限电对于数据中心产业影响挺大的,有什么好的节能办法吗? 路坦力超融合对这方面有用吗?
数据中心作为经济社会运行不可或缺的关键基础设施,是公认的高耗电行业。
据前瞻产业研究院分析,过去十年间,我国数据中心整体用电量以每年超过 10% 的速度递增,其耗电量在 2020 年突破 2000 亿千瓦时,约占全社会用电量的 2.71%,2014-2020 年,数据中心耗电量占比逐年升高。数据中心供电结构中,火电占比超过 70%,会产生相对大量的温室气体和其他污染物。
PUE (Power Usage Effectiveness,电能利用效率) 是衡量数据中心能源使用效率的重要指标。PUE 越接近于 1,代表数据中心对于电能的利用越有效率。截至 2019 年年底,全国超大型数据中心平均 PUE 为 1.46,大型数据中心平均 PUE 为 1.55。这与《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》建议的 1.3 以下相比,尚有一段距离。
可见,限电对于数据中心产业影响挺大的。顺应碳中和发展趋势,逐步降低碳排放,是数据中心亟需做出的改变。
数据中心降碳,可双管齐下数据中心如何才能提升能源效率,为降碳做出贡献?主流的数据中心降碳举措可分为 IT 和 非 IT 基础设施两个方面。
非 IT 基础设施方面,常见的有数据中心选址靠近绿色清洁能源、尽量使用可再生能源、采用液冷技术取代风扇散热、数据中心余热回收再利用等等。这其中最为有效的不外乎在数据中心乃至公司运营范围内 100% 使用可再生能源,但这绝非易事——苹果用了 5 年时间才实现公司运营范围内 100% 可再生能源利用。
而在 IT 基础设施方面,企业可立即采用诸多举措来提升能源效率:通过分布式和虚拟化技术将“僵尸”服务器连接起来,最大程度减少 IT 设备空闲;实现服务器和存储的虚拟化与池化,从而大幅提升硬件利用率;通过采用更高能效的芯片产品,结合芯片的自适应电源管理功能来有效管理芯片用电,等等。
其中,虚拟化和超融合基础设施 (HCI) 有望引领数据中心能效的提升。虚拟化已十分普遍,超融合基础设施也在近年来逐渐成为主流。作为一种融合的、统一的 IT 基础架构,超融合包含了数据中心常见的元素:计算、存储、网络以及管理工具。超融合以软件为中心,结合 x86 或 ARM 架构的硬件替代传统架构中的专用硬件,从而解决传统架构中管理复杂、难以扩展等问题。
相比传统架构,超融合将架构由三层缩减至两层,不仅可以大幅度节省机房空间,还能进一步整合计算资源,从而提升机房能效。超融合架构自带计算虚拟化和分布式存储,取代了传统物理环境和传统虚拟环境,对数据中心降碳的影响显著。
经过通用场景下的对比计算,从传统物理环境到传统虚拟环境,仅是虚拟化这一层即可带来 20%-80% 的节能;而从传统虚拟环境进一步过渡到超融合架构,通过将分布式存储融合到计算侧,可再带来高达 31% 的能耗节省。以下为计算详情(以下为理论值,不同负载情况下物理服务器能耗会有有所不同,不同服务器也会表现不同,同时不考虑交换机等因素)。
计算虚拟化:节能 20%-80%,虚拟化程度越高越节能计算虚拟化是从 IT 基础设施层面提升能效的关键。它实现了 IT 基础设施从物理架构到虚拟化的跃升,减少物理服务器的数量、增加 IT 资源的利用率,让数据中心得以使用更少的基础设施即可运行更大的工作负载。IDC 报告指出,数据中心中计算、存储、网络层虚拟化程度越高,所带来的碳影响就越小。
以 4 台物理服务器搭配 1 台存储系统的配置为例,通过用虚拟化取代原有的物理机,能实现约为 20% 到 80% 的能耗节省(取决于虚拟机部署的密度)。
传统物理环境 vs. 传统虚拟环境
(以 4 台物理服务器搭配 1 台存储系统为例)
如图所示,此场景中两种架构的最大差异在于对计算资源的利用率不同:在相同的硬件条件下,计算资源的利用率越高,能获得的节能优势就越大。虚拟化架构通过高度利用 CPU 资源(此场景预设的 CPU 超分比例为 1:4,通常属于中到重度计算需求使用),可将平均每计算核心耗能降低约 74%。
在实际使用场景中,虚拟机部署密度的不同,也会带来不同的节能效果:
高密度虚拟机场景下(1 : 20,1 台物理服务器支撑 20 台虚拟机),平均每台服务器(虚拟机)耗能为 321 W/Hr,相比物理服务器降低约 80%;
低密度虚拟机场景下(1:5,1 台物理服务器支撑 5 台虚拟机),平均每台服务器(虚拟机)耗能 1284 W/Hr,相比物理服务器降低约 20%。
若进一步将 CPU 超分比例提高,物理环境和虚拟环境的耗能差距将会更大。
存储与计算节点融合部署:再节能约 31%超融合基础设施将计算与存储服务模块融合部署在同一物理服务器(物理节点),完全舍弃了传统集中存储的需求,能够在虚拟化降低能耗的基础上,进一步为数据中心节能。
以相同的硬件配置为例(4 台物理服务器搭配 1 台存储系统),超融合架构通过去除传统集中存储硬件,可将平均每计算核心耗能再降低约 31%。
传统虚拟环境 vs. 超融合
(以 4 台物理服务器搭配 1 台存储系统为例)
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以上场景所设定的硬件配置为 4 台物理服务器搭配 1 台存储系统,若单纯增加物理服务器的数量而存储系统保持不变,则两种架构的能耗会趋于接近。不过,计算资源(物理服务器)的增加,通常意味着对存储资源(性能与容量)的需求也会随之提升,所以从实际部署的场景来看,传统虚拟化架构的计算资源增加与相应的存储资源提升,整体的能耗与超融合架构相比仍存在不小的差距。
中国13大能源基地:(括号内是主要能源)
山西(煤)
新疆(气)
东北(油)
宁夏(宁东能源基地)
深圳能源基地
蒙大新能源化工基地
四川(成都水电能源基地)
晋西能源基地
陇东能源基地
内蒙古能源基地
鄂尔多斯盆地能源基地
陕北能源基地
临沧全国生物能源基地
气候变化是人类面临的全球性问题,在2020年12月18日闭幕的中央经济工作会议上,“做好碳达峰、碳中和工作”被列为2021年的重点任务之一,环境的倒逼、消费升级、国家政策推动,也加速了能源产业的变革。
在2021 MWC上海大会期间,华为副总裁兼数字能源产品线总裁周桃园发布了数字能源零碳网络解决方案,旨在助力运营商实现零碳网络战略,并加速世界绿色可持续发展进程。
“零碳网络已成为全球领先运营商的重要战略目标。”周桃园表示,在碳中和的大背景下,全球能源大变局的序幕已拉开,未来可再生能源将成为能源界的重磅角色,与此同时,全球ICT能耗持续增长,预计到2030年达全球总电量的5%,数据中心10年TCO中电费占比将超过60%。低碳化和低能耗两条平行轨道,无疑是运营商未来发展的两大方向。
运营商身陷能耗“黑洞”
随着5G、云计算、AI、大数据等技术不断成熟,海量新兴应用不断繁荣,这都对5G网络覆盖与数据中心需求将呈爆发式增长,使得站点与数据中心数量的激增,相关预测指出,2025年,通信行业将消耗全球20%的电力,运营商在赋能行业数字化转型的同时,也面临更高的能耗挑战。
当前,能耗问题已经成为运营商建网过程中主要考量因素之一,基站作为耗电大户,大约80%的能耗均来自广泛分布的基站,众所周知,移动通信接入使用了成千上万的基站,基站能耗以电为主,随着电力成本的增加,移动网络的扩大,基站机房电费支出逐渐增大,并且由于覆盖范围的衰减,5G基站的需求数量又是成倍增加。
与此同时,移动通信基站机房均为全封闭机房,机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体,而为保障设备在恒温下运行,不因为温度过高而宕机,制冷系统就要不间断地为基站降温,这也直接导致了电量居高不下。
而在数据中心总能耗中,空调制冷系统依然是能耗大户,据悉,传统空调制冷系统能耗占比高达28%以上,随着数据流量和计算需求爆发式增长,数据中心的能耗压力势必给广大,相关数据预测,到2025年,数据中心能耗将占全球能源消耗的5%。
需要指出的是,刨除环境治理等问题,5G网络与数据中心的功耗增加也给运营商OPEX带来不小挑战,据周桃园透露,某运营商在加入5G基站后,整体OPEX增加了34%,这其中很大一部分是电费的增长,因此我们可以清晰看到,我们的能源基础设施,距离碳中和目标还有很大挑战。
