Al 算力爆发对电力供应带来挑战

—、综述 1.Al算力爆发对电力供应带来挑战 预计今年全国数据中心的耗电量将在3400亿至3600亿度之间，到2025年可能增长至4000亿至4400亿度。数据中心规模正快速扩展并转移重心，由环渤海、长三角和珠三角地区转向新疆、青海、内蒙古、贵州等地。其中，广东与江苏大型数据中心的占比已超过60%。 —、综述 1.Al算力爆发对电力供应带来挑战 预计今年全国数据中心的耗电量将在3400亿至3600亿度之间，到2025年可能增长至4000亿至4400亿度。数据中心规模正快速扩展并转移重心，由环渤海、长三角和珠三角地区转向新疆、青海、内蒙古、贵州等地。其中，广东与江苏大型数据中心的占比已超过60%。电费在数据中心运营成本中占约60%，随着Al技术推动算力需求激增，未来数据中心的电力消耗或将呈现潜在的爆发式增长。 2.算力提升带动电力需求升级转型 数据中心用电量在全社会总用电量中的比重正在迅速攀升，预计今年将达到3.3%至3.5%，明年或进一步升至3.5%至3.8%，部分区域如广东和江苏甚至超过5%。尤其值得关注的是>充换电服务、文化旅游、科技创新以及数据中心等领域的电力消费增速远超GDP增速。在此背景下，数据中心对于绿电、储能和光伏设施的需求日益增强，配套电网改造成为大势所趋，节能企业有望借此机遇进入市场。 3.算力发展创造能源新需求格局 数据中心能耗主要集中在制冷系统(约占40%)和机柜设备一约占45%)。为降低能耗，解决方案包括设备更新换代、高效制冷技术应用以及利用可再生能源与储能手段实现峰谷电价差以降低成本。未来电力系统规划将涵盖周边高压直流供电和配网建设，鼓励数据中心采用冷热通道隔离、液冷等高效能效方案，并积极推动新能源和储能技术的应用。 4.Al驱动电力需求飞速跃进 数据中心的发展显著拉动电力需求，预计年增长率可达12%至15%，在发达地区这一速度甚至能达到20%至30%。通过结合光伏和储能技术，数据中心能够有效降低成本，若储能比例配置得当，有望实现年电费下降5%至10%。未来，数据中心的地理分布可能发生变迁，核心节点可能会从长三角、珠三角等地逐渐迁移 5.算力护张引发区域电力结构调整 西部地区的数据中心增长尤为突出：以贵州为代表的部分西部地区，数据中心原先以存储功能为主，但随着Al及算力需求的增长，西部地区将会承担起更多大型计算型数据中心的建设任务。针对Al产业的服务属性，可以通过分析下游大客户合同及数据异常快速增长的情况来判定数据中心是否服务于Al产业。同时，内蒙、新疆、青海等地的新能源项目及其所带来的数据中心用电需求，倾向于区域内平衡；而特高压项目的实施目标在于将优质绿电输送至经济发达地区，以此适应和推动算力增长带来的电力需求变化。 二、Q&A Q：目前我国数据中心建设规模和用能情况如何？ A：从全国角度看，数据中心主要集中在环渤海区、长三角和珠三角。2020年以前，数据中心主要布局这三个经济区。但在2020年之后，由于用电需求增加和电价因素的影响，大型数据中心逐步转移到了新疆、青海、内蒙古、贵州等地。对于数据中心的电量预估，到今年(发布信息的年份)，全国的机架数预计在保守估计下为610到630万个，乐观估计为850到900万个。对应的数据中心用电量预计在3400到3600亿度电。到2025年，预计数据中心将增长至4400亿至4000亿度电的规模。在地区分布方面，大型数据中心的占比在广东已经超过60%，江苏也有类似的占比。 Q：数据中心用能有哪些变化？它们的耗电量季节性波动情况如何？ A：2020年以前，国内数据中心以中小型为主，但2020年后，中大型及大型数据中心变得多见，特别是在广东和江苏。这会引发用电量实际消耗大于报备规模的情况，比如广东的惠州、清远市场，部 分大数据中心实际用电是报备规模的10到20倍。数据中心的耗电量季节性波动不大，主要的波动来自于空调系统，大约占总能耗的40%。