中國儲能網(wǎng)訊：AI（人工智能）大模型等需求持續(xù)拉動數(shù)據(jù)中心建設(shè)，數(shù)據(jù)中心規(guī)模和算力均呈快速增長的趨勢，我國數(shù)據(jù)中心總規(guī)模已位居世界第二。未來隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的提速、算力要求的增加，數(shù)據(jù)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(yù)計到2030年，數(shù)據(jù)中心的電力消費(fèi)將達(dá)到全球電力消費(fèi)的3%—4%。中國信通院估算，2022年全國數(shù)字產(chǎn)業(yè)用電量為3700億千瓦時、在用數(shù)據(jù)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(yù)計到“十四五”末，數(shù)據(jù)中心的用電量將較2022年增長2—3倍，達(dá)到1500億—2000億千瓦時的規(guī)模，占全社會用電量的比重將達(dá)到1.5%—2%，到2030年接近4000億千瓦時。以全國電網(wǎng)平均排放因子測算，當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的二氧化碳排放約占全部溫室氣體排放的0.4%，預(yù)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(yùn)營數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為緩解AI巨大能耗需求的必然選擇。一方面，數(shù)據(jù)中心低碳運(yùn)營是我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇；另一方面，數(shù)據(jù)生產(chǎn)的低碳化也是保障我國數(shù)字化競爭力的重要方面。數(shù)據(jù)中心的低碳運(yùn)營，核心在于降低能耗、綠電可及和負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。
數(shù)據(jù)中心正積極通過能效改善降低碳排放強(qiáng)度，能效水平快速提升
數(shù)據(jù)中心全生命周期的碳排放主要在運(yùn)營階段，建設(shè)和運(yùn)營階段的碳排放占比分別約為10%和90%。一直以來，數(shù)據(jù)中心的減碳主要通過改進(jìn)制冷方式、優(yōu)化機(jī)架設(shè)計、降低芯片能耗等方式提高能效、降低碳排放。數(shù)據(jù)系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)的能耗正在快速降低，而IT設(shè)備的能耗將成為能效管理的核心。在現(xiàn)有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步通過使用低功耗芯片、全閃存化儲存、全光纖網(wǎng)絡(luò)、全無損以太網(wǎng)絡(luò)等方法挖掘IT設(shè)備能耗降低的空間。
與能效提升相比，供能結(jié)構(gòu)的低碳化對于降低數(shù)據(jù)中心碳排放的效果更加顯著。且隨著新能源和儲能技術(shù)的成熟，綠電也正逐漸具備經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。
從區(qū)域布局的角度看，數(shù)據(jù)中心向西向北布局與風(fēng)光資源分布更加契合，而數(shù)據(jù)中心帶來的用電負(fù)荷也有利于提高西北地區(qū)的本地電力負(fù)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(wǎng)對新能源的接入能力。
從運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性的角度看，數(shù)據(jù)中心可通過購買綠電降低運(yùn)營成本。根據(jù)對典型項(xiàng)目調(diào)研，電費(fèi)支出約占數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本的60%—70%，以大電網(wǎng)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(shù)據(jù)中心的運(yùn)行成本。
數(shù)據(jù)中心自身用電負(fù)荷彈性的挖掘是實(shí)現(xiàn)零碳運(yùn)營的關(guān)鍵
可再生能源發(fā)電的波動性和數(shù)據(jù)中心電力負(fù)荷的變化，使數(shù)據(jù)中心難以僅靠可再生能源電力供能。如果數(shù)據(jù)中心無法提供調(diào)節(jié)能力，數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)更大的碳減排效果。因此，需要進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營方式，通過釋放用電負(fù)荷的彈性和配置儲能設(shè)施，更好地適應(yīng)和匹配可再生能源發(fā)電特征。
用電負(fù)荷的彈性可在數(shù)據(jù)中心各部件資源不均衡占用的情況下，通過調(diào)節(jié)工作任務(wù)時間或空間的布局實(shí)現(xiàn)。在部件層面，服務(wù)器空載狀態(tài)下的用電量可通過設(shè)置功率上限、休眠或關(guān)機(jī)等方式優(yōu)化，但不同方式也會影響服務(wù)器恢復(fù)正常工況的速度。在業(yè)務(wù)層面，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和分布、降低部件冗余，可以有效降低用電負(fù)荷。在任務(wù)層面，延遲容忍型的任務(wù)可借助斷點(diǎn)續(xù)算、調(diào)整并行計算節(jié)點(diǎn)等，實(shí)現(xiàn)算力需求平移和擴(kuò)容；延遲敏感型任務(wù)則可依托高速網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多個數(shù)據(jù)中心間任務(wù)的優(yōu)化再分配。
