鐘志鯤

（普洛斯企業(yè)發(fā)展（上海）有限公司，上海 200120）

1 全國電能基本情況

截至2021年末，我國全國發(fā)電裝機容量為2.380×109kW，而著名的三峽水電站的裝機容量為2.250×107kW，全國發(fā)電總裝機容量與三峽電站裝機容量比約為100∶1（用三峽電站為一個基本單位比較容易理解全國用能情況）。2021年，我國全年發(fā)電量為 8.1×1012kW·h，用電量為 8.3×1012kW·h，用電量缺口為 2.0×1011kW·h。

近年來，我國電能總量一直處于增長態(tài)勢，與我國經(jīng)濟發(fā)展的實際情況相符，充分闡釋了用能與發(fā)展一致的基本邏輯。在用電需求與供給能力之間的差距逐步擴大時，新建發(fā)電站、提高現(xiàn)有裝機容量的利用率、增加分布式發(fā)電的占比等措施對于統(tǒng)籌全國發(fā)電與用電的平衡起到重要作用。同時，開源與節(jié)流并行也是較好的解決方法之一，可以通過電網(wǎng)傳輸損耗的減少來增加終端可用電量。

2 新能源的發(fā)展情況

所謂新能源并沒有明確定義，只是區(qū)別于傳統(tǒng)能源。許多列入新能源的技術(shù)都已經(jīng)歷經(jīng)多年的研究，只是截至目前未被規(guī)模利用或者限于現(xiàn)有的技術(shù)條件無法規(guī)模擴大使用，如氫能、生物質(zhì)能等。核能、光伏、風電的社會接受程度比較好，在能源體系中的占比逐步擴大，成為主流的新能源。新能源在具備綠色低污染特性的同時，也存在非常明顯的缺陷，需要在系統(tǒng)匹配和技術(shù)彌補上做大量工作。例如，以電傳輸分配為核心的供電體系中風光發(fā)電占比超15%后，電網(wǎng)調(diào)控會非常困難。在大電網(wǎng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)中，不同組分的特性和占比如表1所示。

表1 2021年全國發(fā)電結(jié)構(gòu)

風光系統(tǒng)近年有長足發(fā)展，裝機功率占比已經(jīng)突破20%，但發(fā)電率不高?，F(xiàn)階段最現(xiàn)實的問題是是確定風光發(fā)電技術(shù)作為新能源的主要方向，加大科研能力以突破利用中的技術(shù)壁壘，同時在實踐應(yīng)用中不斷發(fā)現(xiàn)問題并給予改進。

3 數(shù)據(jù)中心的配電結(jié)構(gòu)與能源利用

2021年，中國數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模已經(jīng)達到39.2萬億元，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展對帶動社會經(jīng)濟發(fā)展起到重要作用，但是其集中、巨量消耗能源的情況也倍受社會關(guān)注。在多年的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）市場經(jīng)營過程中，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)工作的兩個核心是安全與節(jié)能，且安全優(yōu)先于節(jié)能。雖然可以將兩者統(tǒng)籌考慮，但超出安全底線的問題必須堅持原則。數(shù)據(jù)中心能源關(guān)系如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心能源關(guān)系

機房負荷可以分為A、B、C這3類，分別用不同的供電協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)進行有效保障，同時匹配不同可靠性的供冷系統(tǒng)進行冷卻保障。系統(tǒng)冗余造成的能耗是無法規(guī)避的事實，合理降低是必要的，但杜絕這部分能耗幾乎不可能。截至統(tǒng)計，全國建成的數(shù)據(jù)機架數(shù)量為520萬架左右，其中60%以上分布于我國的東部地區(qū)。雖自2021年底開始進行“東數(shù)西算”的全國整體布局調(diào)整，但真正能完成可能需要許多年。對于這樣一個能源需求密度高、冷熱嚴重對沖、又對現(xiàn)代社會具有極其重要作用的產(chǎn)業(yè)，如何理性認知依舊是一個重大課題。

2021年，中國傳統(tǒng)IDC業(yè)務(wù)市場規(guī)模達到1 201.9億元，同比增長20.9%[1]。預(yù)計未來3年，中國傳統(tǒng)IDC業(yè)務(wù)市場規(guī)模將以18.8%的速度持續(xù)增長，到2024年市場規(guī)模預(yù)測將達到2 013.4億元。歷經(jīng)多年的技術(shù)改進和實踐，絕大多數(shù)的機房已經(jīng)將電源利用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）從 1.8 甚至更高逐步下降為1.4左右，在降低不必要的能耗方面進行了許多有益的嘗試并進行規(guī)范化。但IDC最核心的框架性節(jié)能路徑應(yīng)該還是兩條主線：一是提高單能耗下的算力能力，即提高服務(wù)器能力和利用率；二是適度控制IDC發(fā)展規(guī)模，空置的數(shù)據(jù)中心即使不通電也是一種浪費。

