中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2024年4月底，高盛發(fā)布了一篇名為AI datacenters and electrification to drive +c 40%_50% growth in electricity consumption 的深度報(bào)告（以下簡稱“報(bào)告”），這份報(bào)告闡述了隨著人工智能、云計(jì)算等新興技術(shù)加速演進(jìn)，以智能計(jì)算為主的數(shù)據(jù)中心正迎來高速發(fā)展期。報(bào)告預(yù)測，到2033年，歐洲AI和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心新增用電需求將相當(dāng)于葡萄牙、希臘和荷蘭當(dāng)前的總電力消耗。放眼中國，作為全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，數(shù)據(jù)中心能源消耗增長態(tài)勢更為迅猛。報(bào)告特別指出，未來AI和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的電力需求增長，將主要集中在兩類國家：一是擁有廉價(jià)、充足基礎(chǔ)電力資源的國家，如北歐、西班牙和法國;二是擁有大型金融服務(wù)和科技公司，且愿意出臺(tái)稅收優(yōu)惠等政策吸引數(shù)據(jù)中心的國家，如德國、英國和愛爾蘭。對比來看，中國在能源稟賦和產(chǎn)業(yè)政策上具備吸引數(shù)據(jù)中心投資的綜合優(yōu)勢。
智算中心能耗問題凸顯。報(bào)告指出，AI服務(wù)器的功耗是傳統(tǒng)服務(wù)器的10倍，一次ChatGPT查詢耗電量是傳統(tǒng)搜索的10倍。這意味著，隨著AI技術(shù)在金融、制造、交通等領(lǐng)域滲透加深，中國智算中心能源供給保障將面臨挑戰(zhàn)。
基于以上背景，我們對智算需求爆發(fā)背景下，中國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的三個(gè)能源變革方向進(jìn)行簡單的探討。
01.能源效率提升
報(bào)告顯示，2022年愛爾蘭數(shù)據(jù)中心耗電已占全國總量的18%，且過去7年增長了4倍。面對數(shù)據(jù)中心用電量"瘋狂"增長，歐盟提出到2030年，新建大型數(shù)據(jù)中心PUE降至1.3以下。
中國IDC圈分析
這張圖展示了未來十年(2023-2033年)歐洲電力需求的預(yù)期增長情況,分不同場景給出了估計(jì)值。從圖中可以看出,在基準(zhǔn)情景下,預(yù)計(jì)到2033年歐洲電力需求將比2023年累計(jì)增長約40%,年均復(fù)合增長率達(dá)到3.6%。造成需求增長的主要驅(qū)動(dòng)因素包括電氣化、工業(yè)電力需求、電動(dòng)汽車以及電力供暖等。
其中,電氣化(如電動(dòng)交通工具、電力采暖等)和電動(dòng)汽車推廣將貢獻(xiàn)最大的需求增量,工業(yè)用電需求增長次之。同時(shí),各驅(qū)動(dòng)因素對電力需求的影響程度也有所不同,如電氣化帶來的需求增長年均復(fù)合增長率高達(dá)11%,而能效的提升則在一定程度上抑制了需求的增長。可以預(yù)見,在各國持續(xù)推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型、電氣化進(jìn)程加速的背景下,未來電力需求仍有較大增長空間。
對比歐洲，中國工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》明確，到2023年新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE降至1.3以下。這意味著數(shù)據(jù)中心能源利用率需提升23%。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，智算中心需從芯片、架構(gòu)、散熱、供電等各環(huán)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化。例如液冷技術(shù)可將制冷能耗降低50%以上;采用AI調(diào)度、負(fù)載預(yù)測等智能運(yùn)維技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)能耗再降10%。此外，國內(nèi)頭部企業(yè)正通過自研芯片、定制化服務(wù)器，從底層硬件和算法優(yōu)化能效。如阿里云研發(fā)的含光800芯片，較通用芯片功耗降低50%。綜合來看，軟硬件協(xié)同創(chuàng)新有望使智算中心PUE降至1.1，超額完成政策目標(biāo)。
02.能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型
報(bào)告預(yù)測，歐洲2023-2033年將新增800吉瓦風(fēng)光裝機(jī)?？稍偕茉闯杀緝?yōu)勢凸顯，風(fēng)光發(fā)電平準(zhǔn)化度電成本已低于火電。
中國IDC圈分析
該圖展示了歐盟27國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化情況,可以看出電力在一次能源中的占比從2000年的20%持續(xù)上升,2021年已達(dá)到28%,預(yù)計(jì)到2033年將進(jìn)一步提高到54%,成為主要的能源消費(fèi)形式。
