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當今世界正在邁入數(shù)字化時代，物質、能量、信息成為人類社會發(fā)展的三大要素，數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡、計算已無處不在。目前數(shù)字經(jīng)濟年增速是整體經(jīng)濟增速的1.5倍，數(shù)字經(jīng)濟在大國的國內(nèi)生產(chǎn)總值中占比正不斷上升，已接近50%。未來數(shù)字經(jīng)濟和網(wǎng)絡空間將成為國際競爭的主戰(zhàn)場。
8月國家發(fā)展改革委、國家能源局、國家數(shù)據(jù)局聯(lián)合印發(fā)的《加快構建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》，明確提出整合調(diào)節(jié)資源、提升算力與電力協(xié)同運行水平、提高數(shù)據(jù)中心綠電占比、降低電網(wǎng)保障容量需求。
算力需求和碳排放在快速增長
我國算力行業(yè)正在快速發(fā)展。國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室近日發(fā)布的《國家信息化發(fā)展報告（2023年）》顯示，我國算力基礎設施綜合水平穩(wěn)居全球第二；截至2023年底，提供算力服務的在用機架數(shù)達810萬標準機架，算力總規(guī)模超230EFLOPS（每秒完成百億億次浮點運算的能力），其中智能算力規(guī)模達到70EFLOPS，新增算力基礎設施中智能算力占比過半，成為算力增長的新引擎?？萍疾空J可的超算中心有10多個，在建的超大型和大型數(shù)據(jù)中心有600多個，智算中心達60多個。
“算力的盡頭是電力”，特別是以ChatGPT為代表的大模型對電力的需求日益增長。據(jù)國際能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，2022年，全球數(shù)據(jù)中心消耗約460太瓦時的電量（相當于全球總需求的2%）。隨著生成式人工智能的飛速發(fā)展，這一數(shù)字到2026年可能膨脹至620至1050太瓦時。
我國數(shù)據(jù)中心的耗電量尚無確切的數(shù)字，但綜合國家能源局等多方數(shù)據(jù)顯示，全國數(shù)據(jù)中心一年耗電量約2000億千瓦時，超過目前三峽電站年發(fā)電量的2倍。趨勢是肯定的——每年數(shù)據(jù)中心耗電量增長的速度，在所有行業(yè)當中是最快的。
在碳排放方面，中國通信工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)中心委員會前兩年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，一座擁有1500架8千瓦機架的數(shù)據(jù)中心，按10年生命周期、75%的使用率、PUE值（數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源比值）為1.5來計算，平均年碳排放量達8萬噸。
在實現(xiàn)“雙碳”目標背景下，我國互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）的能源消耗和碳排放量也在大幅上升，目前的碳排放量約為1.63億噸/年，相當于3.26億輛汽車每年在城市中行程達到2萬千米的碳排放量，且以每年約20%的速度增長，盡管占我國總碳排放量的比例并不大，但增長速度相對其他行業(yè)
要快。
算力行業(yè)綠色化需求激增
電力，特別是綠色電力，是支撐算力高質量發(fā)展的基礎動力，將來也可能決定算力產(chǎn)業(yè)的高度。從全球能源發(fā)展趨勢來看，有兩點是公認且不可逆轉的，一是能源數(shù)智化，二是能源綠色化?？稍偕茉矗瑹o論是裝機容量還是發(fā)電量，比重都會越來越高，在終端用能、用電的比例也會越來越高，這就是全球共同的愿景，也是共同的目標。
算力行業(yè)正面臨日益迫切的綠色電能的供給和節(jié)能壓力。從國家到地方，陸續(xù)出臺了針對數(shù)據(jù)中心綠色能源供給的政策，比如對PUE的要求，特別是最近中共中央、國務院發(fā)布的《關于加快經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型的意見》，旨在推動經(jīng)濟社會全面綠色低碳轉型。
