國家電網：助力數據中心“控碳不控電”

數字經濟狂飆突進，數據中心的用電量激增備受關注。根據生態環境部公布的數據，2021年，我國數據中心耗電量占全社會用電量的2.6%，碳排放則占全國碳排放量的1.14%左右。據預測，社會對算力的需求將以每年20%以上的速度增長，行業對電力的需求也會繼續增加。

同時，能源支出已經成為數據中心運營的主要成本之一。清華大學能源互聯網創新研究院常務副院長高文勝曾在公開場合指出，隨著我國數據中心能源消耗的逐年攀升，電費支出約占數據中心年運營成本的95%。

這正是數據行業面臨的難題：如何才能做到既發展又減碳，還要降低成本？數據行業業內人士提出的期望是：控碳不控電。控碳，即盡可能讓數據中心使用綠色電力，同時做好綜合能源管理，實現節能，減少碳排放；不控電，是指給予充足的電力供應，并在電壓、頻率等方面確保電能優質。

這也是“東數西算”工程的目標之一。作為數據中心電力供應方、數據中心的參與者以及節能服務提供者，國家電網有限公司正在“源網荷儲”等環節發力，通過電網消納、新能源接入、綜合能源服務和新型儲能應用，助力新型數據中心實現“雙碳”目標。

多家數據集團在河北張家口布局數據中心集群，依托當地富集的可再生能源，有效承接北京等城市的算力外溢需求，并推動算力零碳化轉型。圖為國網冀北電力有限公司工作人員在協助秦淮數據中心為設備消缺（攝影 /焦鵬）。

源：兩條路徑 助力綠電接入

根據測算，我國數據中心有95%以上的碳排放都屬于間接排放，即用能帶來的二氧化碳排放。要改變現狀，最有效的辦法是改變能源供應結構，使用綠色電力。

在四部委2021年5月聯合發布的《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》中，落實“數據中心使用綠色電力”可以通過兩條途徑：一是推動數據中心充分利用風能、太陽能、潮汐能、生物質能等可再生能源；二是擴大可再生能源市場化交易范圍，鼓勵數據中心企業參與可再生能源市場交易。

無論直接使用還是間接購買，讓數據中心用上綠色電力是終極目標。這需要參與者根據不同地域的不同特點，做到因地制宜、合理配置。正如暨南大學經濟學院助理教授張毅所說，“東數西算”更多地強調根據數據存儲地以及算力的需求，匹配相應的樞紐節點，從而實現資產配置中的效能最優化方案。

根據資源稟賦設計最優方案，正是國家電網有限公司為數據中心配置綠色電力中遵循的原則。

對于綠色電力資源豐富的地區，國家電網落實國家實施方案，積極推動利用清潔能源電力，保障數據中心供電；對于缺乏綠色電力資源的地區，國家電網也在現有綠電交易的基礎上，擴大可再生能源市場化交易范圍，鼓勵數據中心企業參與可再生能源市場交易。

需要注意的是，引入綠色電力、助力數據中心減排，不能僅靠電網一個環節。

2020年，中國電子學會推出的《中國數據中心可再生能源應用發展報告（2020）》曾指出，我國數據中心應用可再生能源尚存三大障礙：一是可再生能源使用量認定機制尚不完善，用戶在使用電能時，無法區分其能源來源及生產地點，因此無法確定可再生能源的使用量；二是綠電生產企業參與電力交易積極性波動大，如保障小時按月測算，當部分月份風力較小時，保障小時數以上電量強制結算和差額收益會與發電企業預期利益產生偏差，此時，綠電生產企業參與交易量及電價波動均較大；三是數據行業對擴大可再生能源應用認識不足。

可見，不斷完善的機制、持續提升的參與度對數據中心綠色目標的落實更為關鍵。

網：技術加持 實現穩定供應

“東數西算”工程中，“機架”是一個高頻詞。“機架”即數據中心服務器機架，主要用于容納數據中心IT設備。一般情況下，一個機房放置50~100個機架，每個機架的負載量約為幾千瓦。