4 政策對數(shù)據(jù)中心用能的影響

自2006年以來，我國CO2排放量超過美國，已經(jīng)連續(xù)多年成為全球最大的溫室氣體排放國。2019年我國CO2排放量為101.75億t，與美國、印度、俄羅斯以及日本CO2排放量之和相當。2020年，我國向全世界承諾的“碳達峰”和“碳中和”目標對數(shù)據(jù)中心的發(fā)展也起到重要的引導作用。2021年10月11日，國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于進一步深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價市場化改革的通知》、北京市發(fā)展和改革委員會發(fā)布《關(guān)于印發(fā)進一步加強數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查若干規(guī)定的通知》、上海市經(jīng)濟和信息化委員會與上海市發(fā)展和改革委員會聯(lián)合發(fā)布《上海市工業(yè)和通信業(yè)節(jié)能降碳“百一”行動計劃（2022—2025）》等相關(guān)政策，對數(shù)據(jù)中心的無序發(fā)展形成強大的制約[2]。各地區(qū)的政策不完全一致，包括限建、限能、超限處罰、退出以及電費上漲等多重杠桿調(diào)控，以控制IDC有序發(fā)展。

電價政策的調(diào)整一方面增加了數(shù)據(jù)中心的用能成本，另一方面也是以價格杠桿來加速節(jié)能和多能源解決方案在數(shù)據(jù)中心的落地執(zhí)行。增大的電價差使得分布式光伏、儲能、三聯(lián)供等發(fā)電技術(shù)以及液冷、蒸發(fā)冷卻、氟泵等冷卻節(jié)能技術(shù)的投資回報能力增強，用戶使用這些技術(shù)的意愿增強。數(shù)據(jù)中心在未來的終極目標，電能來源應(yīng)該是離網(wǎng)的自發(fā)電（電網(wǎng)只作安全后備），冷源應(yīng)該是去機械制冷。

5 關(guān)于綠電

綠電的定義并不唯一，在不同的政策背景下范疇有所差別。數(shù)據(jù)中心常見的綠電基本就是光伏和風電，而且分布式光伏還不能納入綠電交易范疇。由于目前缺乏權(quán)威部門的指導和解釋，許多概念在實際應(yīng)用中出現(xiàn)比較大的混淆和爭議，對于推動綠電的發(fā)展是不利的[3]。

鑒于此，行業(yè)并不明確指明新能源的發(fā)展方向，僅能以探索方式進行分布式光伏、儲能、采購綠電等方式改變目前的用能方式，而采購綠電方式也僅僅是社會責任的一種體現(xiàn)，并未根本改變用能方式的本質(zhì)變化。筆者以為，對類似數(shù)據(jù)中心這樣的終端電力用戶而言，光儲一體系統(tǒng)、氫能系統(tǒng)可能是今后很長時間內(nèi)為數(shù)不多的具有可行性的新能源技術(shù)方向。

6 儲能技術(shù)

無論是電動車輛、電網(wǎng)儲能站、終端的電子設(shè)備，甚至行業(yè)內(nèi)使用多年的不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統(tǒng)和高壓直流系統(tǒng)都是儲能內(nèi)在需求的實現(xiàn)技術(shù)。任何生產(chǎn)與消耗不能做到完全匹配的體系，都必須設(shè)置一個中間儲存的環(huán)節(jié)。在儲能系統(tǒng)出現(xiàn)前，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)大量使用鉛酸蓄電池和發(fā)動機柴油，并積累了大量的經(jīng)驗和方法來規(guī)避存在的風險。數(shù)據(jù)中心儲能的作用如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心儲能的作用

數(shù)據(jù)中心采用儲能的意義非常多，但用戶往往只關(guān)注其經(jīng)濟性，并將其安全性默認為劣勢評價，僅以此狹義方式評價一定會得到否定的決策。儲能作為分布式光伏的最佳搭檔，可以成為園區(qū)電力的核心，從技術(shù)層面逐步解決其存在的風險存在可行性。例如在蓄電池選擇上，可以選擇傳統(tǒng)鉛酸電池或磷酸鐵鋰電池，在經(jīng)濟性和安全性上達到目前的要求。儲能系統(tǒng)各類電池對比如表2所示。

表2 儲能系統(tǒng)各類電池對比

7 數(shù)據(jù)中心與其他新能源技術(shù)的耦合

分布式光伏由于其獨特的孤島運行特性和易于部署的特性，很容易引入數(shù)據(jù)園區(qū)，輸出綠色電能[4]。氫能源雖處于起步階段，但隨著質(zhì)子交換膜技術(shù)的國產(chǎn)化和逐步成熟以及產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，加上用戶側(cè)絕對無污染的特性，使得氫能成為數(shù)據(jù)中心用能又一優(yōu)選，亟需在氫氣的產(chǎn)、儲、運、加等產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)上獲得突破性進展。蓄冷、余熱利用等技術(shù)，也是可以突破的技術(shù)方向。若這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，也會納入新能源的概念。此外，數(shù)據(jù)中心可以依據(jù)電網(wǎng)的峰谷特性在需要時進行開啟和關(guān)閉，其動輒幾兆瓦的容量完全可以成為大電網(wǎng)的虛擬負載，形成虛擬電廠[5]。

8 結(jié) 論

新能源、數(shù)據(jù)中心的潛在市場很大，而且兩者存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，目前鮮有企業(yè)能將兩者緊密耦合，還缺乏成功的示范項目案例。新能源技術(shù)實現(xiàn)并不困難，但在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用并不成熟，仍舊需要新技術(shù)突破和現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗積累。在數(shù)據(jù)中心引入更多的新能源技術(shù)，能夠打破依靠電網(wǎng)供能的方式，構(gòu)建分布式綠色供能模式，形成良好的社會效應(yīng)。