國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、國家能源局、國家數(shù)據(jù)局聯(lián)合印發(fā)的《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》特別提到，國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心的綠電占比超過80%。研究顯示，未來數(shù)據(jù)中心對綠電的需求至少是1000億千瓦時。相較于2023年全國綠電交易的規(guī)模，這個需求十分巨大。蘋果等互聯(lián)網(wǎng)公司出于環(huán)境、社會和公司治理（ESG）評估的需求，都設立了比較激進的目標，宣布要在2030年提前實現(xiàn)碳中和。
數(shù)據(jù)中心綠色化也在國家政策引導下進入快速發(fā)展的階段。目前工信部認可的國家綠色數(shù)據(jù)中心只有196個。我國的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心占比較大，這就導致我國互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的PUE不是特別理想?！稊?shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》提出的目標是：到2025年底，全國數(shù)據(jù)中心平均PUE降至1.5以下，可再生能源利用率年均增長10%，平均單位算力能效和碳效顯著提高；到2030年底，全國數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率、單位算力能效和碳效達到國際先進水平，可再生能源利用率進一步提升，北方采暖地區(qū)新建大型及以上數(shù)據(jù)中心余熱利用率明顯提升。
電算協(xié)同的可能路徑
算力存儲、運算離不開電力的支撐，高比例電力電子的電力系統(tǒng)需要數(shù)字化技術，尤其是人工智能技術的支撐。電力和算力融合發(fā)展、相互賦能是未來需要探討的問題，在技術應用、市場環(huán)境、商業(yè)模式等方面還有諸多
困難。
工信部2023年10月發(fā)布的《算力基礎設施高質量發(fā)展行動計劃》提出了算力+能源協(xié)同發(fā)展的要求。2024年8月三部委聯(lián)合印發(fā)的《加快構建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》，提出實施一批算力電力協(xié)同的項目。
黨的二十屆三中全會明確提出構建全國統(tǒng)一電力大市場。電算協(xié)同的一個重要方面即突破體制機制方面的障礙。能源轉型正在催生可再生能源支撐算力發(fā)展的可能路徑和新模式，有的已經(jīng)實施，有的仍然在探索。
一是綠電直供，就是由可再生能源發(fā)電廠的電直接供給互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。三峽集團建設的三峽東岳廟數(shù)據(jù)中心不需要柴油發(fā)電機，用的是完全可再生的綠色水電，從根本上替代了傳統(tǒng)的化石能源，實現(xiàn)了零碳數(shù)據(jù)中心的目標。
二是源網(wǎng)荷儲一體化模式。它與綜合能源模式有點類似，未來需要面臨多項挑戰(zhàn)，如確定適當儲能容量、投資責任分擔和攤銷方式等問題?！叭珖惑w化算力網(wǎng)絡”和林格爾數(shù)據(jù)中心集群綠色能源供給示范項目目前處于在建狀態(tài)，規(guī)劃總體規(guī)模為395萬千瓦，其中風電300萬千瓦、集中式光伏95萬千瓦、電化學儲能100萬千瓦/400萬千瓦時和適當配比的氫儲能，將為數(shù)據(jù)中心綠電直供模式提供寶貴經(jīng)驗。
三是綠色電力交易模式。這種模式就是購買電網(wǎng)輸送的綠色電力，但需要付出額外的溢價。比如，貴州貴安蘋果數(shù)據(jù)中心就要求全部使用綠電，或者通過購買綠證實現(xiàn)綠色能源的消費。
目前還有一些地方在探索新的模式，比如虛擬電廠模式，但仍要直面技術、政策、系統(tǒng)成本上升等挑戰(zhàn)。
未來，算力行業(yè)肯定會應用更多的綠色電力，降低碳排放和PUE值，達到更高的能源效率。電力+算力+熱力的協(xié)同技術創(chuàng)新，可以提高算力產(chǎn)業(yè)可再生能源利用效率，降低算力產(chǎn)業(yè)能源成本。通過探討綠色低碳的技術路徑和模式，“算力+”綠色低碳生態(tài)體系肯定可以賦能各行各業(yè)，也包括可再生能源的高質量發(fā)展。
（作者系懷柔實驗室可再生能源研究中心主任、中國長江三峽集團有限公司副總工程師。）