助力运营商迈向“零碳网络”
毋庸置疑,节能增效对于运营商不仅仅是技术问题,更是商业与 社会 责任,对此电信企业也正积极行动,目前,全球已有超过50家运营商制定节能减排目标,在媒体沟通会上,周桃园首提“零碳网络”并发布华为数字能源零碳网络解决方案,包括极简站点、极简机房、极简数据中心、无处不在的绿电、智慧能源云,助力运营商引入绿电、节能减排,实现零碳网络,助力实现碳中和。
在站点方面,华为通过站点形态极简化,从室内站点到室外站点,进一步发展到室外刀片,让房变柜、柜变杆,全面杆站化,实现降低能耗、省电费、省租金。
而在机房的构建上,华为对于新建场景,以机柜替代机房对于扩容场景,免增机房、免改线缆、免增空调,从而节省能耗、空间及工程。
对于传统数据中心的建设,周桃园认为,当前数据中心建设模式主要通过采购不同的部件来形成整个能源设施,这种建设模式势必会导致基础设施能耗高、建设周期长。
华为推出的极简数据中心,通过全预制化、模块化建设重构架构,建设周期从20个月缩短至6个月,并且通过融合高密、高效节能的方案重构供电,提升效率,并实现预测性维护,在制冷方面,通过间接蒸发冷却和iCooling等解决方案,最后通过智能运维解决方案重构运维,提升运维效率。
“绿电”则是华为智能光储解决方案,通过将绿电引入站点、机房、数据中心等场景,实现全场景叠光,自发自用,降低用电成本。
“零碳网络的提出,将显著提高运营商的经济价值与 社会 价值。”谈及构建数字能源零碳网络解决方案的初衷,周桃园指出,华为对于数字能源零碳网络解决方案的构建,是由三个层面逐层递进,首先要消除浪费,提升能效其次要将运营商从能源的消费者变为绿色能源的生产者最后是将运营商的能源基础设施打造为具备数字化和智能化的能源网络,最终全面实现零碳网络,构建 社会 价值。
做大“绿电” 加速碳中和进程
据国际能源机构(IEA)的统计,过去三十年全球能源消耗增长了超过70%,碳排放累计增加近80%,能源消耗激增导致全球温室效应加剧。
周桃园认为,未来世界有两大主要驱动力,一是全球数字化、智能化转型趋势,二是以碳中和为目标的能源革命,即从传统的化石能源走向以太阳能光伏、风能为代表的可再生能源、绿色能源。
以上海地铁龙阳路基地光伏项为例,作为海地铁四大基地分布式光伏项目之一,华为智能光伏解决方案通过对地铁车库屋顶进行太阳能板改造,共安装了近13000个280瓦组件,所发的光伏电力并网接入基地内的综合变电所,供地铁就近使用。
据悉,该光伏电站一年的发电量,大约可供8节编组的一辆2号线列车跑20万公里,相当于行驶1560多个来回。是“光伏+地铁”应用典范,实现了绿色能源为绿色交通赋能,助力上海提前实现碳达峰目标。
目前,华为智能光伏解决方案已广泛应用于60多个国家,累计减少二氧化碳排放1.48亿吨,相当于种植超过2亿棵树。由此可见,加大可再生能源的使用,提高能源利用效率和效益,推动能源结构向绿色化方向发展,不仅在生态文明建设中有着十分重要的作用,也是应对能源危机和气候变化的重大举措。
“为世界碳中和做贡献是目标和使命。”正如周桃园指出,华为数字能源零碳网络解决方案将积极助力产业链合作伙伴向低碳可持续发展,加速世界碳中和进程。
其一,化石能源消费比重仍然较高,甚至过大,因此造成严重的空气污染问题。近年来,我国第三产业及其它终端能源消费增长较快,但是工业终端能源消费仍占总终端能源消费的较高比例。2016年中国终端能源消费总量达到32.3亿吨标准煤,其中工业部门占61%,交通部门占比21%,建筑部门占比14%。煤炭是中国终端能源消费的主要能源品种。2016年,煤炭消费占总终端能源消费比重的39%,石油27%,电力19%,天然气7%,区域供热5%,生物质能源2%。电力部门中,2016年可再生能源发电量占全国总发电量的比重达到26%,非化石能源发电量占29.5%。全国总发电量中的67%来自煤电,3%来自天然气发电。2016年,中国一次能源总消费量43.6亿吨标准煤。煤炭占比62%,石油占比18.3%,天然气占比6.4%,非化石能源所占比例为13.3%,其中可再生能源的比例为11%。
“我国能源消费结构中化石能源比重过大,这也导致了对能源进口的依赖。显著特征是石油进口依存度持续提高,我国2016年石油对外依存度占全部石油消费总量的三分之二。我国部分区域严重依赖煤炭经济,这些煤炭经济包括煤炭的开采及煤电产业,导致煤炭消费出现‘锁定’,这对降低我国煤炭消费、地方经济转型造成了阻碍。”王仲颖说。
化石能源的消费比重大,造成我国多地空气污染仍然严重。现在已经形成共识,煤炭发电厂、燃煤工业和以化石能源驱动的汽车是造成中国大部分城市严重空气污染的重要原因。“当前,我国政府将解决空气污染问题作为其首要任务之一。此外,水污染和土壤退化等环境问题也同样严重,上述生态环境问题将可能危及中国未来的可持续发展。”王仲颖强调说。
其二,可再生能源的浪费虽在减少,但仍很严重。
“被迫降低水电、风电和太阳能光伏电量——也被称作‘弃用’问题,在我国已存在多年。‘弃用’现象表明当前我国可再生能源尚未被充分优化整合进入能源系统。”王仲颖以弃风为例予以说明。2016年,我国全年弃风率为17%。今年1~9月,全国弃风电量和弃风率实现双降,弃风限电的范围和规模得到缓解,全国总弃风电量298.5亿千瓦时,同比减少25%,累计弃风率13%,同比下降6.8个百分点。由于弃用造成可再生能源资源的浪费,提高了风电等可再生能源电力生产成本。如果考虑由此导致的煤电发电量上升,则进一步增加了大气污染物和二氧化碳等温室气体排放。近年来,太阳能发电和部分重点地区的水力发电也遭到了弃用。
其三,电力系统缺乏灵活性,运行管理制度面临挑战。
王仲颖说,我国自改革开放以来所采用的能源和电力发展战略成功地保障了电力供应,为快速增长的经济提供了动力,目前依然影响着电力系统发展。我国经济进入新常态以来,煤炭发电厂产能过剩明显,在未来的电力系统中,有出现投资搁浅和化石能源技术锁定的风险。此外,电厂和互联电网的调度运行受到传统电力市场交易制度和地方利益壁垒的影响,无法适应大规模风电和太阳能发电等波动性电源的发展。我国的电力体制改革正在进行,这些问题均应得到解决,为电力系统的运行和发展创造一个全新的框架。然而,由于制度障碍以及缺乏针对不同省份的共同目标,目前电力市场改革推进缓慢,区域电力市场在市场设置和计划安排方面的合作往往存在明显的利益冲突。“在电力体制改革不到位的情况下,的的确确会影响不同省市现实的本身利益。可喜的是,十九大的定调,一定会加快电力体制改革的进程,上述问题会在电力体制深化改革的过程中逐步得到解决。”王仲颖说。
其四,可再生能源经济激励制度亟待改革。
王仲颖介绍说,当前,固定电价政策是中国可再生能源发展的主要支持机制,但补贴机制存在的问题,使改革迫在眉睫,以确保政策的有效性。“涉及到三方面的问题。一是电力附加费并不能保证为规模日益增长的可再生能源项目提供资金支持。二是补贴水平调整不平稳,且当补贴下降时产生新增项目的‘抢装潮’。三是固定电价机制并不适用于未来电力市场改革及可再生能源市场化。”“对可再生能源技术的支持主要是为应对化石能源价格不能反映其社会真实成本问题。现在的化石能源价格并没有完全反映出化石能源利用对我国生态环境影响的全部成本。环境成本没有真实呈现,且化石能源的其它支持机制也扭曲了不同能源技术之间的竞争。”王仲颖强调说。
既定战略必须更加坚定地深入实施
“我国的能源体系正在由以煤炭为基础、高环境成本向低碳、环境友好转型。我们的分析显示,尽管我国政府已经制定了正确的政策战略,但能源转型是否成功取决于政策是否得到强有力的执行。”王仲颖说。
记者:我国政府制定并实施了哪些能源转型战略举措?
王仲颖:当前,我国政府已经制定了一揽子政策战略及措施,全面推动能源系统向可持续和低碳方向转变:牢固树立“五大”发展理念、统筹推进“五位一体”总体布局、坚持协调推进“四个全面”战略布局“绿水青山就是金山银山”的发展理念已经植入我国政府的治国理政实践我国政府签署《巴黎协定》,并在全球应对气候变化行动中发挥大国作用的行为,展现了我国政府积极应对人类生存威胁因素的决心。正在进行中的“全国环境行动计划”、电力市场化改革和国家碳排放权交易系统则昭示着我国能源深度转型进程的序幕已经拉开。
记者:如果坚定坚持既定方针政策,那么到2030年、到2050年会出现怎样的结果?
