“雙碳”目標(biāo)下的信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑探索
——以數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)鏈為例

靳文虎, 王 偉,2, 劉 恒, 馬 杰, 趙 威, 韓 媛

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西寧自然資源綜合調(diào)查中心信息化室, 西寧 810000; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地理與信息工程學(xué)院, 武漢 430000)

隨著我國(guó)進(jìn)入“十四五”發(fā)展的快車道,信息化呈現(xiàn)突飛猛進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢(shì),與此同時(shí),在新一代信息技術(shù)不斷創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)之下,信息化帶動(dòng)了整個(gè)信息化產(chǎn)業(yè)鏈的迅速崛起。為給新一代信息技術(shù)的發(fā)展提供成長(zhǎng)壯大的肥沃土壤,越來(lái)越多的企業(yè)加入“數(shù)據(jù)中心”的建設(shè)大軍,一定程度上符合國(guó)家加快推進(jìn)“數(shù)字中國(guó)”的戰(zhàn)略理念,但與此同時(shí)所造成的資源浪費(fèi)、能源消耗巨大的問(wèn)題也日益凸顯。

為有效緩解信息化發(fā)展與資源能源損耗之間的矛盾,助力國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),做到信息化與綠色化兩手抓、兩手都要硬,在《“十四五”國(guó)家信息化規(guī)劃》中明確指出,以數(shù)字化引領(lǐng)綠色化,以綠色化帶動(dòng)數(shù)字化。由此可見(jiàn),在“雙碳”目標(biāo)(2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”的目標(biāo))的驅(qū)動(dòng)之下,綠色發(fā)展的理念也逐步成為信息化建設(shè)的根本遵循,綠色信息化也將成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)中所應(yīng)堅(jiān)持的基本理念。

1 項(xiàng)目選擇與現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)中心在支撐我國(guó)信息化發(fā)展中起到關(guān)鍵性作用,但通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,不難發(fā)現(xiàn),數(shù)據(jù)中心在其建設(shè)運(yùn)行的過(guò)程中,直接或間接地造成了化學(xué)污染、碳排放污染、固體廢棄物污染及電力能源緊缺的問(wèn)題,簡(jiǎn)稱“三污染一緊缺”(表1)。通過(guò)分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境污染這一對(duì)矛盾,從問(wèn)題根源入手,有利于針對(duì)具體的污染問(wèn)題進(jìn)行具體的應(yīng)對(duì)措施分析,為信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

表1 三污染一緊缺

2022年4月,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西寧自然資源綜合調(diào)查中心數(shù)據(jù)服務(wù)中心建設(shè)項(xiàng)目正式啟動(dòng),在項(xiàng)目論證和方案起草階段,堅(jiān)持綠色化的建設(shè)理念,實(shí)現(xiàn)信息化與綠色化的有機(jī)融合。在該項(xiàng)目需求分析階段,通過(guò)研究綠色化在信息化建設(shè)中的具體體現(xiàn),以電子信息產(chǎn)業(yè)為主線,從信息化的生產(chǎn)企業(yè)、需求分析、建設(shè)運(yùn)行和報(bào)廢回收4個(gè)階段入手,整合現(xiàn)行法律法規(guī)、技術(shù)方法和實(shí)踐指導(dǎo),形成信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑,以期實(shí)現(xiàn)“信息化”與“綠色化”協(xié)同發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)。

1.1 化學(xué)污染

據(jù)研究表明,電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)在制作電子元件的過(guò)程中,需要用到大量的金屬元素和鹵族元素,如砷、鎳、鉻、銀、鎘、錫等[1]。如果將含有鉛、鎘、水銀等多種有害物質(zhì)的電子產(chǎn)品[2],不經(jīng)處理直接掩埋或者焚燒,會(huì)導(dǎo)致二噁英類化合物的排放,直接污染水質(zhì)、土壤和空氣[3],并經(jīng)過(guò)大自然生物鏈的循環(huán)從而威脅人類健康[4]。

1.2 碳排放污染

數(shù)據(jù)中心在運(yùn)行的過(guò)程中,會(huì)釋放大量的二氧化碳,造成碳排放量過(guò)大。根據(jù)《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)》報(bào)告的預(yù)測(cè),在“十四五”期間,數(shù)據(jù)中心和5G的碳排放量累計(jì)增加值約為6.36萬(wàn)t(圖1)。到2035年,5G碳排放增長(zhǎng)率為192%。數(shù)據(jù)中心的碳排放增長(zhǎng)率為59%。顯而易見(jiàn),碳排放量的增長(zhǎng),與“雙碳”目標(biāo)背道而馳。

