數(shù)字化與綠色化深度融合 推動新型基礎(chǔ)設(shè)施低碳發(fā)展

      啟航“十四五”，我國生態(tài)文明建設(shè)已進(jìn)入由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期。黨中央、國務(wù)院高度重視經(jīng)濟(jì)社會綠色低碳發(fā)展，習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。新型基礎(chǔ)設(shè)施不僅是節(jié)能減碳的重要領(lǐng)域，更是賦能千行百業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的原動力。多年來，信息基礎(chǔ)設(shè)施積極推動綠色發(fā)展，強(qiáng)化綠色技術(shù)應(yīng)用推廣，單位信息流量能耗已大幅下降。但隨著經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化發(fā)展的提速，新型基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入快速發(fā)展期，其能耗總量大幅上升，綠色轉(zhuǎn)型面臨較大壓力。因此，“十四五”期間持續(xù)推動低碳發(fā)展是新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要方向。

一、“十四五”期間新型基礎(chǔ)設(shè)施總體能耗快速增長
      近年來，信息通信領(lǐng)域積極采用先進(jìn)技術(shù)，大力推動節(jié)能減排和綠色轉(zhuǎn)型工作，信息基礎(chǔ)設(shè)施能源使用效率持續(xù)提升，綠色節(jié)能工作效果顯著。根據(jù)統(tǒng)計，通信行業(yè)單位信息流量電能耗已從2017年的54.4 kWh/TB下降到2020年的31.7kWh/TB，三年間下降幅度高達(dá)42%。其中，基站能效隨著5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；渴鸺跋嚓P(guān)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用大幅提升。中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室對目前4G/5G現(xiàn)網(wǎng)全部主流基站測試的結(jié)果顯示，在峰值吞吐量的情況下，5G基站能效是4G基站能效的12倍。而數(shù)據(jù)中心方面的電能使用效率（PUE）也在持續(xù)下降，行業(yè)內(nèi)先進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心PUE已降低到1.1左右，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
      盡管單位信息流量耗能持續(xù)下降且相關(guān)能效大幅提升，但隨著人們進(jìn)入快速發(fā)展的數(shù)字化社會，對網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲資源需求飛速增長，“十四五”期間新型基礎(chǔ)設(shè)施尤其是信息基礎(chǔ)設(shè)施，仍面臨著突出的節(jié)能降耗壓力。
      以信息基礎(chǔ)設(shè)施中的耗能大戶數(shù)據(jù)中心為例。近年來我國數(shù)據(jù)中心需求以年均30%的速度增長，目前我國數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模已超過500萬架。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心總體能耗保持快速增長狀態(tài)。根據(jù)測算，2017至2020年我國信息通信領(lǐng)域規(guī)模以上數(shù)據(jù)中心年耗電量年均增長28%。其中2020年達(dá)576.7億kWh，是近幾年漲幅最高的一年（見圖1）。按照未來數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量年均30%的增速，預(yù)計到“十四五”末，其年用電量將在2020年基礎(chǔ)上翻一番。這對數(shù)據(jù)中心的綠色低碳發(fā)展形成巨大的挑戰(zhàn)。
      又如，通信基站是信息基礎(chǔ)設(shè)施能耗的第二大戶。根據(jù)對我國三大基礎(chǔ)電信運(yùn)營商的統(tǒng)計，“十三五”期間我國通信網(wǎng)絡(luò)能耗持續(xù)增長，2020年我國通信基站耗電量達(dá)465.8億kWh。尤其是2019年5G商用后，大規(guī)模部署的5G基站帶來的能耗增速較快，2019和2020年同比增速分別達(dá)到28%和19%（如圖2所示）。按照“十四五”末5G基站總數(shù)達(dá)到372萬站，單站功耗為2kW進(jìn)行計算，到“十四五”末，5G基站的年耗電量約為815億kWh。考慮到采取2G/3G基站減頻、節(jié)能減排工作的進(jìn)一步深入及4G/5G共站址建設(shè)等措施，按照年平均降低能耗率為5%進(jìn)行計算，預(yù)計2025年通信基站總耗電量約達(dá)到1050億kWh。中國電力企業(yè)聯(lián)合會公開發(fā)布《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2021》中提出，2025年我國全社會用電量將高達(dá)9.5萬億kWh。按上述數(shù)據(jù)得出，2025年通信基站耗電量約占全社會用電量1.1%。