王仲颖:CREO2017的分析表明,如果坚定不移地执行既定政策情景,那么2050年煤炭消费总量将降至2016年消费水平的三分之一,并确保二氧化碳排放于2030年之前达到峰值。2030年后,二氧化碳排放显著降低,直至下降到2050年的50亿吨水平,接近2016年排放水平的50%。2050年,非化石能源占全部一次能源供应的60%。同时,通过投资能源系统转型,未来能源系统的电力成本与当下严重依赖化石能源以及不可持续的能源系统相比将基本一致,而能源系统的可持续和稳定性则将大幅提升。如果那样的话,煤炭消费量被控制,以合理的经济代价实现2050年高比例开再生能源发展目标就可以实现。
记者:如果既定政策执行不坚决或有误,会出现怎样的结果?
王仲颖:政策措施和创新战略的高效实施是确保能源转型平稳实现的关键。反之,如果部分政策措施不能如期施行或方向有误,则将导致我国能源系统将继续被化石能源技术锁定,可再生能源技术的发展及其与能源系统的整体融合将面临严重障碍。因此,政策的执行力是关键,特别是短期战略的强有力地实施是长期能源深度转型取得成功的关键。
记者:能源转型本身、电网基础设施和可再生能源技术都需要大量投资,这可能会导致短期内电力成本上升。如何看待这个问题?
王仲颖:的确,能源转型本身、电网基础设施和可再生能源技术都需要大量投资,这可能会导致短期内电力成本上升,但这些额外的成本也会带来效益,使那些过去依赖低化石能源价格的行业快速向电力和非化石能源转型,同时改善空气质量、降低污染水平。能源转型的大量投资也会创造出代表未来技术方向的新的就业岗位,从而弥补传统煤炭产业链和技术制造业转型所削减的就业机会,这一切都与我国积极的创新战略相符合。在这个角度上看,可以说,可再生能源成本下降、电力市场改革和碳交易价格将是驱动能源转型投资的主要动力。
记者:能源转型成功和煤炭消费总量下降需要哪些客观条件?
王仲颖:能源转型和煤炭消费总量下降是在基于三项重要客观条件下实现的。首先,CREO2017假定在国际大环境和我国创新战略驱动下,可再生能源技术发展将延续近年成本继续降低、效率提升的表现,可再生能源技术以较低的成本实现能源供应。到2050年,非化石能源消费中占比超过60%,煤炭消费占比下降至2016年消费水平的三分之一,电力供应成本基本维持不变,碳排放总量在2030年之前达到峰值。其次,假定碳排放权交易制度能够得到有效实施,碳排放价格将切实影响到能源部门的投资决策,(在CREO2017既定政策情景中,设定了长期执行的碳价格水平,即每吨二氧化碳100元人民币),这将有助于支持可再生能源尽快实现与煤电平价。再次,假定持续推进电力市场化改革,并将其作为确保波动性可再生能源与电力系统融合的重要工具。
要实现“低于2℃”目标,需在既定政策基础上再加码
“CREO2017研究结论显示,即使既定政策情景顺利实施,仍不能支撑全球实现‘巴黎协定’设定的控制未来升温幅度‘低于2℃’目标。我国按既定政策情景发展,将能够实现承诺的国家自主贡献目标,但与大多数国家一样,二氧化碳减排尚显不足。”王仲颖说。
记者:依据CREO2017研究结论,既定政策难以支撑实现温升幅度“低于2℃”目标。那要实现控制温升目标,需要怎样的新目标?
王仲颖:基于考虑我国二氧化碳减排展望和未来实现“低于2℃”目标,CREO2017分析认为,我国要满足《巴黎协定》要求,就必须采取进一步的二氧化碳减排措施。综合分析国际研究成果,CREO2017假定了我国未来能源部门的二氧化碳快速减排的约束预案,即从2016年的100亿吨左右二氧化碳排放水平降到2020年的90亿吨、2030年80亿吨,直至2050年下降至30亿吨。
记者:也就是说,为达到实现“低于2℃”目标,应制定执行更加有利于可再生能源发展的政策?
王仲颖:是的,如果我国未来碳排放足迹遵循“低于2℃”假设,则我国必须加速削减煤炭消费、更为迅捷地发展可再生能源。相比既定政策情景,CREO2017结论表明,2020年,“低于2℃”情景需要额外增加3.05亿千瓦的可再生能源装机容量,2050年需要增加15.18亿千瓦。额外增加的发电装机初期将主要来自风电,后期则更多来自太阳能发电技术。在“低于2℃”情境下,煤炭消费量更为快速地降低。煤电装机到2020年将再削减1600万千瓦、2050年降低2.2亿千瓦。为了促进终端用能部门的减排,在“低于2℃”情景中,CREO2017设定了相比既定政策情景更高的终端电气化率水平,特别是提高了交通部门和工业部门的电气化率。
记者:如果按照“低于2℃”目标,我国可再生能源“十三五”规划中的发展目标已经落后于近期的发展形势。CREO2017展望风能、太阳能和生物质能发电装机总量也显著超出2020年规划目标,这个超出的部分能否实现?
王仲颖:从快速降低电力部门碳排放和提升终端用能部门电气化水平的角度分析,既定政策下的能源转型成就仍有进一步提升的发展空间。从遵守《巴黎协定》的角度看,2020年后的能源转型任务将更加艰巨,因此加码是必然的,只不过是早晚的问题。
记者:总体而言,今年以来,弃风、弃光现象有所好转,但仍比较严重。在这样的情况下如何发展更多的可再生能源?
王仲颖:要保证更多的新增可再生能源发电容量接入电网,要对煤电企业的运行提出严格的灵活性要求,维持提高电力系统灵活运行,要更为灵活地调度输电线路和省间电量交换。这些措施需要地方政府提高接纳和利用区外可再生能源的积极性,支持电网调度合作和联合调度。
记者:“低于2℃”情景下目前的电力系统已不需新增煤电装机。那么对那些已经获得行政许可、并准备开工建设的新的燃煤电厂应作如何对待?
王仲颖:应当在进一步加强开工审核的同时,尽快颁布禁止新建煤电厂的临时禁令,从而避免大额资产搁浅。近中期,随着电力市场化的进程,应逐步取消年度发电计划确定的满发利用小时数,直至最终取消年度发电计划制度。这也就意味着,所有的发电商都需要根据市场的需求来决策自己的发电量。在这种情况下,新建煤电厂的风险会更大,因为它已无法通过行政手段确保电价水平。在可预见的未来,煤电价格预期将会继续上升、可再生能源发电成本则处于下降通道,固定电价的长期购电合约将不复存在。到那时,可再能能源发电无论在成本上、技术上都会比煤电具有竞争性,起码不会比煤电竞争力弱。
从现在到2050年可再生能源逐步成为主导能源
CREO2017展示了我国能源系统到2050年的两条发展路径。一是低于2℃情景发展路径,这条路径由严格的碳预算推动二是既定政策情景发展路径,这一路径由当前实施的能源政策维持。
记者:请结合现实情况,用CREO2017研究结论,分析一下从现在到2035年、到2050年可再生能源如何逐步变成主导能源?
王仲颖:2016年,可再生能源占总终端能源消费的6%。据中电联数据,今年1~9月,全国基建新增发电能力中水电、火电、风电、太阳能发电分别比上年同期多投产35万、197万、146万、1977万千瓦。截止今年9月底,全国可再生能源发电总装机容量达到58655万千瓦,占全国规模以上电厂总发电装机容量的35.2%。从全球看,中国仍然是世界上最大的可再生能源投资国,未来几十年依照中国宏大的可再生能源政策和能源体系去碳化需求,可再生能源份额将大幅增长。
2016年,可再生能源消费量为2.7亿吨标准煤。“低于2℃”情景下,2050年该值增加8倍,达到21.86亿吨标准煤,既定政策下则增至16.63亿吨标准煤。“低于2℃”情景的主要趋势是首先发展风能,2035年前的中阶段发展太阳能。2050年前的长期阶段,将扩大太阳能发展规模,迅速提升生物质能利用率。
由于水资源进一步发展的潜力有限,因此两种情况下均遵循相同的增量增长。“低于2℃”情景下,2050年可再生能源涵盖大部分能源需求。2030年之前的能源转型初期,风能和太阳能发电将快速增加。
两种情景均预测中国能源需求于2030年左右达到顶峰。2050年,“低于2℃”情景的终端能源需求为33.21亿吨标准煤既定政策情景为35.3亿吨标准煤。提升能效措施是两种情景能源需求趋势类似的主要原因。
记者:根据CREO2017,到2050年前后,我国能源需求侧将发生怎样的改变?
