中国信通院&内蒙古和林格尔新区管委会：
《2025年绿色算力发展研究报告》

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? 前言：绿色算力——高质量发展的底色

党的二十届三中全会明确指出，"绿色发展是高质量发展的底色，新质生产力本身就是绿色生产力"。作为新质生产力的关键载体，算力正在深刻重构产业生态，但其能耗和碳排放问题也日益严峻。本报告首次提出 "绿色算力发展框架" ，围绕算力生产、供给、运营、应用全过程，从设备、载体、能源、应用四大维度，系统勾勒全球及中国算力绿色化发展的创新路线图。

? 研究背景：三大矛盾倒逼算力绿色革命

1. 能源需求指数级增长

• AI大模型成为能耗巨兽：Transformer架构演进使模型参数量爆炸式增长，2012-2020年AI训练算力需求激增超30万倍，GPT-5预计计算量将达GPT-3的200-400倍。单次大模型训练耗电达千兆瓦时级，ChatGPT单次请求耗电量是传统Google搜索的10倍。

• 分布式计算能耗叠加：全球边缘节点突破1000万个，自动驾驶日产生8TB数据需2000TFLOPS实时算力，智慧城市千万级摄像头毫秒级分析推动边缘节点年增400%。

• 硬件迭代的能效悖论：尽管芯片制程进步降低单位算力能耗，但算力密度提升反而推高总能耗。英伟达Blackwell B200单卡功耗突破1000W，能效比提升40%的同时，AI服务器电力需求2023-2028年将飙升4-8倍。

2. 需求与能源的尖锐矛盾

欧盟《能效指令》要求2030年前实现碳中和，美国能源部投入180亿美元推动液冷商业化。Google亚利桑那州数据中心采用深度地热系统使PUE降至1.08，微软海底数据中心年节电2.4亿千瓦时。更关键的是，全球62%的云服务采购合同已包含碳排放条款，苹果、Meta等巨头强制要求供应商使用认证绿色算力，欧盟碳边境调节机制（CBAM）覆盖数字服务碳足迹核算，绿色算力成为供应链准入硬门槛。

3. 系统性创新工程的本质

绿色算力已从单一能效优化升级为涵盖技术革新、政策协同、产业模式创新的系统工程。报告创新性提出四维发展框架：

• 算力设备绿色化（高效）：核心IT设备运行高效化，算效（CE）、存效（SE）是核心指征

• 算力载体绿色化（节能）：数据中心全生命周期降碳，PUE、WUE是关键指标

• 算能协同绿色化（清洁）：源网荷储一体化，可再生能源使用率是核心

• 算用协同绿色化（普惠）：算力赋能应用集约化，推动全产业链减排

? 总体进展：政策、产业、实践三维度突破

（一）宏观政策环境：从集约建设到"算效-算电-算用"协同

全球政策严苛化趋势：

• 美国俄勒冈州"清洁算力阶梯税制"对未按期减排企业实施超额累进税率，倒逼亚马逊、微软提前完成100%绿电转型

• 德国《能源效率法案》推动法兰克福数据中心集群通过相变冷却与区域供热联网，PUE降至1.18，余热利用率大幅提升

• 日本强制AI加速芯片2025年后每瓦特算力提升不低于15%，东芝、索尼开发3D堆叠超低功耗处理器

中国政策体系化演进： 2024-2025年密集出台国家级政策，构建"算效提升+算电协同+算用深化"三位一体格局：

• 《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》  ：2025年底全国数据中心平均PUE降至1.5以下，可再生能源利用率年均增长10%

• 《2025年能源工作指导意见》  ：将算力纳入可再生能源消纳重点方向，试点算电协同新技术

• 《算力互联互通行动计划》  ：建立算力互联标准体系，2026年实现"算力一点接入、即取即用"

• 《绿色数据中心评价》国家标准  ：2025年6月起强制要求PUE、可再生能源使用率等指标

区域政策差异化布局：

• 东部聚焦算效与算用协同：北京要求新建项目绿色技术覆盖率100%，广东推动鹏城实验室建设多元算力调度平台

• 西部聚焦算电协同：内蒙古和林格尔新建数据中心PUE≤1.2、绿色等级4A以上；宁夏中卫优先支持高比例绿电数据中心

（二）中观产业动态：全产业链绿色转型

上游硬件性能跃升： 华为昇腾910C、海光深算二号、寒武纪思元590等国产芯片性能对标国际中高端，中国电信粤港澳大湾区智算昇腾超节点已商用。中际旭创1.6T光模块2024年底获认证，2025年量产供应微软、Google。

