倒掉洗澡水的時(shí)候不可能也丟掉孩子。短期內(nèi)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展無(wú)法減少電力和能源消耗。目前提高能效是最切實(shí)有效的手段
文 | 吳俊宇
數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)流量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，但數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)帶來(lái)的能耗提升與碳減排目標(biāo)是相矛盾的。按照國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的推算，到2030年數(shù)字業(yè)務(wù)帶來(lái)的流量是2020年的13倍。
流量增長(zhǎng)意味著需要算力更強(qiáng)的數(shù)據(jù)中心、傳輸更快的電信基站，以及其他配套設(shè)備。數(shù)據(jù)中心、電信基站都是典型的“電老虎”。數(shù)據(jù)中心有大量服務(wù)器集群，日常高性能計(jì)算需要消耗大量電力；5G電信基站傳輸能力更強(qiáng)，代價(jià)是平均功耗為4G基站3倍以上。
2021年，國(guó)際環(huán)保組織綠色和平與工信部電子第五研究所計(jì)量檢測(cè)中心聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)數(shù)字基建的脫碳之路：數(shù)據(jù)中心與5G減碳潛力與挑戰(zhàn)（2020-2035）》預(yù)測(cè)，2035年中國(guó)數(shù)據(jù)中心和5G總用電量約是2020年的2.5倍-3倍，將達(dá)6951億-7820億千瓦時(shí)，占中國(guó)全社會(huì)用電量5%-7%。同時(shí)，2035年中國(guó)數(shù)據(jù)中心和5G的碳排放總量將達(dá)2.3億-3.1億噸，約占中國(guó)碳排放量的2%-4%。
隨著中國(guó)制定碳達(dá)峰和碳中和（下稱“雙碳”）戰(zhàn)略，ICT基礎(chǔ)設(shè)施作為未來(lái)的耗能大戶，也在明確減碳步伐。工信部2021年底發(fā)布的《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，要求加大對(duì)5G基站、數(shù)據(jù)中心等重點(diǎn)領(lǐng)域綠色化改造。
從開源的視角看，企業(yè)常見綠色低碳路徑包括幾類：采購(gòu)綠電、投資可再生能源項(xiàng)目、購(gòu)買綠色電力證書。
提高能效則是另一種思路。7月18日2022華為Win-Win創(chuàng)新周期間，華為常務(wù)董事、ICT基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)管理委員會(huì)主任汪濤談及綠色I(xiàn)CT話題時(shí)提到，要從綠色站點(diǎn)與數(shù)據(jù)中心、綠色網(wǎng)絡(luò)、綠色運(yùn)營(yíng)三個(gè)維度，系統(tǒng)性地提升整體網(wǎng)絡(luò)能效。他說(shuō)，只要方向大致正確，努力向前，任何對(duì)未來(lái)的想象都將被實(shí)現(xiàn)、被超越。
這也是華為“More Bits Less Watts”理念的具體落地思路。
社會(huì)賬，能效最優(yōu)
More Bits Less Watts，簡(jiǎn)單理解，這是按照“社會(huì)賬”的思路去思考減碳的問(wèn)題。不在短時(shí)間內(nèi)盲目追求能源消耗量的下降，而是追求效能的最優(yōu)。以此實(shí)現(xiàn)“更多比特，更少瓦特”。
數(shù)據(jù)中心方面，工信部要求2025年底新建大型和超大型數(shù)據(jù)中心（Power Usage Effectiveness，數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗，是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)）PUE值下降到1.3以下。這對(duì)阿里、騰訊、字節(jié)跳動(dòng)等大型互聯(lián)網(wǎng)公司，以及中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通等超大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商提出了挑戰(zhàn)。
電信基站方面，工信部雖暫時(shí)未在文件中劃出紅線，但已明確要求中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通控制單位電信業(yè)務(wù)總量綜合能耗/碳排放。2021年，三大電信運(yùn)營(yíng)商均發(fā)布了各自雙碳目標(biāo)和行動(dòng)計(jì)劃。
