“算力的尽头是电力” 绿电如何促进电算协同？

  当今世界正在迈入数字化时代，物质、能量、信息成为人类社会发展的三大要素，数据、网络、计算已无处不在。目前数字经济年增速是整体经济增速的1.5倍，数字经济在大国的国内生产总值中占比正不断上升，已接近50%。未来数字经济和网络空间将成为国际竞争的主战场。

  8月国家发展改革委、国家能源局、国家数据局联合印发的《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》，明确提出整合调节资源、提升算力与电力协同运行水平、提高数据中心绿电占比、降低电网保障容量需求。

  算力需求和碳排放在快速增长

  我国算力行业正在快速发展。国家互联网信息办公室近日发布的《国家信息化发展报告（2023年）》显示，我国算力基础设施综合水平稳居全球第二；截至2023年底，提供算力服务的在用机架数达810万标准机架，算力总规模超230EFLOPS（每秒完成百亿亿次浮点运算的能力），其中智能算力规模达到70EFLOPS，新增算力基础设施中智能算力占比过半，成为算力增长的新引擎。科技部认可的超算中心有10多个，在建的超大型和大型数据中心有600多个，智算中心达60多个。

  “算力的尽头是电力”，特别是以ChatGPT为代表的大模型对电力的需求日益增长。据国际能源署（IEA）数据显示，2022年，全球数据中心消耗约460太瓦时的电量（相当于全球总需求的2%）。随着生成式人工智能的飞速发展，这一数字到2026年可能膨胀至620至1050太瓦时。

  我国数据中心的耗电量尚无确切的数字，但综合国家能源局等多方数据显示，全国数据中心一年耗电量约2000亿千瓦时，超过目前三峡电站年发电量的2倍。趋势是肯定的——每年数据中心耗电量增长的速度，在所有行业当中是最快的。

  在碳排放方面，中国通信工业协会数据中心委员会前两年发布的数据显示，一座拥有1500架8千瓦机架的数据中心，按10年生命周期、75%的使用率、PUE值（数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源比值）为1.5来计算，平均年碳排放量达8万吨。

  在实现“双碳”目标背景下，我国互联网数据中心（IDC）的能源消耗和碳排放量也在大幅上升，目前的碳排放量约为1.63亿吨/年，相当于3.26亿辆汽车每年在城市中行程达到2万千米的碳排放量，且以每年约20%的速度增长，尽管占我国总碳排放量的比例并不大，但增长速度相对其他行业

  要快。

  算力行业绿色化需求激增

  电力，特别是绿色电力，是支撑算力高质量发展的基础动力，将来也可能决定算力产业的高度。从全球能源发展趋势来看，有两点是公认且不可逆转的，一是能源数智化，二是能源绿色化。可再生能源，无论是装机容量还是发电量，比重都会越来越高，在终端用能、用电的比例也会越来越高，这就是全球共同的愿景，也是共同的目标。

  算力行业正面临日益迫切的绿色电能的供给和节能压力。从国家到地方，陆续出台了针对数据中心绿色能源供给的政策，比如对PUE的要求，特别是最近中共中央、国务院发布的《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》，旨在推动经济社会全面绿色低碳转型。

  国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局、国家数据局联合印发的《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》特别提到，国家枢纽节点新建数据中心的绿电占比超过80%。研究显示，未来数据中心对绿电的需求至少是1000亿千瓦时。相较于2023年全国绿电交易的规模，这个需求十分巨大。苹果等互联网公司出于环境、社会和公司治理（ESG）评估的需求，都设立了比较激进的目标，宣布要在2030年提前实现碳中和。

  数据中心绿色化也在国家政策引导下进入快速发展的阶段。目前工信部认可的国家绿色数据中心只有196个。我国的传统互联网数据中心占比较大，这就导致我国互联网数据中心的PUE不是特别理想。《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》提出的目标是：到2025年底，全国数据中心平均PUE降至1.5以下，可再生能源利用率年均增长10%，平均单位算力能效和碳效显著提高；到2030年底，全国数据中心平均电能利用效率、单位算力能效和碳效达到国际先进水平，可再生能源利用率进一步提升，北方采暖地区新建大型及以上数据中心余热利用率明显提升。

  电算协同的可能路径

  算力存储、运算离不开电力的支撑，高比例电力电子的电力系统需要数字化技术，尤其是人工智能技术的支撑。电力和算力融合发展、相互赋能是未来需要探讨的问题，在技术应用、市场环境、商业模式等方面还有诸多

  困难。

  工信部2023年10月发布的《算力基础设施高质量发展行动计划》提出了算力+能源协同发展的要求。2024年8月三部委联合印发的《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》，提出实施一批算力电力协同的项目。

  党的二十届三中全会明确提出构建全国统一电力大市场。电算协同的一个重要方面即突破体制机制方面的障碍。能源转型正在催生可再生能源支撑算力发展的可能路径和新模式，有的已经实施，有的仍然在探索。

  一是绿电直供，就是由可再生能源发电厂的电直接供给互联网数据中心。三峡集团建设的三峡东岳庙数据中心不需要柴油发电机，用的是完全可再生的绿色水电，从根本上替代了传统的化石能源，实现了零碳数据中心的目标。

  二是源网荷储一体化模式。它与综合能源模式有点类似，未来需要面临多项挑战，如确定适当储能容量、投资责任分担和摊销方式等问题。“全国一体化算力网络”和林格尔数据中心集群绿色能源供给示范项目目前处于在建状态，规划总体规模为395万千瓦，其中风电300万千瓦、集中式光伏95万千瓦、电化学储能100万千瓦/400万千瓦时和适当配比的氢储能，将为数据中心绿电直供模式提供宝贵经验。

  三是绿色电力交易模式。这种模式就是购买电网输送的绿色电力，但需要付出额外的溢价。比如，贵州贵安苹果数据中心就要求全部使用绿电，或者通过购买绿证实现绿色能源的消费。

  目前还有一些地方在探索新的模式，比如虚拟电厂模式，但仍要直面技术、政策、系统成本上升等挑战。

  未来，算力行业肯定会应用更多的绿色电力，降低碳排放和PUE值，达到更高的能源效率。电力+算力+热力的协同技术创新，可以提高算力产业可再生能源利用效率，降低算力产业能源成本。通过探讨绿色低碳的技术路径和模式，“算力+”绿色低碳生态体系肯定可以赋能各行各业，也包括可再生能源的高质量发展。

  （作者系怀柔实验室可再生能源研究中心主任、中国长江三峡集团有限公司副总工程师。）