中國儲能網訊：AI（人工智能）大模型等需求持續(xù)拉動數據中心建設，數據中心規(guī)模和算力均呈快速增長的趨勢，我國數據中心總規(guī)模已位居世界第二。未來隨著數據中心建設的提速、算力要求的增加，數據中心的用電量將呈快速增長的趨勢，算力的競爭正在演變?yōu)槟茉促Y源的競爭。
隨著大模型的鋪開，預計到2030年，數據中心的電力消費將達到全球電力消費的3%—4%。中國信通院估算，2022年全國數字產業(yè)用電量為3700億千瓦時、在用數據中心的用電量為766億千瓦時，分別占全社會用電量的4.5%和0.9%。預計到“十四五”末，數據中心的用電量將較2022年增長2—3倍，達到1500億—2000億千瓦時的規(guī)模，占全社會用電量的比重將達到1.5%—2%，到2030年接近4000億千瓦時。以全國電網平均排放因子測算，當前數據中心的二氧化碳排放約占全部溫室氣體排放的0.4%，預計到“十四五”末，將增加到全部溫室氣體排放的1%左右。
低碳運營數據中心已經成為緩解AI巨大能耗需求的必然選擇。一方面，數據中心低碳運營是我國數字經濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇；另一方面，數據生產的低碳化也是保障我國數字化競爭力的重要方面。數據中心的低碳運營，核心在于降低能耗、綠電可及和負荷調節(jié)能力。
數據中心正積極通過能效改善降低碳排放強度，能效水平快速提升
數據中心全生命周期的碳排放主要在運營階段，建設和運營階段的碳排放占比分別約為10%和90%。一直以來，數據中心的減碳主要通過改進制冷方式、優(yōu)化機架設計、降低芯片能耗等方式提高能效、降低碳排放。數據系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)的能耗正在快速降低，而IT設備的能耗將成為能效管理的核心。在現(xiàn)有成熟技術的基礎上，可進一步通過使用低功耗芯片、全閃存化儲存、全光纖網絡、全無損以太網絡等方法挖掘IT設備能耗降低的空間。
與能效提升相比，供能結構的低碳化對于降低數據中心碳排放的效果更加顯著。且隨著新能源和儲能技術的成熟，綠電也正逐漸具備經濟性優(yōu)勢。
從區(qū)域布局的角度看，數據中心向西向北布局與風光資源分布更加契合，而數據中心帶來的用電負荷也有利于提高西北地區(qū)的本地電力負荷水平、提升本地電力系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性，從而提升電網對新能源的接入能力。
從運營經濟性的角度看，數據中心可通過購買綠電降低運營成本。根據對典型項目調研，電費支出約占數據中心運營成本的60%—70%，以大電網為支撐，購買綠電并配套小規(guī)模儲能、熱能梯次利用和熱泵等，可以有效降低數據中心的運行成本。
數據中心自身用電負荷彈性的挖掘是實現(xiàn)零碳運營的關鍵
可再生能源發(fā)電的波動性和數據中心電力負荷的變化，使數據中心難以僅靠可再生能源電力供能。如果數據中心無法提供調節(jié)能力，數據中心增加的用電量則反而需要更多的化石能源發(fā)電量來匹配滿足，無法實現(xiàn)更大的碳減排效果。因此，需要進一步優(yōu)化數據中心的運營方式，通過釋放用電負荷的彈性和配置儲能設施，更好地適應和匹配可再生能源發(fā)電特征。
用電負荷的彈性可在數據中心各部件資源不均衡占用的情況下，通過調節(jié)工作任務時間或空間的布局實現(xiàn)。在部件層面，服務器空載狀態(tài)下的用電量可通過設置功率上限、休眠或關機等方式優(yōu)化，但不同方式也會影響服務器恢復正常工況的速度。在業(yè)務層面，優(yōu)化業(yè)務流程和分布、降低部件冗余，可以有效降低用電負荷。在任務層面，延遲容忍型的任務可借助斷點續(xù)算、調整并行計算節(jié)點等，實現(xiàn)算力需求平移和擴容；延遲敏感型任務則可依托高速網絡，實現(xiàn)多個數據中心間任務的優(yōu)化再分配。