圖1 “十四五”數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的碳排放影響分析(五年累計(jì))

1.3 固體廢棄物污染

根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司(international data corporatio,IDC)《2021年第四季度中國(guó)服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)?！方y(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,2021年第四季度,中國(guó)x86服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模為456.63億元,出貨量為114.4萬(wàn)臺(tái)。由此可見(jiàn),服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中心當(dāng)中最基礎(chǔ)的硬件設(shè)施,需求量巨大。此外,根據(jù)中國(guó)物資再生協(xié)會(huì)的調(diào)研和分析,預(yù)估在未來(lái)服務(wù)器的報(bào)廢數(shù)量為2025年562.2萬(wàn)臺(tái)、2030年823.5萬(wàn)臺(tái)、2035年 1 084.2 萬(wàn)臺(tái)(圖2)。如此龐大的數(shù)量,如果處理不當(dāng),將會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物污染,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。

圖2 服務(wù)器報(bào)廢數(shù)量預(yù)估

1.4 電力能源緊缺

2021年,國(guó)內(nèi)超過(guò)10個(gè)省份先后宣布“拉閘限電”,電力能源緊缺導(dǎo)致企業(yè)停工停產(chǎn)成為急需解決的供需矛盾問(wèn)題。根據(jù)《中國(guó)數(shù)據(jù)中心發(fā)展白皮書(2023)》統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,中國(guó)已成為全球第二大互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(internet date center,IDC)市場(chǎng)。截至2022年底,全國(guó)數(shù)據(jù)中心總機(jī)架數(shù)遠(yuǎn)超428.6萬(wàn)架,數(shù)據(jù)中心用電量約占中國(guó)總用電量的2.7%,并且隨著從數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本(OPEX)來(lái)看,電力和折舊成本占到運(yùn)營(yíng)支出的70%以上,其中,電力成本占比高達(dá)57%。據(jù)《2021年中國(guó)數(shù)據(jù)中心報(bào)告》保守估計(jì),預(yù)計(jì)至2035年,數(shù)據(jù)中心能耗增長(zhǎng)為199%,5G能耗增長(zhǎng)為345%(圖3),如此龐大的能耗增長(zhǎng),勢(shì)必會(huì)造成電力能源的緊缺。

圖3 5G和數(shù)據(jù)中心能耗增長(zhǎng)

由此可見(jiàn),在龐大的信息化產(chǎn)業(yè)鏈的背后,是對(duì)環(huán)境、資源、能源及人類帶來(lái)的威脅,因此,貫徹電子信息產(chǎn)業(yè)“綠色化”發(fā)展理念,構(gòu)建信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑,不僅是信息產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路,而且是建設(shè)“綠水青山”的有效舉措。

2 電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑概述

2.1 電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化

電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化是指從組織管理的角度出發(fā),對(duì)電子信息產(chǎn)業(yè)流程進(jìn)行生態(tài)化改造,引入“綠色化”發(fā)展理念和“環(huán)境友好型”新技術(shù),貫穿于產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié),在實(shí)現(xiàn)電子信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí),讓綠水青山持續(xù)發(fā)揮生態(tài)效益,為電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)綠色經(jīng)濟(jì)效益[5]。在國(guó)家“可持續(xù)發(fā)展”“雙碳”目標(biāo)、“綠色化”發(fā)展等理念的引領(lǐng)之下,我國(guó)在電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)方向的研究也在逐步趨于成熟。

2.2 電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑

以數(shù)據(jù)中心建設(shè)為例,構(gòu)建以電子信息產(chǎn)業(yè)為源頭,從數(shù)據(jù)中心建設(shè)的需求分析階段、建設(shè)運(yùn)行階段、報(bào)廢回收階段進(jìn)行分析的電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑(圖4),為貫徹落實(shí)綠色信息化發(fā)展理念,樹(shù)立數(shù)字化與綠色化并重的發(fā)展目標(biāo)提供依據(jù)。

圖4 電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑

3 電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化路徑構(gòu)建

3.1 電子信息生產(chǎn)企業(yè)