王仲颖:到那时,我国能源需求侧将产生重大改变。目前工业领域占据终端能源利用的指导地位,但到2050年,尽管能源需求总量将与现在保持同一水平,但能源需求结构将发生巨变——工业领域的能源消费量大幅下降,交通和建筑能源消费将上涨。终端部门电气化程度提高主要源自可再生能源的贡献。两种情景均是如此,“低于2℃”情景的电气化程度和可再生能源份额更高。2050年,“低于2℃”情景下52%的终端能源需求为电力,既定政策情景该比例为39%。工业用化石能源很大程度被电取代。到那时,中国走上绿色、多样化供能之路,减轻对煤炭的高度依赖,代之以非化石能源。“低于2℃”情景下该发展趋势更为明显,2050年非化石能源占供能的63%,相比之下,既定政策情景则为47%。据此可以说,“低于2℃”情景下非化石能源的快速、决定性发展是我国实现《巴黎协定》目标的关键。
记者:到那时,电网传输将会发生怎样的变化?
王仲颖:两种情景均加大了电网基础设施投资,用以提升电力系统灵活性,促进在区域内外高效传输清洁电力。到2050年,中国电网将在更大的平衡区域实现密切整合,整个中国电网发展为一体化市场。中部和东部省份为主要输入地区,西南和东北则是净输出地区。“低于2℃”情景下的电网扩容总体比既定政策情景高。两个情景均表明,到2050年中国的输电系统继续完善,且依靠价格手段按照市场原则调节电力供需两侧,从而促进新增电网的大规模投资。
记者:依据CREO2017,从目前到2020年这段时期内,对可再生能源的发展要采取怎样的政策?
王仲颖:总体上要注意四方面。
一是2020年前可再生能源仍需延续固定电价政策,其中海上风电、太阳能光热发电需要延续到2020年后实现规模化发展。应更好利用竞争性招标推动价格下降,逐步扩大可再生能源电站竞争性招标的范围和规模。
二是随着2020年后逐步建立竞争性电力市场,在电力市场价格基础上,率先对新增风电、光伏电站建立基于定额补贴的市场溢价机制。初期可按目前固定电价的差价补贴标准确定溢价补贴标准,未来适时合理调整、逐步降低定额补贴标准,或者建立与招标电价结合的差价合约机制。
三是在2017年建立可再生能源电力证书自愿交易市场的基础上,在2020年前建成强制性可再生能源电力配额(发电侧)和绿色证书交易市场(售电侧),逐年提升配额比例要求,形成市场化绿色证书价格形成机制和逐年上升的未履约价格惩罚水平。
四是切实发挥即将正式启动的全国碳交易市场对促进可再生能源与化石能源公平竞争的作用,逐步建立起新建建筑和工业用热的可再生能源用热强制安装或者供热比例要求制度。
记者:近日,《京津冀能源协同发展行动计划(2017~2020)》印发,说明三地能源协同发展进入实质落地阶段。依据CREO2017研究成果,该地区该如何实现能源协同发展?
王仲颖:京津冀是我国重要的能源消费重心之一。同时,京津冀作为我国的“首都圈”,是我国北方经济规模最大、最具活力的区域之一。经济的快速增长、不断优化转型的产业布局和依然严峻的环境污染问题对京津冀的清洁能源保障提出了更高要求。但是,目前京津冀区域的可再生能源利用比重不高,多样化可再生能源利用潜力没有充分挖掘,电网等基础设施发展不同步,急需通过创新驱动京津冀能源协同发展,不断完善能源政策体系和相关体制机制。CREO2017研究显示,京津冀可通过全面协同能源转型实现高比例可再生能源发展。在低于2℃情景下,2030年风电装机容量将达到128165兆瓦,占总装机比重的47.8%太阳能发电总装机将达到83922兆瓦,占全部发电装机的31.3%。雄安作为国家级新区,2030年可实现可再生能源占一次能源消费比重超过50%以上。
记者:具体而言,实现京津冀高比例可再生能源的目标需要哪些保障措施?
王仲颖:针对京津冀高比例可再生能源发展重点任务,京津冀需要加强以下5方面的保障措施。一是加强可再生能源发展的顶层设计二是提高京津冀可再生能源发展的协同性三是加大政策支持力度四是创新市场化机制体制五是加大宣传提高公众认识。
国家可再生能源中心2017~2020年行动建议
依据CREO2017研究结论,并基于过去数年可再生能源产业、技术和政策方面的进步,并展望其近中期发展情况,针对中国可再生能源发展,国家可再生能源中心提出下列建议:
可再生能源和非化石能源目标
“十三五”规划中2020年可再生能源发展目标是应努力超越的底线,通过努力实现更快发展:太阳能光伏装机量从1.1亿千瓦增至2亿千瓦,风电装机量从2.1亿千瓦增至3.5亿千瓦生物质能发电装机量从1500万千瓦增至3000万千瓦,总计增加5亿千瓦。
2020年非化石能源占一次能源消费总量的比例从15%提升到19%。如考虑落实《巴黎协定》提出的“低于2℃”温控目标,则需要进一步提升发展目标要求。
加大削减煤炭力度
即刻停止批准新建燃煤电厂努力实现2030年煤炭消费量占全部能源消费量的比例从现在的64%降至33%左右加快燃煤电厂灵活性改造,逐步取消年度发电计划制度地方经济主要依赖煤炭工业的地区要加紧制定经济发展转型升级计划。
加快电力行业改革
开展批发市场试点和区域协调市场试点市场试点要纳入跨区电网调度,打破省间壁垒预防双边交易合同锁定高碳型电力生产制定中国电力市场下一步发展的清晰路线图。
实施碳排放权交易制度
加强中国碳市场活力制定能够确保碳减排目标实现的最低碳交易价格。
深化经济激励机制改革
提高可再生能源附加水平(2020年后逐步降低直至取消),确保转型期补贴资金需求实施可再生能源发电配额制度,配套实施强制性与自愿性相结合的绿色证书交易制度更大范围的采取竞争性拍卖方式,降低大规模风电和太阳能发电项目的并网价格。
可再生能源的五种有:
1、太阳能发电
太阳能是一种可再生能源,五千多年来,一直在人类的生产生活中发挥巨大作用。随着时间的推移,太阳能的用途发生了很大变化,从取暖到为太空中的卫星供电。
但是,目前家庭房屋和各类建筑中,仍然缺乏能效高且价格低廉的太阳能发电设备。
太阳能电池板的工作方式非常简单,它是由数百万个太阳能电池组成的面板。当太阳照射到这些电池板时,通过吸收太阳光,将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能。
这些电能可以为家庭供电,并且价格十分低廉。
2、风力发电
人们看向大海时,会发现海平面上有很多风力涡轮机。虽然它们可能不是最吸引人的,但它们效率非常高。因为欧洲和一些地区有绵延不绝的海岸线,所以风力发电在这些地方比较普遍。
风力涡轮机就像喷气发动机的进气口。当空气进入时,首先会遇到一套固定的叶片,它能把空气引导进一套可转动的叶片。
空气推动叶片并出现在另一边,此时空气流动的速度比在涡轮机外流动的速度更慢。遮蔽物做成合适的形状,以便其引导在外面相对流动较快的空气进入转子后面的区域。
快速流动的空气加速缓慢移动的空气,使涡轮机叶片后的区域变成低气压,以吸纳更多的空气通过它们。
3、水力发电
水力发电系利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处,将其中所含势能转换成水轮机之动能,再借水轮机为原动力,推动发电机产生电能。水的高度,水的重量,甚至水的流动速度都可以用来发电。
地球上有大量的河流和不同类型的水流,这意味着我们可以大量安装水力发电站。
4、生物质能
生物质能的应用在日常生活中越来越普遍。生物柴油可以为汽车、公共汽车和商业车辆提供动力;生物质发电机可以提供家庭用电,此外,人们每天都发现新的生物质能。
5、地热能
地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。
因为放射性粒子会慢慢衰变,所以地热能是一种可再生能源。并且只要地球还在旋转,地热能就会一直存在,完全不用担心它们会耗尽。
(报告出品方/分析师:银河证券研究院 赵良毕)
报告原标题: 通信行业深度报告:ICT“双碳”新基建,IDC 温控新机遇
(一)算力建设关乎数字经济发展,各国均不断发力
加快培育数据要素市场,全球算力竞争不断提升。 2020 年 4 月 9 日,《中共中央、国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》中,数据首次作为一种新型生产要素在文件中出现,与土地、劳动力、资本和技术等传统要素并列。计算力已经与国家经济息息相关。
IDC&清华产业研究院联合发布的《2021-2022 全球计算力指数评估报告》表明,计算力是数字经济时代的关键生成要素:
(1)从 2016-2025 年的整体趋势及预测来看,各个国家的数字经济占 GDP 的比重持续提升,预计 2025 年占比将达到 41.5%。
