算力扩张与降碳目标如何兼顾？数据中心绿色转型路径渐明
Source：亮报
数据中心既是承载新质生产力发展的关键基础设施，也是目前我国能耗增速较快的领域之一。
伴随人工智能、大模型以及高密度智算集群的规模化部署，算力用电量持续攀升。7月份，全社会用电量在2025年7月首次突破1万亿千瓦时后，再度越过这一量级，其中算力相关用电呈爆发态势，互联网数据服务用电量同比增幅达40%。
推进数据中心节能降碳，已成为实现碳中和目标过程中无法回避的课题。如何在算力扩容与低碳发展之间取得平衡？本报记者采访了业内多位专家，并结合相关案例，呈现数据中心的降碳探索。
数据中心能效优化步伐提速
智能客服在数秒内回应用户提问，人工智能助手用几分钟完成海量资料整理，智能体对生产车间设备状态进行实时研判……数字技术所提供的便捷，背后离不开众多数据中心的不间断运行。
作为数字经济发展的重要底座，数据中心承载着大量用户请求，是典型的“耗电大户”。有测算显示，一座满负荷运行的大型数据中心，其单日耗电量可堪比一座中小型城镇的全部用电。
国家能源局数据显示，2025年全国算力中心用电总量为1700亿千瓦时，占全社会用电量的1.6%。全国一体化算力网络8大枢纽节点的算力用电成为主要增量来源，近3年平均增速约39.5%，显著高于全社会用电量平均增速。预计“十五五”期间，全国算力用电量年均新增将超过1000亿千瓦时，2030年有望达到8000亿千瓦时，约占全社会用电量的6%。
面对数据中心能耗不断攀升的现实压力，国家层面的政策引导持续加强。
2024年7月，国家发展改革委等四部门联合发布《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》，围绕优化建设布局、严控新上项目准入、有序推进存量改造、提高可再生能源利用水平、强化资源集约利用、推广节能技术装备等六个方面作出部署。
今年4月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于更高水平、更高质量做好节能降碳工作的意见》，首次将数字基础设施与工业、建筑、交通、公共机构一并列为五大重点领域，并明确要求推进存量基础设施的节能降碳改造。今年9月，中央网信办等七部门联合印发《促进数字化绿色化协同转型发展实施方案（2026-2030年）》，提出“推动算力设施等重点领域可再生能源电力消费水平达到所在省份可再生能源电力消纳责任权重水平”。
在政策引导下，数据中心节能降碳的路径日趋清晰，行业在扩大算力规模的同时，更加注重向绿色低碳方向发力。
数据中心的能耗构成包括信息技术设备能耗、制冷系统能耗、供配电设施损耗以及辅助系统能耗等。电能利用效率（PUE）是衡量数据中心能耗水平的重要指标，即数据中心总能耗与信息技术设备总能耗之比，数值越接近1代表越节能。截至2025年年底，我国累计建成国家绿色算力设施306家。2025年度国家绿色算力设施PUE平均值降至1.25，比全国算力设施PUE平均值低14.4%。
中国电力发展促进会电力与算力协同发展专业委员会主任委员董朝武表示：“大规模算力负荷接入电网，既带来用电密度高、能耗总量大等运行挑战，也具备时空可转移、负荷可柔性调控的独特优势。目前，西部等新能源富集地区正在探索‘风光储算’一体化发展，算力行业推广液冷、余热回收、人工智能调优等技术应用，电网企业创新算电协同调度技术，为推动数据中心节能降碳形成了相关机制和方案。”
节能技术创新提升算力设施能效
《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》提出，“推进设备布局、制冷架构、气流组织、外围护结构、供配电方式、单机柜功率密度及系统智能运行策略等方面的技术改造和优化升级，减少冗余设备”。《促进数字化绿色化协同转型发展实施方案（2026-2030年）》提出，“强化算力设施绿色设计，支持液冷散热、余热回收、低功耗芯片等技术创新和推广应用，探索算力设施800V高压直流供电架构，推动超百千瓦单机柜部署”。
加快节能技术创新，是算力设施高效利用电能的重要途径。电网输送来的电为交流电，数据中心需要设计内部供电架构。现有交流供电架构需将交流电经过“交流-直流-交流”多次转换，最终变为48伏直流电送入机柜，每次转换都会产生能量损耗，并带来额外发热，增加空调制冷负荷。800伏高压直流供电架构则是在电能进入数据中心后，先将交流电统一整流为800伏高压直流电，再通过高压直流母线输送至信息技术设备，减少中间转换环节，提升效率和供电容量。
“目前，我国算力单机柜功率密度普遍在10千瓦级，当单机柜功率密度向百千瓦级甚至兆瓦级发展时，数据中心原有的交流供电架构难以支撑服务器的高可靠供电，800伏高压直流供电架构适配机柜大容量需求，而且具有转换环节少、转换效率高等优势。”国网江苏省电力有限公司电力科学研究院高级工程师刘瑞煌说，他所在团队正在开展800伏高压直流供电架构方案设计和控制策略优化研究，为数据中心节能降碳提供技术支撑。
这些技术创新正逐步走向行业实践，阿里云已开始探索应用。阿里云计算有限公司公共事务总监陈爽介绍，阿里云在新一代智算中心全面推广800伏高压直流供电架构，从源头降低转换损耗。
