全国数据中心能耗达两个三峡电站 南方科技大学刘科：靠锂电池储能解决存在挑战

导读：刘科称，数据中心用能存在高碳排、重污染的情况。因此他认为，数据中心的碳中和之路应注重能源侧减碳。

5月29日，首届“东数西算”粤港澳大湾区（广东）算力产业大会在韶关举办。

南方科技大学清洁能源研究院院长、澳大利亚国家工程院外籍院士刘科在大会现场表示，飞速增加的数据中心带来了飞速增加的能源消耗，截至2020年底，中国数据中心耗电量已经突破2000亿千瓦时，能耗占全国总用电量的2.7%，预计2022年耗电量将达到2700亿千瓦时。

刘科称，数据中心用能存在高碳排、重污染的情况。因此他认为，数据中心的碳中和之路应注重能源侧减碳。

如何做到能源侧减碳？刘科认为，重构供电，提高清洁能源的利用占比是途径之一，但风能和太阳能的不稳定性阻碍着数据中心的绿色化进程。

那么，通过锂电池储能是否可以解决风能和太阳能不稳定的问题？刘科展示的PPT显示，电动车数量增加，使得锂电池原材料（价格）飞涨，极大提升了数据中心的建造成本，靠锂电池储能解决数据中心的电力重构存在挑战。

刘科认为，绿色甲醇可作为大数据碳中和之路的选择之一。

全国数据中心能耗规模约等于两个三峡电站发电量

数量飞速增加的数据中心，正在带来飞速增加的能源消耗。

在“算力赋能制造业数字化转型”分论坛上，刘科表示，截至2020年底，中国已拥有在用的数据中心机架总规模超300万架，（年）耗电量突破2000亿千瓦时，能耗占全国总用电量的2.7%。

据刘科预测，到2030年数据中心机架规模将增加1倍～2倍，能源消耗量翻一番，将占全国总用电量4%以上。

刘科提供的数据显示，2016年中国数据规模为4000ZB（1ZB=1024TB），到了2020年，这一数字已经达到6.4万ZB，预计2022年达到12.8万ZB，2030年达到409.6万ZB。

可以看到，无论是全国数据规模还是数据中心机架规模，都将在未来几年有明显提升，而与之对应的是数据中心耗电量迅速增长。

据刘科展示的数据，2020年中国数据中心耗电量为2045亿千瓦时，预计2022年将达到2700亿千瓦时，到2030年达到4000亿千瓦时。

数据中心能耗“飞速”增加

图片来源：每经记者 安宇飞 摄

据新华社报道，截至2020年12月31日24时，在确保三峡工程全面发挥防洪、航运、水资源利用等综合效益的前提下，三峡电站2020年全年累计生产清洁电能1118亿千瓦时。这也意味着，当年我国数据中心的耗电量几乎相当于两个三峡电站的发电量。

在耗电量不断增长的背景下，数据中心用能的高碳排、重污染等问题也进一步凸显。刘科介绍说，数据中心的主要供电源为市电，总体来讲，约70%市电来源于燃煤发电，“所以布局大数据中心最好（选择）像韶关这样可再生能源比较多的地方。”

除此之外，数据中心一般会有柴油发电机系统、不间断电源（UPS）系统等。刘科表示，柴油机投资约占数据中心总投资的10%，存在以下问题：机组噪音大，平均100分贝；SOx、Nox排放高，尾气处理贵；柴油储运消防规格高；人力和安环投入成本大。

因此刘科认为，从整个大数据中心的碳中和来讲，应该注重能源侧减碳。其中一条途径是重构供电，提高清洁能源的利用占比。

清洁能源不稳定，锂电储能和氢气存痛点

从价格端来看，清洁能源已经拥有了一定的“性价比”。刘科表示，目前光伏上网电价可以低至0.148元/kWh，沙特光伏成本甚至低至0.07元/kWh。

但刘科认为，太阳能再便宜，只有约20%的发电时间，“没有风、没有太阳时怎么办？这是整个清洁能源实现碳中和的最大挑战”。

如何解决风能和太阳能的不稳定性？刘科展示的数据显示，中国风能、太阳能增量巨大，但总发电量只相当于约1.92亿吨标煤的发电量，只占中国煤电发电量的约12.5%，储能限制了其发展。

未来，能否靠锂电池储能解决数据中心的电力重构问题呢？刘科认为这存在挑战。他表示，即使全世界的汽车都改为电动车，储的电只相当于电网约16%。

刘科展示的PPT也显示，电动车数量增加使得锂电池原材料（价格）飞涨，极大提升了数据中心的建造成本。今年3月的钴价约为2020年的2.6倍，锂价约为2020年的5.6倍。同时锂、钴、镍资源稀缺、成本高，我国80%的钴以及70%的锂、镍资源都依赖进口。

那么，氢气能否承担上述重任呢？刘科表示，氢气存在储氢运氢成本高、安全隐患大、加氢站占地面积大基础设施投资高昂等问题。

“西方大概上世纪90年代中期到2008年前后花了百亿美元做氢，没有推广的核心原因是氢气不适合于做人类的液体（能源）载体。”刘科说。

那么，什么技术在未来有希望成为破局方向呢？

刘科认为，基于可再生能源的绿色甲醇技术是比较现实的碳中和路径。在碳税（针对二氧化碳排放所征收的税）来临后，绿色甲醇在成本等方面都具有优势。

刘科展示的基于可再生能源的绿色甲醇技术

图片来源：每经记者 安宇飞 摄

据了解，绿色甲醇是通过绿电进行电解水制氢、制氧，结合生物质/城市垃圾/水煤浆等进行气化，然后通过甲醇合成得到的物质。

刘科认为，甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体，1L甲醇的产氢量是1L液氢的2倍。绿色甲醇是出色的氢能载体，可作为数据中心碳中和之路的选择之一。