(2)计算力作为数字经济时代的关键生产力要素,已经成为挖掘数据要素价值,推动数字经济发展的核心支撑力和驱动力。
(3)国家计算力指数与 GDP 的走势呈现出了显著的正相关。评估结果显示十五个重点国家的计算力指数平均每提高 1 点,国家的数字经济和 GDP 将分别增长 3.5%和 1.8%,预计该趋势在 2021-2025 年将继续保持。同时,通过针对不同梯队国家的计算力指数和 GDP 进行进一步的回归分析后,研究发现:当一个国家的计算力指数达到 40 分以上时,国家的计算力指数每提升 1 点,其对于 GDP 增长的推动力将增加到 1.5 倍,而当计算力指数达到 60 分以上时,国家的计算力指数每提升 1 点,其对于 GDP 增长的推动力将提高到 3.0 倍,对经济的拉动作用变得更加显著。
数字化进程不断推进,发展中国家经济增速较高。 根据 IDC 数据显示,2016 年到 2025 年,数字经济占比不断提升,全球数字经济占比2025E为41%,其中发达国家数字经济占比为48.10%,比发展中国家高 17.8 个百分点。中美两国计算力指数综合评估较高,中国计算力发展水平涨幅达 13.5%,处于较高增长水平。总体来看,数字经济为各国 GDP 总量贡献不断提升,算力提升推动数字经济向好发展。
全球公有云用户市场保持增长,IT 侧资本开支不断增加。 云是推动企业数字化转型升级的重要驱动力, 企业不断增加对移动技术、协作以及其他远程工作技术和基础架构的投资。预计到 2023 年,用户支出将达到近 6000 亿美元,云将占全球企业 IT 消费市场的 14.2%。其中软件化服务(SaaS)是最大的细分市场,预计该市场在 2023E 用户支出增长至 2080.80 亿美元,相比 2021 年增长 36.73%;云基础建设(IaaS)将达到 1562.76 亿美元,相比 2021 年增长 70.53%。为了获得数字经济时代的比较优势,全球主要国家在数据中心的建设上进行了大规模投资,全球经济受到新冠疫情的严重影响下,数据中心的建设保持了较高增速,预计在未来几年云服务提供商与电信公司之间的合作日益增加,全球云市场有望进一步增长。
中国 IDC 市场规模增速较快,目前处于高速发展期。 受益于我国“新基建”战略提出和持续攀升的互联网流量,2021 年数据中心建设规模不断增长。根据中国信通院数据,我国 2021年 IDC 行业规模约 1500.2 亿元,近 5 年中国 IDC 市场年均复合增速约达 30%,领先于全球 IDC市场增速,其中近三年中国 IDC 市场具有高增速。我国 IDC 行业增速较快主要系我国 5G 建设持续推进,5G 应用项目多点开花不断落地,预计到 2025 年,我国数据中心市场规模达到 5952亿元。随着数字经济“东数西算”工程加速推进、互联网和云计算大客户需求不断扩张及数据中心在物联网、人工智能等领域的广泛应用,数据中心行业发展前景广阔,有望保持高速增长。
IDC 机柜数量不断增长,中国东部地区 IDC 中心较多。 2021 年 IDC 的机柜量增长了 99.15万架,增速为 30%,机柜量总数达到 415.06 万架,年度增长率达到 31.39%。随着 5G 时代数字经济向 社会 各领域持续渗透,数据量爆炸式增长使得全 社会 对算力需求提升,预计每年仍将以20%以上速度高增,有望打开市场新空间。目前我国大部分数据中心集中在东部及沿海地区,根据 CDCC 数据,2021 年华东、华北、华南三地区机柜数占全国总数的 79%,而东北、西北地区占比相对较低。
我国东部地区 IDC 上架率较高,西部地区加速建设。 目前 IDC 机房在我国东西部呈现差异较大发展,体现东密西疏、东热西冷的特点。2021 年新增机柜对比可知,东部及沿海地区数据中心上架率高,西部上架率较低。2021 年华东、华北、华南三地上架率约 60%-70%,而东北、西北、西南及华中上架率仅有 30%-40%。在政策布局方面,国家不断推进数字经济发展,形成以数据为纽带的区域协调发展新格局。对于网络时延要求不高的业务,率先向西部转移建设,由于西部地区气温较低优势突出,实施“东数西算”有利于数据中心提高能效,西部地区产业跨越式发展,促进区域经济有效增长。
(二)数字经济政策护航,“东数西算”工程建设有望超预期
把握数字化发展机遇,拓展经济发展新空间。2022 年 1 月,国务院发布《“十四五”数字经济发展规划》,规划强调数字经济是继农业经济、工业经济之后的主要经济形态,是以数据资源为关键要素,以现代信息网络为主要载体,以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为重要推动力,促进公平与效率更加统一的新经济形态。同时,规划明确提出到 2025 年,数字经济迈向全面扩展期,数字经济核心产业增加值占 GDP 比重达到 10%。基于上述规划,2022年 5 月 26 日,工信部在 2022 年中国国际大数据产业博览会上指出,坚持适度超前建设数字基础设施,加快工业互联网、车联网等布局。
推进绿色数据中心建设,提升数据中心可再生能源利用率。 我国能源结构正处在不断优化的过程中,新能源地区分布不均衡,特别是水力、光伏、风能,主要集中在中西部地区,而使用端主要在东部沿海地区,虽然通过“西电东送”工程部分缓解了东部地区用电紧张问题,但是作为高耗能的数据中心产业,协调东西部发展布局、降低能耗就十分必要。全国各省市、地区相继出台了各种强调数据中心绿色、节能的政策要求,进而促进能源生产、运输、消费等各环节智能化升级,催化能源行业低碳转型。
东西部资源高效匹配,建立全国一体化协同创新体系。 “东数西算”工程是我国继“南水北调”、“西气东输”、“西电东送”之后的又一项重大的国家战略工程,将东部海量数据有序引导到西部,优化数据中心建设布局,缩小东西部经济差异,促进东西部协同发展。2022 年 2 月17 日,国家发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知,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。国家以“东数西算”为依托,持续推进数据中心与算力、云、网络、数据要素、数据应用和安全等协同发展,形成以数据为纽带的区域协调发展新格局,助力数字经济不断发展。
全球算力网络竞争力凸显,ICT 产业链有望迎来发展新空间。 通过全国一体化的数据中心布局建设,扩大算力设施规模,提高算力使用效率,实现全国算力规模化、集约化发展,有望进一步提升国家算力水平和全球竞争能力。同时,扩大数据中心在中西部地区覆盖,能够就近消纳中西部地区新型绿色能源,持续优化数据中心能源使用效率。通过算力枢纽和数据中心集群建设,将有力带动相关产业上下游投资,促进东西部数据流通、价值传递,延展东部发展空间,推进西部大开发形成全国均衡发展新格局。
(三)双碳减排目标明确,绿色节能成为发展必需
能源变革不断创新升级,低碳转型融入 社会 经济发展。 自上个世纪人类逐渐认识到碳排放造成的不利影响,各国政府和国际组织不断进行合作,经过不懈努力、广泛磋商,在联合国和世界气候大会的框架下达成了一系列重要共识,形成了《联合国气候变化框架公约》(1992 年签署,1994 年生效)、《京都议定书》(1997 年达成,2005 年生效)和《巴黎协定》(2015年达成,2016 年生效)等文件,其中《巴黎协定》规定了“把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于 2 以内”的基础目标和“将气温升幅限制在工业化前水平以上 1.5 之内”的努力目标。
推动能源革命,落实碳达峰行动方案。 为了达到《巴黎协定》所规定的目标,我国政府也提出了切合我国实际的双碳行动计划,2020 年 9 月 22 日,我国在第七十五届联合国大会上宣布,中国力争 2030 年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和目标。中国的“双碳”目标正式确立,展现了中国政府应对全球气候变化问题上的决心和信心。同时 2021年度《政府工作报告》中指出:扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定 2030 年前碳排放达峰行动方案。优化产业结构和能源结构。推动煤炭清洁高效利用,大力发展新能源,在确保安全的前提下积极有序发展核电。扩大环境保护、节能节水等企业所得税优惠目录范围,促进新型节能环保技术、装备和产品研发应用,培育壮大节能环保产业,推动资源节约高效利用。落实 2030 年应对气候变化国家自主贡献目标。加快发展方式绿色转型,协同推进经济高质量发展和生态环境高水平保护,单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别降低 13.5%、18%。
