數(shù)據(jù)中心行業(yè)在能源轉(zhuǎn)型中將發(fā)揮重要作用

近十多年，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)。2019年數(shù)字經(jīng)濟(jì)對(duì)GDP增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)到67.7%，成為驅(qū)動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的核心力量。數(shù)據(jù)中心是集中儲(chǔ)存和處理數(shù)據(jù)的設(shè)施，是科技創(chuàng)新與技術(shù)應(yīng)用的實(shí)體，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石。網(wǎng)民數(shù)量與移動(dòng)流量的迅猛增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)與人工智能對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算的巨大需求，共同推動(dòng)了我國(guó)數(shù)據(jù)中心規(guī)?；鲩L(zhǎng)。數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷巨大，部分用電負(fù)荷具有時(shí)間和空間上的可控性。充分利用數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷特性，使數(shù)據(jù)中心從“黑色”能源的消費(fèi)者，轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;綠色”可再生能源的產(chǎn)消者和驅(qū)動(dòng)者大有可為。

　　數(shù)據(jù)中心數(shù)量與機(jī)架數(shù)量劇增，電力需求增長(zhǎng)迅猛。截至2018年底，我國(guó)數(shù)據(jù)中心總量已超過40萬(wàn)個(gè)，大型及以上數(shù)據(jù)中心的總機(jī)架數(shù)達(dá)204萬(wàn)個(gè)。預(yù)計(jì)2020年和2025年，大型及以上數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量將分別達(dá)到498萬(wàn)和802萬(wàn)個(gè)。數(shù)據(jù)中心數(shù)量及機(jī)架數(shù)量的大幅增加，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心電力需求不斷增長(zhǎng)。2018年我國(guó)數(shù)據(jù)中心用電總量為1,609億千瓦時(shí)，占全社會(huì)總用電量的2.35%。預(yù)計(jì)2020年用電總量將達(dá)2,023億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電總量的2.7%；2030年將突破4,000億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電總量的3.7%。

　　今年以來，突如其來的新冠肺炎疫情，使數(shù)字技術(shù)、數(shù)字產(chǎn)業(yè)和數(shù)字服務(wù)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行中的重要作用更加突出?？焖侔l(fā)展的數(shù)字經(jīng)濟(jì)在很大程度上對(duì)沖了新冠疫情的負(fù)面影響。分析表明，后疫情時(shí)代，人們的生產(chǎn)生活方式將發(fā)生深刻變化。數(shù)據(jù)中心建設(shè)既是已經(jīng)啟動(dòng)的大規(guī)模“新基建”計(jì)劃的重要內(nèi)容，也將成為經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要支撐?？梢灶A(yù)見，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量將遠(yuǎn)超原有的預(yù)測(cè)水平，數(shù)據(jù)中心能耗將爆發(fā)性增長(zhǎng)。

　　數(shù)據(jù)中心應(yīng)加大清潔低碳用電步伐，引領(lǐng)能源轉(zhuǎn)型。數(shù)據(jù)中心在使用電能的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量污染物排放。2011年以來，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)通過投資建設(shè)可再生能源發(fā)電站、從可再生能源發(fā)電企業(yè)直接購(gòu)電等方式，正逐步向“100%可再生能源（使用）目標(biāo)”邁進(jìn)。我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)科技已處于世界領(lǐng)先地，但是該行業(yè)尚未形成大規(guī)模利用可再生能源電力的趨勢(shì)。2018年可再生能源電力在我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)用電占比為23%，低于全社會(huì)26.5%可再生能源用電水平。我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)應(yīng)改變用能方式，加快清潔低碳用電步伐，應(yīng)成為能源密集型行業(yè)能源轉(zhuǎn)型的典范。

　　由于我國(guó)分布式能源、微電網(wǎng)、局域電網(wǎng)接入大電網(wǎng)還存在諸多困難，加之我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)滯后以及“綠色電力”交易剛剛起步，數(shù)據(jù)中心缺乏采購(gòu)可再生能源的制度安排和商業(yè)渠道，因此，國(guó)際機(jī)構(gòu)在估計(jì)我國(guó)數(shù)據(jù)中心的污染物排放時(shí)往往認(rèn)定其主要使用了燃煤火電。據(jù)此測(cè)算，2018年我國(guó)數(shù)據(jù)中心火電使用量約為1,171.81億千瓦時(shí)，帶來了4,687噸煙塵，23,436噸二氧化硫，22,264噸氮氧化物以及9,855萬(wàn)噸二氧化碳等污染物排放。

