南方科技大學(xué)劉科:靠鋰電池儲(chǔ)能解決存在挑戰(zhàn)

發(fā)布日期:2022-05-30

核心提示:5月29日,首屆東數(shù)西算粵港澳大灣區(qū)(廣東)算力產(chǎn)業(yè)大會(huì)在韶關(guān)舉辦。南方科技大學(xué)清潔能源研究院院長(zhǎng)、澳大利亞國(guó)家工程院外籍
 5月29日,首屆“東數(shù)西算”粵港澳大灣區(qū)(廣東)算力產(chǎn)業(yè)大會(huì)在韶關(guān)舉辦。

 

 

南方科技大學(xué)清潔能源研究院院長(zhǎng)、澳大利亞國(guó)家工程院外籍院士劉科在大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)表示,飛速增加的數(shù)據(jù)中心帶來(lái)了飛速增加的能源消耗,截至2020年底,中國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量已經(jīng)突破2000億千瓦時(shí),能耗占全國(guó)總用電量的2.7%,預(yù)計(jì)2022年耗電量將達(dá)到2700億千瓦時(shí)。

 

 

劉科稱,數(shù)據(jù)中心用能存在高碳排、重污染的情況。因此他認(rèn)為,數(shù)據(jù)中心的碳中和之路應(yīng)注重能源側(cè)減碳。

 

 

如何做到能源側(cè)減碳?劉科認(rèn)為,重構(gòu)供電,提高清潔能源的利用占比是途徑之一,但風(fēng)能和太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性阻礙著數(shù)據(jù)中心的綠色化進(jìn)程。

 

 

那么,通過(guò)鋰電池儲(chǔ)能是否可以解決風(fēng)能和太陽(yáng)能不穩(wěn)定的問(wèn)題?劉科展示的PPT顯示,電動(dòng)車(chē)數(shù)量增加,使得鋰電池原材料(價(jià)格)飛漲,極大提升了數(shù)據(jù)中心的建造成本,靠鋰電池儲(chǔ)能解決數(shù)據(jù)中心的電力重構(gòu)存在挑戰(zhàn)。

 

 

劉科認(rèn)為,綠色甲醇可作為大數(shù)據(jù)碳中和之路的選擇之一。

 

 

全國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗規(guī)模約等于兩個(gè)三峽電站發(fā)電量

 

 

數(shù)量飛速增加的數(shù)據(jù)中心,正在帶來(lái)飛速增加的能源消耗。

 

 

在“算力賦能制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”分論壇上,劉科表示,截至2020年底,中國(guó)已擁有在用的數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模超300萬(wàn)架,(年)耗電量突破2000億千瓦時(shí),能耗占全國(guó)總用電量的2.7%。

 

 

據(jù)劉科預(yù)測(cè),到2030年數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模將增加1倍~2倍,能源消耗量翻一番,將占全國(guó)總用電量4%以上。

 

 

劉科提供的數(shù)據(jù)顯示,2016年中國(guó)數(shù)據(jù)規(guī)模為4000ZB(1ZB=1024TB),到了2020年,這一數(shù)字已經(jīng)達(dá)到6.4萬(wàn)ZB,預(yù)計(jì)2022年達(dá)到12.8萬(wàn)ZB,2030年達(dá)到409.6萬(wàn)ZB。

 

 

可以看到,無(wú)論是全國(guó)數(shù)據(jù)規(guī)模還是數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模,都將在未來(lái)幾年有明顯提升,而與之對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)中心耗電量迅速增長(zhǎng)。

 

 

據(jù)劉科展示的數(shù)據(jù),2020年中國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量為2045億千瓦時(shí),預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到2700億千瓦時(shí),到2030年達(dá)到4000億千瓦時(shí)。

 

 

數(shù)據(jù)中心能耗“飛速”增加

 

 

圖片來(lái)源:每經(jīng)記者 安宇飛 攝

 

 

據(jù)新華社報(bào)道,截至2020年12月31日24時(shí),在確保三峽工程全面發(fā)揮防洪、航運(yùn)、水資源利用等綜合效益的前提下,三峽電站2020年全年累計(jì)生產(chǎn)清潔電能1118億千瓦時(shí)。這也意味著,當(dāng)年我國(guó)數(shù)據(jù)中心的耗電量幾乎相當(dāng)于兩個(gè)三峽電站的發(fā)電量。

 

 

