梁漢東， 吳勁松,2， 廖 霄， 朱文濤，陳 冰,2， 鄭 赟， 張學(xué)昶

(1. 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510663；2. 華南理工大學(xué)，廣州 510641)

0 引言

近年來，作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要基石，數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大，算力不斷提高，相應(yīng)數(shù)據(jù)中心的能耗及運(yùn)行成本也隨之不斷攀升。2018年中國(guó)數(shù)據(jù)中心總用電量為1 608.89億kWh，占中國(guó)全社會(huì)用電量的2.35%，超過上海市2018年全社會(huì)用電量。據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司預(yù)測(cè)，到2030年數(shù)據(jù)中心整體用電量將突破4 000億kWh，占全社會(huì)用電量的比重將升至3.7%。數(shù)據(jù)中心作為“能耗巨獸”，單位密度的負(fù)載率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，2019年2月，國(guó)家工信部、國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》，意見中提出了“2022年，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的電能使用效率值達(dá)到1.4以下，清潔能源應(yīng)用比例大幅提升”的要求，數(shù)據(jù)對(duì)能源行業(yè)提出了巨大的考驗(yàn)，數(shù)據(jù)中心的高能耗不僅是數(shù)據(jù)中心行業(yè)的痛點(diǎn)，也是能源行業(yè)的痛點(diǎn)。

以目前規(guī)劃中的粵港澳數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園(惠州)為例，用電負(fù)荷預(yù)估為千兆瓦級(jí)別，需要配套建設(shè)多個(gè)220kV和110kV變電站，電力供應(yīng)要求高，能源需求巨大。在這種背景下，加快能源行業(yè)與數(shù)據(jù)中心行業(yè)的融合發(fā)展將極大促進(jìn)數(shù)據(jù)中心高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展，助力實(shí)現(xiàn)新基建的宏偉藍(lán)圖。

1 新基建下能源行業(yè)發(fā)展方向

以互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，新經(jīng)濟(jì)形態(tài)——數(shù)字經(jīng)濟(jì)正成為我國(guó)乃至全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)帶動(dòng)能源需求也發(fā)生轉(zhuǎn)變，能源消費(fèi)由傳統(tǒng)工業(yè)驅(qū)動(dòng)為主逐步轉(zhuǎn)向工業(yè)、服務(wù)業(yè)和生活消費(fèi)共同驅(qū)動(dòng)的增長(zhǎng)模式，用能需求將向高能耗產(chǎn)業(yè)集群以及5G、數(shù)據(jù)中心等新業(yè)態(tài)轉(zhuǎn)移。

2020年3月4日，中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)會(huì)議指出，要加快5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路及城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等七大領(lǐng)域新基建建設(shè)。2020年6月30日，廣東省工業(yè)和信息化廳印發(fā)《廣東省5G基站和數(shù)據(jù)中心總體布局規(guī)劃(2021-2025年)》，規(guī)劃中指出：到2025年，全省實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)城鄉(xiāng)全覆蓋，珠三角建成高價(jià)值數(shù)據(jù)應(yīng)用集聚區(qū)，粵東、粵西、粵北地區(qū)建成9個(gè)數(shù)據(jù)中心聚集區(qū)，建成面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智慧城市等的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施體系?！靶禄ā奔涌焱苿?dòng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)用電增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心大規(guī)模投產(chǎn)后將大幅拉升全省能源消費(fèi)總量，新增數(shù)據(jù)中心年耗電量將達(dá)200億kWh，“十四五”期間新增能耗約550萬～650萬t標(biāo)煤，占全省能源消耗總量增量的5%～6%。

廣東省新規(guī)劃的9個(gè)數(shù)據(jù)中心聚集區(qū)主要集中在粵東西北，本地能源消費(fèi)總量基數(shù)較低，基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)珠三角地區(qū)薄弱，數(shù)據(jù)中心投產(chǎn)后當(dāng)?shù)啬茉聪M(fèi)增長(zhǎng)明顯，對(duì)當(dāng)?shù)爻鞘心芎摹半p控”指標(biāo)影響明顯，這對(duì)能源行業(yè)帶了巨大挑戰(zhàn)和變革，要謀求數(shù)字經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，必須從供能機(jī)制和能源技術(shù)路線出發(fā)，積極探索數(shù)據(jù)中心能耗行之有效的提質(zhì)增效方法。

2 新基建下數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展建議

目前，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的供能模式較為單一，能源消耗幾乎全部為電網(wǎng)電力，其中火電在供電結(jié)構(gòu)中的占比70%，綠電和其他可再生能源的消費(fèi)占比不足23%。數(shù)據(jù)中心在消耗巨額電量的同時(shí)，還排放出大量溫室氣體及其他污染物，引發(fā)“城市熱島”問題。因此，數(shù)據(jù)中心未來的用能發(fā)展方向不應(yīng)僅局限于降低PUE值、提高主要用能設(shè)備能效等，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注可再生能源的開發(fā)和利用，探索基于多能互補(bǔ)的數(shù)據(jù)中心能源供應(yīng)的多元融合模式。