二、節(jié)能壓力倒逼新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色低碳發(fā)展
      為了應(yīng)對快速增長的能耗壓力，持續(xù)提高信息基礎(chǔ)設(shè)施能效，助力基礎(chǔ)設(shè)施降本增效、實現(xiàn)減排中“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，近年來產(chǎn)業(yè)界積極探索和開發(fā)綠色低碳技術(shù)并進(jìn)行推廣應(yīng)用。
      在數(shù)據(jù)中心層面，業(yè)界積極探索IT設(shè)備、配套設(shè)施以及整體層面的綠色低碳新技術(shù)。IT設(shè)備方面，持續(xù)推進(jìn)利用云計算等技術(shù)將數(shù)據(jù)中心資源池化、虛擬化，大幅提高相同能耗水平下服務(wù)器的利用率。云間互聯(lián)、云網(wǎng)邊協(xié)同、多云災(zāi)備等技術(shù)將大幅提升整體網(wǎng)絡(luò)能效。與此同時，主設(shè)備與配套設(shè)施一體化建設(shè)的數(shù)據(jù)中心微模塊技術(shù)，也在助力提升數(shù)據(jù)中心能效中發(fā)揮重要作用。制冷技術(shù)方面，列間制冷、背板制冷等近端冷卻技術(shù)以及間接蒸發(fā)冷卻等利用自然冷源的節(jié)能技術(shù)得到規(guī)?；瘧?yīng)用，節(jié)能減排效果顯著。同時，以液冷技術(shù)為代表的新型制冷系統(tǒng)已逐漸成熟，正在穩(wěn)步推動其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。供配電系統(tǒng)方面，模塊化UPS、高壓直流供電、一路市電直供一路保障電源等技術(shù)的落地應(yīng)用，有效降低供配電系統(tǒng)的電能損耗。隨著光伏等新能源系統(tǒng)成本的下降，數(shù)據(jù)中心綠色能源直接供給容量占比也不斷攀升。在數(shù)據(jù)中心整體層面，通過對數(shù)據(jù)中心溫度、濕度、電壓、電流、功率等各項數(shù)據(jù)采集與分析，并通過人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)實時動態(tài)優(yōu)化各專業(yè)領(lǐng)域設(shè)備、系統(tǒng)的工作狀態(tài)的綜合用能管理技術(shù)也在持續(xù)推廣。此外，數(shù)據(jù)中心余熱回收技術(shù)的應(yīng)用，也有效提升了全社會的用能效率。
      在5G基站方面，分別從網(wǎng)絡(luò)、主設(shè)備和配套基礎(chǔ)設(shè)施等層面全面推進(jìn)綠色基站建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)和主設(shè)備層面，全網(wǎng)推廣無線網(wǎng)絡(luò)亞幀關(guān)斷、通道關(guān)斷、淺層休眠、深度休眠等軟件節(jié)能技術(shù)，通過基于負(fù)荷的主設(shè)備不同的工作狀態(tài)控制，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)能效大幅提升。同時，無線網(wǎng)絡(luò)采用C-RAN架構(gòu)建設(shè)，簡化電源、空調(diào)配置，降低配套設(shè)施耗電，提升基站總體能效。積極推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)和基站的共建共享，大幅降低碳排放量。配套設(shè)施層面，同步推廣包括新風(fēng)、熱交換、熱管等自然冷源應(yīng)用方案，與傳統(tǒng)的基站空調(diào)相比較，能效提升至數(shù)十倍。此外，在有條件的地區(qū)，建設(shè)光伏或風(fēng)能系統(tǒng)，通過優(yōu)先利用可再生能源技術(shù)鼓勵應(yīng)用更多的綠色能源，實現(xiàn)源頭減碳的目標(biāo)。同時采用升壓供電技術(shù)以及數(shù)字儲能技術(shù)，持續(xù)推動基站供電系統(tǒng)能效提升。
      在通信網(wǎng)路方面，積極建設(shè)全光化、廣覆蓋、大容量、扁平化、智能高效的云網(wǎng)融合信息基礎(chǔ)設(shè)施。通過光纖接入替代銅纜接入，打造全光傳送網(wǎng)，有效減少光電轉(zhuǎn)換，大幅降低網(wǎng)絡(luò)能耗。著力打造“一張物理網(wǎng)、多張邏輯業(yè)務(wù)網(wǎng)”，減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備數(shù)量及能源消耗。骨干網(wǎng)引入大容量高能效網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。部署SRv6/EVPN/FlexE等網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、引入端到端SDN控制器，提升網(wǎng)絡(luò)智能化、服務(wù)化能力。此外，開展2G精簡和3G減頻工作，并淘汰老舊高耗能設(shè)備等，持續(xù)提高網(wǎng)絡(luò)效能。

