超万亿千瓦时用电难题待解 数据中心“直流化”备受青睐
- 2023/11/24 7:15:37 作者：仝晓波 来源：中国能源报
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当下，以ChatGPT为代表的通用人工智能（AGI）技术快速发展，推动以数据中心为代表的算力基础设施产业正进入以“大模型”为代表的“2.0”时代。这一时代的典型特征是算力需求呈现出爆发式增长态势，算力基础设施得到空前发展。根据行业预测，作为一个超级用电大户，未来几年我国算力基础设施产业的年用电量也将猛增至万亿千瓦时以上。
当下，以ChatGPT为代表的通用人工智能（AGI）技术快速发展，推动以数据中心为代表的算力基础设施产业正进入以“大模型”为代表的“2.0”时代。这一时代的典型特征是算力需求呈现出爆发式增长态势，算力基础设施得到空前发展。根据行业预测，作为一个超级用电大户，未来几年我国算力基础设施产业的年用电量也将猛增至万亿千瓦时以上。
然而在全球能源转型和中国“双碳”目标背景下，数据中心作为最主要的算力基础设施，其巨量的用电需求与低效、冗余的传统能源电力供给系统之间的矛盾也日益凸显。该如何解？《中国能源报》记者在采访中了解到，近期算力基础设施产业正趋于达成一个共识，那就是通过推动数据中心用电“绿色直流化”，将数据中心从单一的用能单元转变为新型能源系统的重要柔性资源。
世纪互联太仓数据中心基地
从行业实践上看，相关示范项目已经呈现出多点开花之势。值得注意的是，近期，中国电气装备集团绿能公司、清华大学能源互联网创新研究院和科创型数字新基建龙头企业——世纪互联等机构正筹备发起一个跨界协同的联合创新组织——“中国绿色直流数据中心百人会”，以推动绿色直流数据中心建设为宗旨，从理念普及、核心装备研发以及基于算力负荷的“源网荷储”联合等方面推动新一代数据中心产业的全链协同创新。
“大模型”推动大发展
未来年度用电规模可超万亿千瓦时
数据中心内景
“伴随着大模型时代的到来，未来五年，我国数据中心产业的算力每年将至少实现60%的增长；未来十年，更有望达到每180天翻一番，呈现出指数型增长态势。”世纪互联创始人、董事长陈升在近日北京召开的“中国绿色直流数据中心百人会（筹）”启动会（以下简称“启动会”）上说。
据预计，按照这一发展态势，在“十五五”到“十六五”期间，我国算力基础设施产业的年用电规模将超过1万亿千瓦时。这其中，最主要服务的就是满足AGI的增长需要。
当下，在“碳中和”成为全球共识的大背景下，能源电力系统的安全高效、绿色低碳转型，以及数字化、智能化创新，已经成为大势所趋。而AGI作为大模型“百模千态”中的一态，重塑算力基础设施新形态的同时，也被视为大模型和能源电力、新型电力系统深度结合的超级应用场景。
基于这一背景，绿色直流数据中心被寄予了厚望。“要支撑算力基础设施指数型增长的用能需求，我们就需要积极转型，进入到绿色直流领域，进入到新型电力系统，让数据中心成为电网的一个友好型的负荷者和贡献者，而不仅仅是一个用户。”陈升说。
大量资产面临闲置
能源供给系统亟待重构
那么，数据中心为什么需要“绿色直流”？
世纪互联能源创新事业部总经理鲍益在接受《中国能源报》记者采访时介绍，数据中心现有电力供给模式正面临能耗指标要求趋严、电力成本持续增加、电力设施投资高利用率低、电力扩容流程越来越难以匹配算力快速增长的需求等诸多痛点。“随着算力的爆发式增长，传统数据中心冗余、低效的能源供给模式可能会成为制约其发展的核心壁垒。”