2020年9月29日，廣東省發(fā)改委、能源局、科技廳、工信廳以及省自然資源廳、省生態(tài)環(huán)境廳聯(lián)合印發(fā)《廣東省培育新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)計(jì)劃(2021—2025年)》。行動(dòng)計(jì)劃中指定的新能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域包括核能、風(fēng)能、天然氣及其水合物、太陽(yáng)能、氫能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能等10個(gè)領(lǐng)域。計(jì)劃明確將推進(jìn)可再生能源、氫能在5G基站、特高壓、充電樁、大數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的應(yīng)用。

在此背景下，站在能源行業(yè)角度，對(duì)數(shù)據(jù)中心發(fā)展提出如下建議。

(1)結(jié)合數(shù)據(jù)中心發(fā)展布局，提前謀劃能源供應(yīng)，做好全省及區(qū)域能源需求預(yù)判，尤其是數(shù)據(jù)中心集中區(qū)域的新增負(fù)荷預(yù)測(cè)，積極優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)供電安全保障水平，合理布局保底電源，保障數(shù)據(jù)中心負(fù)荷的可持續(xù)供應(yīng)。

(2)結(jié)合近區(qū)地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架情況和電源布點(diǎn)，合理布局?jǐn)?shù)據(jù)中心站址，積極開展“變電站、儲(chǔ)能站和電力數(shù)據(jù)中心三站合一模式”和“集數(shù)據(jù)中心和變電站、儲(chǔ)能站、充換電站、光伏站于一體的多站融合模式”，提高能源資源整合水平。多行業(yè)數(shù)據(jù)中心融合發(fā)展需重點(diǎn)關(guān)注：1)積極促進(jìn)電源對(duì)數(shù)據(jù)中心的就近供電；2)優(yōu)先選擇保底網(wǎng)架范圍，確保電網(wǎng)供電可靠；3)發(fā)展數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)促進(jìn)電網(wǎng)數(shù)字化改革。

(3)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展需要在能源消費(fèi)上體現(xiàn)出社會(huì)責(zé)任，應(yīng)結(jié)合內(nèi)外條件，盡可能地使用可再生能源，降低PUE值，提高運(yùn)營(yíng)管理和綠色用電水平。

(4)積極參與電力市場(chǎng)化交易，減少數(shù)據(jù)中心用能成本。數(shù)據(jù)中心作為穩(wěn)定的耗電大戶，建議以電力大用戶的身份積極參與電力市場(chǎng)交易，以雙邊協(xié)商方式主動(dòng)尋求低價(jià)電源(目前廣東省僅煤電、氣電參與電力市場(chǎng)化交易，后續(xù)逐步放開，可優(yōu)選穩(wěn)定的綠色電源供電)，通過中長(zhǎng)期交易鎖定基本電量需求和優(yōu)惠價(jià)格，有效降低用電成本。

(5)降低單位能耗PUE值，推動(dòng)綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。綜合能源并不是代替主力電網(wǎng)，其生命力是從底層解決問題，在提升可靠性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)綠色能源的消納，數(shù)據(jù)中心和綜合能源實(shí)現(xiàn)高度融合和互補(bǔ)。

(6)運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能和IOT等新興技術(shù)，在能源的需求側(cè)和供給側(cè)實(shí)現(xiàn)管理智能化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心通過電網(wǎng)的電力流量，協(xié)助能源供應(yīng)方改變能源組合，調(diào)整化石能源使用量，增加可再生能源產(chǎn)量，對(duì)多個(gè)來源產(chǎn)生的能源輸出供應(yīng)進(jìn)行管理，以便實(shí)時(shí)匹配空間和時(shí)間的需求變化，以最好的方式分配能源資源。此外，還可應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)估，提升數(shù)據(jù)中心負(fù)載，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)中心的用電管理效率，最終減少數(shù)據(jù)中心的總用電量。

3 綠色數(shù)據(jù)中心能源轉(zhuǎn)型應(yīng)用場(chǎng)景及發(fā)展思路

3.1 數(shù)據(jù)中心能源供應(yīng)多能互補(bǔ)模式

(1)因地制宜，因時(shí)制宜。充分結(jié)合自然或免費(fèi)冷源，鼓勵(lì)利用LNG汽化吸熱過程、山區(qū)溶洞低溫空氣、江河湖海低溫水源等用于滿足數(shù)據(jù)中心散熱需求的應(yīng)用及示范。

(2)立足數(shù)據(jù)中心當(dāng)?shù)刭Y源及負(fù)荷特性，構(gòu)建綠色電力、天然氣冷熱電聯(lián)供、自然冷源以及光熱、儲(chǔ)能、余熱余壓等技術(shù)的數(shù)據(jù)中心多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)，推動(dòng)綠電與其他能源在數(shù)據(jù)中心供能上的多元互動(dòng)潛力及方式，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。數(shù)據(jù)中心多能互補(bǔ)供給示意圖詳見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)中心多能互補(bǔ)供給示意圖

