【观察】碳中和背景下，解析“东数西算”的意义

2021年12月-2022年2月，发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合发布，陆续同意在8地启动建设国家算力枢纽节点：京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏，并规划10个国家数据中心集群，这意味着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。

“数”即数据，“算”即算力，也就是对数据的处理能力。“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。

一、“东数西算”，算力布局与能源布局联动

在信息通信业数字化和绿色化协同发展要求下，新型数据中心需要建成一个汇聚多元数据资源、运用绿色低碳技术、具备安全可靠能力、提供高效算力服务、赋能千行百业应用的新型基础设施。

东数西算工程具体划定了八个国家算力枢纽节点，主要分东部算力枢纽节点和西部算力枢纽节点两大类。其中东部算力枢纽节点3个，包含京津冀枢纽、长三角枢纽、粤港澳枢纽；西部枢纽节点5个，包含内蒙古枢纽、宁夏枢纽、甘肃枢纽、贵州枢纽以及成渝枢纽。位于东部的三大算力枢纽节点都配备了1-2个西部算力枢纽节点做数据承接，东西部对应数据枢纽节点之间将建设高速数据传输网络，以保证“西算”数据的传输速度。

我国东西部从人口密度、气候特征、资源储备等维度上具有明显区别。目前东部算力需求旺盛，但东部地区在气候、资源、环境等方面不利于低碳、绿色数据中心的建设；而西部正可以充分发挥气候、能源、土地等方面的优势，承接算力基础设施。

东西部的联动发展，一方面发挥西部气候、土地、可再生能源等优势资源承接运算需求，实现数据中心的低碳绿色发展；另一方面，就近西部绿色能源得以消纳，东部供电、能耗指标压力得以缓解，优化资源利用率。

二、数据中心的降碳减排之路

1、数据中心是耗能大户

作为高新技术产业，数据中心一直以来都是耗能大户。2018年中国数据中心总用电量达到1680.89亿千瓦时，占中国全社会用电总量2.35%，据预测，2023年中国数据中心总用电量可达到2667.92亿千瓦时。在许多中国东部一线城市的数据中心建设中，常会受到地方能耗指标的限制，而中西部一些地区的使用率低，存在一定程度的供需失衡问题。

数据中心的能耗构成主要包括IT设备（约占40%），制冷设备（约占40%），供配电系统（约占10%），照明设备（约占5%），其他设施（约占5%）。IT设备主要是用于进行信息交换、储存的设备，而同样占比非常高的制冷设备能耗，是目前数据中心节能的重要环节。目前中国数据中心企业正在通过改造供电、冷却与管理系统的方式进行能耗优化，以减低电源使用效率（EEUE或PUE），减少在能耗方面开支。

2、西部地区天然制冷

西部地区山区面积大，地形无遮挡，且气温较低，可以行程天然风洞，帮助数据中心企业降温，有效减少企业在能耗方面的开支，以降低电源使用效率（PUE）。由于制冷设备能耗占数据中心总能耗的 40%，因此通过将数据中心移至年平均气温较低的西部地区，将大幅降低制冷系统能耗，是提高数据中心能效水平的重要举措。有机构估算称，即使按照工业平均电价每千瓦时0.5元来计算，数据中心所在地气温每降低1℃，10万台服务器的标准数据中心机房每天可节约9.6万元。

近年来，“东数西算”已经在产业层面有了一些时间，三大运营商与一些互联网企业都已在贵州、甘肃等西部地区建成了数据中心。以贵州为例，贵州地处我国西南部腹地，气候凉爽，为打造绿色节能的数据中心提供了有利条件，在贵州地区建成的数据中心，在制冷设备上的能耗量有明显降低。