中游基础设施提质增效： 液冷技术成主流，中国移动呼和浩特智算中心部署近2万张AI加速卡，采用冷板式液冷、余热回收，PUE压降至1.15，年节电1719万度。2023-2028年中国液冷服务器市场年复合增长率将达45.8%，2028年市场规模达102亿美元。

下游应用场景爆发： AI一体机部署时间从2周缩短至4小时，成本降低30%。MaaS平台2024年上半年市场规模2.5亿元，预计2028年增至38亿元，年均复合增长64.8%。百度、阿里、腾讯等国家级"双跨"平台推动算力深入工业核心环节。

（三）微观企业实践：碳中和行动全面铺开

国际巨头：

• Google：2024年推进"24/7零碳"目标，每小时完全依赖可再生能源

• Amazon：与OCP试验低隐含碳混凝土，2040年净零排放

• Microsoft：部署"智能电网"项目，智利投资240MW光伏实现南美100%绿电覆盖

中国企业：

• 三大运营商：中国电信"1335"算电协同架构，中国移动绿色安全数据中心北京节点使用智能控制系统精准分配电力并回收废热，中国联通三江源绿电智算示范园采用AI优化温控模式

• 并行科技：和林格尔落地源网荷储一体化项目

• 腾讯：河北怀来国内首个风电、光伏、储能一体化数据中心微电网，签约绿电采购量超13亿度

• 万国数据：上海四号数据中心PUE达1.13

? 算力设备绿色化：从芯片到系统的极致能效

芯片层：工艺与架构双轮驱动

先进制程工艺：

• 英伟达Blackwell芯片相比八年前的Pascal，AI算力提升1000倍，能耗下降350倍；Blackwell Ultra较B200性能提升50%，通过NVLink72互联和动态电源管理显著提升单位功耗性能

• 小米玄戒〇1芯片采用台积电第二代3nm制程，功耗降低15%，晶体管密度较7nm提升70%，能效比优化18%

• 华为昇腾910C、海光深算二号、寒武纪思元590等国产芯片性能对标国际中高端，推动自主可控

架构创新优化：

• 英特尔Lunar Lake处理器综合AI算力达120TOPS，能耗较Meteor Lake降低40%

• 微软Copilot+PC在ARM架构引入NPU，执行特定AI任务能效比远超通用处理器

服务器层：液冷技术成刚需

液冷规模化应用：

• 联想海神温水全水冷技术散热效率98%，最佳PUE达1.1，较风冷降耗42%

• 宁畅浸没式液冷服务器B7000使PUE降至1.05，年耗散挥发率<3%

• 中兴通讯G5系列服务器液冷占比超80%，整机功耗降低80W，PUE可低至1.1

电源效率革命：

• 台达电子应用氮化镓（GaN）技术，服务器电源效率达99.2%，功率密度提升80%

• 英飞凌推出8kW/12kW超高功率方案，实现100W/in³高功率密度和97.5%转换效率

存储层：3D堆叠与先进工艺

DRAM技术迭代： DDR5实现精确电压调节，单位能耗持续下降。海力士1βnm LPDDR5移动DRAM采用HKMG技术，功耗较1αDDR5减少20%以上。长鑫存储LPDDR5较LPDDR4X功耗降低30%。

NAND与HBM突破：

• NAND堆叠层数突破200层，SK海力士238层NAND数据读取功耗降低21%，美光232层存储功耗降低28%

• HBM通过硅通孔技术垂直堆叠DRAM，解决"内存墙"问题。NVIDIA H200搭载HBM3e，内存带宽141GB/s，能耗比优化19%

? 算力载体绿色化：数据中心全生命周期脱碳

设计：多技术融合创新

液冷技术三分天下：

• 喷淋式：芯片级精准喷淋，技术成熟度相对较低

• 冷板式：兼容性好、可靠性高、改造成本低，已成市场主流

• 浸没式：散热效率最高，代表未来方向

供配电系统四大趋势：

1. 绿电化：微电网融合风光储能，中国柴达木绿色微电网数据中心示范项目实现"自发、自储、自用、自保"100%清洁能源

2. 模块化：集成配电柜、变压器、HVDC等设备，减少空间占用，提升安装速度

3. 高压化：智算中心单机柜功率密度超30kW，高压直流HVDC方案优势凸显

4. 直流化：减少交直流转换损耗，电信和互联网行业广泛采用

资源回收利用： 中国移动呼和浩特智算中心回收机房余热为办公区供暖；内蒙古和林格尔新区与中资环电子合作开展设备全生命周期管理与循环利用。

建设：预制化革命

传统数据中心交付周期至少12个月，与AI大模型迭代速度严重脱节。浪潮信息预制化AIDC解决方案预制装配率达90%，工期缩短60%以上，3个月建成、17天安装完毕。华为预制模块化建设模式交付时间缩短50%。