化石能源,尤其是煤炭和石油的消費(fèi)占比則逐步下降,煤炭占比從2000年的近20%下降到2021年的12%,到2033年將降至4%以下;石油占比也從2000年的近40%降至2021年的36%,預(yù)計(jì)2033年僅占21%。天然氣占比基本保持穩(wěn)定?？稍偕茉?主要是風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿劝l(fā)電量將大幅提升,在一次能源中的占比由2021年的17%提高到2033年的28%。歐盟能源結(jié)構(gòu)的變化趨勢體現(xiàn)了各國大力發(fā)展清潔能源、淘汰化石能源的能源轉(zhuǎn)型決心。未來可再生能源發(fā)電量將持續(xù)快速增長,以電力為主的清潔低碳能源體系加速構(gòu)建。
在"30·60"雙碳目標(biāo)引領(lǐng)下，中國風(fēng)光發(fā)電也將迎來黃金十年。預(yù)計(jì)到2030年，中國風(fēng)電容量達(dá)到8億千瓦。面對新增電力消納壓力，智算中心大有可為。一方面，憑借負(fù)荷穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)等優(yōu)勢，數(shù)據(jù)中心可通過錯(cuò)避峰用電，高效利用棄風(fēng)、棄光電量;另一方面，數(shù)據(jù)中心集中用能的特點(diǎn)，與大型風(fēng)光基地規(guī)模開發(fā)、集中送出相匹配。雙方強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，不僅可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心供電低碳化，也有利于風(fēng)光消納，助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。
03.電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化
據(jù)測算，歐洲電網(wǎng)平均年齡已超40年，急需升級改造。未來十年歐洲輸配電網(wǎng)絡(luò)投資將達(dá)8000億歐元，重點(diǎn)推進(jìn)智能電表、柔性互動(dòng)等建設(shè)。中國電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相對較新，報(bào)告指出中國電網(wǎng)平均年齡僅為15-20年，但隨著風(fēng)光等新能源大規(guī)模接入，中國的電網(wǎng)現(xiàn)代化進(jìn)程也在加快。
中國IDC圈分析
該圖比較了全球不同地區(qū)電網(wǎng)的平均老化程度?？梢钥闯?歐洲電網(wǎng)年齡最大,平均在45-50年,遠(yuǎn)高于其他地區(qū),這意味著歐洲電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施總體上較為老舊,亟需升級改造。北美電網(wǎng)平均年齡次之,為35-40年。拉美、亞太其他地區(qū)電網(wǎng)年齡在25-30年。非洲、東南亞、中東地區(qū)電網(wǎng)相對較新,平均年齡為20-25年。
中國電網(wǎng)平均年齡最小,僅為15-20年,反映出中國電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較晚,但發(fā)展速度較快。一個(gè)地區(qū)電網(wǎng)平均年齡越大,往往意味著電力系統(tǒng)效率較低,并且面臨設(shè)備老化失修的風(fēng)險(xiǎn),需要投入更多資源進(jìn)行維護(hù)和升級換代。
通過抽象、賦能，智慧電網(wǎng)將全面賦能數(shù)據(jù)中心靈活高效用能。首先，數(shù)字孿生、VR仿真等新技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心選址優(yōu)化，提升電網(wǎng)接入便利性;其次，AI調(diào)度、需求響應(yīng)等手段，可突破電網(wǎng)調(diào)峰限制，幫助數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)錯(cuò)避峰用電;再次，區(qū)塊鏈、能源互聯(lián)網(wǎng)等探索，可促進(jìn)數(shù)據(jù)中心參與分布式電力交易，構(gòu)建源網(wǎng)荷多元協(xié)同的新生態(tài)。
可以預(yù)見，隨著新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建，數(shù)據(jù)中心作為靈活負(fù)荷的價(jià)值將不斷凸顯，其參與電力市場化改革的廣度和深度值得期待。
綜上所述，智算爆發(fā)正重塑數(shù)據(jù)中心能源版圖。技術(shù)創(chuàng)新、能源轉(zhuǎn)型、電網(wǎng)智能化三大變革方向，將共同助推數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)邁向綠色、低碳、高效發(fā)展的新階段。這一轉(zhuǎn)型過程需要產(chǎn)業(yè)鏈各方協(xié)同發(fā)力，在體制機(jī)制創(chuàng)新上先行先試，探索符合我國國情的能源數(shù)字化發(fā)展新路徑。唯有如此，數(shù)據(jù)中心才能成為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要支點(diǎn)，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)注入源源不斷的綠色算力。