三、新型基礎(chǔ)設(shè)施助力千行百業(yè)低碳發(fā)展?jié)摿薮?/span>
      新型基礎(chǔ)設(shè)施不僅自身是節(jié)能減碳的重要領(lǐng)域，更是賦能千行百業(yè)進(jìn)入綠色低碳發(fā)展道路的助推器。新型基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)在我國重點用能領(lǐng)域的利用，一方面能夠通過能源優(yōu)化、成本優(yōu)化、風(fēng)險預(yù)知及決策控制等多方面幫助降低碳排放，另一方面助力實現(xiàn)碳資產(chǎn)數(shù)字化管理和碳排放追蹤。根據(jù)全球電子可持續(xù)發(fā)展推進(jìn)協(xié)會發(fā)布的《SMARTer2030》報告顯示，未來十年內(nèi)數(shù)字技術(shù)有望通過賦能其他行業(yè)貢獻(xiàn)全球碳排放減少量的20%。
      以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為例。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以助力研發(fā)設(shè)計，基于人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，快速研發(fā)低碳產(chǎn)品，實現(xiàn)源頭減排。其次，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以助力生產(chǎn)制造，實現(xiàn)過程減排。如企業(yè)可以利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等，并通過深入分析優(yōu)化現(xiàn)場計劃排程、物料調(diào)度，提高能源及物料的利用效率。又如，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可智能控制重點設(shè)備，搭建高爐專家系統(tǒng)，實時優(yōu)化工藝操作，達(dá)到高效利用能源目的。還可基于機(jī)器視覺等技術(shù)，對廢物廢料進(jìn)行定級，提高資源再利用率。此外，推動能源集中管控平臺建設(shè)，通過深度分析不同能源種類對應(yīng)的能耗數(shù)據(jù)，合理制定用能計劃，進(jìn)一步加大綠色能源使用比例及綜合用能效率。
      又如智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施。在發(fā)電環(huán)節(jié)，智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施可通過人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)，在預(yù)測未來天氣情況的基礎(chǔ)上，靈活調(diào)配傳統(tǒng)發(fā)電容量，助力構(gòu)建“以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)”。在輸配電環(huán)節(jié)，智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施還可以有力推進(jìn)電網(wǎng)的輸配電網(wǎng)路的智能運(yùn)維、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷綜合管理能力，通過邊云協(xié)同實現(xiàn)電力物聯(lián)全面感知基礎(chǔ)上，綜合利用新一代數(shù)字技術(shù)，提高設(shè)備故障響應(yīng)速度和運(yùn)行維護(hù)效率。在用戶側(cè)，智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施能夠助力用戶精細(xì)化管理自身能源消耗，精準(zhǔn)快速定位高能耗、高碳排放用電環(huán)節(jié)，智能分析用戶用電行為，從而幫助用戶優(yōu)化電力調(diào)度和匹配方案，達(dá)到提升用電效率，降低碳排放的目的。
      再如車聯(lián)網(wǎng)等智能交通基礎(chǔ)設(shè)施。在車輛方面，車聯(lián)網(wǎng)可助力車輛智能化、電氣化，幫助車輛實現(xiàn)通行引導(dǎo)、并線輔助、編隊行駛、生態(tài)路徑規(guī)劃等智能駕駛場景，通過數(shù)字化手段協(xié)助司機(jī)規(guī)避突發(fā)事件或惡劣路況帶來的急加減速、無效怠速等駕駛行為，有效降低駕駛能量消耗。在交通管控方面，車聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)“人-車-路-站-云”協(xié)同，可打造十字路口優(yōu)先通行、精準(zhǔn)引導(dǎo)、超視距感知等應(yīng)用功能，提升車輛的行駛安全和運(yùn)行效率。在公眾出行方面，車聯(lián)網(wǎng)可優(yōu)化公共交通服務(wù)水平，促進(jìn)社會群體出行習(xí)慣轉(zhuǎn)型，有效提升車輛使用率、共享率，實現(xiàn)綜合碳減排。