运维：AI反哺数据中心

智能化运维全面升级：

• 智能监控：集成传感器实时采集70多项参数，通过AI粒子群算法精准寻优，输出能耗最优配置

• 智能预测：百度阳泉数据中心"储能智慧大脑"使储能系统利用率提升至73%

• 智能散热：中国移动苏州数据中心节能减碳数字孪生系统荣获2024年绿色数据中心评价第一名

• 机器人巡检：多机房、多楼层协同的智慧运维机器人实现自主巡检与云边端协同

⚡ 算能协同绿色化：构建"算力+能源"新生态

全球电力需求爆炸与我国破解之道

2024年全球数据中心耗电415TWh，占全球总用电量1.5%，2030年将飙升至945TWh。美国占45%（180TWh），中国占25%，欧洲占15%。GPT-4训练14周耗电42.4吉瓦时，相当于2.85万户欧美家庭日均用量。

我国算能协同路径：不再将算力与能源孤立看待，而是通过"源网荷储"互动、多能互补、智能调控，形成"开源+增效+匹配"的协同发展格局。

源侧：多能互补提升绿电供给

全球能源转型加速：2024年全球可再生能源新增装机585GW，占新增电力装机的92.5%，年增长率15.1%创历史新高。太阳能新增451.9GW，风能新增113GW，中国占全球新增容量72%。

中国绿电优势显著：截至2025年4月，我国可再生能源装机突破20亿千瓦，风电光伏合计15.3亿千瓦超火电。15个省区新能源装机超火电，新疆、内蒙古、河北等突破1亿千瓦。数据中心成为绿电消纳重要途径，部分枢纽节点绿电占比超80%。

网侧：智能调度优化绿电传输

政策顶层设计：

• 《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》将可再生能源利用纳入节能审查强制性内容

• 2025年6月《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》允许新能源项目通过专用线路向数据中心供电，要求自发自用电量≥60%

创新模式：

• 内蒙古和林格尔：创新"以荷定源"，风电光伏规模严格匹配数据中心负荷

• 上海临港：海底数据中心获"海上风电直供+海底自然冷却"双技术融合特殊审批

微电网规模化：腾讯怀来东园数据中心10.99MW微电网集成风光储，光伏直供模式绿电消纳率达95%，通过AI算法动态平衡发电与用电。

储侧：多类型储能平衡供需缺口

电化学储能主导：

• 磷酸铁锂电池寿命10年，在数据中心占比不断提升

• 宁德时代"算力专用电池"采用CTP技术，体积能量密度提升30%

• 2025年钠离子电池成本降至0.3元/Wh，服务中小型数据中心

物理储能突破：

• 飞轮储能：江苏常州200MW飞轮阵列，毫秒级响应解决瞬态功率波动

• 液态空气储能：河北张北"液态空气+余热回收"系统，8小时长时储能，制冷能耗降低40%

荷侧：算力设施主动响应绿电波动

负载时空迁移新范式：

• Google俄克拉荷马数据中心基于强化学习实时调度，根据电价和碳强度动态调整任务分配，每千瓦时算力碳排放降低40%

• 阿里巴巴与华北电力大学完成首次跨区域算力-电力协同调度，将南通算力负载转移至张北，增加华北电网可再生能源消纳

算力综合能源系统：数据中心中低温余热通过热泵、吸收式制冷、蓄冷蓄热技术再利用，实现"算力+能源+热力"多目标最优运行。

绿电绿证交易：市场化减排路径

国际趋势：欧盟CBAM覆盖数字服务碳足迹，PPA成为微软、Google脱核工具。2025年Q1美国企业PPA签约量占全球58%，挪威GreenMountain购买瑞典水电GO证书使ESG评级从BBB跃升至AA。

中国实践：2025年1-5月国家核发绿证10.93亿个，绿电交易突破2200亿千瓦时，同比增长49.2%。数据中心呈现"购买为主、自发电为辅"格局，超80%绿电消费通过市场化采购实现。内蒙古蒙西电网为数据中心配置80%以上绿电并实施"证电合一"，企业无需额外购买绿证。

