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中国数字基建的脱碳之路：数据中心与5G减碳潜力与挑战（2020-2035）

核心内容

本报告分析了中国数字基础设施（包括5G基站和数据中心）的能耗与碳排放现状及未来趋势，探讨了其在实现“双碳”目标中的减碳潜力与挑战，并提出了政策与企业层面的绿色低碳发展建议。

主要观点

• 数字基础设施的重要性：数字技术与基础设施已成为应对气候变化与碳中和的关键，其在提升能源与资源使用效率、促进生产效率与碳效率双提升方面发挥重要作用。
• 能耗与碳排放挑战：5G和数据中心的能耗和碳排放将持续增长，5G基站的能耗和碳排放预计在2035年达到2020年的2.5~3倍，数据中心和5G的碳排放总量预计达2.3~3.1亿吨。
• 减碳潜力：数字技术在电力、交通、工业和农业等领域的应用可显著减少碳排放，但实现减排效果还需政策、技术与投资的协同推进。
• 可再生能源的应用潜力：随着技术进步和政策支持，可再生能源在数字基础设施中的应用将逐步扩大，未来十年储能成本预计下降49%，推动绿色转型。
• 绿色低碳发展路径：为实现碳中和，需加强政策引导、完善市场机制、推动企业采用可再生能源并提升能源信息披露。

关键信息

数字基础设施现状

• 5G基站：截至2020年底，中国5G基站数量约71.8万个，占全球70%。5G单设备功耗是4G的2~3倍，但单位数据传输能耗仅为4G的1/10。
• 数据中心：2020年全国数据中心机架数约428.6万架，数据中心能耗总量约1,507亿千瓦时，碳排放总量达9,485万吨，其中河北、江苏、北京、上海、广东五省区排放量占全国的35%。

能耗与碳排放预测

• 5G基站：预计2035年全国5G基站能耗为2,446~2,965亿千瓦时，碳排放量为8,170~11,771万吨。
• 数据中心：预计2035年全国数据中心机架数约1,491.1万架，数据中心和5G总用电量将达6,951~7,820亿千瓦时，占全社会用电量的5~7%。

绿色低碳发展建议

• 政策建议：

  1. 加强顶层设计，制定数字基础设施“双碳”路线图。
  2. 完善可再生能源使用考核体系，与数据中心审批挂钩。
  3. 完善可再生能源市场化交易机制，推动绿色电力证书制度。
  4. 健全激励机制，引导资本投入绿色低碳基础设施。

• 企业行动建议：

  1. 设立2030年前实现100%可再生能源目标。
  2. 扩大可再生能源采购规模，推动市场化机制。
  3. 提高能源信息披露，披露温室气体排放与用能信息。

研究方法

• 文献研究：综合分析数字技术对减排的积极作用及数字基础设施自身的能耗与碳排放问题。
• 模型分析：建立数学模型预测2035年数字基础设施的用电量与碳排放趋势。

研究局限性

• 未涵盖智能终端设备、生产制造与建设过程的碳排放。
• 未考虑6G、自动驾驶、虚拟现实等新兴技术的能耗与碳排放影响。

图表目录

• 图2.1：“十四五”数字基础设施建设的碳排放影响分析
• 图3.1：2020~2030年中国5G产值规模预测
• 图3.2：2020~2035年中国数据量增长规模预测
• 图3.3：2016~2035年中国云计算产值规模及预测
• 图3.4：2020~2035年中国5G基站增长情况
• 图3.5：5G基站能耗分布
• 图3.6：2020~2025年5G单站设备功耗发展趋势
• 图3.7：2016~2035年中国数据中心产值增长情况
• 图3.8：2016~2035年中国数据中心机架增长情况
• 图3.9：2020~2035年中国分地区数据中心机架数增长率
• 图4.1：主要省份“十四五”新能源装机规划
• 图4.2：2020年中国不同类型电源累计装机量及占比
• 图4.3：2020年中国新增发电装机量占比
• 图4.4：2018~2023年中国储能新增规模预测
• 图4.5：2020年中国不同发电技术的平准化发电成本
• 图4.6：新建光伏与陆上风电平准化发电成本与现有燃煤和燃气电厂运营成本对比
• 图4.7：2019~2030年全球化学储能（四小时电站级）成本预测
• 图4.8：2020年全球不同地区PPA签署量

表格目录

• 表2.1：2020~2030年全球ICT产业能耗预测
• 表2.2：2015~2017年中国数据中心能耗规模分析
• 表3.1：全国及各地区5G基站规模
• 表3.2：全国4G基站发展情况
• 表3.3：全国及各地区5G基站建设规划情况
• 表3.4：5G主用设备实测功耗
• 表3.5：5G主用设备典型功耗
• 表3.6：2020年全国及各地区5G基站能耗
• 表3.7：2020年全国及各地区电网排放因子
• 表3.8：2020年全国及各地区5G基站碳排放量
• 表3.9：中国数据中心区域分布情况
• 表3.10：数据中心能耗计算关键指标
• 表3.11：2020年全国及各地数据中心机架数
• 表3.12：2020年全国及各地区数据中心碳排放量
• 表3.13：2035年中国数据中心机架数区域分布系数
• 表4.1：主要省份“十四五”新能源装机规划
• 表4.2：主要省份新能源发电配置储能政策
• 表4.3：数据中心参与电力市场交易政策
• 表4.4：可再生能源进入电力市场交易省市
• 表4.5：可再生能源采购方式总结与对比

结论

中国数字基础设施在未来十年内将面临巨大的能耗与碳排放增长，但通过可再生能源的广泛应用与绿色技术的持续发展，有望实现低碳转型。政策与企业需协同推进，以确保数字基础设施的可持续发展，助力中国实现“双碳”目标。