今年6月，国电南瑞旗下中电普瑞推出第二代“瑞”系列四款固态变压器成套产品，覆盖超算中心供电、大功率超充站、新能源并网、柔性配电网四大应用场景。其中，瑞磐固态变压器专门适配超算中心直流供电模式。“传统供电方案已难以满足高功率芯片运行需求，固态变压器具有体积小、效率高的优势，是未来数据中心直流供电的重要方向。”中电普瑞战略新兴业务部技术总监张皎说。
数据中心服务器运行时会发热，若热量不能及时排出，设备持续在高温下运行，不仅会降低运算速度，还会产生更多能耗。
数据中心过去主要依靠空调“吹凉”，但随着高功率机柜加速落地、芯片功耗不断攀升，传统风冷越来越吃力。液冷技术迅速发展，通过循环冷却液吸收并传递热量，提高冷却效率。
“数据中心的制冷系统能耗仅次于信息技术设备能耗，近年来，我国散热技术不断发展，制冷系统能耗比15年前已经下降了70%，从最初的低密度风冷技术到高密度的风冷/液冷技术，冷却末端的散热密度提升了数十倍。”清华大学航天航空学院长聘教授李震说。
随着技术发展，数据中心的余热也在发挥作用。万国数据中心是行业绿色实践代表企业，2025年，万国数据全国成熟运营数据中心平均PUE已降至1.23，处于全球领先水平。万国数据中心运维高级工程师宋树昆介绍，万国数据北京亦庄数据中心采用螺杆式水源热泵系统，具备冷热双向运行能力，在供暖季，数据中心的余热为周边两座办公楼供暖，这种模式可以在更大范围应用和推广。
算电协同增加算力“含绿量”
“算力的尽头是电力，电力的尽头是绿电。”数据中心要实现真正的节能降碳，根本在于用能结构的调整。对于相同电能利用效率的两个数据中心来说，如果其中一个数据中心80%以上的用电是绿电，那么这两个数据中心的碳排放量将相差巨大。国内几家头部互联网企业先后宣布，将于2030年使用100%可再生能源电力。
今年，“算电协同”首次写入政府工作报告，明确“实施超大规模智算集群、算电协同等新基建工程”；“十五五”规划纲要提出“推动绿色电力与算力协同布局”。
西部地区风光资源富集，绿电充足，可以实现数据中心建设需求与绿电资源空间上的初步匹配。2022年“东数西算”工程启动至今，我国已布局8大算力枢纽和10大数据中心集群，将东部大规模、集中式、时延要求低的可迁移算力任务跨地域调度至能源成本更优的数据中心，算力“含绿量”进一步增加。
算力需求包括推理算力需求和训练算力需求。我们向人工智能工具提问，它要立刻给出答案，这是推理算力需求。推理算力需求对网络时延要求很高，承载这类业务的数据中心需要建在离用户近的地方，大量算力要留在中东部、贴近产业。绿电交易、绿电直连等政策为数据中心使用绿电提供更多可能。
国家电网有限公司服务重点领域节能降碳，推动新能源基地与算力设施协同布局，推进算力跨区域跨时段低碳调度，加强算电协同线上服务专区建设，支撑新建算力设施主要使用非化石能源电力。
“绿电为算力供给低碳能源，支撑绿色算力生产；算力中的柔性负荷，可以承接绿电波动，提升风光消纳水平；电网为绿电输送、算力用电提供网络载体与安全保障，同时依靠算力柔性资源提升新型电力系统的稳定调节能力。绿电、算力和电网需要创新构建算电协同机制，才能实现资源在空间、时间、价值维度的全局最优匹配。”中国信息协会算力网专委会主任委员梅建平表示。
今年4月，国家发展改革委等四部门联合印发《关于促进人工智能与能源双向赋能的行动方案》，提出“推动算力设施绿色低碳转型”“扎实推进算力设施绿电消费占比统计以及碳排放核算工作，加强绿电直连政策指引，持续提升算力设施能效碳效，构建绿电供给、高效用能、碳排放管控协同的全链条绿色低碳发展体系”。
5月，宁夏中卫云基地数据中心绿电直供50万千瓦光伏电站投运，标志着我国“东数西算”工程实现了从沙漠风光电到数字算力的直连直通。项目创新采用“绿电直连+虚拟直供”模式，预计到年底全容量投运后，年发电量将达到43亿千瓦时，可稳定供给中卫云基地22.9亿千瓦时清洁电力，覆盖园区核心算力机房全部用电需求。
安徽芜湖是“东数西算”长三角国家算力枢纽的核心承载地。芜湖供电公司为芜湖算力集群打造算电协同系统，系统汇集了电价、天气、用电负荷等数据，算力企业可以提前获知未来电价高低、绿电供给多少。现在，130多家算力企业像看天气预报一样参考电价信号，尽量避开用电高价时段，优先使用价格更划算的绿电。
中国电力科学研究院有限公司用能研究所主任工程师陈洪银说：“算力中心高功率密度、高波动性和高可靠需求的特点，给电力系统规划、运行调控、电能质量和新能源消纳带来新挑战。面向未来，算力基础设施向高能效、高弹性、高可靠、高碳效方向发展，可以通过算、电、储优化调度和市场配置，实现自身绿色经济用能，并主动支持新型电力系统安全稳定运行。”
近日，国内首次百兆瓦级算电协同调节在冀北电网完成，11座算力中心在不到10分钟内释放超过100兆瓦供电空间，足以同时满足两万多户居民家庭的用电需求。算力中心正从“用电大户”变为电网的“机动调节力量”，相当于在用电高峰增加了一座电厂。
当前，算电协同实践持续深化，算力设施节能技术向着更高效、更智能的方向升级，“瓦特”与“比特”正协同奔赴绿色低碳未来。