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深度 | 数据中心的绿电困境与优化路径

日期:2025-12-18 来源:电联新媒作者:电力规划设计总院 屈小云 虞竹珺 高雷 苏辛一 浏览:240次 19

在全球加速推进“双碳”目标与数字经济蓬勃发展的双重背景下,推动数据中心行业向绿色低碳转型已成为普遍共识。国家层面积极出台政策,明确提出在枢纽节点新建数据中心中,绿色电力消费比例应在原有80%的基础上进一步提升。在政策引导与市场需求的双重推动下,腾讯、阿里、字节跳动等头部互联网企业已相继宣布,将在2030年实现100%可再生能源电力的使用目标。

数据中心行业的绿色低碳转型需要大规模清洁能源作为支撑。预计到2030年,我国数据中心年用电量将达到5300~7800亿千瓦时,约占全社会用电量比重的4%。若届时行业绿色电力使用比例提升至80%,全国数据中心需配套的新能源装机规模预计将达到2~3亿千瓦。因此,推动绿色算力与电力一体化发展,成为促进算力基础设施绿色低碳转型、确保“双碳”目标如期实现的必然举措。

(文章来源 微信公众号:电联新媒 作者:电力规划设计总院  屈小云 虞竹珺 高雷 苏辛一)

数据中心绿电供应现状

枢纽节点的绿电消费比例与清洁能源资源、土地资源、政策支持力度、市场机制等多重因素密切相关

西北“沙戈荒”地区风能、太阳能资源丰富,西南地区的四川、云南等地水能充沛,形成了风、光、水多能互补的清洁能源体系。这种多元协同的电源供应结构,不仅从源头上提升了绿电消费的潜力,也通过互补调度有效平抑了绿电输出的波动。目前,部分西部省份通过将大数据产业纳入绿电专场交易、配套建设新能源并网项目或提供政策补贴等方式,已将数据中心综合到户电价稳定在0.35元/千瓦时左右。

相比之下,东部地区经济发达、人口密集,但土地资源紧张,清洁能源分布分散、规模有限,难以支撑数据中心大规模、高稳定性的用电需求。受限于本地绿电供应能力,东部地区绿电价格普遍较高。尽管可向资源富集的西部地区采购绿电,但需承担特高压输电费用和跨省交易溢价等额外成本。加之市场机制尚不完善,在一定程度上影响了东部地区数据中心运营商使用绿电的积极性。

西部地区枢纽节点绿电消费比例高于东部地区,整体仍处于“局部突破、整体追赶”的关键推进阶段

根据国家发改委2025年监测数据,内蒙古、甘肃等西部地区枢纽节点的数据中心绿色电力占比已达到65%,较东部地区高出约40个百分点。2025年一季度,内蒙古和林格尔数据中心集群的绿电使用比例高达84.57%,在全国处于领先地位。甘肃庆阳数据中心集群通过创新实施“绿电聚合”模式,绿电供应率超过80%。宁夏中卫数据中心集群的新能源使用占比为45.88%,已实现新能源就地消纳。此外,今年上半年,张家口大数据产业用电量达40.71亿千瓦时,其中绿电约占三分之一。

相较之下,东部地区枢纽节点算力需求旺盛,但绿电消费比例普遍偏低。由于自身清洁能源资源相对有限,东部地区的绿电供应主要依赖外输及本地少量的风电、光伏等发电方式。目前,这些地区正积极探索提升绿电占比的路径,以响应国家对数据中心绿电使用比例的要求,具体措施包括参与绿证交易,以及与周边清洁能源富集地区签订绿电交易协议等。

数据中心绿电供应面临的主要困境

算力、能源基础设施在空间布局、建设时序上匹配程度仍显不足

当前,算力需求与能源供给在空间分布上存在明显的区域错配现象。在东部地区,尤其是京津冀、长三角、粤港澳大湾区等算力需求核心区域,数据中心建设密集、算力需求旺盛,但本地绿色电力资源相对稀缺,难以满足大规模算力设施的绿电使用需求。相反,西部地区清洁能源资源丰富,已建成多条特高压输电通道,具备较强的能源外送能力;然而,该地区算力与网络等基础设施发展相对滞后,受地理距离影响,西部数据中心在向东部地区提供算力服务时,网络时延问题较为突出,难以有效支撑金融、工业等对时延要求较高的应用场景。

算力基础设施与能源基础设施在建设时序上缺乏协同,存在“快慢不一”的节奏脱节问题。一方面,数据中心通常具有终期规模大、初期上电负荷增长缓慢的特点,在建设初期,实际投运负荷远低于配套电源及接入工程的输电能力,为满足终期用电及绿电需求而超前建设能源设施,可能导致大量投资浪费。另一方面,部分地区因土地审批延迟、并网流程复杂等问题,配套新能源项目建设进度滞后于数据中心,造成数据中心建成后陷入“有算力、无绿电”的困境,实际绿电消费比例远低于预期目标。

数据中心绿电供应成本压力大,且涉及的多主体间缺乏有效的成本分摊机制

对于数据中心运营企业而言,要满足80%以上的绿电消费要求,通常需通过采购新能源电力或自建配套新能源设施等方式实现,而这些举措均会显著增加运营成本。目前,相关成本多由数据中心企业单一主体承担。然而,绿电供应实际涉及新能源企业、电网公司、数据中心运营商及算力用户等多个主体,当前尚未形成有效的跨主体成本分摊机制。

具体来看,新能源企业因项目投资需满足一定收益率,缺乏主动降低绿电价格的意愿;电网公司在绿电传输过程中需改造现有输配电设施并承担额外调度成本,推动成本分摊的动力不足;算力用户则已习惯“固定电价+算力服务费”的传统模式,对电价或服务费的合理上浮接受度较低。这些现实因素共同导致绿电成本难以在产业链中有效传导,最终制约了绿电消费目标的实现效率。