聚焦数据中心低碳发展,实现双碳方式产业发展。 在双碳背景下,“东数西算”工程中数据中心西部迁移,PUE 值有望降低带来能耗电量高效利用。能源高效节能、革新升级已是大势所趋和必然要求。
(一)数据中心能耗突出,绿色节能是发展趋势
绿电成为发展趋势,低碳发展中发挥重要作用。 随着大力发展数据中心产业,数据中心能耗在国民经济中的占比也在不断提高。研究表明,预计 2025 年,数据中心能耗总量将达到 3952亿 kW·h,占全 社会 用电总量的 4.05%,比例逐年攀升。整体来看,由服务器、存储和网络通信设备等所构成的 IT 设备系统所产生的功耗约占数据中心总功耗的 45%。空调系统同样是数据中心提高能源效率的重点环节,所产生的功耗约占数据中心总功耗的 40%。降 PUE 将成为未来发展趋势,主要从制冷方面入手。
数据中心碳排放不断控制,PUE 值不断改善。 根据国家能源局 2020 年全国电力工业统计数据 6000 千瓦及以上电厂供电标准煤耗每度电用煤 305.5 克,二氧化碳排放量按每吨标煤排放 2.7 吨二氧化碳来计算,2021 年全国数据中心二氧化碳排放量 7830 万吨,2030 年预计排放约 1.5 亿吨二氧化碳。
量化指标评估数据中心能源效率。 为评价数据中心的能效问题,目前广泛采用 PUE(Power Usage Effectiveness)作为重要的评价指标,指标是数据中心消耗的所有能源与 IT 负载消耗的能源的比值。PUE 通常以年度为计量区间,其中数据中心总能耗包括 IT 设备能耗和制冷、配电等系统的能耗,其值大于 1,越接近 1 表明非 IT 设备耗能越少,即能效水平越好。
数据中心空调系统及服务器系统能耗占比较大。 数据中心的耗能部分主要包括 IT 设备、制冷系统、供配电系统、照明系统及其他设施(包括安防设备、灭火、防水、传感器以及相关数据中心建筑的管理系统等)。整体来看,由服务器、存储和网络通信设备等所构成的 IT 设备系统所产生的功耗约占数据中心总功耗的 45%。其中服务器系统约占 50%,存储系统约占 35%,网络通信设备约占 15%。空调系统仍然是数据中心提高能源效率的重点环节,它所产生的功耗约占数据中心总功耗的 40%。电源系统和照明系统分别占数据中心总耗电量的 10%和 5%。
(三)温控系统持续优化,节能技术变革打开新机遇
温控系统多元化趋势,节能技术不断突破。 当前主流的制冷方式包括风冷、水冷、间接蒸发冷却和液冷技术,根据数据中心规模、环境特点选择合适的制冷技术。提高数据中心的能效,尤其是空调制冷系统的能效成为研究重点。目前,数据中心空调制冷能效比的提升主要从液冷和自然冷源两方面入手。从制冷方式来看,风冷将逐渐被安装灵活、效率更高的液冷方式所取代。液冷技术目前应用于 5G 场景,通常对骨干网 OTN 设备、承载网设备以及 5G BBU 设备进行液冷,采用液冷技术可以通过液体将发热元件热量带走,实现服务器的自然散热,相互传统制冷方法,液冷技术更为高效节能。
冷却系统不断优化。 为了客观评价这些制冷技术以便进一步提高节能减排效率,中国制冷学会数据中心冷却工作组研究认为:采用数据中心冷却系统综合性能系数(GCOP)作为评价指标更为合理。
其中,GCOP 为数据中心冷却系统综合性能系数指标,用于评价数据中心冷却系统的能效。为数据中心总能耗,其中不仅包括数据中心市电供电量,也包括数据中心配置的发电机的供电量。为制冷系统能耗,包括机房外制冷系统的能耗,另外包括 UPS 供电的制冷风扇、关键泵以及设备机柜内风扇等制冷设备产生的能耗。
实际情况中,为了使能效评价结果更具有说服力与可比较性。冷却工作组建议使用数据中心全年平均综合性能系统数的(GCOPA)指标和特定工况下数据中心冷却系统综合性能系数(GCOPS)作为评价标准。
冷却工作组根据上述标准针对来自内蒙古呼和浩特、广东深圳、河北廊坊等地的高效数据中心进行分析。这些数据中心分布在不同建筑气候区,使用了不同系统形式和运行策略,例如高效末端、自然冷却、AI 控制的运行优化等。数据表明西部地区建设新型数据中心制冷能耗较优。我国数据中心冷却系统能效存在极大差异,提升我国数据中心冷却系统的能效意义较大,冷却系统仍存在巨大的节能潜力。
数据中心容量不断扩充,中美两国贡献较多。 根据 Synergy Research Group 的最新数据显示,由大型供应商运营的大型数据中心数量已增至 700 家,而以关键 IT 负载衡量,美国占这些数据中心容量的 49%,中国是继美国之后对超大型数据中心容量贡献第二大的国家,占总量的 15%。其余的产能分布在亚太地区(13%)、EMEA 地区(19%)和加拿大/拉丁美洲(4%)。超大规模数据中心数量翻一番用了五年时间,但容量翻番用了不到四年时间。
空调系统建设成本较多。 根据IBM数据,数据中心的建设成本中空调系统的占比为16.7%。总体来说,2021 年数据中心基础设施设备总支出为 1850 亿美元,能源方面建设资本开支占较大份额,能源建设及利用效率有望进一步提升。
数据中心资本稳步增长,温控市场打开新空间。 根据 Synergy Research 的数据,2021年数据中心基础设施设备总支出(包括云/非云硬件和软件)为 1850 亿美元,公有云基础设施设备支出占比为 47%。面向硬件的服务器、存储和网络合计占数据中心基础设施市场的 77%。
操作系统、虚拟化软件、云管理和网络安全占了其余部分。参照 2021 年全球数据中心资本开支增长 10%的现实,假设未来 4 年数据中心每年资本开支保持增长 10%,我国数据中心温控系统市场规模 2021 年为 301 亿元,可在 2025 年达到 441 亿元。
(一)英维克:打造温控全产业链,行业高景气领跑者受益
国内技术领先的精密温控龙头,聚焦精密温控节能产品和解决方案。 公司自成立以来,一直专注于数据机房等精密环境控制技术的研发,致力于为云计算数据中心、通信网络、物联网的基础架构及各种专业环境控制领域提供解决方案,“东数西算”项目中提供节能技术。
公司营业收入高速增长,盈利能力表现良好。 2022Q1,公司实现营收 4.00 亿元,同比增长 17.10%,归母净利润 0.13 亿元,同比下降 59.26%,主要受原材料价格上涨、疫情反复等因素影响。2021 年英维克实现营业收入 22.28 亿元,同比增长 29.71%,自 2017 年以来 CAGR 达34.65%,主要是由于机房温控一些大项目验收确认,以及机柜温控节能产品收入增长。受益于整个行业的景气度,全年实现归母净利润 2.05 亿元,同比增长 12.86%,自 2017 年以来 CAGR达 24.25%,主要源自数据中心及户外机柜空调业务的持续增长。
公司毛利率总体稳定,未来有望止跌回升。 2021 年公司销售毛利率为 29.35%,同比下降9.50%,主要原因系上游原材料成本提升,公司整体盈利能力承压。净利率总体有所下降,销售净利率为 8.92%,同比下降 15.85%。随着公司持续数据机房等精密环境控制技术的研发,技术平台得到复用,规模效应愈发显著,公司未来毛利率及净利率有望企稳回升。
蒸发冷却、液冷技术为未来发展趋势,公司技术储备充足,产品系列覆盖全面。 目前国内数据中心温控方式仍然以风冷、冷冻水为主,由于热密度、耗能的提升,传统方案已经不能满足市场需求,散热方式逐渐从传统风冷模式发展到背板空调、液冷等新型散热方式,数据中心冷却系统呈现出冷却设备贴近服务器、核心发热设备的趋势,液冷、蒸发冷却技术优势明显。
研发投入持续增加提升核心竞争力,温控系统不断优化。 公司以技术创新作为企业发展的主要驱动力,不断加大研发投入。虽然受到上游原材料价格急速上涨和疫情反复的不利影响,公司始终坚持加大研发力度,为公司后续发展提供技术支撑。英维克作为细分行业龙头,及时捕捉市场发展动向,以技术创新作为企业发展的主要驱动力。
公司产品线丰富,方案灵活凸显竞争优势。 英维克的机房温控节能产品主要针对数据中心、服务器机房、通信机房、高精度实验室等领域的房间级专用温控节能解决方案,用于对设备机房或实验室空间的精密温湿度和洁净度的控制调节。其中包括 CyberMate 机房专用空调&实验室专用空调、iFreecooling 多联式泵循环自然冷却机组、XRow 列间空调、XFlex 模块化间接蒸发冷却机组、XStorm 直接蒸发式高效风墙冷却系统、XSpace 微模块数据中心、XRack 微模块机柜解决方案、XGlacier 液冷温控系统等产品与解决方案。
