1、收稿日期:2022-09-27 修回日期:2022-11-16基金项目:国家重点研发计划“长江中游城市群综合科技服务集成与应用技术”(编号:2018YFB1404303);中央高校基本科研业务费资助(编号:225215004)。作者简介:陈冬林,男,1970 年生,博士,教授,博士生导师,研究方向:数字经济、云计算和大数据;邹安琪,女,1999 年生,硕士研究生,研究方向:数字经济、低碳经济;王 蕾,女,1997 年生,博士研究生,研究方向:数字经济;马一帆,女,1999 年生,硕士研究生,研究方向:云计算、调度管理;姚梦迪,女,1991 年生,博士,讲师,研究方向:数字治理。通信作者:邹安琪
2、“东数西算”赋能数据中心可再生能源消纳研究*陈冬林1,2 邹安琪1,2 王 蕾1,2 马一帆1,2 姚梦迪3(1.武汉理工大学经济学院 武汉 430070;2.湖北省电子商务大数据工程技术研究中心 武汉 430070;3.武汉科技大学文法与经济学院 武汉 430081)摘 要:研究目的在“数字经济”及“碳达峰、碳中和”战略背景下,数据中心的可再生能源消纳问题至关重要。以“东数西算”工程为契机,探究数据中心消纳可再生能源的新内涵及前沿研究领域,助力数据中心绿色高质量发展。研究方法首先,基于“东数西算”的时空特征,从宏观视角解析数据中心可再生能源消纳情况的评估方法;其次,从中观层面研究数据中心市场
3、化消纳可再生能源的激励机制;最后,从微观层面分析数据中心可再生能源消纳的运营决策。研究结论 构建方法机制决策的研究框架,为数据中心的可持续发展提供清晰的路线图。针对现有研究成果进行展望,以期促进数据中心消纳可再生能源的深入研究。关键词:“东数西算”;可再生能源消纳;数据中心;数字经济;低碳经济中图分类号:F270 文献标识码:A 文章编号:1002-1965(2023)07-0077-09引用格式:陈冬林,邹安琪,王 蕾,等.“东数西算”赋能数据中心可再生能源消纳研究J.情报杂志,2023,42(7):77-85.DOI:10.3969/j.issn.1002-1965.2023.07.012
4、Research on the Renewable Energy Accommodationin East Data and West Calculation Empowering Data CentersChen Donglin1,2 Zou Anqi1,2 Wang Lei1,2 Ma Yifan1,2 Yao Mengdi3(1.School of Economy,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070;2.Hubei Provincial Research Center for E-Business Big Data Engineerin
5、g Technology,Wuhan 430070;3.School of Literature,Law and Economics,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081)Abstract:Research purpose Under the background of the digital economy and the carbon peak carbon neutrality strategy,the is-sue of renewable energy accommodation in data centers
6、 is crucial.This paper takes the opportunity of the East data and West calculationproject,and summarizes the new connotation and frontier research fields of renewable energy accommodation in data centers,so as to pro-mote the green and high-quality development of data centers.Research method Based o
7、n the spatiotemporal features of East data andWest calculation,this study firstly evaluates the methods of assessing the renewable energy accommodation of data centers from a macroperspective;Then,this study studies how the market mechanism can stimulate the market-oriented accommodation of renewabl
8、e energy indata centers from the mesoscopic level;Finally,this study analyzes the operational decisions of renewable energy accommodation in datacenters from the micro level.Research conclusion Build a research framework of methodmechanismdecision-making,to provide aclear roadmap for the sustainable