3、建设更高能效数据中心

如今，节能减排不仅成为数据中心行业发展的驱动力，也可以提升企业品牌、满足客户需求。发展新兴效能数据中心的三大运营商、央企与部分互联网新兴企业在投入运行数据中心后，在能源消耗、运营管理等等都会遇到危机，为了提高能源利用效率与降低对环境的负面影响，也促使企业建设更高效的数据中心。进入到“十四五”时期，节能减碳成为重要工作目标，以内蒙古在十四五时期建设的数据中心要求为例，新建数据中心要达到绿色数据中心建设标准，PUE值不超过1.3（数据中心总能耗/IT设备能耗）。通过高效制冷技术、先进通风技术、余热利用技术、能耗管理系统等，加强在设备布局、制冷架构等方面优化升级，提升能效水平。优化数据中心用能结构，探索多元化能源供应模式，因地制宜采用自然冷源、直流供电、“光伏+储能”、分布式储能等技术模式，并提高非化石能源消费比重。

三、提高西部绿电消纳

1、优化电力使用结构，提高可再生能源使用率

从过往数据中心分布看，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，进一步加剧了东部发达地区的能源消耗。西部地区可再生能源丰富，具备发展数据中心、承接东部算力需求的潜力，“东数西算”将进一步推动我国能源结构转型，帮助数据中心减排降碳。

从电力装机规划来看，西部省份可再生能源装机依然强劲，其中甘肃、内蒙古、青海等地超过5000万千瓦，风光电力本地自发自用量将大幅提升。“东数西算”将首先降低火电用电量，提高可再生能源使用比例。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，而中国数据中心可再生能源使用比例仅为23%，低于我国市电中可再生能源使用比例26.5%。因此，推动“东数西算”工程在西部落地，有利于我国就近使用西部地区过剩新能源绿电，或可优化全国电力使用结构，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，相当于避免二氧化碳排放 1583 万吨。

2、推动各地用发平衡，减少长距离输电成本

从全国用电量分布看，10个算力中心所在8省均为发电量大于用电量的省市，而原有北京、浙江、广东等东部数据中心属于发电量严重不足的省市，“西电东送”已无法满足东部省份的用电需求。

以“西电东送”的南线为例，将云南、贵州等地的水电输送到粤港澳大湾区，一年可以输送的电量约为3000亿千瓦时，但南方五省一年的用电量在13000亿千瓦时以上。将高耗能的数据中心放从东部地区迁至西部地区，不但将大幅降低东部地区的用电需求，减少“西电东送”负担，也可提高西部地区的用电量，推动各地区用电量与发电量逐渐平衡。

此外，从长距离输电成本看，2000公里长距离输电损耗约为6%。国家电网和南方电网的公开数据，将西部地区电力输送至东部地区的特高压直流单条线路建造成本约为250亿元，而一条将东部地区数据传达至西部地区长达1.2万公里的海底光缆所需资金只有5亿美元。因此，“东数西算”一方面减少了向东部地区的输送电量，降低电力输送成本；另一方面降低了东部地区的用电紧张，缓和了用电负担。

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，打破可再生能源传统交易壁垒，有效缓解西部地区可再生能源产能过剩的情况，从而提高西部地区的绿色能源消纳水平。例如，百度阳泉数据中心2017年签约风力发电2600万千瓦时，清洁能源使用占比达到 16%，2018 年风电用量达到5500万千瓦时。可再生能源使用比例的提高，使得阳泉数据中心全年二氧化碳减排2.6万吨。

四、总结

据发改委相关人士表示，通过算力枢纽和数据中心集群建设，将有力带动产业上下游投资，预计每年能带动社会投资超过4000亿元。

未来要进一步实现绿电消纳，推动“东数西算”在西部地区全面落地，必须加大统筹力度，全力提升算力枢纽的影响力和集聚力，牵引带动全国算力一体化协同发展。作为促进绿色节能，助力实现碳达峰、碳中和目标的重要手段，“东数西算”将充分发挥西部区域气候、能源、环境等方面的优势，引导数据中心向西部资源丰富地区聚集，扩大可再生能源的供给，促进可再生能源就近消纳，加强数据、算力和能源之间的协同联动，助力碳达峰、碳中和目标的实现。 ■

编写组：盘古智库研究员王毅博 ，助理研究员丁一洺郭慕哲