國(guó)務(wù)院近日印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出，重點(diǎn)實(shí)施能源綠色低碳轉(zhuǎn)型行動(dòng)、實(shí)施節(jié)能降碳增效行動(dòng)等“碳達(dá)峰十大行動(dòng)”。加強(qiáng)以數(shù)據(jù)中心為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降碳，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心使用綠色能源供電，不僅可以促進(jìn)通信業(yè)節(jié)能減排，還可以促進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下的“算力+電力”協(xié)同。
(文 | 高峰 楊喬尹 余蕓 陳升 康重慶)
算力支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)
新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，電力生產(chǎn)將從集中式拓展到分布式，大規(guī)模集中式的新能源電站和海量分布式發(fā)電站將按資源的可獲取性和經(jīng)濟(jì)性因地制宜建設(shè)與廣泛接入。因此，應(yīng)加強(qiáng)利用數(shù)字化技術(shù)手段，依托分布式邊緣算力和集中式大規(guī)模算力，精準(zhǔn)實(shí)施靈活廣泛高效的能源資源優(yōu)化監(jiān)控和優(yōu)化運(yùn)行管理，充分發(fā)揮能源電力消費(fèi)需求側(cè)響應(yīng)資源作用，為最大限度接入新能源服務(wù)。
其中，大型算力中心是支撐新型電力系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，將儲(chǔ)存和處理海量電力運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備信息，為基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的電網(wǎng)的運(yùn)行分析、運(yùn)行優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等場(chǎng)景提供算力支撐；而分布式邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)中心其優(yōu)勢(shì)在于本地計(jì)算和低時(shí)延的響應(yīng)，可以將更多計(jì)算處理過(guò)程在本地完成，大大提升處理效率，在減輕云端壓力的同時(shí)保障本地?cái)?shù)據(jù)的安全性，為用戶提供更快的響應(yīng)服務(wù)。
綠色發(fā)展要加強(qiáng)算力與電力有機(jī)協(xié)同
提供算力的數(shù)據(jù)中心由于自身的高耗電性是能源消耗和二氧化碳排放大戶。以北京市為例，數(shù)據(jù)顯示，2021年北京市現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心機(jī)柜約占全國(guó)總量的10%到12%，數(shù)據(jù)中心總功率約占全市平均供電負(fù)荷8%。數(shù)據(jù)中心過(guò)快增長(zhǎng)不僅給北京市碳排放指標(biāo)帶來(lái)壓力，還給供電安全運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。
此外，數(shù)據(jù)中心為了保障自身可靠運(yùn)行，配置了不間斷電源和備用發(fā)電機(jī)組，其容量基本與數(shù)據(jù)中心最大用電功率相同。以廣東省為例，截至2020年底，廣東省已投產(chǎn)和已通過(guò)節(jié)能審查的在建擬建的2.5千瓦標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜高達(dá)150萬(wàn)個(gè)，其不間斷電源和備用發(fā)電機(jī)組總?cè)萘靠梢赃_(dá)到375萬(wàn)千瓦，按照儲(chǔ)能雙向調(diào)節(jié)能力測(cè)算，則可達(dá)到750萬(wàn)千瓦的調(diào)節(jié)能力，超過(guò)廣州市用電負(fù)荷峰值2000萬(wàn)千瓦的三分之一。由此數(shù)據(jù)可以看出，數(shù)據(jù)中心所具有的電力靈活性資源具有潛在可用性高、容量大等特征。
為此，數(shù)據(jù)中心一方面可以加大使用風(fēng)電、光伏等新能源電力資源，促進(jìn)新能源更高比例的利用；另一方面可充分利用數(shù)據(jù)中心電力靈活性特征，通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制，結(jié)合先進(jìn)信息技術(shù)，激活并實(shí)現(xiàn)沉睡資源的時(shí)空聚合，逐步走上綠色低碳發(fā)展的道路。
技術(shù)、頂層規(guī)劃和管理制度需不斷完善
隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，算力增長(zhǎng)將成必然趨勢(shì)，而算力的高耗能屬性也決定了其與電力存在緊密的相互支撐關(guān)系，“算力+電力”有機(jī)協(xié)同的演進(jìn)過(guò)程不僅需要技術(shù)上的推進(jìn)，也需要頂層規(guī)劃和管理制度上的不斷完善。
首先，需要物理信息技術(shù)的支撐。一是需要升級(jí)不間斷電源和備用電源的管控技術(shù)，包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)、行為記錄、效果評(píng)價(jià)、信息交互、聯(lián)動(dòng)管控等。二是需要應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，其分布式存儲(chǔ)，防篡改等特點(diǎn)使其非常適合多主體、多地點(diǎn)、多要素的“算力+電力”協(xié)同模式。通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)將數(shù)據(jù)中心算力網(wǎng)的靈活性資源上鏈，以智能合約方式固化“算力+電力”協(xié)同的定量認(rèn)證、收益分配等涉及主體間建立信任的核心要素。為了解決相關(guān)技術(shù)難題，清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院提出“算力+電力”的協(xié)同發(fā)展創(chuàng)新理念，積極推動(dòng)實(shí)施相關(guān)技術(shù)研究，開展SPEAR示范工程建設(shè)。
其次，需要進(jìn)行“算力+電力”統(tǒng)籌規(guī)劃。東數(shù)西算（算力）和西電東送（電力）要有機(jī)協(xié)同。中國(guó)大多數(shù)新能源分布在西北、西南地區(qū)。數(shù)據(jù)中心則分布在東部的北上廣深等發(fā)達(dá)地區(qū)。東部的產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，但能源和算力資源緊張。中西部地區(qū)能源和算力資源豐富，但是并未充分利用，數(shù)據(jù)中心機(jī)柜上架率低。通過(guò)統(tǒng)籌規(guī)劃，優(yōu)化算力與電力基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用的時(shí)間和空間布局，匹配實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)、可變與剛性的電力供給和算力需求，有助于形成數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)按需和按經(jīng)濟(jì)效益配置、有效共享的算力分布，同時(shí)促進(jìn)西北、西南地區(qū)新能源的本地消納及數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。
最后，需要制度上的不斷創(chuàng)新。目前數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)范和導(dǎo)向重點(diǎn)關(guān)注評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)（PUE）等電力使用效率指標(biāo)，沒(méi)有數(shù)據(jù)中心的電力靈活性資源指標(biāo)。簡(jiǎn)單地鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心采購(gòu)新能源零碳電力，而自身用電需求保持剛性，是把新能源波動(dòng)性的負(fù)擔(dān)交給外部系統(tǒng)，在新型電力系統(tǒng)中，各主體均應(yīng)承擔(dān)一定的責(zé)任和義務(wù)。一是可以改變傳統(tǒng)思路，在數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)行規(guī)范中，加入不間斷電源和備用電源全部或者部分作為電力靈活性資源的規(guī)定。二是要形成有效激勵(lì)機(jī)制，并通過(guò)頂層設(shè)計(jì)和政策引導(dǎo)，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維與數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)剝離，催生新數(shù)據(jù)行業(yè)生態(tài)，促使算力調(diào)度商、數(shù)據(jù)中心運(yùn)維服務(wù)商延伸為電力負(fù)荷聚合商、電力靈活性資源提供商，積極參與到電力交易與輔助服務(wù)市場(chǎng)中。
(高峰 清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)、研究員；楊喬尹 清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院副研究員；余蕓 南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司平臺(tái)安全分公司總經(jīng)理；陳升 清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院聯(lián)合執(zhí)行院長(zhǎng)；康重慶 清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)、教授)