所以，温度较低和电力成本较低的地区，比如贵州和内蒙古，成为大型数据中心的首选地。 Q：数据中心的电费成本占比大概有多少？未来Al技术发展可能会对数据中心的用电需求产生什么样的影响？A：在数据中心的运营成本中，电费占比可达到60%。由于Al技术的发展对算力有较高需求可以预见未来Al技术发展将引发用电量的爆发式增长。这种趋势也已经体现在今年的数据中心用电量上。 尽管一般预计每年增长为10%到12%，但今年前两个月数据中心用电量同比已增长了40%。 Q：不同省份的数据中心电价是如何定价的？ A：电价因省份而异。广东这样的省份对于非政府主导的数据中心，其电价与工商业电价相当，大约在1.2元到1.5元人民币每千瓦时，而在北京则为0.8元到1，0元。对于贵州和内蒙古等省份，由于水电资源丰富，电价更便宜， 能达到0.19元到0.32元不等。此外，电价还有高峰和低谷之分，分别在基准价基础上乘以1.7或除以1.3来调整 。根据以上分析，未来对数据中心的投资决策必须考虑到电力成本、电网配套、和机架扩展能力等因素，同时关注政策导向和新兴技术如Al对算力需求的影响。 Q：当前数据中心的用电量增长情况如何，特别是在广东和江苏这样的经济发达地区？ A：数据中心的用电量增长非常快，去年全社会用电量的3%来自数据中心，今年保守估计这个比例会增加到3.3%到3.5%，甚至明年会达到3.5%到3.8%。在广东和江苏这样的区域，数据中心的用电量增长预计将超过5%。Q：用电增速超过GDP增速的现象，尤其是在第二产业的用电情况如何？ A：当前用电增速明显超过了GDP的增速。今年1月和2月，整个南方区域去年与我们预期相比，电费收入减少了3到5亿，说明第二产业的复苏速度比预想的要慢。但是，科技创新、数据中心、生活服务等行业的用电量增加显著 。 Q：南方五省区1到2月份的用电量有哪些显著的增长？ A：南方五省区1到2月份用电量增长显著的行业包括充换电服务(同比增长78.6%)、文化旅游(增长84%)、科技行业(增长42%)、数据中心(增长46%)和住宿餐饮行业(增长25.4%)。 Q：在当前的绿色能源趋势下，数据中心的建设和电网改造有哪些要求和方向？ A：目前，数据中心建设尤其是在经济发达区域面临着诸多要求。首先，数据中心要求其能耗评估值 (PUE)必须在1.3以下。其次，需要配备储能和太阳能光伏，以实现绿电使用。此外，政府批准的中大型数据中心要求电网进行相应的配套改造，以提供充足的配电容量。这些都是数据中心应对用能要求日益增长，以及实现环境保护目标的举措。 Q：目前购买绿电的意愿和动力如何？ 志性数据中心而购买绿电。然而，由于电力市场和碳排放市场目前尚未完全挂钩，如果没有额外激励，数据中心购买绿电的动力不大。但数据中心在进行节能改造时，有动力安装光伏和储能 以降低能耗。此外，对于在工商业和数据中心进行节能改造，目前来看，光伏加储能的投资回报是可预测并值得的，因此会有节能公司进入这个领域。 Q：数据中心的冷却系统采用了哪些降能耗方案？能耗主要来自哪些方面？ A：数据中心的能耗主要来自空调制冷系统和机柜设备，这两部分分别占到了40%和45%的能耗比例。降能耗的策略包括设备更新，提高功率输出效率，物理方法如选址于气候较凉爽地区，采用节能设备如循环水冷系统，以及利用光伏和储能系统配合电价谷峰差进行成本降低。 Q：面对算力和数据中心爆发式发展，电网方面有哪些未来规划和方案？ A：针对未来电力需求的增长，我们计划采用高压直流和高效不间断电源等模块进行改造，周边建设配网设施，考虑建设大型数据中心。我们鼓励数据中心使用冷热道密封、直流变频等技术提升制冷系统能效，同时支持使用各种储能方式，如太阳能、氢能等。此外，数据中心的算力密度和建筑细节也是我们考察的焦点。电网对于数据中心用户的用能测是鼓励采用密封及变频技术，以及支持储能的使用，如氢能和利用动力电池的梯次利用，这些对数据中心来说是有利的。 