一张地图看清全国数据中心碳效 CUE 0.668→0.736 的地域密码

发布时间：2026/8/11 17:16:55　访问114次

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  在"双碳"战略持续深化的背景下，国家对数据中心的管控正从"能耗双控"加速转向"碳排放双控"。碳利用效率（CUE）将成为继 PUE 之后，衡量数据中心绿色程度的又一关键指标。

  那么，中国各地区数据中心的 CUE 到底呈现怎样的空间格局？"东数西算"的低碳价值究竟有多大？通过对全国 270 个气象站点的水侧自然冷却系统建模计算，首次绘出了一张"全国数据中心 CUE 地图"。

  一、为什么是 CUE？从"能耗双控"到"碳排放双控"

  2023 年 7 月，中央全面深化改革委员会审议通过《关于推动能耗双控逐步转向碳排放双控的意见》，标志着我国正式从传统的能源消耗总量与强度控制，向碳排放总量与强度控制转变。

  数据中心是这场转型中无法绕开的关键领域。研究显示，数据中心能耗占全球能耗的比例将从 2015 年的 0.9% 上升到 2030 年的 8%，且仍在持续攀升。

  2024年7月，国家发展改革委联合工信部、国家能源局、国家数据局印发《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》（发改环资〔2024〕970 号），明确提出到 2025 年底：全国数据中心整体上架率不低于 60%、平均PUE降至1.5以下、可再生能源利用率年均增长10%。

  在这一政策背景下，CUE——这个由绿色网格组织（TGG）于 2010 年提出的指标——正从"学术概念"走向"管控工具"。

  二、CUE 怎么算？一个公式看懂

  碳利用效率（CUE）的定义为：数据中心总能耗导致的二氧化碳排放当量与 IT 设备耗电量的比值。

  ε_CUE = E_total / E_IT

  其中，E_total由四部分构成：购入电量排放 E_el、净购入热量排放 E_h、化石燃料燃烧排放 E_f，再扣除余热外送抵消量 E_ex,h。本研究依据 2022 年中国电子节能技术协会发布的 T/DZJN 93—2022《数据中心碳排放评价规范》开展核算。

  关键参数取值如下：

  表A  CUE 核算关键排放因子
  参数	取值	来源
  电网 CO₂ 排放因子 Fel	0.5568 kg/(kW·h)	生态环境部 2024 年 4 月
  热力 CO₂ 排放因子 Fh	110 kg/GJ	GB/T 32151.10—2015
  柴油 CO₂ 排放因子 Ff	2.87 kg/kg	T/DZJN 93—2022 附录

  
  

  值得一提的是，国家电网排放因子正逐年下降：2015 年为 0.610 kg/(kW·h)，2024 年 4 月生态环境部公布的最新值已降至 0.5568 kg/(kW·h)。这意味着，随着绿电比例提升，全国数据中心 CUE 将随之自然走低。

  三、典型数据中心长什么样？

  1. 空调系统：水侧自然冷却成主流

  科智咨询2021年报告显示，新建数据中心90%以上采用冷水空调系统。本研究聚焦既有大型数据中心应用最广的"水侧自然冷却系统"，其典型原理如下图所示。

  2. 电源系统：2N 架构 + 双变换/经济运行

  国内大型 A 级数据中心常采用 2N 供电架构。为兼顾可靠性与低损耗，1 路 UPS 采用双变换运行模式，1 路 UPS 采用经济运行模式；并按 (N+X) 冗余配置后备柴油发电机。

  四、北京样本：一栋数据中心一年排多少碳？

  以北京地区为典型样本，基于水侧自然冷却系统建模，一栋标准数据中心全年各系统能耗如下表所示：

  表1  数据中心空调系统全年能耗（万 kW·h）

   

  系统分类	能耗/（万 kW·h）
  IT 设备	17182.7
  空调冷源	2165.0
  空调末端	721.7
  空调系统合计	2886.7

   

  表2  数据中心电源系统、照明及其他系统全年能耗（万 kW·h）

   

  系统分类	能耗/（万 kW·h）
  IT 设备	17182.7
  电源系统	945.0
  照明及其他	257.7
  电源系统合计	1202.7

  后备柴油发电机：每月仅空载测试 10 分钟

  以 1 栋装机 3923 机架、平均单机架功率 5 kW 的数据中心为例，需配置 2000 kW 高压油机 16 台（1 台备用）。按物业管理常规要求，每台油机每月空载运行 10 min，单台 2000 kW 油机空载耗油量约 30 kg/h，全年柴油消耗量如下：