　　數(shù)據(jù)中心部分電力負(fù)荷的時(shí)空可控性，有利于促進(jìn)可再生能源消納。數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載具有時(shí)間上的靈活性。數(shù)據(jù)中心處理的信息數(shù)據(jù)，取決于用戶的網(wǎng)絡(luò)使用行為，具有較大的隨機(jī)性和不確定性。但是，數(shù)據(jù)中心中的批處理數(shù)據(jù)只要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)處理完畢即可，非實(shí)時(shí)任務(wù)可以適當(dāng)轉(zhuǎn)移或者延遲處理。換言之，數(shù)據(jù)中心這些工作負(fù)載在時(shí)間上具有靈活性。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載還具有空間上的靈活性。同一云服務(wù)提供商，可在多地?fù)碛袛?shù)據(jù)中心，各數(shù)據(jù)中心之間通過光纖等傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)異地?cái)?shù)據(jù)和工作負(fù)載轉(zhuǎn)移。數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載在時(shí)間和空間上的靈活性，反映在其用電特性方面就是電力負(fù)荷的時(shí)空可控性。從這種意義上講，數(shù)據(jù)中心能夠根據(jù)電力調(diào)度中心的需要，主動(dòng)進(jìn)行需求響應(yīng)，乃至發(fā)揮“虛擬電廠”的功效。

　　數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷的時(shí)空可控性，為其促進(jìn)我國(guó)西部風(fēng)（光）電等間歇性可再生能源消納提供了重要條件。在我國(guó)，集中式風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源多分布在西部，而互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等產(chǎn)業(yè)多分布在東部。數(shù)據(jù)中心在時(shí)間維度上轉(zhuǎn)移負(fù)載，可以為電力系統(tǒng)提供調(diào)峰、調(diào)頻等服務(wù)等輔助服務(wù)；在空間維度上優(yōu)化調(diào)控負(fù)荷，可以推進(jìn)數(shù)據(jù)算力跨區(qū)域流通，實(shí)現(xiàn)“東數(shù)西算”，從而增加“西電東送”通道的可再生能源輸送能力。例如，如果對(duì)東部一個(gè)30兆瓦的數(shù)據(jù)中心的電力負(fù)荷進(jìn)行時(shí)空調(diào)控，將其三分之一的批處理負(fù)載轉(zhuǎn)移至西部數(shù)據(jù)中心處理，就可以在西部地區(qū)可再生能源富余時(shí)段為其騰出的10兆瓦“西電東送”通道容量。

　　強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，營(yíng)造良好政策氛圍。一要提高認(rèn)識(shí)。能源轉(zhuǎn)型是黨的十九大加快生態(tài)文明體制改革、建設(shè)美麗中國(guó)重大方略的具體要求，是履行《巴黎協(xié)定》中我國(guó)碳減排承諾的重要途徑。數(shù)據(jù)中心巨大能耗問題應(yīng)引起高度關(guān)注，應(yīng)提高對(duì)數(shù)據(jù)中心與能源轉(zhuǎn)型關(guān)系的認(rèn)識(shí)。好的制度設(shè)計(jì)可以使數(shù)據(jù)中心這一耗能大戶由能源轉(zhuǎn)型的威脅者，變?yōu)槟茉崔D(zhuǎn)型的推動(dòng)者。二要堅(jiān)持問題導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向，盡快建立有利于數(shù)據(jù)中心發(fā)揮作用的電力市場(chǎng)機(jī)制。應(yīng)擴(kuò)大可再生能源市場(chǎng)化交易機(jī)制試點(diǎn)，將數(shù)據(jù)中心納入其中；應(yīng)深入探討數(shù)據(jù)中心參與電力市場(chǎng)輔助服務(wù)、跨省區(qū)能源優(yōu)化和現(xiàn)貨交易等理論問題和市場(chǎng)規(guī)則問題；著手開展數(shù)據(jù)中心有效融入電力市場(chǎng)的示范應(yīng)用工作。三要有效發(fā)揮政府作用。應(yīng)將數(shù)據(jù)中心可再生能源使用與能耗總量和強(qiáng)度“雙控”目標(biāo)掛鉤；應(yīng)加強(qiáng)分布式能源、微電網(wǎng)、局域電網(wǎng)接入大電網(wǎng)的專項(xiàng)監(jiān)管。

作者：華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 張素芳（教授 博士生導(dǎo)師）、華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 王鵬（教授 博士生導(dǎo)師）