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AI高能耗背后,數據中心如何用上更多綠電?

設計 郁斐
6月6日,工業和信息化部等六部門發布《2023年度國家綠色數據中心名單》。包括通信、互聯網、公共機構、能源、金融、智算中心等領域的50家數據中心名列其中。目前,中國已經累計建設246家國家綠色數據中心。
隨著人工智能的爆發式發展,數據中心帶來的巨大能耗問題也備受關注。據今年6月發布的《數據中心全生命周期綠色算力指數白皮書》(下稱《白皮書》),預計到2030年,中國數據中心能耗總量將超過4000億千瓦時,若不加大可再生能源利用比例,2030年中國數據中心二氧化碳排放或將超2億噸。《白皮書》認為,隨著PUE(電能利用效率,評價數據中心的核心指標)優化空間的不斷縮小,以及數據中心耗電量不斷增加,數據中心如何應用綠電成為降低碳排放的關鍵。因此,要提升可再生能源在替代、供給、結構等方面的權重。
因數據中心與可再生能源存在區域布局差異,數據中心還會面臨能否順暢地跨省跨區買到綠電的問題。澎湃研究所研究員通過調研及與業內人士交流,進一步探究數據中心如何增加綠電占比,提高可再生能源利用水平,實現綠色低碳運營。
數據中心與可再生能源布局錯位
目前,中國數據中心大多分布在東部地區,但受土地、能源等資源日趨緊張,繼續大規模發展數據中心受限。而西部地區資源充裕,尤其是可再生能源豐富。因此,國家支持數據中心向西部轉移。2022年2月,“東數西算”工程啟動,選擇京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設國家算力樞紐節點,并規劃了10個國家數據中心集群。
時任國家信息中心大數據發展部規劃處處長王建冬認為,“東數西算”工程的出發點之一在于,數據中心行業高耗能問題亟待緩解。一方面,東部發達地區特別是北、上、廣、深等一線城市能耗指標緊張,難以支撐大型以上數據中心在東部地區落地,制約了數字經濟發展。另一方面,甘肅、寧夏等西部地區氣候環境適宜、清潔能源富集,數據中心建在此地,其電子元器件長期運行費用低、清潔能源使用成本低。
2023年12月,《關于深入實施“東數西算”工程加快構建全國一體化算力網的實施意見》進一步提出,要充分發揮風光水電資源豐沛地區的優勢,強化綠色低碳技術推廣應用,提升數據中心綠電使用比例,增強綠色算力供給水平。到2025年底,國家樞紐節點新建數據中心綠電占比超過80%。
為了增加可再生能源利用率,國家綠色數據中心在可再生能源富集、自然條件具有天然優勢的地區選址建設。如位于湖北省丹江口市的武當云谷大數據中心園區2號樓,積極利用丹江口水力發電廠的清潔綠電,利用丹江口水庫深層冷水作為自然冷源,2023年數據中心電能利用效率(PUE)1.20,可再生能源利用率達到100%。
從整體看,盡管“東數西算”戰略穩步推進,數據中心與可再生能源區域錯位的問題依然凸顯。在國務院發展研究中心資源與環境政策研究所研究室副主任韓雪看來,西部地區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,中東部地區的數據中心很可能面臨缺乏本地綠電的境況。
購買綠電提高可再生資源利用率
目前,數據中心主要以直接、間接兩種方式提升可再生能源利用率。前者通過自建分布式光伏發電站或風力發電站等自發自用綠電;后者采用購買綠電或綠證方式,但綠證相比綠電較為缺乏市場認可度。2023年度國家綠色數據中心可再生能源電力平均利用率達到50%以上。
對于缺乏本地綠電資源的數據中心來說,靠自建分布式光伏電站直接產生的綠電占比并不高。
因此,數據中心在自建光伏發電站的基礎上,還需通過購買綠電或綠證,提升可再生能源利用率。以國家綠色數據中心萬國數據浦江數據中心為例,該數據中心的分布式光伏系統年發電量可達23.8萬千瓦時,結合綠電直采及綠證交易等方式,自2022年起保持100%的可再生能源利用率。2021年,萬國數據與中廣核新能源投資(深圳)有限公司簽署綠色電力合作框架協議,計劃在10年內采購綠電電量不低于20 億千瓦時。
由于數據中心電費成本占其運行總成本的80%以上,因此數據中心在綠電交易中受綠電價格影響,面臨一定成本壓力。同時,綠電交易存在資源富集區與負荷中心的供需錯配,需給予跨區跨省綠電交易更多支持。據《我國綠電交易現狀及重點問題研究》一文,國家電網公司經營區成交綠電的環境溢價在2021、2022、2023年分別達到3分/千瓦時、5分/千瓦時、6.5分/千瓦時。近年來,南方電網公司經營區綠電交易成交價格也在不斷走高,2023年成交價格較煤電均價高出1.85分/千瓦時。
數據中心與可再生能源協同發展
為了提升可再生能源利用率,除了自建分布式光伏電站,購買綠電、綠證,數據中心還可從綠電供需角度考慮,主動走出去,通過產業協同創新,加強綠電供需雙方間的合作。澎湃研究所研究員調研發現,已有數據中心積極探索創新,讓綠電從“供”到“需”流動起來,共同實現綠色發展。
一是增加綠電供給,拓展可再生能源業務。據奧飛數據公告,2021年,公司拓展了新能源業務板塊,以投資運營分布式光伏發電項目為主要經營方向,選取自建數據中心作為戰略試點,并逐步有序開展外部商業分布式光伏發電項目的簽約和建設。據了解,奧飛數據位于河北的自有數據中心——廊坊訊云數據中心,通過投資建設屋頂分布式光伏,實現年綠電發電400多萬千瓦時,并實現全額就地消納。
二是綠電就地消納,實現可再生能源價值。上海黎明資源再利用有限公司利用垃圾焚燒發電項目的可再生能源優勢,就近籌建“綠色數據中心”。數據中心擬建在廠區原有辦公樓區域,其中垃圾焚燒發電廠產生的綠電,可直接供數據中心使用。該項目希望將數字經濟與可再生能源深度融合發展,打造100%綠色能源數據中心。據了解,未來數據中心運營后,可就近消納黎明垃圾焚燒發電廠70%的綠電。對垃圾焚燒發電企業來說,也可通過提供綠電獲益,實現可持續經營。
總之,要想增加數據中心的綠電占比,提升可再生能源利用率,一是在“東數西算”的國家戰略布局下,充分利用可再生能源豐富的區位優勢選址建設數據中心;二是在本地可再生能源缺乏的情況下,加強對跨省跨區綠電交易的支持;三是鼓勵數據中心積極創新,讓綠電在供需流動中創造價值,與生態伙伴合作共贏,實現綠色發展。
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