测算显示，若按每年1万亿度耗电量计算，按照现有设计标准，全国数据中心的用电负荷功率有可能会超过上亿千瓦，需要配置的变压器容量可能得超过3亿千伏安，但考虑全国数据中心平均上架率不足60%，这样一来就可能有接近2亿千伏安的变电容量将是常年闲置的。另外，数据中心必须标配的应急电源——柴油发电机和UPS蓄电池装机容量合计将超过2亿-3亿千瓦，但实际上这些日常都是闲置资产。
数据中心备用电源（柴油发电机）外景
“理论上这些资产都能够为电网所用，是非常可观的调节资源，可以大大缓解高峰时刻电网的供电压力。”鲍益说，症结就在于现在的数据中心只是一个单一的用电大户。“通过建设绿色直流数据中心，打造源网荷储一体化，就可以首先实现数据中心区域用电的‘自治’，然后是柔性灵活，必要时通过虚拟电厂为电网提供各类辅助服务，促进分布式新能源消纳和满足超级充电桩高功率的用电需求，最终实现低碳、经济、高效，成为新型电力系统的重要资源。”
“只从电费成本上看，如果数据中心实现了源网荷储一体化，通过使用绿电，1度电可以节省5分到1毛钱。一个比较大的数据中心每年大概使用10亿度电，这样一来，每年就可以有5000万到1亿元的成本优化。”鲍益坦言。
“第三次电改”浪潮来袭
绿色直流数据中心“多点开花”
就在今年7月11日，中央深改委会议审议通过的《关于深化电力体制改革加快构建新型电力系统的指导意见》，被业界解读为即将掀起以新型电力系统为变革核心的“第三次电改”浪潮。今年10月，工信部等六部门联合印发《算力基础设施高质量发展行动计划》，明确提出，鼓励算力中心采用源网荷储等技术，支持与风电、光伏等可再生能源融合开发、就近消纳，逐步提升算力设施绿电使用率。受此推动，业内普遍认为，绿色直流数据中心即将迎来“爆发前夜”。
记者了解到，数据中心“直流化”有三种模式：第一，在城市内现有的数据中心园区，通过直流能源路由器将园区内原来电力供应各成体系的大楼串连起来，实现园区内楼与楼之间的资源互济，也叫直流互联，以此提高电力配置效率；第二，在城市周边的基地型数据中心，建设大规模的新能源发电基地，打造源网荷储一体化，通过柔性直流输电技术，实现数据中心用电自发自用，余电反哺电网；第三，用互联互通的直流电网将数据中心与城市内的海量调节资源如分布式光伏、储能、新能源汽车以及充电桩换电站等柔性连接起来，打造100%绿电驱动的直流数据中心，并将其作为新型能源系统的重要柔性调节资源，以此助力城市能源新市政。
数据中心UPS配电室
在陈升看来，第一种模式属于中压直流，是在配电环节解决数据中心的柔性互联互通、资源共享和安全可靠问题；第二种模式属于高压直流，通过电源绿色化和输电方式优化，解决数据中心的绿色低碳问题；第三种模式则可以充分调动数据中心与周边其他用户自发消纳新能源的积极性，从而提升高比例可再生能源新型电力系统的灵活性与安全性。
“从实际操作层面看，第一种模式相当于是对传统数据中心的改造，更多是一种商业行为；第二种模式源网荷储一体化国家现行政策也是明确支持的，这两种模式目前我们在北京、河北、内蒙古等地都已经有项目在推进。第三种模式最有潜力，但由于设计环节多、牵扯范围大，目前仍处于探索阶段，我们也正在广州、上海、贵州、郑州推进落地示范项目。”陈升说，纵观全行业，目前绿色直流数据中心项目在各地已经成“多点开花”之势。
编辑：Harris
当下，以ChatGPT为代表的通用人工智能（AGI）技术快速发展，推动以数据中心为代表的算力基础设施产业正进入以“大模型”为代表的“2.0”时代。这一时代的典型特征是算力需求呈现出爆发式增长态势，算力基础设施得到空前发展。根据行业预测，作为一个超级用电大户，未来几年我国算力基础设施产业的年用电量也将猛增至万亿千瓦时以上。
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