“算力的盡頭是電力” 綠電如何促進(jìn)電算協(xié)同？

  當(dāng)今世界正在邁入數(shù)字化時(shí)代，物質(zhì)、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(luò)、計(jì)算已無處不在。目前數(shù)字經(jīng)濟(jì)年增速是整體經(jīng)濟(jì)增速的1.5倍，數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(jì)和網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)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(yùn)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(bào)告（2023年）》顯示，我國算力基礎(chǔ)設(shè)施綜合水平穩(wěn)居全球第二；截至2023年底，提供算力服務(wù)的在用機(jī)架數(shù)達(dá)810萬標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力總規(guī)模超230EFLOPS（每秒完成百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算的能力），其中智能算力規(guī)模達(dá)到70EFLOPS，新增算力基礎(chǔ)設(shè)施中智能算力占比過半，成為算力增長的新引擎?？萍疾空J(rèn)可的超算中心有10多個(gè)，在建的超大型和大型數(shù)據(jù)中心有600多個(gè)，智算中心達(dá)60多個(gè)。

  “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(shí)的電量（相當(dāng)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(shí)。

  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(shí)，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(dāng)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(jī)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(fù)載消耗的能源比值）為1.5來計(jì)算，平均年碳排放量達(dá)8萬噸。

  在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)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(dāng)于3.26億輛汽車每年在城市中行程達(dá)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(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)動(dòng)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(diǎn)是公認(rèn)且不可逆轉(zhuǎn)的，一是能源數(shù)智化，二是能源綠色化。可再生能源，無論是裝機(jī)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(biāo)。

  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(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》，旨在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會全面綠色低碳轉(zhuǎn)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(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》特別提到，國家樞紐節(jié)點(diǎn)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(shí)。相較于2023年全國綠電交易的規(guī)模，這個(gè)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(shè)立了比較激進(jìn)的目標(biāo)，宣布要在2030年提前實(shí)現(xiàn)碳中和。

  數(shù)據(jù)中心綠色化也在國家政策引導(dǎo)下進(jìn)入快速發(fā)展的階段。目前工信部認(rèn)可的國家綠色數(shù)據(jù)中心只有196個(gè)。我國的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心占比較大，這就導(dǎo)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(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》提出的目標(biāo)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(dá)到國際先進(jìn)水平，可再生能源利用率進(jìn)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(yùn)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(shù)，尤其是人工智能技術(shù)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(shù)應(yīng)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(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)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(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027年）》，提出實(shí)施一批算力電力協(xié)同的項(xiàng)目。

  黨的二十屆三中全會明確提出構(gòu)建全國統(tǒng)一電力大市場。電算協(xié)同的一個(gè)重要方面即突破體制機(jī)制方面的障礙。能源轉(zhuǎn)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(shí)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(tuán)建設(shè)的三峽東岳廟數(shù)據(jù)中心不需要柴油發(fā)電機(jī)，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(shí)現(xiàn)了零碳數(shù)據(jù)中心的目標(biāo)。

  二是源網(wǎng)荷儲一體化模式。它與綜合能源模式有點(diǎn)類似，未來需要面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)，如確定適當(dāng)儲能容量、投資責(zé)任分擔(dān)和攤銷方式等問題。“全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)”和林格爾數(shù)據(jù)中心集群綠色能源供給示范項(xiàng)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(fēng)電300萬千瓦、集中式光伏95萬千瓦、電化學(xué)儲能100萬千瓦/400萬千瓦時(shí)和適當(dāng)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(yàn)。

  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(jià)。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(shí)現(xiàn)綠色能源的消費(fèi)。

  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(shù)、政策、系統(tǒng)成本上升等挑戰(zhàn)。

  未來，算力行業(yè)肯定會應(yīng)用更多的綠色電力，降低碳排放和PUE值，達(dá)到更高的能源效率。電力+算力+熱力的協(xié)同技術(shù)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(shù)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(zhì)量發(fā)展。

  （作者系懷柔實(shí)驗(yàn)室可再生能源研究中心主任、中國長江三峽集團(tuán)有限公司副總工程師。）