推廣數據中心低碳運營面臨的困難與挑戰(zhàn)
數據中心區(qū)域布局需求與可再生能源資源仍存在較大的錯位。盡管“東數西算”戰(zhàn)略加強了西部地區(qū)關鍵節(jié)點數據基礎設施的布局，但東西部的機架數量差距仍然較為懸殊。西部地區(qū)的數據中心建設還面臨著技術人員不足、運維水平較差等障礙。數據中心與可再生能源資源的布局差異使數據中心運營整體低碳化水平提升難度加大，中東部地區(qū)的數據中心很可能面臨缺乏本地綠電的境況。
綠電交易市場體系和認證機制不完善也增加了數據中心獲得低碳電力的難度。盡管我國近期大幅改進了綠電和綠證交易的相關政策機制，但仍存在部分問題。一是當前跨省跨區(qū)的電力交易仍以政府間合同為主，綠電的跨省跨區(qū)交易仍然較為困難。二是當前綠電綠證與碳市場、碳核算的關系仍不清晰，綠電綠證的減碳效益有待進一步明確。三是綠電綠證的可追溯性較差，市場信息透明度、綠證核銷、第三方認證等方面仍有較大的提升空間。
而對于具備綠電來源的數據中心而言，提高綠電的消納水平，實現(xiàn)高比例的綠電供給也存在技術、經濟性、意識、機制等多重障礙。在沒有明確的電力分時價格信號的情況下，額外增加儲能裝置將大幅提高數據中心的用電成本，推廣難度較大。此外，數據中心運營商業(yè)模式繁多，可能涉及多個主體，調節(jié)計算負荷協(xié)調難度大。此外，不同計算任務存在較大差異，對IT設備的占用也不一樣，無法作為標準品
來衡量電力負荷，進而導致碳排放核算難度大。
政策建議
加快相關技術和系統(tǒng)研發(fā)，為數據中心低碳運營提供技術基礎。從器件、機架、系統(tǒng)、任務等層面優(yōu)化設計，進一步降低數據中心單位算力的運行能耗。加強高效冷卻技術和配套材料裝備、余熱回收利用、可再生能源發(fā)電多時間尺度預測、數據處理任務標識打包技術等技術領域的研發(fā)以及多領域技術的系統(tǒng)集成。加快西部地區(qū)相關人才的教育培訓。
推進電力市場建設，為數據中心提供可靠綠電來源和有效價格激勵。進一步完善綠電綠證市場，一方面要加強市場信息披露和證書全生命周期管理，提升綠色屬性的可追溯性；另一方面要創(chuàng)新交易品種，優(yōu)化市場準入機制，提升各地綠電綠證的可獲得性。提高電力跨省跨區(qū)交易的靈活性，推進可再生能源的跨省跨區(qū)交易，加強電網公司對電碳信息的追蹤和披露，嘗試構建零碳電力核算標準規(guī)則。構建“電網—區(qū)域—電廠”多主體的可再生能源發(fā)電預測體系，加快建立和完善電力現(xiàn)貨市場，完善零售市場和代理購電的配套電價，為數據中心的電力供需調節(jié)能力投資提供價格指引。
完善綠色數據中心等激勵機制，引導數據中心加快減碳步伐。提高PUE值、余熱利用率以及可再生能源使用量等指標在綠色數據中心指標體系中的權重，引導低延時需求的數據中心向西布局。在各級政府的數據基礎設施規(guī)劃和可再生能源發(fā)展規(guī)劃中，統(tǒng)籌考慮綠電供給和數據中心用電需求。在大中型數據中心建設審批環(huán)節(jié)中，強化對PUE值、余熱利用方式和配套可再生能源項目建設等內容的要求。引導行業(yè)構建低碳數據服務規(guī)范，促進數據中心業(yè)主、建設方、運營方、服務方形成共識，在多種經營形態(tài)中達成一致行動。
（作者系國務院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所研究室副主任）
