■ 韓雪
AI（人工智能）大模型等需求持續拉動資料中心建設，資料中心規模和算力均呈快速增長的趨勢，大陸資料中心總規模已位居世界第二。未來随着資料中心建設的提速、算力要求的增加，資料中心的用電量将呈快速增長的趨勢，算力的競争正在演變為能源資源的競争。
随着大模型的鋪開，預計到2030年，資料中心的電力消費将達到全球電力消費的3%—4%。中國信通院估算，2022年全國數字産業用電量為3700億千瓦時、在用資料中心的用電量為766億千瓦時，分别占全社會用電量的4.5%和0.9%。預計到“十四五”末，資料中心的用電量将較2022年增長2—3倍，達到1500億—2000億千瓦時的規模，占全社會用電量的比重将達到1.5%—2%，到2030年接近4000億千瓦時。以全國電網平均排放因子測算，目前資料中心的二氧化碳排放約占全部溫室氣體排放的0.4%，預計到“十四五”末，将增加到全部溫室氣體排放的1%左右。
低碳營運資料中心已經成為緩解AI巨大能耗需求的必然選擇。一方面，資料中心低碳營運是大陸數字經濟可持續發展的必然選擇；另一方面，資料生産的低碳化也是保障大陸數字化競争力的重要方面。資料中心的低碳營運，核心在于降低能耗、綠電可及和負荷調節能力。
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資料中心正積極通過能效改善
降低碳排放強度，能效水準快速提升
資料中心全生命周期的碳排放主要在營運階段，建設和營運階段的碳排放占比分别約為10%和90%。一直以來，資料中心的減碳主要通過改進制冷方式、優化機架設計、降低晶片能耗等方式提高能效、降低碳排放。資料系統的制冷系統的能耗正在快速降低，而IT裝置的能耗将成為能效管理的核心。在現有成熟技術的基礎上，可進一步通過使用低功耗晶片、全閃存化儲存、全光纖網絡、全無損以太網絡等方法挖掘IT裝置能耗降低的空間。
與能效提升相比，供能結構的低碳化對于降低資料中心碳排放的效果更加顯著。且随着新能源和儲能技術的成熟，綠電也正逐漸具備經濟性優勢。
從區域布局的角度看，資料中心向西向北布局與風光資源分布更加契合，而資料中心帶來的用電負荷也有利于提高西北地區的本地電力負荷水準、提升本地電力系統自身的穩定性，進而提升電網對新能源的接入能力。
從營運經濟性的角度看，資料中心可通過購買綠電降低營運成本。根據對典型項目調研，電費支出約占資料中心營運成本的60%—70%，以大電網為支撐，購買綠電并配套小規模儲能、熱能梯次利用和熱泵等，可以有效降低資料中心的運作成本。
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資料中心自身用電負荷彈性的挖掘
是實作零碳營運的關鍵
可再生能源發電的波動性和資料中心電力負荷的變化，使資料中心難以僅靠可再生能源電力供能。如果資料中心無法提供調節能力，資料中心增加的用電量則反而需要更多的化石能源發電量來比對滿足，無法實作更大的碳減排效果。是以，需要進一步優化資料中心的營運方式，通過釋放用電負荷的彈性和配置儲能設施，更好地适應和比對可再生能源發電特征。
用電負荷的彈性可在資料中心各部件資源不均衡占用的情況下，通過調節工作任務時間或空間的布局實作。在部件層面，伺服器空載狀态下的用電量可通過設定功率上限、休眠或關機等方式優化，但不同方式也會影響伺服器恢複正常工況的速度。在業務層面，優化業務流程和分布、降低部件備援，可以有效降低用電負荷。在任務層面，延遲容忍型的任務可借助斷點續算、調整并行計算節點等，實作算力需求平移和擴容；延遲敏感型任務則可依托高速網絡，實作多個資料中心間任務的優化再配置設定。
圖檔來源/新華社
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推廣資料中心低碳營運面臨的困難與挑戰
資料中心區域布局需求與可再生能源資源仍存在較大的錯位。盡管“東數西算”戰略加強了西部地區關鍵節點資料基礎設施的布局，但東西部的機架數量差距仍然較為懸殊。西部地區的資料中心建設還面臨着技術人員不足、運維水準較差等障礙。資料中心與可再生能源資源的布局差異使資料中心營運整體低碳化水準提升難度加大，中東部地區的資料中心很可能面臨缺乏本地綠電的境況。
綠電交易市場體系和認證機制不完善也增加了資料中心獲得低碳電力的難度。盡管大陸近期大幅改進了綠電和綠證交易的相關政策機制，但仍存在部分問題。一是目前跨省跨區的電力交易仍以政府間合同為主，綠電的跨省跨區交易仍然較為困難。二是目前綠電綠證與碳市場、碳核算的關系仍不清晰，綠電綠證的減碳效益有待進一步明确。三是綠電綠證的可追溯性較差，市場資訊透明度、綠證核銷、第三方認證等方面仍有較大的提升空間。
而對于具備綠電來源的資料中心而言，提高綠電的消納水準，實作高比例的綠電供給也存在技術、經濟性、意識、機制等多重障礙。在沒有明确的電力分時價格信号的情況下，額外增加儲能裝置将大幅提高資料中心的用電成本，推廣難度較大。此外，資料中心營運商業模式繁多，可能涉及多個主體，調節計算負荷協調難度大。此外，不同計算任務存在較大差異，對IT裝置的占用也不一樣，無法作為标準品來衡量電力負荷，進而導緻碳排放核算難度大。
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政策建議
加快相關技術和系統研發，為資料中心低碳營運提供技術基礎。從器件、機架、系統、任務等層面優化設計，進一步降低資料中心機關算力的運作能耗。加強高效冷卻技術和配套材料裝備、餘熱回收利用、可再生能源發電多時間尺度預測、資料處理任務辨別打包技術等技術領域的研發以及多領域技術的系統內建。加快西部地區相關人才的教育教育訓練。
推進電力市場建設，為資料中心提供可靠綠電來源和有效價格激勵。進一步完善綠電綠證市場，一方面要加強市場資訊披露和證書全生命周期管理，提升綠色屬性的可追溯性；另一方面要創新交易品種，優化市場準入機制，提升各地綠電綠證的可獲得性。提高電力跨省跨區交易的靈活性，推進可再生能源的跨省跨區交易，加強電網公司對電碳資訊的追蹤和披露，嘗試建構零碳電力核算标準規則。建構“電網—區域—電廠”多主體的可再生能源發電預測體系，加快建立和完善電力現貨市場，完善零售市場和代理購電的配套電價，為資料中心的電力供需調節能力投資提供價格指引。
完善綠色資料中心等激勵機制，引導資料中心加快減碳步伐。提高PUE值、餘熱使用率以及可再生能源使用量等名額在綠色資料中心名額體系中的權重，引導低延時需求的資料中心向西布局。在各級政府的資料基礎設施規劃和可再生能源發展規劃中，統籌考慮綠電供給和資料中心用電需求。在大中型資料中心建設審批環節中，強化對PUE值、餘熱利用方式和配套可再生能源項目建設等内容的要求。引導行業建構低碳資料服務規範，促進資料中心業主、建設方、營運方、服務方形成共識，在多種經營形态中達成一緻行動。
（作者系國務院發展研究中心資源與環境政策研究所研究室副主任）
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