數(shù)據(jù)中心行業(yè)在能源轉型中將發(fā)揮重要作用

近十多年，我國數(shù)字經濟持續(xù)增長。2019年數(shù)字經濟對GDP增長的貢獻率達到67.7%，成為驅動我國經濟增長的核心力量。數(shù)據(jù)中心是集中儲存和處理數(shù)據(jù)的設施，是科技創(chuàng)新與技術應用的實體，是數(shù)字經濟發(fā)展的基石。網民數(shù)量與移動流量的迅猛增長，大數(shù)據(jù)與人工智能對數(shù)據(jù)存儲和計算的巨大需求，共同推動了我國數(shù)據(jù)中心規(guī)?；鲩L。數(shù)據(jù)中心用電負荷巨大，部分用電負荷具有時間和空間上的可控性。充分利用數(shù)據(jù)中心用電負荷特性，使數(shù)據(jù)中心從“黑色”能源的消費者，轉變?yōu)?ldquo;綠色”可再生能源的產消者和驅動者大有可為。

　　數(shù)據(jù)中心數(shù)量與機架數(shù)量劇增，電力需求增長迅猛。截至2018年底，我國數(shù)據(jù)中心總量已超過40萬個，大型及以上數(shù)據(jù)中心的總機架數(shù)達204萬個。預計2020年和2025年，大型及以上數(shù)據(jù)中心機架數(shù)量將分別達到498萬和802萬個。數(shù)據(jù)中心數(shù)量及機架數(shù)量的大幅增加，將導致數(shù)據(jù)中心電力需求不斷增長。2018年我國數(shù)據(jù)中心用電總量為1,609億千瓦時，占全社會總用電量的2.35%。預計2020年用電總量將達2,023億千瓦時，占全社會用電總量的2.7%；2030年將突破4,000億千瓦時，占全社會用電總量的3.7%。

　　今年以來，突如其來的新冠肺炎疫情，使數(shù)字技術、數(shù)字產業(yè)和數(shù)字服務在經濟社會運行中的重要作用更加突出?？焖侔l(fā)展的數(shù)字經濟在很大程度上對沖了新冠疫情的負面影響。分析表明，后疫情時代，人們的生產生活方式將發(fā)生深刻變化。數(shù)據(jù)中心建設既是已經啟動的大規(guī)模“新基建”計劃的重要內容，也將成為經濟長遠發(fā)展的重要支撐?？梢灶A見，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量將遠超原有的預測水平，數(shù)據(jù)中心能耗將爆發(fā)性增長。

　　數(shù)據(jù)中心應加大清潔低碳用電步伐，引領能源轉型。數(shù)據(jù)中心在使用電能的過程中，會產生大量污染物排放。2011年以來，國際互聯(lián)網行業(yè)通過投資建設可再生能源發(fā)電站、從可再生能源發(fā)電企業(yè)直接購電等方式，正逐步向“100%可再生能源（使用）目標”邁進。我國互聯(lián)網科技已處于世界領先地，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。2018年可再生能源電力在我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)用電占比為23%，低于全社會26.5%可再生能源用電水平。我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)應改變用能方式，加快清潔低碳用電步伐，應成為能源密集型行業(yè)能源轉型的典范。

　　由于我國分布式能源、微電網、局域電網接入大電網還存在諸多困難，加之我國電力市場建設滯后以及“綠色電力”交易剛剛起步，數(shù)據(jù)中心缺乏采購可再生能源的制度安排和商業(yè)渠道，因此，國際機構在估計我國數(shù)據(jù)中心的污染物排放時往往認定其主要使用了燃煤火電。據(jù)此測算，2018年我國數(shù)據(jù)中心火電使用量約為1,171.81億千瓦時，帶來了4,687噸煙塵，23,436噸二氧化硫，22,264噸氮氧化物以及9,855萬噸二氧化碳等污染物排放。

　　數(shù)據(jù)中心部分電力負荷的時空可控性，有利于促進可再生能源消納。數(shù)據(jù)中心工作負載具有時間上的靈活性。數(shù)據(jù)中心處理的信息數(shù)據(jù)，取決于用戶的網絡使用行為，具有較大的隨機性和不確定性。但是，數(shù)據(jù)中心中的批處理數(shù)據(jù)只要在規(guī)定時間內處理完畢即可，非實時任務可以適當轉移或者延遲處理。換言之，數(shù)據(jù)中心這些工作負載在時間上具有靈活性。與此同時，數(shù)據(jù)中心工作負載還具有空間上的靈活性。同一云服務提供商，可在多地擁有數(shù)據(jù)中心，各數(shù)據(jù)中心之間通過光纖等傳輸設備，實現(xiàn)異地數(shù)據(jù)和工作負載轉移。數(shù)據(jù)中心工作負載在時間和空間上的靈活性，反映在其用電特性方面就是電力負荷的時空可控性。從這種意義上講，數(shù)據(jù)中心能夠根據(jù)電力調度中心的需要，主動進行需求響應，乃至發(fā)揮“虛擬電廠”的功效。

　　數(shù)據(jù)中心用電負荷的時空可控性，為其促進我國西部風（光）電等間歇性可再生能源消納提供了重要條件。在我國，集中式風電、光伏發(fā)電等可再生能源多分布在西部，而互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等產業(yè)多分布在東部。數(shù)據(jù)中心在時間維度上轉移負載，可以為電力系統(tǒng)提供調峰、調頻等服務等輔助服務；在空間維度上優(yōu)化調控負荷，可以推進數(shù)據(jù)算力跨區(qū)域流通，實現(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，如果對東部一個30兆瓦的數(shù)據(jù)中心的電力負荷進行時空調控，將其三分之一的批處理負載轉移至西部數(shù)據(jù)中心處理，就可以在西部地區(qū)可再生能源富余時段為其騰出的10兆瓦“西電東送”通道容量。

　　強化頂層設計，營造良好政策氛圍。一要提高認識。能源轉型是黨的十九大加快生態(tài)文明體制改革、建設美麗中國重大方略的具體要求，是履行《巴黎協(xié)定》中我國碳減排承諾的重要途徑。數(shù)據(jù)中心巨大能耗問題應引起高度關注，應提高對數(shù)據(jù)中心與能源轉型關系的認識。好的制度設計可以使數(shù)據(jù)中心這一耗能大戶由能源轉型的威脅者，變?yōu)槟茉崔D型的推動者。二要堅持問題導向和目標導向，盡快建立有利于數(shù)據(jù)中心發(fā)揮作用的電力市場機制。應擴大可再生能源市場化交易機制試點，將數(shù)據(jù)中心納入其中；應深入探討數(shù)據(jù)中心參與電力市場輔助服務、跨省區(qū)能源優(yōu)化和現(xiàn)貨交易等理論問題和市場規(guī)則問題；著手開展數(shù)據(jù)中心有效融入電力市場的示范應用工作。三要有效發(fā)揮政府作用。應將數(shù)據(jù)中心可再生能源使用與能耗總量和強度“雙控”目標掛鉤；應加強分布式能源、微電網、局域電網接入大電網的專項監(jiān)管。

作者：華北電力大學經濟與管理學院 張素芳（教授 博士生導師）、華北電力大學電氣與電子工程學院 王鵬（教授 博士生導師）