? 算用协同绿色化：普惠算力赋能千行百业

双轮驱动效应

直接效应：通过算力券、调度平台加强供需对接，提高算力利用率降低产业自身碳排放。全国22个省级行政区推出算力券政策，年度发放总额达15.3亿元，北京、杭州、广州、深圳等城市达亿元量级。

间接效应：算力赋能工业、农业、服务业推动全产业链减排，形成"算力供给-效率提升-碳排下降"正向循环。

算力调度平台：破解区域失衡

供需核心矛盾：东部算力供不应求但增长潜力有限，西部资源禀赋优越但本地需求不足，全国超5000家算力主体未形成可感知调度的标准化服务。

平台爆发式增长：2024-2025年上半年各地新增10余个调度平台，主体涵盖电信运营商、政府、科技企业、行业机构四类，差异化优势促进高效对接。

赋能应用：传统产业绿色蝶变

工业领域：镇海炼化"5G+AI"视觉检测使VOCs排放下降37%；海尔冰箱工厂数字孪生优化使单台能耗降低19%；苏州工业园"5G+北斗"双碳平台年碳减排12万吨。实现从单点节能到系统优化、从末端治理到全过程控制、从经验驱动到数据驱动的三大转变。

农业领域：中化农业MAP智慧平台精准施肥使氮肥使用减少20%；新希望六和智能养殖系统使饲料转化率提升15%，每头猪减排18公斤CO₂；广西糖业蔗渣沼气发电智能控制系统产气量提升25%，年减排CO₂ 12万吨。

服务业领域：滴滴智能拼车系统使单车年均减排1.2吨CO₂；中国平安"星云"AI平台单次计算能耗降低43%，年节电相当于5万户家庭用量；杭州"城市大脑"优化信号灯使主干道通行效率提升15%，年减排7.8万吨。

? 趋势展望与战略建议

（一）完善绿色算力政策体系

顶层设计：多部委联合完善机制，研究制定指导意见和实施指南，构建系统化政策体系。

区域试点：支持地方在产业培育、金融支持、人才、能源等方面政策创新，建立区域评估体系。

标准建设：加强设备能效等级、算力互联、清洁能源利用、智能运维等标准制定。

国际合作：推动国际标准互认，加强绿电交易、碳足迹核算领域技术交流，推广中国标准。

（二）强化绿色技术创新应用

设备层：推动芯片工艺架构一体化创新，攻关先进存储、存算一体、CXL技术，规模化部署液冷。

载体层：加速液冷、自然冷却、间接蒸发冷却应用，推广HVDC高压直流供电。

协同层：创新分布式储能、智能微电网、源网荷储一体化技术，提升绿电匹配水平。

调度层：研究统一算力资源感知、任务流动、架构适配标准，推动调度平台建设。

（三）促进绿色算力产业发展

协同创新体系：联合芯片IP商、运营商、设备商、软件厂商、科研院所打通生态链。

配套服务：依托第三方开展绿色低碳评估认证，提供碳审计、ESG咨询服务。

（四）推动算力应用全面拓展

消费机制：建立跨区域算力券机制，探索绿色算力与碳交易、碳汇结合，纳入企业ESG报告。

行业创新：打造绿色算力产品及行业应用优秀案例，推进重点领域试点示范，促进数字化绿色化协同发展。

? 附件：东数西算枢纽节点绿色实践图谱

报告详细梳理了21个枢纽节点核心片区的绿色算力实践，覆盖京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏八大枢纽。每个片区均从自然禀赋、基础设施、产业集群、应用创新四个维度展开，例如：

• 张家口怀来：年均气温8.9°C天然制冷，"风光储算"一体化年减碳120万吨，吸引字节跳动、腾讯等30余家企业

• 和林格尔：平均气温6.2°C，86%可再生能源供电，机架规模52.2万，智算占比超95%，PUE仅1.185

• 芜湖：构建"算力+制造"融合生态，服务奇瑞、海螺水泥等龙头企业

• 重庆两江新区：形成西部最大云计算基地，打造百度智能云工业互联网平台

? 结语：绿色算力，智能时代的必答题

报告核心论断：绿色算力不再是可选项，而是数字文明向智能文明跃迁的刚性约束。通过设备高效化、载体节能化、能源清洁化、应用普惠化的系统性创新，中国正在构建全球领先的绿色算力生态。政策引导、技术突破、产业协同、应用拓展四位一体，将推动算力经济从"规模扩张"转向"质量跃升"，为实现"双碳"目标、培育新质生产力提供坚实底座。

未来已来，绿色算力既是挑战，更是重塑全球产业格局的战略机遇。

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