有分析指出，“東數西算”工程啟動后，我國機架數量將快速增加。據統計，僅京津冀、長三角、成渝、甘肅、寧夏5個國家算力網絡樞紐節點和冀北張家口、長三角、安徽蕪湖、四川天府、重慶、甘肅慶陽、寧夏中衛7個數據中心集群，目前規劃建設的標準機架數量便已超過500萬架。

如果按照規劃建設500萬標準機架、單個機架2.5千瓦測算，再考慮制冷負荷等，集群用電負荷將超過1500萬千瓦。如果按照年均5000~7000小時數測算，全年總用電量達750億~1050億千瓦時，幾乎與我國超大城市一年的用電量相當。

為應對負荷的增加，國家電網各省公司在“十四五”規劃中，已經充分考慮了“東數西算”工程新增用電需求，通過推動負荷中心常規電源建設、提升跨區輸電能力、優化區域主網架等各種措施，確保安全可靠供電。

在華東，特高壓交流骨干網架將進一步完善，白鶴灘—浙江、白鶴灘—江蘇等特高壓直流通道建成后，將有力支撐長三角集群、安徽蕪湖集群的用電需求。

在冀北，借助國家風光儲輸、張北柔性直流輸電等工程，新能源可實現就地利用，為張家口集群供應綠色電力。

在西北，依托區域電網，通過加強省間資源優化配置和多能互補，滿足寧夏中衛、甘肅慶陽兩大集群的用電需要。

在西南，天府、重慶兩大集群位于成渝經濟圈，“十四五”期間，這里將規劃建設特高壓交流骨干網架，更好地將川西清潔能源送至上述負荷中心。

根據相關機構的預測，相比美國、歐洲等國家和地區，中國將成為世界上數據中心規模體量最大的區域。要讓分布于各地的數據節點實現及時暢通連接，能源的穩定供應是非常關鍵的保障。可見，未來數據中心建設對于供電的要求，除了夠用，更要夠穩。

當下，國家電網已經按照“東數西算”工程落地情況和建設進度，在各省公司“十四五”規劃明確了電網配套建設方案——各省基本上都實現了220千伏雙環、110千伏雙方向鏈式、10千伏雙方向供電的高可靠性結構，保證兩個電源供電，且兩個電源不會同時受到損壞。

新能源同樣會給電力穩定供應帶來挑戰。面對隨機性大，極熱無風、晚峰無光，“大裝機小出力”且頂峰能力差的新能源，國家電網正在研究推進新型電力系統建設，開展新能源主動支撐技術應用、“新能源+儲能/調相機”“源網荷儲”一體化、需求側響應等建設，借助技術加持，保障數據中心穩定運行。

荷：節能改造 只是首要任務

在數據中心的電力消費清單中，機房空調用電量占比高達40%，服務器等信息通信設備用電量占比第二、為35%左右，不間斷電源（UPS）占比為18%左右，其余則是配電電源和常規照明等，用電量占比均在10%以下。

不難看出，除了設備運行的能耗，數據中心對電力的需求主要來自空調系統和供配電系統——設備本身需要大量電力，運行效率低也會推高能耗。

中國工程院原副院長、光纖傳送網與寬帶信息網專家鄔賀銓曾指出，數據中心要實現綠色低碳運行，需要做到優化選址，形成自然風洞效應，疊加光伏、綜合供能、高效制冷、余熱循環利用等。

換句話說，建筑節能、設備節能和管理節能這三種手段，在數據中心的節能改造中缺一不可。

在建筑節能方面，除了選擇氣候條件適宜、綠電供應充足的地區建設數據中心，還可利用山洞自然冷風循環、海水制冷等技術。數據中心的園區建設則可采用預制化裝配式建筑，在建設上疊加光伏，采用綜合供能、高效制冷、余熱循環利用等措施。

在設備節能方面，國家發展改革委在啟動建設全國一體化算力網絡的復函中，明確要求將數據中心電能利用效率控制在1.25倍額定功率以內。基于此，數據中心應借助技術和綜合能源手段，對IT設備、制冷設備、供電設備進行節能改造。