目前，數(shù)據(jù)中心、電信基站等ICT基礎(chǔ)設(shè)施在全社會(huì)碳排放量中的占比尚不足2%。和能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換（47%）、鋼鐵（17%）、交通（9%）、建筑（8%）、建材（8%）、化工（6%）相比仍基數(shù)較小。
ICT基礎(chǔ)設(shè)施真正的問(wèn)題在于，耗能增速快，碳排放量增速也快。國(guó)家電網(wǎng)能源研究院數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)5G基站耗電量在全社會(huì)用電量的占比約為0.05%。2023年，5G基站耗電量預(yù)計(jì)將占社會(huì)用電量的1.3%，2026年，5G基站耗電量將上升至全社會(huì)用電量的2.1%。
中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院數(shù)據(jù)顯示，2021年全國(guó)數(shù)據(jù)中心能源消耗達(dá)到2166億千瓦時(shí)，較2020年增加44%，占全社會(huì)用電量的2.6%左右。與此帶來(lái)的二氧化碳排放量1.35億噸，較2020年增長(zhǎng)29%，占全國(guó)二氧化碳排放量的1.14%左右。
一位曾在亞洲開發(fā)銀行負(fù)責(zé)能源工作的人士在今年2月對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，騰訊、阿里級(jí)別的大型互聯(lián)網(wǎng)公司，一年自身運(yùn)營(yíng)和供應(yīng)鏈的碳排放為超過(guò)500萬(wàn)噸，相當(dāng)于一家中型煤電廠的排放量。若以深圳為基準(zhǔn)，排放量超過(guò)深圳總碳排放量的2%。短期內(nèi)，絕對(duì)數(shù)值不大。但由于每年碳排放增速為20%-30%。若不提前干預(yù)，ICT基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)成為下一個(gè)排碳大戶。
20%-30%的碳排放增長(zhǎng)僅僅只是以當(dāng)前業(yè)務(wù)擴(kuò)張速度為基準(zhǔn)進(jìn)行的線性預(yù)測(cè)。但I(xiàn)T產(chǎn)業(yè)有自身特點(diǎn)，每一輪技術(shù)迭代往往會(huì)帶來(lái)指數(shù)級(jí)的數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)。未來(lái)人工智能、自動(dòng)駕駛、AR、VR等新場(chǎng)景以及衍生產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的耗能、碳排放甚至可能是非線性的。
倒掉洗澡水的時(shí)候不可能也丟掉孩子。從宏觀上看，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展無(wú)法減少電力和能源消耗?？紤]到目前國(guó)內(nèi)發(fā)展階段，企業(yè)并未在追求能源消耗量的降低，而是通過(guò)提升能效的方式，在單位產(chǎn)值的基礎(chǔ)上降低碳排放強(qiáng)度。
以電信網(wǎng)絡(luò)為例，2G/3G基站轉(zhuǎn)換為更先進(jìn)的4G/5G基站，將大幅降低單比特能耗，最終實(shí)現(xiàn)碳排放強(qiáng)度的降低。傳統(tǒng)基站配套損耗大，設(shè)備集成度低，供電來(lái)源單一，但提升站點(diǎn)集成度，可以使得配套設(shè)備的損耗降到最低。
此外，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提升轉(zhuǎn)發(fā)效率，也可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能效最大化。華為采取的解決方案是，全光、極簡(jiǎn)、智能。全光網(wǎng)絡(luò)可以減少光電轉(zhuǎn)換過(guò)程，減少數(shù)據(jù)傳輸損耗。
這一理念在海外市場(chǎng)已經(jīng)得到了成功實(shí)踐。華為已經(jīng)在超過(guò)100個(gè)國(guó)家?guī)椭\(yùn)營(yíng)商部署綠色發(fā)展解決方案。在西班牙，通過(guò)在骨干網(wǎng)部署OXC，能效提升了81%，帶來(lái)29%的成本節(jié)省。在土耳其的綠色站點(diǎn)，通過(guò)一站一柜方案取代原有機(jī)房，節(jié)省了機(jī)房空間與空調(diào)使用，單站每年可節(jié)省1.9萬(wàn)度電。
因此，華為運(yùn)營(yíng)商BG首席營(yíng)銷官宋曉迪博士提到，根據(jù)IRENA數(shù)據(jù)，可再生能源可貢獻(xiàn)碳排減少41%，能效提升可貢獻(xiàn)碳排減少總量的40%以上。因此，在尋找可再生能源取代化石能源的同時(shí)，應(yīng)該更關(guān)注現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的能效提升，能效就是用網(wǎng)絡(luò)流量除以能耗，“更多比特，更少瓦特”就是要持續(xù)追求能效最優(yōu)。
