东数西算：如何强化东西部能源联动，降低数据中心用电成本？-技术圈

2022年2月16日，国家发展改革委等四大部门联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等 8 地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了 10 个国家数据中心集群。全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计，“东数西算”工程正式全面启动。

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《“东数西算”技术分析合集》

1、“东数西算”工程启动，IDC行业有哪些投资机遇？.pdf

2、“东数西算”接力，行业催化持续.pdf

3、“东数西算”平衡供需，数据中心产业迎拐点.pdf

4、新基建流量应用向“东”，稳增长元宇宙组网计算向“西”.pdf

5、元宇宙商业化助力IP变现，关注“东数西算”机遇.pdf"

6、“东数西算”工程正式启动，有望提升新能源消纳规模.pdf

7、“东数西算”启动 IDC产业链有望受益.pdf

8、“东数西算”启动将拉动IDC产业链增长.pdf

1、数据中心建设快速推进，“东数西算”正式启动

“东数西算”中的“数”指数据，“算”是算力，即对数据的处理能力，“东数西算”是通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系，将东部算力需求有序引导到西部，优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动；与南水北调、西电东送、西气东输属于同系列工程，都是全国范围内的资源调配。

2020 年我国数据中心规模已达 428.6 万标准机架，CAGR=36.35%，预计每年算力需求仍将以 20%以上的速度快速增长。算力如同农业时代的水利、工业时代的电力，已成为数字经济发展的核心生产力，是国民经济发展的重要基础设施。截至目前，我国数据中心算力达到 130EFLOPS（每秒一万三千亿亿次浮点运算）。随着数字技术向经济社会各领域全面持续渗透，全社会对算力需求仍十分迫切，国家发改委预计算力每年仍将以 20%以上的增速快速增长。

2、规划8 大算力枢纽10个数据中心集群，加强东西能源布局联动

数据中心能耗高，而我国数据中心主要分布在东部发达地区（2019 年我国在用数据中心机架 63%分布在北上广及其周边地区），在土地、能源等资源紧张的形势下，在东部大规模发展数据中心难以为继。而我国西部地区资源充裕，可再生能源丰富，电力成本、土地成本相对东部更低，具备发展数据中心、承接东部算力需求的潜力。

从具体布局来看，“东数西算”在当前起步阶段共设立了 8 个算力枢纽，并在其中规划设立了 10 个数据中心集群，同时划定了物理边界。其中，西部数据中心负责处理后台加工、离线分析、存储设备等对网络要求不高的业务，东部枢纽处理工业互联、金融证券、人工智能等对网络要求较高的业务。

3、数据中心是能耗大户，减碳降本迫在眉睫

数据中心是“电老虎”。宏观来看，据华北电力大学撰写的《点亮绿色云端：中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》（下文均简称“《点亮绿色云端》”），2018 年中国数据中心总用电量约为 1609 亿千瓦时（同期上海的全社会用电量为 1567 亿千瓦时），其总用电量占中国全社会用电量的 2.35%，占第三产业用电量的 14.9%。微观来看，数据中心电力成本占其运营成本的 56.7%，其中，占据能耗使用比重最大的为 IT 设备与制冷系统，两者合计占据数据中心总能耗的80%。

双碳背景下，数据中心减碳降排迫在眉睫。从电力使用结构来看，火电是数据中心的核心用电品种。根据《点亮绿色云端》研究，2018 年中国数据中心火电用电量占其总用电量的 73%，造成的环境污染包括排放二氧化碳 9855 万吨、烟尘0.47 万吨、二氧化硫2.34 万吨、氮氧化物2.23万吨的排放。

4、大幅提升可再生能源使用比例，力助数据中心减碳降排

数据中心高碳高排放主要是因为其可再生能源使用比例低。根据《点亮绿色云端》研究，2018 年中国数据中心可再生能源使用比例仅 23%，低于我国市电中可再生能源使用比例 26.5%。

若通过提高可再生能源上网消纳以及数据中心企业更主动采购可再生能源等措施，将 2023 年数据中心行业可再生能源使用比例提高至 30%，新增用电量中火电量降至 583 亿千瓦时（相比 23%的可再生能源使用比例情景减少 188 亿千瓦时），相当于避免二氧化碳排放 1583 万吨。

5、提高西部绿色能源消纳比例，降低数据中心用电成本

大幅提升可再生能源使用比例将助力数据中心减碳降排，而我国西部可再生能源丰富价廉，其温度相较东部低，加大数据中心在西部布局的倾斜力度，提高西部绿色能源消纳比例，有利于降低数据中心的能耗水平，提高电源使用效率，降低其用电成本。