作為電子信息產(chǎn)業(yè)的源頭,電子信息生產(chǎn)企業(yè)在整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的最上游,電子信息產(chǎn)品設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn),直接決定了企業(yè)的使用過(guò)程中,能否有效落實(shí)綠色發(fā)展的理念。2005年,國(guó)家環(huán)?？偩职l(fā)文(環(huán)辦函[2005]86)明確,自2006年7月1日起,投放入市場(chǎng)的電子信息產(chǎn)品,不能含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、溴化聯(lián)苯、溴化聯(lián)苯乙醚等有害物質(zhì)。企業(yè)應(yīng)當(dāng)在自主可控的范圍之內(nèi),加大科技研發(fā)的投入,運(yùn)用數(shù)字柔性化生產(chǎn),加快有毒有害物質(zhì)原件的替代研究,推動(dòng)生產(chǎn)、運(yùn)維、質(zhì)檢、封裝等全流程碳減排[6],從源頭進(jìn)行管控。

3.2 規(guī)劃階段

3.2.1 需求分析階段

數(shù)據(jù)中心作為信息化鏈條上的耗能大戶,其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。但是在實(shí)踐中,爭(zhēng)先恐后的搶建造成的是數(shù)據(jù)中心的冗余。因此,在需求分析階段貫徹“綠色化”指導(dǎo)理念尤為重要。

在進(jìn)行需求分析以及項(xiàng)目可行性研究階段,要充分考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:是否迫切要建數(shù)據(jù)中心;數(shù)據(jù)中心能夠給單位的建設(shè)發(fā)展帶來(lái)什么;單位是否有能力支撐起數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行。不能一味追求政績(jī),從而造成資源的浪費(fèi)。

3.2.2 方案設(shè)計(jì)階段

在數(shù)據(jù)中心的方案設(shè)計(jì)階段,嚴(yán)格遵循中國(guó)電子學(xué)會(huì)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)T/CIE049—2018《綠色數(shù)據(jù)中心評(píng)估準(zhǔn)則》,綜合考慮綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)過(guò)程中電能使用效率、節(jié)能措施、能源管理制度、水資源利用、資源循環(huán)利用、優(yōu)化物質(zhì)控制、可再生能源利用和基礎(chǔ)設(shè)施安全性等8個(gè)項(xiàng)目及加分項(xiàng)組成的評(píng)估體系(圖5),對(duì)每一個(gè)評(píng)估項(xiàng)目進(jìn)行綜合考慮,按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)直接賦值[7],讓綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)有章可循、有據(jù)可依。

圖5 綠色數(shù)據(jù)中心評(píng)估體系

3.3 建設(shè)運(yùn)行階段

3.3.1 設(shè)備采購(gòu)階段

在采購(gòu)的過(guò)程中,買方和賣方都應(yīng)遵守國(guó)家的法律法規(guī),買方和賣方在設(shè)備打包或運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中,不采用過(guò)度包裝和不利于環(huán)境保護(hù)的包裝,不采用不利于回收的包裝,真正將綠色原則貫穿信息化建設(shè)的全流程。

3.3.2 建設(shè)階段

在建設(shè)中應(yīng)當(dāng)逐漸改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)思維,讓“以柜替房、以桿替柜”的多元建設(shè)模式逐步占據(jù)主要位置,數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)混凝土建筑也要逐步向預(yù)制裝配式的建設(shè)模式過(guò)度[6]。

為了防止服務(wù)器、交換機(jī)等精密設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中因溫度過(guò)高而導(dǎo)致設(shè)備的損壞,通過(guò)購(gòu)買控溫系統(tǒng),根據(jù)季節(jié)、氣溫的變化,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)房?jī)?nèi)溫度,同時(shí)根據(jù)數(shù)字設(shè)備的負(fù)荷,智能調(diào)節(jié)機(jī)房?jī)?nèi)溫度。

針對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)空間比較封閉,數(shù)據(jù)中心可以利用以下制冷設(shè)施和技術(shù)來(lái)維持機(jī)房?jī)?nèi)精密設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定。一是新風(fēng)一體化精密空調(diào)系統(tǒng)。利用上送風(fēng)、側(cè)回風(fēng)技術(shù),自下而上送風(fēng),從而有效降低機(jī)房設(shè)備的溫度[8]。二是液冷技術(shù)。通過(guò)直接和間接冷卻兩種方式[9]。通過(guò)冷液的流動(dòng)或蒸發(fā),直接或間接置換散熱冷板的溫度,從而有效降低設(shè)備運(yùn)行溫度。三是基于物聯(lián)網(wǎng)的冷量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)[10]。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)“萬(wàn)物互聯(lián)”的特點(diǎn),充分來(lái)完成對(duì)溫度、濕度、風(fēng)力等數(shù)據(jù)的感知,通過(guò)網(wǎng)路傳輸并進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)溫度的智能調(diào)控。