在管理節能方面，可借助信息化手段，實現數據中心用能子系統，如空調控制系統、照明智慧、熱泵系統和變配電設備的智能化管控，上述手段也將有效降低能耗。

設備節能和管理節能，其實正是綜合能源服務的應用方向。當下，諸多在綜合能源領域擁有豐富經驗的企業，已經開始根據數據中心的實際需求定制解決方案。

在安徽蕪湖，國網安徽電力依托熱電聯產、余能利用、水蓄冷空調、熱泵等高效能源轉換技術，構建數據中心“余熱回收+蓄冷蓄熱+光儲智能微電網耦合”的多能互補綜合能源利用系統，實現電、熱、冷等多種能源的協同優化運行與一體化供應。項目同時開展了“一站式”能源托管服務示范，對全站能源使用情況進行監測與智慧用能分析，并根據運行情況不定期開展能耗分析，減少能源浪費，提升了系統整體運行效率。

對于負荷端而言，“東數西算”產生的改變不僅是提升效能、實現低碳，從長遠看，還有望開啟能源供應新模式。

很多人把“東數西算”與“西電東輸”“西氣東送”列為橫跨地域的超級工程，但后兩項工程均是將西部的資源運往東部，以解決我國能源資源和需求的逆向分布問題。隨著部分數據中心“西遷”，原本聚集在東部的負荷也有望向西部轉移，有望實現能源和負荷的就地平衡。一位電力行業資深人士向記者表示，如果這種基于資源本身的“就地平衡”能夠出現，無論是從系統運行的可靠性、電網的安全水平，還是整個社會經濟的成本來考量，都是非常理想的。從電網圍繞負荷“騰挪”，到負荷西遷帶動電網調整規劃，對規劃者來說也是一次“認知升級”。

儲：合理協同 催生有效價值

對于數據中心，儲能不可或缺。按照時長區分，儲能技術可分為短時儲能（小于30分鐘）、中短時儲能（30~360分鐘）和長時儲能（大于360分鐘）三類。目前，這三類技術在數據中心均有應用。

除了技術路線多樣，儲能在數據中心的應用方向也呈現多元化，主流應用方向有三種：一是配合新能源，作為一路主供電源為數據中心供電，其主要作用在于平抑新能源波動，穩定電能；二是儲能作為數據中心的備用電源，同時參與電力市場調峰、輔助調頻等輔助服務，在提高數據中心供電可靠性的同時，也從電力市場服務中獲取收益補償；三是采用特殊結構的儲能系統替代傳統不間斷電源（UPS）。

在上述三種應用中，作為備用電源的儲能可為數據中心提供緩沖時間，但時間較短，一旦出現問題，仍要依靠柴油發電機等設備。因此，第四種模式應運而生——多站融合應用。這種應用模式將發電、充電、儲能等多種模式融合，可以實現綠電生產、平抑峰谷、降低排放等多重目標，更重要的是，它可以提供足夠的能源，真正發揮“兜底”作用。

當前，包括國家電網、科華數據、華為在內的多家企業已經開始參與多站融合的研發和應用。

2021年7月，世紀互聯在廣東推出新一代荷儲IDC項目，項目以“數據中心+光伏+規模化儲能”為特色，使數據中心形成一個負荷可變、可調的復合體，并能根據電網需求、新能源發電需求，調整充放電策略。

2021年12月，全球首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目在河北張家口建成，這座一體化儲能站的建設規模為100兆瓦/400兆瓦時，可配合風電、光伏、區域電網、云計算中心等聯合運行，形成大規模儲能系統運行新模式。

對于目前落地的項目，業內的主流觀點是肯定的，但他們同時指出，要讓儲真正與源、網、荷相融，成為構建綠色數據中心的有機組成，還需要合理協同、挖掘價值。

高文勝曾就此問題建議：“數據中心的儲能系統在未來發展中，還需要提升儲能資源調度的預測能力和聚合能力，同時探索如何將儲能資產由原來的'冗余備用’轉變為'有效的價值產出’，這就需要基于實際場景的儲能資產精進分析來做深入的研究，以保證實現合理價值。”