四、“十四五”期間新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色低碳發(fā)展路徑
       “十四五”既是我國“雙碳”發(fā)展的關(guān)鍵時期，也是我國新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要窗口期，我們既要積極推動新型基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)能降耗，更要充分發(fā)揮信息基礎(chǔ)設(shè)施綠色賦能作用，推動數(shù)字化和綠色化深度融合，助力經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展開啟綠色低碳之路。

（一）大力推動能源結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型。促進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施的能源供給從傳統(tǒng)的煤炭、石油、天然氣等化石能源，逐步向非化石能源轉(zhuǎn)型。如在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，以自建可再生能源電站或購買綠證等方式，實現(xiàn)能源綠色供給。在通信基站機(jī)房領(lǐng)域，建設(shè)疊光、疊風(fēng)型基站，優(yōu)先利用可再生能源方面加快能源結(jié)構(gòu)綠色化升級。

（二）持續(xù)提升能源使用效率。大力推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能技術(shù)和綠色技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用。在信息基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域用能側(cè)，如主設(shè)備、制冷系統(tǒng)和供電系統(tǒng)內(nèi)推動節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)節(jié)能減碳的目標(biāo)。落實《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》，加快實施“東數(shù)西算”工程，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心布局。加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)能力，突破綠色低碳技術(shù)瓶頸，加快在網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)程。建立健全綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)行業(yè)低碳發(fā)展。
（三）大幅降低碳排放及環(huán)境影響。積極開展新型基礎(chǔ)設(shè)施生產(chǎn)過程中減少廢水、廢氣及廢渣排放工作，通過控制有害物質(zhì)排放，減少環(huán)境影響。通過推進(jìn)廢棄產(chǎn)品回收利用制度和跨領(lǐng)域跨行業(yè)梯級應(yīng)用，延長使用壽命，降低環(huán)境影響。此外，將無利用價值的廢棄產(chǎn)品遞交至有資質(zhì)回收處理企業(yè)，力爭資源最大化利用和無害化處理。
（四）促進(jìn)能源綜合利用與資源循環(huán)利用。從能源和資源兩個維度促進(jìn)循環(huán)利用。能源綜合利用方面，搭建綜合能源管控平臺，搭建“云-管-邊-端”架構(gòu)，采集全流程相關(guān)數(shù)據(jù)，利用相關(guān)算法及信息技術(shù)等實現(xiàn)智能預(yù)測、決策分析和遠(yuǎn)程控制，綜合提升能源使用效率。資源綜合利用方面，推動信息通信領(lǐng)域與其他領(lǐng)域協(xié)調(diào)統(tǒng)籌，如推進(jìn)數(shù)據(jù)中心余熱回收并自用或輸送至辦公樓宇或周邊酒店、游泳池等場所供暖系統(tǒng)等方式大幅提升能源、資源的綜合利用水平。
（五）充分發(fā)揮信息基礎(chǔ)設(shè)施賦能作用。大力推動信息基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)領(lǐng)域的結(jié)合，發(fā)展融合型基礎(chǔ)設(shè)施。基于新型基礎(chǔ)設(shè)施，大力推動數(shù)字技術(shù)賦能高耗能領(lǐng)域綠色化轉(zhuǎn)型，打造綠色制造、可持續(xù)能源網(wǎng)絡(luò)和低碳交通網(wǎng)絡(luò)等，助推我國產(chǎn)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)及“美麗中國”建設(shè)。