表示，到2035年，中国数据中心和5G的功耗将是2020年的2.5-3倍，达到6951-7820亿千瓦时，预计将占中国全社会的5-7%。数据中心的“零碳”路径选择增加了数据中心的用电需求，这意味着需要发送足够的电。根据国家统计局2022年10月24日发布的统计数据，2022年1月至9月，中国规模以上工业生产总发电量为6.28万亿千瓦时，其中火力发电量约为4.37万亿千瓦时，占总发电量的69.5%，风力和太阳能新能源发电量为0.66万亿千瓦时，占总发电量的10%。2022年9月规模以上工业生产主要数据 来源:国家统计局网站也就是说，火力发电仍然是规模以上工业生产发电的主要形式。数据中心用电也不例外。近70%的传统数据中心用电仍然是由火力发电的，但火力发电最大的问题是排放大量二氧化碳。关于数据中心的碳排放，有一个非常生动的比喻：根据2019年的数据计算，中国数据中心的数量约为60000个，而60000个机房每年消耗的煤炭量相当于将这些机房从地板堆放到天花板上填充煤炭的数量。根据《中国数字基础设施脱碳之路:数据中心与5G减碳潜力与挑战》报告，2020年全国数据中心碳排放量高达9485万吨，约占中国全社会碳排放量的1%。据工业和信息化部估计，到2035年，中国数据中心和5G的碳排放量将达到2.3-3.1亿吨，约占中国全社会碳排放量的2-4%，相当于北京目前的碳排放量。显然，在火力发电的主导下，数据中心仍然是名副其实的排碳大户，减碳势在必行。具体来说，有两种解决方案。一是减少数据中心生命周期内的碳排放。中国通信工业协会发布的T/CA 301-2021《零碳数据中心建设标准》对数据中心生命周期产生的碳排放总量给出了明确的计算方法，并指出“当被调查数据中心的碳排放总量C=0时，数据中心为零碳数据中心”。其中，数据中心生命周期产生的碳排放总量公式(c总=cjc cjs csb cyw ccc cp）中：cjc(建筑材料生产运输阶段的碳排放)、cjs(数据中心建设阶段的碳排放)、csb(数据中心设备及材料生产运输阶段的碳排放)、cyw(数据中心运行阶段能源消耗产生的碳排放)、ccc(数据中心拆除阶段产生的碳排放)为正值，也就是说，它会增加碳排放，而CP（数据中心的生命周期是负值，通过植树造林、二氧化碳捕获、利用和密封以及碳交易抵消的碳排放）会减少碳排放。因此，如果一个数据中心想要实现“零碳”，就需要实现cjc、cjs、csb、cyw、ccc=cp,一方面，cjcc需要尽可能减少、cjs、csb、cyw、一方面，ccc的碳排放应尽可能增加cp，抵消碳排放，最终实现碳增加和碳减少，实现碳抵消。在目前的技术水平下，碳抵消的规模仍然非常有限。因此，面对即将到来的工业互联网爆发，加速碳增加指标的快速下降是最有效的解决方案。在目前的技术水平下，碳抵消的规模仍然非常有限。因此，面对即将到来的工业互联网爆发，加速碳增加指标的快速下降是最有效的解决方案。根据国际标准组织ISO发布的ISO14064标准，企业温室气体的碳排放分为三部分，一部分是自身产生的碳排放，另一部分是消耗电能产生的碳排放，第三部分是产业价值链的碳排放。对于数据中心来说，90%以上的碳排放来自第二部分。结合数据中心生命周期产生的碳排放总量公式，是cyw。PUE是国内外普遍接受和采用的衡量能效的核心指标，解决cyw问题。PUE(公式为PUE=数据中心能耗÷IT设备能耗)这个词最早在2007年由绿色网格组织（The Green Grid，TGG）2016年，施耐德电气从美国供暖、制冷和空调工程师学习（ASHRAE）和绿色网格组织（The Green Grid，TGG）共同发布的《PUE：《综合检查测量标准》一文给出了一套标准PUE计算指南。