9、 development of data centers.At the same time,the existing research results are prospected to promote thein-depth research on the accommodation of renewable energy in data centers.Key words:east data and west calculation;renewable energy accommodation;data center;digital economy;low-carbon economy第
10、42 卷 第 7 期2023 年 7 月 情 报 杂 志JOURNAL OF INTELLIGENCE Vol.42 No.7July 20230 引 言数字经济正成为重组要素资源、重塑经济结构、提升市场竞争力的关键力量。算力作为数字经济的核心生产力,每年以超过 20%的速度递增,导致数据中心用电量超过全社会的 2.71%。2023 年碳排放量将高达 1.63 亿吨、占全国总量的 1.5%。“数字经济”和“碳达峰碳中和”战略背景下,数据中心高耗能、高碳排、高成本和可再生能源消纳难问题日益突出,给“双碳”目标的实现造成压力和挑战。“东数西算”工程引导数据中心向西迁移,为数据中心消纳可再生能源提供
11、战略机遇:一方面,结合当地算力需求类型和能源禀赋,合理利用我国能源时空分布特性,充分使用西部零碳、低成本的可再生能源是解决数据中心高碳排、高成本问题的有效途径;另一方面,相关政策法规的施行不仅可以推进可再生能源电力市场、绿证市场和碳排放权交易市场1-2的有效衔接,也能将“排碳有成本,降碳有收益”的理念落到实处。因此,为调动数据中心规范化应用可再生能源、主动参与市场化消纳的积极性,亟需在动态演变的政策环境中,逐步构建“东数西算”下数据中心可再生能源消纳的研究框架。这对数据中心实现低成本、低能耗和最大化可再生能源消纳的目标具有参考价值,也是企业社会责任的重要体现,全球发展的绿色共识。图 1“东数西
12、算”赋能数据中心可再生能源消纳研究框架当前研究的焦点是“东数西算”如何科学、系统地赋能数据中心消纳可再生能源。所谓“东数西算”赋能,是指数据中心为缓解能耗指标紧张和高碳排成本的压力,迫切需要提升消纳比例,依托“东数西算”形成的全国协同的算力网络,非实时性数据任务得以迁移到可再生能源丰富的西部地区,从而达到数据中心主动消纳可再生能源的效果。因此,本文尝试构建“东数西算”下数据中心可再生能源消纳的研究框架,如图 1 所示。首先,从宏观视角解析数据中心可再生能源消纳情况的评估方法,体现为可再生能源政策效用检验、可再生能源消纳指标测度;其次,从中观层面研究数据中心市场化消纳可再生能源的激励机制,表现为
13、可再生能源市场化交易机制及配套体系建立、可再生能源电力市场交易策略设计;最后,从微观层面分析数据中心可再生能源消纳的运营决策,具体为运营效率管理、运营成本核算。并提出对未来的研究展望:从评估方法、市场机制和运营决策3 大环节归纳“东数西算”赋能数据中心可再生能源消纳的新内涵及前沿研究领域,为数据中心可持续发展提供可行路径。1 数据中心可再生能源消纳的现状、政策目前,我国数据中心消纳可再生能源的潜力尚未充分挖掘。一方面可再生能源与数据中心在空间上呈逆向分布带来消纳困难:西部可再生能源超全国总量的 70%,其中风能占 85%、光能占 90%左右。而东部数据中心占全国 90%,逆向分布使西部弃风、光
14、总电量高达全国 80%以上。即东部消纳率接近 100%,但西部受其发展水平制约明显消纳不足。另一方面,可再生能源具有强间歇性和波动性,制约了“西电东送”的异地消纳 2020 年跨省跨区可再生能源交易电量仅占发电量 12.6%。针对上述可再生能源的间歇性、波动性、反调峰性等特性,结合国内地理环境的异质性,本文将“东数西算”下促进数据中心可再生能源消纳的政策分为就地开发和消纳和跨域输送与消纳。进一步,将政策的演变划为 4 个阶段:起步期、探索期、强化期和突破期,如图2 所示:首先从选址布局,保障法规起步,之后从“绿色数据中心试点”、“可再生能源富集区域”等重点项目助推数据中心消纳可再生能源。随着“
15、东数西算”工程的出台、可再生能源应用技术的突破,现已初步形成以就近消纳为主、跨域输送为辅并优先考虑电力市场化交易的政策体系。实证表明,我国可再生能源上网电价补贴政策效果显著,既保证了企业收益也促进了可再生能源项目的建设投资 3。本文还根据相关文献生成关键词共现图,见图 3。可以看出,目前研究聚焦于综合能源的互补、市场机制的完善和低碳技术的创新等方面,涉及行业以数据中心行业、汽车行业为主。2“东数西算”赋能数据中心可再生能源消纳路径基于西部可再生能源消纳难、“双碳”背景下数据中心亟需降低高能耗高碳排成本的现状,依托“东数西算”工程,数据中心消纳西部可再生能源成为可行87 情 报 杂 志 第 42
16、 卷图 2 2005-2021 年促进数据中心可再生能源消纳政策的演变图解。本文从数据中心可再生能源消纳的评估方法、激励机制和运营决策 3 大环节展开研究,具体消纳路径阐述如下。图 3 可再生能源政策文献关键词共现图 2.1 数据中心可再生能源消纳的评估方法本节基于“东数西算”下可再生能源的时空特征,从政策效用检验、消纳指标测度来评估数据中心可再生能源消纳的情况。研究框架如图 4 所示。2.1.1 基于时空特征的可再生能源政策效用检验由于我国区域间经济发展水平,地形环境和气候条件的差异,东部数据中心算力需求与西部可再生能图 4 数据中心消纳可再生能源的评估方法研究框架源供给呈现较大的、不均衡的时空逆向分布。时空特征体现在供需双维:在供给侧,可再生能源电力供给在时间上呈一定规律,且不同区域的能源禀赋、输送距离差异悬殊。光能、风能在西部较充裕,水能集中于西南部。受季节和昼夜更替的影响,可再生能源呈明显的间歇性、波动性,如光能白昼充足而夜晚稀缺,夏季水电大发而冬季进入枯水期等。光伏、风力发电常出现在电力消费的谷段时期,表明可再生能源具有反调峰性。因此,可再生能源难以独立满足数据中心算力可靠性