推廣數(shù)據(jù)中心低碳運(yùn)營面臨的困難與挑戰(zhàn)
數(shù)據(jù)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(shù)西算”戰(zhàn)略加強(qiáng)了西部地區(qū)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的布局，但東西部的機(jī)架數(shù)量差距仍然較為懸殊。西部地區(qū)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)還面臨著技術(shù)人員不足、運(yùn)維水平較差等障礙。數(shù)據(jù)中心與可再生能源資源的布局差異使數(shù)據(jù)中心運(yùn)營整體低碳化水平提升難度加大，中東部地區(qū)的數(shù)據(jù)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(rèn)證機(jī)制不完善也增加了數(shù)據(jù)中心獲得低碳電力的難度。盡管我國近期大幅改進(jìn)了綠電和綠證交易的相關(guān)政策機(jī)制，但仍存在部分問題。一是當(dāng)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(dāng)前綠電綠證與碳市場、碳核算的關(guān)系仍不清晰，綠電綠證的減碳效益有待進(jìn)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(rèn)證等方面仍有較大的提升空間。
而對于具備綠電來源的數(shù)據(jù)中心而言，提高綠電的消納水平，實(shí)現(xiàn)高比例的綠電供給也存在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性、意識、機(jī)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(shù)據(jù)中心的用電成本，推廣難度較大。此外，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商業(yè)模式繁多，可能涉及多個主體，調(diào)節(jié)計算負(fù)荷協(xié)調(diào)難度大。此外，不同計算任務(wù)存在較大差異，對IT設(shè)備的占用也不一樣，無法作為標(biāo)準(zhǔn)品
來衡量電力負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致碳排放核算難度大。
政策建議
加快相關(guān)技術(shù)和系統(tǒng)研發(fā)，為數(shù)據(jù)中心低碳運(yùn)營提供技術(shù)基礎(chǔ)。從器件、機(jī)架、系統(tǒng)、任務(wù)等層面優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中心單位算力的運(yùn)行能耗。加強(qiáng)高效冷卻技術(shù)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(yù)測、數(shù)據(jù)處理任務(wù)標(biāo)識打包技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)以及多領(lǐng)域技術(shù)的系統(tǒng)集成。加快西部地區(qū)相關(guān)人才的教育培訓(xùn)。
推進(jìn)電力市場建設(shè)，為數(shù)據(jù)中心提供可靠綠電來源和有效價格激勵。進(jìn)一步完善綠電綠證市場，一方面要加強(qiáng)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(zhǔn)入機(jī)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(jìn)可再生能源的跨省跨區(qū)交易，加強(qiáng)電網(wǎng)公司對電碳信息的追蹤和披露，嘗試構(gòu)建零碳電力核算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則。構(gòu)建“電網(wǎng)—區(qū)域—電廠”多主體的可再生能源發(fā)電預(yù)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(shù)據(jù)中心的電力供需調(diào)節(jié)能力投資提供價格指引。
完善綠色數(shù)據(jù)中心等激勵機(jī)制，引導(dǎo)數(shù)據(jù)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(biāo)在綠色數(shù)據(jù)中心指標(biāo)體系中的權(quán)重，引導(dǎo)低延時需求的數(shù)據(jù)中心向西布局。在各級政府的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)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(shù)據(jù)中心用電需求。在大中型數(shù)據(jù)中心建設(shè)審批環(huán)節(jié)中，強(qiáng)化對PUE值、余熱利用方式和配套可再生能源項(xiàng)目建設(shè)等內(nèi)容的要求。引導(dǎo)行業(yè)構(gòu)建低碳數(shù)據(jù)服務(wù)規(guī)范，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心業(yè)主、建設(shè)方、運(yùn)營方、服務(wù)方形成共識，在多種經(jīng)營形態(tài)中達(dá)成一致行動。
（作者系國務(wù)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）