新能源项目与算力业务在合作周期上存在显著不匹配,进一步加剧了成本分摊的困境。配套新能源项目设计寿命普遍在20~25年,其初始投资需依赖长期稳定的发电收益才能在运营期内逐步回收并实现盈利。然而,当前数据中心与客户的合作周期大多仅为3~5年,呈现出明显的“短期化”特征。一旦算力客户提前终止合作,配套新能源项目将面临前期投入无法回收的风险,从而严重影响企业投资新能源配套项目建设的积极性。

多维度拓展绿电供应多元路径

规划设计方面,数据中心需统筹考虑新能源资源、项目经济性等因素,合理选择绿色供电模式

对于周边新能源资源富集且集中连片分布的新建数据中心,应优先采用以“绿电直连为主、绿电绿证交易为补充”的供电模式。在西部地区,可依托本地优质新能源基地,就近规模化开发绿电;在东部地区,可建设海上风电基地,与数据中心开展绿电直连试点示范。绿电直连模式通过建设专用线路实现“点对点”供电,具有多重优势,包括绿电来源清晰可追溯,能够节省部分涉网费用,用电成本相对较低,可为数据中心提供长期、低价的绿色电力等。此外,该模式通过源荷协同匹配,可进一步提升绿电消纳能力,降低对公共电网的保障需求。尽管前期投入较高,但长期收益显著,因此更适用于用电集中、具备长期规划的超大型数据中心。

对于周边新能源资源匮乏、无法连片开发的数据中心,则适宜采用“绿电交易为主、分布式电源自发自用及绿证交易为辅”的供电模式。此类数据中心主要依托公网保障供电,可与风电、光伏等电站签订3~20年长期购电协议,锁定绿电价格。同时,可利用园区屋顶、停车场、附属绿地等空间建设分布式光伏或小型风电设施,实现自发自用。以东部地区典型数据中心为例,依托分布式电源自供绿电的比例一般不超过5%。绿电交易模式对清洁能源基地与数据中心选址的协同性要求较低,物理层面依赖大电网供电,通用性强,电网协调实施相对简便。然而,该模式高度依赖电力市场改革的推进和交易机制的完善,对市场交易策略及运营能力提出较高要求。

建设运营方面,数据中心需采用集约化建设模式,创新算电协同调度运行机制

数据中心集群需通过统筹基础设施建设和创新配网供电模式,打破原有分散建设的壁垒,实现资源集约利用。在算力需求爆发式增长的背景下,传统算力园区普遍采用“多企业分散建设、各数据中心独立供电”的方式,容易导致基础设施重复投资、负荷波动难以协同、供电可靠性参差不齐等问题。而新型算力园区由单一企业统筹建设园区变电站、配电线路、储能设施及通信网络等基础设施,整合多个数据中心的电力需求,为下游用户提供算力服务及稳定可靠的电力保障。在具体建设上,中小型数据中心通常采用10千伏或35千伏用户变电站,而超大型数据中心则采用220千伏用户变电站,以实现集约化、规模化建设,从而减少线路损耗、提升供电能力和土地利用率。同时,通过创新设计集群配电方案,确保数据中心具备双路供电,满足高可靠性要求。

在合作模式方面,创新新能源企业与数据中心建设运营方之间的协作机制,推动算力负荷灵活参与系统优化调节。双方可通过签订协议、共同出资或交叉持股等方式实现合作,达到利益共享与风险共担。在西部新能源资源富集地区的数据中心集群,可采用综合能源服务模式,即新能源企业在绿电直连的基础上,整合其所属的其他绿色电力、火电等资源,为算力中心提供综合能源供应保障,统筹满足长期绿色低价用能需求。此外,通过设计动态电价机制,引导算力负荷参与系统调节。例如,在电价较高时段,可延后执行非实时任务或主动降低计算任务投入;在电价较低时段,则集中调动待执行任务进行计算,从而更好地匹配新能源出力特性,提高绿色电力占比并降低用电成本。

为推进算力网络与电力系统的深度融合,需建设算电协同智慧运营平台,打通算力与电力在优化调度运行方面的壁垒。该平台统筹考虑算力柔性负荷、储能设施、电力市场等多元信息,围绕经济性、可靠性与低碳性等多目标进行优化运行,提供市场交易与运行策略支持,实现多类型电源与算力负荷的协同运行。通过聚合储能资源、优化园区算力调度、调动可调节负荷及柴油发电机等灵活性资源,平台可助力数据中心积极参与电力辅助服务市场和需求侧响应,获取额外收益,同时提升对电网的友好性。

建成后评价方面,需制定多维度算电协同评价标准,建立“评价-优化-验证”闭环机制

为构建科学统一的算电协同评价标准体系,需从绿电利用、调度协同、经济效益及环境效益等多个维度开展动态评估。绿电利用方面,主要包括绿电获取方式、绿电占比及新能源利用率等指标;调度协同方面,涵盖数据中心可调节能力、算力调节响应速度和智慧管理系统配置情况;经济效益方面,重点评估用电成本与算效能力;环境效益方面,包括碳利用效率、水资源利用效率、循环利用水平及节能技术应用等。该体系通过科学评估、靶向施策与量化复盘,为后续运营提质、成本优化及同类项目建设提供决策支持。

在评价过程中,结合定量数据与定性分析,对能耗、算力、故障率等关键参数进行持续监测,并生成月度能效报告。针对评估中发现的问题,按重要性制定优化方案,方案实施后采用“短期监测+长期跟踪”相结合的方式验证成效,回溯问题诊断的准确性与优化措施的适配性,从而持续提升数据中心的运营效率与综合价值。

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