  表3  数据中心全年柴油消耗量

   

  单台油机空载耗油量/[kg/(台·h)]	油机台数/台	单台全年运行小时数/h	全年柴油消耗量/kg
  30	16	2	960

  折算碳排放：一年约 11.8 万吨 CO₂

  将上述能耗按电网排放因子 0.5568 kg/(kW·h)、柴油排放因子 2.87 kg/kg 折算，得到北京地区典型数据中心全年碳排放构成：

  表4  数据中心各系统能耗与碳排放

   

  系统分类	全年能耗/（万 kW·h）	全年柴油消耗/t	折算 CO₂ 排放量/t
  IT 设备	17182.7	—	95673.3
  空调系统	2886.7	—	16073.1
  电源系统	1202.7	—	6696.6
  柴油发电机	7	0.96	2.87
  合计	21287.9	0.96	118445.87

  
  

  据此计算，北京地区数据中心 CUE 值为 0.689 kg/(kW·h)。

  五、全国 CUE 地图：南高北低、东高西低

  研究团队对全国 270 个气象站点的数据中心 CUE 值逐一仿真计算，并采用反距离权重法（IDW）进行空间插值，最终生成全国 CUE 空间分布格局图。

  在水侧自然冷却高水温工况（供/回水温度 18 ℃/24 ℃）下，全国 CUE 呈现明显梯度：

  表5  部分城市数据中心计算CUE值

   

  序号	城市名称	CUE 值/[kg/(kW·h)]
  1	呼和浩特	0.677
  2	北京	0.689
  3	贵阳	0.691
  4	上海	0.702
  5	广州	0.720

   

  表6   数据中心各气候区 CUE 值范围
  序号	气候区	CUE 值范围/[kg/(kW·h)]
  1	严寒地区	0.668 ~ 0.688
  2	寒冷地区	0.673 ~ 0.699
  3	温和地区	0.672 ~ 0.704
  4	夏热冬冷地区	0.688 ~ 0.712
  5	夏热冬暖地区	0.704 ~ 0.736

  三组关键数据

  · 全国 CUE 峰值：0.736 kg/(kW·h)，出现在海南省东方、海口、琼海 3 个气象站。

  · 全国 CUE 谷值：0.668 kg/(kW·h)，出现在 11 个气象站——青海省冷湖、大柴旦、刚察、格尔木、都兰、托托河、曲麻莱、玛多、达日，四川省理塘，以及甘肃省乌鞘岭。

  · 地域格局：南方及东部高于北方及西部，与"东数西算"工程向西部、北部倾斜布局的方向高度契合。

  六、理论值 ≠ 实际值：两道"偏差"要注意

  研究同时指出，仿真 CUE 与实际运行 CUE 存在偏差，原因主要有两点：

  ① 气候变暖导致气象参数"过期"。观测数据显示，1961—2024 年中国地表年平均温度上升趋势显著，达 0.31 ℃/10a。而典型气象年参数通常基于 1971—2003 年数据选定（1994—2003 年筛选），与当前（至 2024 年）气候状态存在约 37 a 的差距，对应平均温升约 1.15 ℃。这意味着实际环境温度普遍超过计算采用值。

  ② 运维水平决定碳效天花板。数据中心要达到理论计算的碳效率水平，还必须依赖完善的控制策略和精细化的运维管理，否则仿真值难以兑现。

  七、三条核心结论

  1. 我国数据中心水侧自然冷却的 CUE 水平存在显著地域差异，表现为南方及东部高于北方及西部。这种空间格局直接支撑了"东数西算"工程在促进数据中心行业低碳发展方面的关键作用。

  2. 电力 CO₂ 排放因子逐年下降（2015 年 0.610 → 2024 年 0.5568 kg/(kW·h)），数据中心 CUE 将随全国电力平均 CO₂ 排放因子降低而降低。

  3. 随着"双碳"目标推进，国家将逐步由能耗双控转向碳排放双控，而数据中心 CUE 分布呈现明显的气候特征差异，建议根据不同气候类型差异化设定各地区数据中心碳效指标与政策。