經(jīng)濟(jì)賬，減碳降本
從經(jīng)濟(jì)賬的角度去看，“更多比特，更少瓦特”帶來(lái)的能效最優(yōu)也意味著減碳降本。
以電信運(yùn)營(yíng)商和大型科技企業(yè)為例，采用綠色I(xiàn)CT不僅可以降低碳排放量，還可以控制能源采購(gòu)成本，降低碳排放成本。
以三大電信運(yùn)營(yíng)商為例，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通均是能耗大戶和電力采購(gòu)大戶。
2021年中國(guó)移動(dòng)的用電量為570億千瓦時(shí)，中國(guó)電信為204億千瓦時(shí)，中國(guó)聯(lián)通為258億千瓦時(shí)。與之相對(duì)應(yīng)的則是高昂的能源和電力成本，2021年中國(guó)移動(dòng)的能源電力成本為369億元，中國(guó)電信為162億元，中國(guó)聯(lián)通為138億元。
以2020年5G大規(guī)模商用為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，三大電信運(yùn)營(yíng)商能源總成本從2019年的589億元增長(zhǎng)至2020年的652億元，增幅高達(dá)10.7%。
不過(guò)，華為針對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商提出了一系列產(chǎn)品和解決方案，引入華為目前相關(guān)業(yè)務(wù)和產(chǎn)品線。比如，廣州移動(dòng)與華為共同在全省21個(gè)地市進(jìn)行極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)改造，已完成改造站點(diǎn)超過(guò)5000個(gè)。
廣州移動(dòng)一方面簡(jiǎn)化了遠(yuǎn)端站點(diǎn)，基站射頻單元、電源電池和傳輸模塊放置室外，實(shí)現(xiàn)去機(jī)房、關(guān)空調(diào)，典型單站每年可節(jié)省用電約1.45萬(wàn)度。另一方面部署了4G/5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)AI能耗管理AI平臺(tái)。單個(gè)站點(diǎn)一年可以節(jié)省電費(fèi)5.3萬(wàn)元，平均投資回報(bào)周期小于三年。
事實(shí)上，三大電信運(yùn)營(yíng)商雖然其能源消耗和電力采購(gòu)成本在近五年內(nèi)一直在提升，但是單位產(chǎn)值的碳排放量(tCO2e/萬(wàn)元)卻在持續(xù)下降，碳排放強(qiáng)度也在持續(xù)下降。以中國(guó)移動(dòng)為例，2020年碳排放量為3415萬(wàn)噸，但2021年降低至3382萬(wàn)噸，其碳排放強(qiáng)度也從2020年的44.5下降至2021年的39.9。
除去現(xiàn)有的能源購(gòu)買成本，另一部分成本是碳排放成本——其中包含購(gòu)買綠電和碳配額的成本。
一位頭部云廠商高管今年5月曾對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，一家百萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器企業(yè)，數(shù)據(jù)中心成本結(jié)構(gòu)中，云運(yùn)營(yíng)成本占20%。運(yùn)營(yíng)成本中，硬件攤銷占50%，能源成本50%。每年能源及電力成本高達(dá)數(shù)十億元。
2020年，國(guó)內(nèi)幾大頭部云廠商服務(wù)器數(shù)量均已超過(guò)百萬(wàn)臺(tái)。上述頭部云廠商高管稱，頭部云廠商在未來(lái)2年-3年，服務(wù)器規(guī)模將突破300萬(wàn)臺(tái)。這也意味著未來(lái)2年-3年內(nèi)其數(shù)據(jù)中心能源及電力消耗成本將過(guò)百億元。
然而，隨著全國(guó)碳市場(chǎng)和各區(qū)域碳市場(chǎng)預(yù)計(jì)將陸續(xù)納入更多的數(shù)據(jù)中心企業(yè)，其碳排放成本也將隨之上升。無(wú)論是購(gòu)買綠電、碳配額，都要付出更高的價(jià)格、更大的成本。
今年3月，北京市已將數(shù)據(jù)中心納入碳排放監(jiān)管。包括百度云計(jì)算、光環(huán)新網(wǎng)、世紀(jì)互聯(lián)等26家大型第三方數(shù)據(jù)中心/云服務(wù)運(yùn)營(yíng)商被認(rèn)定為數(shù)據(jù)中心排放為主的重點(diǎn)排放單位。上述26家公司需要按照北京市碳排放權(quán)交易試點(diǎn)相關(guān)規(guī)定報(bào)送年度排放報(bào)告、第三方核查報(bào)告并完成碳排放履約工作。