中国银河证券研究院2022年6月发布的施耐德电气PUE计算指南图《ICT报告指出，数据中心的总能耗包括IT设备、制冷系统、供配电系统、照明系统和其他设施（包括安全设备、灭火、防水、传感器和相关数据中心建筑的管理系统）。在传统数据中心(非绿色低碳数据中心)中，由服务器、存储和网络通信设备组成的IT设备能耗约占45%。在传统数据中心（非绿色低碳数据中心）中，由服务器、存储和网络通信设备组成的IT设备的能耗约占45%。换句话说，PUE的能效指标主要考虑减少55%（数据中心的总能耗－IT设备的能耗)使PUE值尽可能接近1，从而达到减少碳排放的目的。在剩下的55%能耗中，40%是空调系统的能耗，这就是为什么空调系统一直是数据中心提高能效的关键环节，液冷技术越来越受到重视。2022年1月，国家发改委等部门发布了《实施碳达峰碳中和目标要求促进数据中心、5G等新型基础设施绿色优质发展实施方案》，提出数据中心运行电能利用效率和可再生能源利用率应显著提高，新建大型、超大型数据中心的平均电能利用效率降至1.3以下，国家枢纽节点进一步降至1.25以下。因此，自2022年以来，新建的数据中心需要采用新的标准，这相当于空调系统的能耗不能超过数据中心总能耗的20%，因此PUE值下降。然而，问题是PUE是一个具有约束力的能源效率指标。面对即将到来的工业互联网爆发，它无法从根本上解决以下两个核心问题：一是数据中心数量激增，IT设备能耗直接增加；第一，只要数据中心用电，就会产生排碳。二是在发电方面，从根本上减少发电过程中的碳排放。第二，在发电方面，从根本上减少了发电过程中的碳排放。近年来，以可再生能源为代表的“零碳发电”开始引起越来越多的关注，以更彻底地减少排碳，实现数据中心的可持续发展。斯坦福大学教马克·雅各布森森森（Mark Z.Jacobson）可再生能源（Renewable Energy）杂志上发表的一篇论文提到，考虑到各种可再生能源发电技术建设周期带来的一系列机会成本（如核电建设周期为5-17年，碳排放量将大幅增加2.3-74倍），各种发电技术的平均电碳排放是专门计算的（g-CO2e/kWh），具体数据如下:平均电碳排放数据屋顶光伏:0.8-15.8克/千瓦时公用事业级光伏:7.85-26.9克/千瓦时热发电:6.43-25.2克/千瓦时陆地风电:4.8-8.6克/千瓦时海上风电:6.8-14.8克/千瓦时地热:29-79克/千瓦时水电:61-109克/千瓦时波能:26-38克/千瓦时潮汐能:14-36克/千瓦时核电:78-178克/千瓦时生物质:86-1788克/千瓦时天然气 230-412克/千瓦时煤电的捕获和储存 根据雅各布森的计算，碳捕获与储存：282-876克/千瓦时，可再生能源发电引起的核电、生物质等碳排放值很高。完全依靠风能、水和太阳能，再加上储能能源系统（解决可再生能源发电不稳定的核心问题），不仅可以实现可再生能源的连续供电，还可以实现100%的可再生能源供电。完全依靠风能、水和太阳能，再加上储能能源系统（解决可再生能源发电不稳定的核心问题），不仅可以实现可再生能源的连续供电，还可以完全实现100%的可再生能源供电。从这个角度来看，储能技术对于通过可再生能源（包括氢能）解决发电问题至关重要。简而言之，在“双碳”政策和工业互联网爆发的背景下，数据中心需要注意以下两个方面：一方面，通过降低空调系统、电源系统、网络通信设备的能耗，减少数据中心生命周期内的碳排放；另一方面，通过储能、氢能等技术，可再生能源在发电侧的比例。许多核心技术，如蒸发冷却、液冷、氢能、储能等，都与数据中心的可持续发展有关，正是在这一背景下，越来越受到人们的关注。
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