3.3.3 運(yùn)行維護(hù)階段

運(yùn)行維護(hù)是信息化建設(shè)流程中持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一個(gè)階段,對(duì)于綠色發(fā)展理念的貫徹執(zhí)行至關(guān)重要。一是要提高算力,采用集中式的數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)算力資源的共享,同時(shí)借助外部算力,形成混合云的協(xié)作模式實(shí)現(xiàn)高效的算力資源利用。其次通過(guò)對(duì)設(shè)備資源利用率實(shí)施監(jiān)控,刪除無(wú)效資源及時(shí)釋放存儲(chǔ)空間,縮減低效率使用資源,以實(shí)現(xiàn)提高算力的目標(biāo)[11]。二是數(shù)據(jù)治理,通過(guò)良好的路徑和機(jī)制,以實(shí)現(xiàn)高效使用數(shù)據(jù)為目的,及時(shí)減少數(shù)據(jù)冗余,避免重復(fù)采集數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)使用、高效挖掘,最大限度降低數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)過(guò)程中額外的能源開(kāi)銷[12]。通過(guò)一系列新手段、新技術(shù)、新方法,提高設(shè)備運(yùn)算效率,以期達(dá)到減少能耗、降低碳排放的目的,為節(jié)約能源、減少能耗提供有效推動(dòng),助力綠色信息化理念落地見(jiàn)效。

3.4 報(bào)廢回收階段

針對(duì)電子垃圾,政府部門應(yīng)當(dāng)持續(xù)增加對(duì)電子垃圾回收的優(yōu)惠政策,鼓勵(lì)企業(yè)主動(dòng)承擔(dān)起綠色發(fā)展的義務(wù),增強(qiáng)科技創(chuàng)新意識(shí),提高廢舊電子產(chǎn)品的回收利用效率。電子產(chǎn)品廢棄物中含有大量的貴金屬及稀有金屬,將這些電子垃圾進(jìn)行回收利用,變廢為寶,直接投入新的生產(chǎn)使用中,形成電子信息產(chǎn)業(yè)循環(huán)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)[14]。

企業(yè)應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎處理電子垃圾中的致癌物、輻射元素和有毒優(yōu)化物質(zhì)等的電子元件。在焚燒、填埋的過(guò)程中,要時(shí)刻遵守相關(guān)法律法規(guī),建立危險(xiǎn)廢物管理臺(tái)賬,如實(shí)記錄和保管有關(guān)信息和資料,由所在地生態(tài)環(huán)境主管部門利用新技術(shù)和新方法,對(duì)電子垃圾進(jìn)行無(wú)害化處理后再進(jìn)行處理。

4 結(jié)論

隨著信息化發(fā)展腳步的加速,“綠色信息化”發(fā)展理念成為越來(lái)越多的企業(yè)發(fā)展所應(yīng)遵循的理念。本文以綠色信息化為發(fā)展理念,以電子信息產(chǎn)業(yè)為研究思路,分析電子信息產(chǎn)業(yè)面臨的現(xiàn)狀,重點(diǎn)分析以下4個(gè)方面:①電子信息生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)用數(shù)字柔性化生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排;②在需求分析階段嚴(yán)格需求分析和可行性研究,有效限制數(shù)據(jù)中心建設(shè);③在建設(shè)運(yùn)行階段,利用減少過(guò)度包裝、購(gòu)買精密空調(diào)、利用冷液技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)冷量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)、提高算力以及數(shù)據(jù)治理方式,降低能源消耗;④在報(bào)廢回收階段,通過(guò)對(duì)廢舊電子產(chǎn)品的有效回收處理,以此減少環(huán)境污染。通過(guò)對(duì)4個(gè)階段的全面分析,構(gòu)建起電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)化的路徑,為建立電子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)園區(qū)提供理論支撐并為踐行綠色信息化的發(fā)展理念提供依據(jù)。在未來(lái)信息化工作的開(kāi)展過(guò)程中,要始終以“綠色信息化”發(fā)展理念為遵循,致力于研究減少信息化產(chǎn)業(yè)污染,降低信息化能源消耗,為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供強(qiáng)有力的理論和實(shí)踐支撐。