數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)的發(fā)展相輔相成。

 

一方面，數(shù)據(jù)中心在需求側對電網(wǎng)具有調節(jié)潛力：多年來國家一直加強落實電力需求側管理工作，落實國家節(jié)能減排戰(zhàn)略，促進電力資源的優(yōu)化合理分配，從而降低能源消費和用電負荷。與其他需求側的資源相比，數(shù)據(jù)中心具備電力實時響應、可轉移及調節(jié)能力，是一種龐大的需求響應資源，在緩解電網(wǎng)阻塞、消納新能源等方面發(fā)揮獨特的優(yōu)勢。目前，已有數(shù)百個數(shù)據(jù)中心參與緊急需求響應成功避免整個北美的大面積停電的案例【1】。

 

另一方面，電網(wǎng)是維持數(shù)據(jù)中心運轉的最重要因素：數(shù)據(jù)中心是比較龐大的電力需求主體，所以在數(shù)據(jù)中心選址、布局時會充分考慮電網(wǎng)的分布。為了保障業(yè)務的可靠性，數(shù)據(jù)中心通常會設置冗余，在設計時會為數(shù)據(jù)中心規(guī)劃充足的電力資源。同時數(shù)據(jù)中心的耗電規(guī)模也是業(yè)界重點關注的內容，2018年全世界數(shù)據(jù)中心的耗電規(guī)模為205TWh，占全世界耗電規(guī)模的1%【2】；根據(jù)測算，2019年中國數(shù)據(jù)中心的耗電規(guī)模在700多億度，占全國耗電規(guī)模的近1%。

 

盡管數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)聯(lián)系緊密，但目前兩者的運行和規(guī)劃基本是割裂的，主要存在著這樣一些問題：

 

一是目前數(shù)據(jù)中心并未充分參與電網(wǎng)需求側的調度，數(shù)據(jù)中心的研究主要聚焦其自身能耗，而沒有將其作為一種需求響應資源納入整體電網(wǎng)的大環(huán)境中。數(shù)據(jù)中心是有調節(jié)潛力的資源，若在電網(wǎng)規(guī)劃中充分考慮數(shù)據(jù)中心的調節(jié)作用，則會充分提高電能利用效率。

 

二是數(shù)據(jù)中心為了保障高可靠性而設置的高冗余配置對電網(wǎng)資源造成了一定的閑置。通常引入的兩路市電中，一路作為備用長期閑置，而無法納入電網(wǎng)的規(guī)劃或者運行工作中。電力部門被迫對數(shù)據(jù)中心運營者進行一些硬性消費指標的約束來彌補這種浪費，而數(shù)據(jù)中心運營者出于對用戶方或者相關標準的考慮，對此也無能為力。

 

三是數(shù)據(jù)中心集群的概念正在逐步形成，很多地區(qū)呼吁通過發(fā)電廠的電力直送等形式來支撐數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，但是目前存在著規(guī)劃和實施層面的種種困難。

 

四是數(shù)據(jù)中心自身耗電量較大，同時為了保證業(yè)務的可靠性對電網(wǎng)的質量要求較高，這對于電力資源稀缺或電網(wǎng)質量不佳但又想發(fā)展數(shù)據(jù)中心的地區(qū)造成了一定的壓力。

 

從長遠來看，數(shù)據(jù)中心和電網(wǎng)之間會依靠“數(shù)網(wǎng)協(xié)同”來走向高質量發(fā)展之路。

 

首先，電網(wǎng)規(guī)劃中充分考慮數(shù)據(jù)中心的調節(jié)作用，設計適用于數(shù)據(jù)中心的模式。數(shù)據(jù)中心是一種龐大的需求響應資源，應深度研究其在緩解電網(wǎng)阻塞、消納新能源等方面的作用，使得“數(shù)據(jù)中心”與“電網(wǎng)”真正地協(xié)同發(fā)展起來。

 

其次，針對數(shù)據(jù)中心的高冗余特性帶來的資源浪費問題，適當探索電網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心的新合作模式。2019年全國城市地區(qū)用戶平均停電時間4.50小時/戶【3】，其中，上海、深圳、廈門的用戶平均停電時間低于1小時/戶，而2000年全國城市地區(qū)用戶平均停電時間為9.767小時/戶【4】。以上數(shù)據(jù)反映電力供應可靠性在不斷提升，當前業(yè)內也逐漸響起一路市電的呼聲，所以在一些電力條件優(yōu)質的地方，數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)可根據(jù)實際情況適當采取一些的新合作模式，解決高冗余配置帶來的資源閑置問題。

 

再次，可以考慮將發(fā)電廠的電力直送數(shù)據(jù)中心集群。作為穩(wěn)定且大量消耗電力的數(shù)據(jù)中心集群來說，這種方式可以減輕電網(wǎng)的負載，也能降低一定的過網(wǎng)費用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心和電廠利益的最大化。

 

最后，數(shù)據(jù)中心的綠色化發(fā)展，應進一步加強相關技術研究、測試評估、節(jié)能改造等工作。通過應用新技術、提高管理能力，不斷降低數(shù)據(jù)中心的運行PUE，從而提高數(shù)據(jù)中心的能效和綠色等級，持續(xù)促進“數(shù)網(wǎng)協(xié)同”的健康發(fā)展。

 

參考文獻

 

[1] Sun Q , Wu C , Li Z , et al. Colocation Demand Response: Joint Online Mechanisms for Individual Utility and Social Welfare Maximization[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2016, PP(12):1-1.

 

[2] Masanet E, Shehabi A, Lei N, et al. Recalibrating global data center energy-use estimates[J]. Science, 2020, 367(6481): 984-986.

 

[3] 2020年6月，國家能源局和中國電力企業(yè)聯(lián)合會聯(lián)合發(fā)布的《2019年度全國電力可靠性指標》

 

[4] 李玉生, 趙凱, 陳麗娟,等. 2000年全國電力可靠性統(tǒng)計分析[J]. 中國電力, 2001(06):1-9.

 

作者簡介

 

吳美希，中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所數(shù)據(jù)中心研究部高級業(yè)務主管。主要從事數(shù)據(jù)中心相關的政府支撐、技術研究和標準制定，以及綠色等級評估等相關工作。

 

郭亮，中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所副總工程師。