數(shù)據(jù)中心企業(yè)納入碳市場(chǎng)之后，其碳排放配額的盈虧情況與其PUE指標(biāo)相關(guān)。PUE是衡量數(shù)據(jù)中心電源使用效率的通用指標(biāo)，即所消耗能源與IT負(fù)載使用能源之比。數(shù)值越接近1，表明能效水平越高。北京碳市場(chǎng)上，PUE低于1.5的數(shù)據(jù)中心碳配額將有盈余，高于1.5則需要企業(yè)購(gòu)入配額。
企業(yè)如果碳排放量超標(biāo)，則需要購(gòu)買碳配額，今年3月北京碳市場(chǎng)的碳價(jià)近80元/噸。此外，《財(cái)經(jīng)》記者了解到，目前采購(gòu)綠電價(jià)格會(huì)比原來(lái)成本增加0.03元-0.05元/千瓦時(shí)，并且不排除未來(lái)還會(huì)更貴。
但綠電采購(gòu)并非企業(yè)想買就能買。2021年12月，有數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，綠電采購(gòu)還需要企業(yè)有綠電交易的資質(zhì)和能力。電力市場(chǎng)交易規(guī)則復(fù)雜，且具有較高的資金規(guī)模要求，跟平時(shí)企業(yè)單純繳電費(fèi)相比，復(fù)雜度陡增。
至少?gòu)哪壳扒袑?shí)可行的角度來(lái)看，通過(guò)數(shù)字化手段降低碳排放量，更便于讓企業(yè)掌握主動(dòng)權(quán)。
目前華為在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域同樣也有相應(yīng)的綠色I(xiàn)CT解決方案。在青海省海南州，華為幫助海南州大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建立了全國(guó)首個(gè)100%利用清潔能源運(yùn)營(yíng)的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。其中主機(jī)房采用了華為智能微模塊解決方案。在運(yùn)營(yíng)層面采用了華為NetEco智能管理系統(tǒng)，對(duì)機(jī)房環(huán)境、制冷、供配電等子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行可視化管理。實(shí)測(cè)PUE達(dá)到1.4以下，相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，能效提高30%以上。
綠色I(xiàn)CT，撬動(dòng)千行百業(yè)
IT產(chǎn)業(yè)的“減碳降本”只是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的一環(huán)。
在華為“More Bits Less Watts”綠色發(fā)展理念的構(gòu)想中，綠色I(xiàn)CT技術(shù)不僅需要降低ICT基礎(chǔ)設(shè)施本身的碳排放量，更要幫助其他行業(yè)大幅減少碳排放量。
目前，國(guó)內(nèi)真正的碳排放大戶是能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換（47%）、鋼鐵（17%）、交通（9%）、建筑（8%）、建材（8%）、化工（6%）等行業(yè)。ICT產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐在未來(lái)拓展至其他高耗能、高碳排放的產(chǎn)業(yè)，將是推動(dòng)全社會(huì)減碳的最有效路徑。
華為目前在鋼鐵制造領(lǐng)域已經(jīng)有類似的實(shí)踐案例。湘鋼聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)和華為共同啟動(dòng)的湖南湘潭智慧鋼鐵5G項(xiàng)目，通過(guò)使用包括5G無(wú)人天車遠(yuǎn)程操控、5GAR遠(yuǎn)程輔助等數(shù)字通信技術(shù)，將工廠的生產(chǎn)效率提高了30%。鋼材良品率也因此提升，原材料浪費(fèi)帶來(lái)的成本也得到了有效縮減。預(yù)計(jì)湘鋼未來(lái)三年生產(chǎn)每噸鋼鐵的碳排放可以降低5%。
這類實(shí)踐也是目前全球ICT行業(yè)最有影響力的環(huán)保行業(yè)組織GeSI（Global e-Sustainability Initiative，全球電子可持續(xù)發(fā)展推進(jìn)協(xié)會(huì)）正在引導(dǎo)的方向。
2020年GeSI的研究顯示，如果沒(méi)有適當(dāng)開發(fā)和部署綠色I(xiàn)CT技術(shù)，世界將無(wú)法實(shí)現(xiàn)2016年制定的2030年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。與之相反，到2030年ICT技術(shù)有可能將全球二氧化碳排放量減少20%，是自身碳排放量的十倍，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放的增長(zhǎng)進(jìn)行脫鉤。
華為恰恰是走在這條綠色I(xiàn)CT的道路之上。