3.2 全方位培育綠電在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

按照國(guó)家可再生能源信息管理中心2017年6月公布的《綠色電力證書資源認(rèn)購(gòu)交易實(shí)施細(xì)則(試行)》的規(guī)定，綠色電力證書(簡(jiǎn)稱“綠證”)是指信息中心按照國(guó)家相關(guān)管理規(guī)定，依據(jù)可再生能源上網(wǎng)電量，通過國(guó)家能源局可再生能源發(fā)電項(xiàng)目信息管理平臺(tái)，向符合資格的可再生能源發(fā)電企業(yè)頒發(fā)的具有唯一代碼標(biāo)識(shí)的電子憑證。

目前中國(guó)綠證由于其替代補(bǔ)貼的目的，價(jià)格普遍高于國(guó)際水平，如果通過大批量采購(gòu)綠證來提高可再生能源的應(yīng)用比例，意味著額外增加了電力成本。平價(jià)上網(wǎng)、配額制等支持性政策落實(shí)以后，綠證成本將大幅下降，企業(yè)釆購(gòu)綠證的意愿將會(huì)大幅度提高。未來，可積極研究和推廣自建綠電、直購(gòu)綠電、采購(gòu)綠色電力證書以及電力現(xiàn)貨市場(chǎng)化交易等方式在數(shù)據(jù)中心供能上的應(yīng)用，通過提高綠電供應(yīng)的可靠性，降低綠電供應(yīng)的投資運(yùn)維成本，參與電力市場(chǎng)化交易尋求低價(jià)綠電等手段，全方位培育綠電在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用路徑。

3.3 數(shù)據(jù)中心“多站融合”建設(shè)模式

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)接近90%的變電站、公用配電房地處于居民、工商業(yè)負(fù)荷中心。電力企業(yè)可充分利用抽水蓄能電站、變電站等土地資源，就近供電的電力優(yōu)勢(shì)和豐富的通信網(wǎng)絡(luò)資源，因地制宜、集約高效開展數(shù)據(jù)中心建設(shè)，研究和推廣數(shù)據(jù)中心與變電站、儲(chǔ)能站、充換電站、光伏電站等集于一體的“多站融合”建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模式，探索低成本、規(guī)模化推廣的創(chuàng)新能源供應(yīng)技術(shù)路線及商業(yè)模式，打造多行業(yè)數(shù)據(jù)中心融合發(fā)展與共享共贏的健康生態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心供能的高效化、低成本和清潔化，助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展。多站合一業(yè)務(wù)模式示意圖詳見圖2。

圖2 多站合一業(yè)務(wù)模式示意圖

3.4 建設(shè)能源大數(shù)據(jù)中心

能源大數(shù)據(jù)中心聚焦政府、行業(yè)、企業(yè)、電力客戶各方數(shù)據(jù)應(yīng)用訴求，推出端到端的能源大數(shù)據(jù)行業(yè)解決方案，通過對(duì)各種數(shù)據(jù)匯聚整合、挖掘分析，促進(jìn)政府決策科學(xué)化、社會(huì)治理精準(zhǔn)化、公共服務(wù)高效化。能源大數(shù)據(jù)中心示意圖詳見圖3。

圖3 能源大數(shù)據(jù)中心示意圖

目前，河南建設(shè)“綠色基地、安全可靠、運(yùn)營(yíng)規(guī)范、平臺(tái)開放、數(shù)據(jù)融合、應(yīng)用智能”的能源大數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建高可用性、高開放性、高聚合度特性的泛在聚合的“能源信息互聯(lián)平臺(tái)”；青海能源大數(shù)據(jù)中心以新能源發(fā)電為切入點(diǎn)，集成光伏、風(fēng)電、石油、煤炭、天然氣等能源數(shù)據(jù)，構(gòu)建了源網(wǎng)荷一體化的能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；上海打造“一體化智慧城市能源大腦”，通過能源監(jiān)控、分析、管理、交易、服務(wù)、應(yīng)用等功能服務(wù)，支撐政府對(duì)全社會(huì)不同行業(yè)能源利用情況的全面監(jiān)管，提高全社會(huì)的能源利用效率。

未來，能源大數(shù)據(jù)中心將匯聚電力、經(jīng)濟(jì)、金融、交通、環(huán)境等更多行業(yè)數(shù)據(jù)，形成以電力為核心的能源大數(shù)據(jù)生態(tài)圈。通過數(shù)據(jù)融合，進(jìn)一步挖掘跨行業(yè)、跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)價(jià)值，為改善民生、節(jié)能減排、行業(yè)發(fā)展提供全方位數(shù)據(jù)增值服務(wù)，并將從市場(chǎng)需求、產(chǎn)品服務(wù)、合作共研、盈利模式等方面探索設(shè)計(jì)能源數(shù)據(jù)商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，為生態(tài)圈持續(xù)發(fā)展集聚創(chuàng)新動(dòng)能。

此外，應(yīng)用先進(jìn)信息技術(shù)改變傳統(tǒng)的單一供能方式，通過用能行為與環(huán)境預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)中心運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，基于5G技術(shù)的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知，以及大數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行快速、準(zhǔn)確調(diào)控供能系統(tǒng)開度和用能余度，實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化的供需協(xié)調(diào)、智能平衡和高效協(xié)同，促使數(shù)據(jù)中心能耗的降低，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

4 結(jié)束語