在耗電量不斷增長(zhǎng)的背景下,數(shù)據(jù)中心用能的高碳排、重污染等問(wèn)題也進(jìn)一步凸顯。劉科介紹說(shuō),數(shù)據(jù)中心的主要供電源為市電,總體來(lái)講,約70%市電來(lái)源于燃煤發(fā)電,“所以布局大數(shù)據(jù)中心最好(選擇)像韶關(guān)這樣可再生能源比較多的地方。”

 

 

除此之外,數(shù)據(jù)中心一般會(huì)有柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、不間斷電源(UPS)系統(tǒng)等。劉科表示,柴油機(jī)投資約占數(shù)據(jù)中心總投資的10%,存在以下問(wèn)題:機(jī)組噪音大,平均100分貝;SOx、Nox排放高,尾氣處理貴;柴油儲(chǔ)運(yùn)消防規(guī)格高;人力和安環(huán)投入成本大。

 

 

因此劉科認(rèn)為,從整個(gè)大數(shù)據(jù)中心的碳中和來(lái)講,應(yīng)該注重能源側(cè)減碳。其中一條途徑是重構(gòu)供電,提高清潔能源的利用占比。

 

 

清潔能源不穩(wěn)定,鋰電儲(chǔ)能和氫氣存痛點(diǎn)

 

 

從價(jià)格端來(lái)看,清潔能源已經(jīng)擁有了一定的“性價(jià)比”。劉科表示,目前光伏上網(wǎng)電價(jià)可以低至0.148元/kWh,沙特光伏成本甚至低至0.07元/kWh。

 

 

但劉科認(rèn)為,太陽(yáng)能再便宜,只有約20%的發(fā)電時(shí)間,“沒(méi)有風(fēng)、沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)怎么辦?這是整個(gè)清潔能源實(shí)現(xiàn)碳中和的最大挑戰(zhàn)”。

 

 

如何解決風(fēng)能和太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性?劉科展示的數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能增量巨大,但總發(fā)電量只相當(dāng)于約1.92億噸標(biāo)煤的發(fā)電量,只占中國(guó)煤電發(fā)電量的約12.5%,儲(chǔ)能限制了其發(fā)展。

 

 

未來(lái),能否靠鋰電池儲(chǔ)能解決數(shù)據(jù)中心的電力重構(gòu)問(wèn)題呢?劉科認(rèn)為這存在挑戰(zhàn)。他表示,即使全世界的汽車(chē)都改為電動(dòng)車(chē),儲(chǔ)的電只相當(dāng)于電網(wǎng)約16%。

 

 

劉科展示的PPT也顯示,電動(dòng)車(chē)數(shù)量增加使得鋰電池原材料(價(jià)格)飛漲,極大提升了數(shù)據(jù)中心的建造成本。今年3月的鈷價(jià)約為2020年的2.6倍,鋰價(jià)約為2020年的5.6倍。同時(shí)鋰、鈷、鎳資源稀缺、成本高,我國(guó)80%的鈷以及70%的鋰、鎳資源都依賴進(jìn)口。

 

 

那么,氫氣能否承擔(dān)上述重任呢?劉科表示,氫氣存在儲(chǔ)氫運(yùn)氫成本高、安全隱患大、加氫站占地面積大基礎(chǔ)設(shè)施投資高昂等問(wèn)題。

 

 

“西方大概上世紀(jì)90年代中期到2008年前后花了百億美元做氫,沒(méi)有推廣的核心原因是氫氣不適合于做人類(lèi)的液體(能源)載體。”劉科說(shuō)。

 

 

那么,什么技術(shù)在未來(lái)有希望成為破局方向呢?

 

 

劉科認(rèn)為,基于可再生能源的綠色甲醇技術(shù)是比較現(xiàn)實(shí)的碳中和路徑。在碳稅(針對(duì)二氧化碳排放所征收的稅)來(lái)臨后,綠色甲醇在成本等方面都具有優(yōu)勢(shì)。

 

 

劉科展示的基于可再生能源的綠色甲醇技術(shù)

 

 

圖片來(lái)源:每經(jīng)記者 安宇飛 攝

 

 

據(jù)了解,綠色甲醇是通過(guò)綠電進(jìn)行電解水制氫、制氧,結(jié)合生物質(zhì)/城市垃圾/水煤漿等進(jìn)行氣化,然后通過(guò)甲醇合成得到的物質(zhì)。

 

 

劉科認(rèn)為,甲醇是非常好的液體儲(chǔ)氫、運(yùn)氫載體,1L甲醇的產(chǎn)氫量是1L液氫的2倍。綠色甲醇是出色的氫能載體,可作為數(shù)據(jù)中心碳中和之路的選擇之一。


 
 
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