Q：在电力市场的变化下，居民电价和工商业电价未来可能会有怎样的调整？ A：居民电价的调整可能性不大，仍属禾政府保障范围内。然而对工商业电价来说，以广东为例，电力市场改革已经引起了明显的电价下降，其中去年底长协电价下降了20%到30%，今年1月和2月月度电价分别下降了30%多和40%另外，山东的电价下降也相当明显，下降了30%多，这主要是由于新能源发电项目并网过快，发电量大于系统消纳能力。对于电网而言，鼓励新能源电力进入现货市场是为了降低收益预期，以控制项目开发进度。 Q：未来电网上的负荷压力会有怎样的变化？ A：集中式电力的并网比例正在接近电网的极限，电网尚未完成新电力系统的建设，使得光伏等新能源项目并网过多。分布式电力对电网带来的压力更大。政府可能会下调电网的保障小时数，例如从95%降到92%，以减轻电网的消纳压力。未来，能源局可能会下调保障小时数到92%，这是电网考核指标的一部分。 Q：未来算力和数据中心会对电力需求有怎样的影响？您如何预测这种影响在不同地区的差异？ A：对于算力和数据中心的电力需求，我们做了一个保守估计，按照每年12%到15%的增长来计算电量的增速，可以预计到2030年。在发达地区，像广东和江苏，以及”东数西算”的一些地区，增长率预计会在20%到30%之间。实际运行情况表明，增速可能会快于预期，尤其是Al火爆之后，一月份和二月份的电量迅速上升。 Q：数据中心自行配备分布式光伏和储能来降低成本是否更有经济性？ 光合的主体。如果按照两充两放的模式运转，对于整个负荷的20%配置储能的话，光伏的配备量取决于地面占用面积。这样一来，数据中心一年的电费成本可以降低约5%到10%，与直接使用市电相比。但是，这可能会因地区而异，需要考虑当地分户电价差异。 Q：数据中心是否可以实现离网运行？ A：数据中心无法完全离网运行，因为即使配置了光伏和储能系统，也不足以满足它的电力需求。储能仍然有限，因此必须接入电网。完全依赖储能不现实，因为随着储能容量的增加，运维和安全成本会大幅增长。 Q：未来数据中心的区域分布趋势如何？ A：长三角、珠三角与京津冀这些地区的大型和特大型数据中心数量将会减少，但某些核心节点仍会保留在这些地方。尽管西部地区有”东数西算”的趋势，由于传输速率限制，本地需求大的地区还是需要建立大型数据中心。 Q：在数据中心中使用氢能和电化学储能哪种更合适？ A：氢能和电化学储能都是比较成熟且适用于数据中心的储能方式。它们有助于数据中心通过投资回收率来实现比较容易的回本，尤其在数据中心用能比较稳定且位置偏远非工业园区的场景中。 Q：今年前两个月风光的利用小时数有无下降？哪些地区1到2月出现了Al数据中心的用电增长？ A：风光的利用小时数视不同地区而异。例如内蒙和青海的利用小时数没有下降，而山东和山西的利用小时数有所下降。Al数据中心的用电增长主要发生在发达地区，比如提到的广东和江苏。 Q：偏远地区的数据中心是否主要以存储为主？ A：不是所有偏远地区的数据中心都以存储为主。以贵州为例，有“云上贵州”项目，主要以存储为主，其中苹果、中国移动、中国电信以及腾讯、华为等都在此地设有存储设施。未来随着Al的发展和算力需求的增长，连同土地资源的考虑，大型和超大型具备运算功能的数据中心也会逐步向西部地区迁移。 Q：如何确定数据中心从事Al产业？ A：确定数据中心是否从事Al产业主要有两个方式：首先看数据中心是否有与下游客户签订的大型合同，这可以反映出它们是否参与Al产业。其次，观察数据增长的幅度，如果增长异常大，则这些数据可能会被划分到Al产业中。 Q：云南向广东的送电量减少是否是因为广东的用电量下降了？ A：送电量减少并非由于广东用电量下降，而是因为贵州和云南的经济发展需求增加。这两个省份原本有年度协议电量优先供应给广东，但随着当地产业的发展，更多的电力开始被留用来支撑本地经济。 因此，每年初，地方政府将与省级政府协商确定当年的供电量，这涉及地方之间的博弈。 Q：偏远地区的数据中心