6、我国数据中心能效水平仍有提升空间

我国数据中心的能效水平不断提升，2019 年，全国超大型数据中心平均 PUE 为1.46（衡量以空调为主的耗能基础设施配置合理性的关键能效指标，PUE=数据中心总耗电功率/IT 设备耗电功率），较 2013 年前的 1.7 大幅度提升；部分优秀绿色数据中心已全球领先，PUE 可达 1.2-1.3。

但在“双碳”目标的要求下，数据中心的 PUE 仍有提升空间。良好的设计 PUE值将为降低实际运行能耗奠定基础。根据此前发布的“东数西算”的《实施方案》，到 2025 年，全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率（PUE）降到 1.3以下，国家枢纽节点进一步降到 1.25 以下，绿色低碳等级达到 4A 级以上。

具体来看，“东数西算”工程要求各数据中心集群 PUE 不高于 1.25：能源相对紧张的地区（东部四大集群、天府集群、重庆集群）的 PUE 水平要控制在 1.25 以内；可再生能源相对丰富的地区（和林格尔集群、贵安集群、中卫集群、庆阳集群）的 PUE 水平要控制在 1.2 以下。

7、提高西部地区绿色能源消纳比例，降低数据中心用电成本

西部部分地区平均气温相对更低，有利于大幅降低设备制冷能耗。IT 设备和制冷设备能耗分别占数据中心总能耗的 40%，在不考虑技术的情况下，降低制冷设备能耗是降低数据中心用电成本、减少碳排放的重要举措。即使采用相同技术，数据中心在各地的能耗也不相同，年平均气温较低区域，用于制冷系统的能耗大幅降低。

如内蒙古乌兰察布市是国内重要的可再生能源发展区域，其年平均气温只有4.3℃。这意味着位于该地的数据中心每年有近 10 个月时间，可以利用自然环境实现冷却。华为云数据中心就位于乌兰察布，其采用诸如 AHU 直接通风、液冷等技术，使得各服务器负荷均衡，提升资源使用效率比。在满负荷运行的情况下，该数据中心 PUE 可低至 1.12，预计每年可节省电力 10.1 亿度，减少碳排放 81万吨。

提高西部地区绿色能源使用比例，降低用电成本，节能减排。我国西部地区可再生能源相对东部丰富且价廉，加大在西部建设数据中心力度，提高数据中心可再生能源使用比例，一方面有利于降低数据中心用电成本，节能减排，另一方面也有利于提高西部绿色能源消纳比例。

在政策方面，数据中心建设有章法，用电更绿色。国家发展改革委也提出要坚决避免数据中心盲目发展，明确了新建数据中心的绿色节能、上架率等发展目标。比如，集群内数据中心的平均上架率至少要达到 65%以上，可再生能源使用率要有显著提升。

8、2025年数据中心总能耗将达 9194 亿千瓦时，占2021年全社会用电量的11.1%

2020年，我国数据中心标准机架数428.6万架，根据国家发改委，若 2020-2025年数据中心标准机架数增速与算力增速相等，均为 20%，则 2025 年，我国数据中心标准机架数将达 1066.5 万架，总能耗将达 9194 亿千瓦时，占 2021 年全社会用电量的 11.1%，占 2021 年我国风电和光伏发电总量的 94.0%。在“东数西算”工程的推动下，数据中心的建设将大幅提升绿色能源的需求；若“十四五”期间我国数据中心均设立在西部，则将大幅提高西部地区的绿色能源消纳水平。

1）机架数建设结构：根据《点亮绿色云端：中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》，2018 年我国数据中心机架数大型及以上、大型以下数据中心机架数占比分别为 57%、43%；考虑到近几年数据中心产业趋向于大型化及集中化，假定 2021-2025 年数据中心机架数大型及以上、大型以下数据中心机架占比分别为 70%、30%。

2）PUE：我国已开始限制高 PUE 的数据中心的建设，假定 2021-2025 年数据中心行业新增大型及以上数据中心 PUE 为 1.2（参考“东数西算”工程对西部地区数据中心的建设要求），新增大型以下数据中心 PUE 为1.25。

3）单机架功率：随着上架率及使用率的提高，数据中心单机架的算力逐渐提升，致使单机架功率升高，假定 2021-2025 年新建数据中心大型及以上数据中心单机架功率为 9KW（2020 年平均单机架功率为 8.4KW），大型以下数据中心单机架功率为 6KW。