数据中心行业在能源转型中将发挥重要作用
新华网2020-07-24 14:00
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近十多年，我国数字经济持续增长。2019年数字经济对GDP增长的贡献率达到67.7%，成为驱动我国经济增长的核心力量。数据中心是集中储存和处理数据的设施，是科技创新与技术应用的实体，是数字经济发展的基石。网民数量与移动流量的迅猛增长，大数据与人工智能对数据存储和计算的巨大需求，共同推动了我国数据中心规模化增长。数据中心用电负荷巨大，部分用电负荷具有时间和空间上的可控性。充分利用数据中心用电负荷特性，使数据中心从“黑色”能源的消费者，转变为“绿色”可再生能源的产消者和驱动者大有可为。
数据中心数量与机架数量剧增，电力需求增长迅猛。截至2018年底，我国数据中心总量已超过40万个，大型及以上数据中心的总机架数达204万个。预计2020年和2025年，大型及以上数据中心机架数量将分别达到498万和802万个。数据中心数量及机架数量的大幅增加，将导致数据中心电力需求不断增长。2018年我国数据中心用电总量为1,609亿千瓦时，占全社会总用电量的2.35%。预计2020年用电总量将达2,023亿千瓦时，占全社会用电总量的2.7%；2030年将突破4,000亿千瓦时，占全社会用电总量的3.7%。
今年以来，突如其来的新冠肺炎疫情，使数字技术、数字产业和数字服务在经济社会运行中的重要作用更加突出。快速发展的数字经济在很大程度上对冲了新冠疫情的负面影响。分析表明，后疫情时代，人们的生产生活方式将发生深刻变化。数据中心建设既是已经启动的大规模“新基建”计划的重要内容，也将成为经济长远发展的重要支撑。可以预见，数据中心的数量将远超原有的预测水平，数据中心能耗将爆发性增长。
数据中心应加大清洁低碳用电步伐，引领能源转型。数据中心在使用电能的过程中，会产生大量污染物排放。2011年以来，国际互联网行业通过投资建设可再生能源发电站、从可再生能源发电企业直接购电等方式，正逐步向“100%可再生能源（使用）目标”迈进。我国互联网科技已处于世界领先地，但是该行业尚未形成大规模利用可再生能源电力的趋势。2018年可再生能源电力在我国数据中心行业用电占比为23%，低于全社会26.5%可再生能源用电水平。我国数据中心行业应改变用能方式，加快清洁低碳用电步伐，应成为能源密集型行业能源转型的典范。
由于我国分布式能源、微电网、局域电网接入大电网还存在诸多困难，加之我国电力市场建设滞后以及“绿色电力”交易刚刚起步，数据中心缺乏采购可再生能源的制度安排和商业渠道，因此，国际机构在估计我国数据中心的污染物排放时往往认定其主要使用了燃煤火电。据此测算，2018年我国数据中心火电使用量约为1,171.81亿千瓦时，带来了4,687吨烟尘，23,436吨二氧化硫，22,264吨氮氧化物以及9,855万吨二氧化碳等污染物排放。
数据中心部分电力负荷的时空可控性，有利于促进可再生能源消纳。数据中心工作负载具有时间上的灵活性。数据中心处理的信息数据，取决于用户的网络使用行为，具有较大的随机性和不确定性。但是，数据中心中的批处理数据只要在规定时间内处理完毕即可，非实时任务可以适当转移或者延迟处理。换言之，数据中心这些工作负载在时间上具有灵活性。与此同时，数据中心工作负载还具有空间上的灵活性。同一云服务提供商，可在多地拥有数据中心，各数据中心之间通过光纤等传输设备，实现异地数据和工作负载转移。数据中心工作负载在时间和空间上的灵活性，反映在其用电特性方面就是电力负荷的时空可控性。从这种意义上讲，数据中心能够根据电力调度中心的需要，主动进行需求响应，乃至发挥“虚拟电厂”的功效。
数据中心用电负荷的时空可控性，为其促进我国西部风（光）电等间歇性可再生能源消纳提供了重要条件。在我国，集中式风电、光伏发电等可再生能源多分布在西部，而互联网、大数据、人工智能等产业多分布在东部。数据中心在时间维度上转移负载，可以为电力系统提供调峰、调频等服务等辅助服务；在空间维度上优化调控负荷，可以推进数据算力跨区域流通，实现“东数西算”，从而增加“西电东送”通道的可再生能源输送能力。例如，如果对东部一个30兆瓦的数据中心的电力负荷进行时空调控，将其三分之一的批处理负载转移至西部数据中心处理，就可以在西部地区可再生能源富余时段为其腾出的10兆瓦“西电东送”通道容量。
强化顶层设计，营造良好政策氛围。一要提高认识。能源转型是党的十九大加快生态文明体制改革、建设美丽中国重大方略的具体要求，是履行《巴黎协定》中我国碳减排承诺的重要途径。数据中心巨大能耗问题应引起高度关注，应提高对数据中心与能源转型关系的认识。好的制度设计可以使数据中心这一耗能大户由能源转型的威胁者，变为能源转型的推动者。二要坚持问题导向和目标导向，尽快建立有利于数据中心发挥作用的电力市场机制。应扩大可再生能源市场化交易机制试点，将数据中心纳入其中；应深入探讨数据中心参与电力市场辅助服务、跨省区能源优化和现货交易等理论问题和市场规则问题；着手开展数据中心有效融入电力市场的示范应用工作。三要有效发挥政府作用。应将数据中心可再生能源使用与能耗总量和强度“双控”目标挂钩；应加强分布式能源、微电网、局域电网接入大电网的专项监管。【作者为华北电力大学经济与管理学院 张素芳（教授 博士生导师）；华北电力大学电气与电子工程学院 王鹏（教授 博士生导师）】
责任编辑： 索炜
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