公司的产品直接或通过系统集成商提供给数据中心业主、IDC 运营商、大型互联网公司,历年来公司已为腾讯、阿里巴巴、秦淮数据、万国数据、数据港、中国移动、中国电信、中国联通等用户的大型数据中心提供了大量高效节能的制冷产品及系统。此外,英维克还提供机柜温控节能产品主要针对无线通信基站、储能电站、智能电网各级输配电设备柜、电动 汽车 充电桩、ETC 门架系统等户外机柜或集装箱的应用场合提供温控节能解决方案,以及用于智能制造设备的机柜温控产品。
(二)佳力图:运营商市场企稳互联网市场突破,业绩有望边际改善
精密环境温控龙头,打造恒温恒湿解决方案。 公司产品应用于数据中心机房、通信基站以及其他恒温恒湿等精密环境,公司客户涵盖政府部门以及通信、金融、互联网、医疗、轨道交通、航空、能源等众多行业。公司产品服务于中国电信、中国联通、中国移动、华为等知名企业。目前,公司拥有精密空调设备、冷水机组两大类产品,十三个系列产品线,产品的先进性、可靠性以及节能环保的优势在行业中始终保持主导地位,同时公司依托在环境控制技术和节能技术方面的优势,为数据中心提供节能改造服务。
公司营业收入保持增长,净利润有所下滑。2022Q1,公司实现营收 1.22 亿元,同比下降10.69%,归母净利润 0.14 亿元,同比下降 36.68%,主要受原材料价格上涨、疫情反复、竞争加剧等因素影响。
2021 年佳力图实现营业收入 6.67 亿元,同比增长 6.68%,自 2017 年以来CAGR 达 9.73%,全年实现归母净利润 0.85 亿元,同比下滑 26.35%,2021 年,公司主要是受到以下因素影响导致利润下滑,(1)南京疫情停工待产、限电限产、疫情延时交付验收的各种困难;(2)随着市场规模的不断扩大,国内机房空调市场竞争较激烈;(3)原材料价格特别是大宗商品价格持续上涨,原材料成本占公司营业成本平均比例达 70%以上,是公司产品成本的主要组成部分,铜、镀锌钢板在 2021 年度一直呈现上涨趋势,采购价格较 2020 年上涨了 20%-40%,导致公司成本呈现大比例增长。
图 17. 公司受多因素影响毛利率有所下降(单位:%)
公司精密环境领域产品丰富,技术先进。 公司产品应用于数据中心机房、通信基站以及其他恒温恒湿等精密环境,公司客户涵盖政府部门以及通信、金融、互联网、医疗、轨道交通、航空、能源等众多行业。公司产品服务于中国电信、中国联通、中国移动、华为等知名企业。
目前,公司拥有精密空调设备、冷水机组两大类产品,十三个系列产品线,产品的先进性、可靠性以及节能环保的优势在行业中始终保持主导地位,同时公司依托在环境控制技术和节能技术方面的优势,为数据中心提供节能改造服务。
研发投入不断投入,空调效率持续提升。 虽然受到上游原材料价格急速上涨和疫情反复的不利影响,公司始终保持加强技术研发团队建设,加强与高等院校、行业专家等机构、人士的合作,推动尖端理论研究和实践,依托现有的研发体系,充分发挥节能控制方面的技术优势,加快机房智能节能管理系统的研制,进一步提高公司产品的性能指标,加强在空调换热器效率提升、供配电技术方面的基础性研究实力,全面提升公司在机房环境控制一体化解决方案方面的创新能力。
公司核心技术不断凸显。 2021 年末公司拥有的核心技术有 36 项,同时有包含带封闭式高效冷却循环的通信模块、数据中心冷冻站集中控制系统、机房空调 VRF 系统、CPU 液冷技术、VRF 技术在机房空调领域的初级应用等 28 项在研项目。
(三)其他节能相关公司情况
申菱环境是国内提供人工环境调控整体解决方案的领先企业,服务场景数值中心、电力、化工、能源、轨道交通、环保、军工等领域。产品主要可分为数据服务空调、工业空调、特种空调三部分。公司是华为数据服务空调的主要供应商,与华为存在多年合作关系。除了华为业务的快速增长,也获得了腾讯等互联网龙头企业的认可。此外,申菱环境在储能方面也有布局。
依米康致力于在通信机房、数据中心、智慧建设以及能源管理领域为客户提供产品和整体解决方案,包括从硬件到软件,从室内精密空调到室外磁悬浮主机,从一体机和微模块到大型数据中心的设计、生产和运维服务,助力客户面对能源和生态挑战。公司信息数据领域的关键设备、智能工程、物联软件、智慧服务四大板块业务均可为数据中心产业链提供产品及服务。
高澜股份是国内领先的纯水冷却设备专业供应商,是国家级专精特新“小巨人”企业,从大功率电力电子装置用纯水冷却设备及控制系统起家,产品广泛应用于发电、输电、配电及用电各个环节电力电子装置。2020 年以来,通过企业并购,其新能源 汽车 业务收入大幅提升,动力电池热管理产品、新能源 汽车 电子制造产品收入占总营收比重均大幅上涨,合计收入占总营收比重达到 48.88%,首次超过纯水冷却设备成为公司第一大收入来源。
节能技术突破不及预期导致供给端产能释放缓;
原材料短缺及价格上涨;
市场竞争加剧;
下游数据中心市场增速不及预期。
欧盟各国能源安全战略体系的重要战略是立足国内,开发国内能源新源勘探、开发新能源/可再生能源,实行能源多元化的战略。所谓能源多元化,至少包括新能源的开发(比如氢能能)、可再生能源的开发(生物质能、水能等)、推动天然气为主的能源结构。多元化的核心就是“发展替代能源”,这是能源安全战略的一个重要方面,国际上的发展比较快,比如欧盟的氢能路线图等。
欧盟开发替代能源,实现能源种类多样化。欧盟对内能源战略的另一个主要内容是使能源种类多样化。在过去的几年中,欧盟全面审核了能源政策,制定了面向未来的战略规划。这些远景规划的主要方向是节能和开发替代能源,目标是:①到2010年将欧盟的能源消费从占世界总量的14—15%降低到12%。②把开发新能源作为政治上的优先目标。③到2030年将能源对外依存保持在70%。④可再生能源的使用达到12%。 ⑤达到《京都议定书》规定的标准。为了这些总体目标,欧盟还设立了具体的目标,例如:①整合内部市场。②审议能源税、能源节约和能源多样化计划。③推广新技术。④启动节约能源的计划。⑤发展使用清洁燃料的车辆。⑥复兴铁路交通、改善公路交通、提倡清洁的城市交通,实行污染赔偿原则等等。
欧盟也在由依赖外援逐步向独立自主方向发展,不断摆脱对外部能源的供应。欧盟强调开发自己的能源,主要是指多样化的能源。为了不受制于人,确保完全的行动自主,欧盟提出要提高能源效率,扩大核能利用规模,加强可再生能源的研发、应用和推广,大力发展低碳经济。目前,核能提供欧盟1/3强的电力。核能不仅供应稳定,而且价格稳定,特别是不排放CO2,问题在于要解决其安全性能和公众的接受程度。
目前,欧盟的电力生产已经达到了能源多样化的目标,欧盟在交通领域里也实现类似的能源多样化。欧盟有足够的技术能力开发生物燃料,热核燃料,以及氢燃料,但是这些开发都有一定的局限。
在欧盟国家,核电已有几十年的发展历史,核电已成为一种成熟的能源。核电是法国的动力之源。20世纪七八十年代的石油危机,促使化石能源匮乏的法国选择了发展核电的道路。法国目前拥有59座核反应堆,总装机容量超过63Gwe,每年提供4000亿千瓦时以上的电力。现在,法国80%的能源来自核能,15%来自水电,5%的调峰用电来自煤和石油。这得益于长期坚持的推进能源自主政策。法国还是世界上最大的电力净出口国,每年因此获得约26亿欧元的收入。为了发展核能,2002年10月10日欧洲法院颁布了一项条例,确认欧盟委员会对核安全负责。欧盟的扩大意味着将另外19个苏联设计的反应堆纳入欧共体。其中有些需要提前关闭。欧洲理事会决定拨款4.8亿欧元,用于欧洲原子框架计划(Euratom framework programme) (2002—06),并且考察如何更好地保障欧盟内部核能的高度安全,以及核裂变、核废料处理等技术性问题。
为了在技术上落实能源多样化战略,欧盟还于2003年启动了“欧洲智能能源”(EIE)项目,支持欧盟各项能源政策的落实,例如:在建筑和工业领域里提高能源的使用效率,促进新的可再生能源与当地环境和能源系统的整合,支持交通能源的多样化,如促进生物燃油的使用,以及支持发展中国家再生能源的开发和能源效率的提高,等等。
发展可再生能源和低碳能源战略
发展再生能源是欧盟能源政策的一个中心目标。可再生能源包括水能、风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能等,资源潜力大,环境污染低,可永续利用,是有利于人与自然和谐发展的重要能源。同时,从中长期来看,再生能源在经济上的竞争力可能不亚于传统能源。再生能源可以减少CO2的排放量,增加能源供应的可持续性,改善能源供应的安全状况,减少欧共体日益增长的对进口能源的依存度。
上世纪70 年代以来,可持续发展思想逐步成为国际社会共识,可再生能源开发利用受到欧盟各国高度重视,欧盟许多国家将开发利用可再生能源作为能源战略的重要组成部分,提出了明确的可再生能源发展目标,制定了鼓励可再生能源发展的法律和优惠政策,可再生能源得到迅速发展,成为各类能源中增长最快的领域。一些可再生能源技术的市场应用和产业,如光伏发电、风电等在近10 年的年增长速度都在20%以上,可再生能源发展已成为欧盟能源领域的热点。
各国可再生能源发展目标:
欧盟各国在推动可再生能源产业化的进程中,都强调了政府在可再生能源发展中的责任。通常是政府科技投入先行,随后进行市场开拓,以此来推动产业化进程。许多国家相继制定了阶段性的可再生能源的具体发展目标。1995年,欧盟发表了《能源政策绿皮书》,以此为基础,1997年通过欧洲议会白皮书——《未来能源:可再生能源》,确定了欧盟在能源结构中增加可再生能源比例的行动纲领,提出可再生能源在一次能源消费中的比例将从1996年的6%提高到2010年的12%,可再生能源电力装机容量在电力总装机容量中的比例也将从1997年的14%提高到2010年的22%,其中主要是生物质能发电和风力发电。根据 1997年欧盟制定的《可再生能源白皮书》,2010年欧盟可再生能源的发展目标是占整个能源的比重达到12%,比1998年的6%翻一番。
各个成员国也出台了各自的发展目标。德国和英国承诺,到2010年和2020年可再生能源发电量的比例将分别达到10%和20%。按照德国新的《可再生能源法》规定,到2020年把风能、生物质能、水能和太阳能的发电量提高10%,使其占德国总发电量的20%。
2006年2月初,英国一家专业公司向英国政府提供了一份有关能源安全的“2020远景计划”,提出英国应该在北海的油气枯竭之前,充分重视可再生能源的替代作用。21世纪以来,英国以“低碳经济”为目标,拟定了新能源战略。2003年其以《英国政府未来的能源——创建低碳经济体》发布的白皮书,宣布了英国未来半个世纪的能源战略:到2050年使英国转变为低碳经济型国家。为实现这一长远目标,英国将致力于研发、应用并输出先进技术,创造更多商业机会和就业机会,并在欧洲乃至全球能源科技和能源市场的稳定、可持续、有益环保中,发挥主导作用。
西班牙表示,2010年其可再生能源发电的比例将超过29%。北欧部分国家提出了以风力发电和生物质发电逐步替代核电的目标。
欧盟议会、欧盟委员会、欧盟理事会及欧盟首脑会议围绕能源供给、内部能源一体化市场的构建、国际能源市场的协调、加强节能技术、推动可再生能源的研发和推广以及实现减排目标等进行了不懈努力。
2006年通过了《欧盟未来三年能源政策行动计划》(2007至2009年),采取综合措施以确保欧盟中长期能源供应;2007年决定继续执行欧盟《第五个课持续发展规划》,制定二氧化碳排放税收制,设定减排目标,提高可再生能源在能源消费中的比重等;2007年欧盟确立《能源与运输发展战略》,在交通运输领域提高能效,支持替代能源和可再生能源的研究,鼓励广泛的节能与减排研究;2009年4月,出台了《气候行动和可再生能源一揽子计划》,将减排目标和可再生能源发展紧密结合,提出了更宏伟的目标和更具体的实施方案。
欧盟的能源环保政策上有欧盟跨国政策的鼎力推动、有各成员国政府的积极领导以及能源管理机构牵头,下有基础设施部门、能源企业和市民的广泛热情参与。一路走来,欧盟的能源环保政策紧密结合,日趋成熟。
欧盟在新能源领域的大手笔:欧盟不仅是能源消耗重地,也是能源进口大国。为确保稳定可靠的能源供应,欧盟一方面要开展紧密的能源合作,加强与能源出口国家和地区的战略合作伙伴关系,如俄罗斯、中亚、里海与黑海等,同时也要加强与能源组织的合作,如与欧佩克、经合组织及大型跨国能源集团等的合作。
《欧盟未来三年能源政策行动计划》:
2006年通过的《欧盟未来三年能源政策行动计划》(2007年至2009年)提出要提高能源效率,以达到欧盟至2020年减少能源消耗20%的目标,要求各成员国要明确节约能源的“责任目标”,依照各国的经济与能源政策特点,确定主要的节能领域以便迅速采取落实措施。如对民众家庭、公共场所、政府机构、旅游饭店及商业建筑、城市灯光景观和道路照明等电力消耗领域,鼓励尽快更换节能灯与节能器材。照此速度发展,仅2007年至2009年三年欧盟就可节省10%至20%的电力消耗。欧盟还进一步扩大对核能的利用与开发,增加安全性保障、减少核废料污染等技术研究的资金与人力投入。
《计划》还要求加大对研究新能源技术与开发绿色能源的力度,大力推动新型能源与绿色能源的使用工作,规定在2007年至2009年这3年要达到10%的可再生能源与自然能源的使用目标,并根据不同国家进行目标分解。从《计划》的执行情况看,目前在欧盟成员国内已经有上百家研究机构和企业重点从事绿色能源和可再生能源的研究与开发工作。风能、太阳能、地热等自然能源的使用已经由工业、农业向商业和民用领域普及,并逐渐进入到民众的日常生活中。有专家称,目前欧盟在通过植物分解以生产再生能源方面的技术已经日渐成熟,欧盟正在降低成本与技术推广方面采取更加积极的鼓励政策,通过给使用绿色能源与节能设备的用户以资金补偿或奖励来进行新技术的推广普及,相关措施已在大部分成员国开始实行。
欧盟促进可再生能源发展的主要政策措施:
欧盟指导可再生能源发展的政策文件,主要有4种类型:《能源政策白皮书》(其中有可再生能源发展方面的论述);《可再生能源白皮书》及其《行动计划》;《能源供应绿皮书》(在出版白皮书之前,先出版绿皮书;在某种程度上绿皮书是征询各成员国意见的文件);欧盟指令。欧盟指令是指导各成员国立法的具有法律约束力的文件,其对促进可再生能源发展的规定比较具体。涉及到可再生能源发展的欧盟指令有:2001/77/EC指令(关于可再生能源),2003/30 /EC指令(关于生物柴油),2003/96/EC指令(关于能源税收),2003/54/EC指令(关于电力市场自由化)等。欧盟可再生能源的发展,是政府政策和市场机制相互配合的结果。
2003年5月,经过艰难的谈判,欧盟通过了一项促进在交通领域使用生物燃油的指令。按照这项指令,到2005年底,欧盟境内生物燃油的使用应当达到燃油市场的2%,到2010年底达到5.75 %。到2020年,用于交通的燃料要有20%是新型燃料。
欧盟决策者认识到,再生能源的开发和使用问题不在于技术,而在于强大的政治支持,没有政治支持,就会因为费用问题而被搁置。政治支持不是口号,还包括提供土地,把传统能源作为备用(因为再生能源可能会间断),容忍比传统能源高得多的价格,以及投资未来、鼓励创新、监督共同措施的执行等管理措施,需要政府和企业配合,干预市场行为,甚至干预社会生活。非如此,难以实现欧盟能源供应安全的长远目标。
强调发展绿色能源与节能技术并举是欧盟能源可持续发展战略的组成部分。欧盟要领导新的全球技术革命。打开欧盟光辉卓越的能源环保历史成绩单,我们不难得出结论:欧盟无论是在能源环保战略还是具体的实施细则、法律法规上,都可以说是遥遥领先,基础雄厚,实力不容小觑。欧洲有很多的煤,而且很便宜,问题在于怎样通过技术革命,用经济实惠的方法使它变得更加清洁。研发能源清洁技术,如对传统的煤、薪柴等的洁净化处理,提高了能源利用效率;努力研发新能源技术,加速生物能、氢能、太阳能、风能等技术的转让、试验与应用;同时,在当前经济危机的狂风暴雨中,以及世界各国愈演愈烈的能源大战的形势下,欧盟在能源和环保领域的这两项大计划可谓是雄心万丈、面面俱到,相比奥巴马的能源新政也更全面系统、具有可操作性,难怪欧盟声称“要引领一场新的全球技术革命”。
清洁能源和可再生能源是顺应国家节能减排和发展可再生能源,清洁能源政策需要,能源企业,交通运输管理部门,船舶设计与研究等这些企业都需要响应国家政策,节能减排,研究发现可再生能源的清洁能源来代替现在的污染比较严重的石油和煤炭能源。
国家现在大力倡导使用清洁能源,培养新能源工业急需,掌握清洁能源,新能源工程,节能工程,能效政策,能源信息管理相结合和的复合型人才,可再生能源和清洁能源的研究生就业发展前景十分广阔。
2、新能源接入和调控能力建设。实现大容量风电、光伏发电等新能源运行信息的采集、监视和预测,实现间歇性能源与常规电源的协调运行,保障大容量新能源的有效接纳。
3、电力通信网络和调度数据网建设。覆盖各省网的五大自愈传输环网将得到重点建设,从而完善调度数据网络双平面。通信信息平台的重点工程是国家电网资源计划系统(SG-ERP)。