数据中心如何在不增加当地电力成本的情况下助力增长
从电力消耗的角度来看，数据中心越来越像工厂了。它们日夜不停地运转，需要消耗大量的电力。当几个大型项目落户同一个城镇附近时，当地电网很快就会感受到压力。
这就引出了一个很合理的问题：谁来买单？
如果数据中心需要新建电力线路、变电站和发电设施，当地居民和小企业不应该仅仅因为电网快速扩张就承担更高的电费。与此同时，数据中心还为云应用、银行业务、医疗系统、人工智能工具、流媒体、物流以及许多日常互联网应用提供支持。它们不会消失。
更好的解决办法不是“什么都不建”，而是让数据中心自带更清洁、更经济的电力，避免在高峰时段给电网造成压力，并为其所需的设备支付合理的费用。
那么，让我们一起来看看数据中心供电最实际的选择，哪些选择最有可能被采用，哪些选择在城镇中占地面积最小，以及社区如何在不把电费转嫁给其他人的情况下发展壮大。
数据中心电源解决方案通常是多种方案的组合，而不是单一的万能电源。
没有一种单一的电源可以解决数据中心的所有问题。
太阳能发电在全国许多地区都很便宜，但夜间无法运行。风能是一种强劲的低成本能源，但其发电量取决于地理位置和天气状况。储能电池有所帮助，但它们更适合在数小时内储存电力，而不是应对连续几个阴天或无风的日子。天然气发电可以根据需要运行，但它仍然需要燃烧燃料。核电运行稳定，但新建核电站耗时较长，且前期投入巨大。
因此，最现实的方案是采用能源组合。数据中心可以利用多种能源来满足自身需求，然后通过储能和智能运维来减轻本地电网的压力。
一个实用的组合可能包括：
连接到同一区域电网的新建太阳能或风能项目
现场备用电池可在用电高峰期降低用电量
备用发电机很少使用，并尽可能使用更清洁的燃料。
一份用于支付新建发电厂费用的长期合同
提高数据中心内部效率，从根本上减少电力需求。
一种特殊的公用事业费率，要求数据中心根据其负荷支付电网升级费用。
最后一点与发电本身同样重要。如果大型客户愿意为新的基础设施买单，并在电网有余电时使用电力，那么它就能降低社区的成本。但如果它快速接入电网，要求24小时不间断供电，并让其他用户分担费用，那么它就会推高成本。
最好的计划始于一个简单的原则：新的需求应该伴随着新的供给，本地客户应该免受服务一个大用户所带来的成本影响。
最具经济效益的方案已经在建设中。
有些替代能源方案听起来很吸引人，但它们还无法以合理的成本满足大多数数据中心的增长需求。而另一些方案则比较平淡，但久经考验，而且更有可能在未来几年内得到应用。
以下是简短版本。
电源选项 | 经济展望 | 采纳可能性 | 本地影响力 |
太阳能加电池 | 阳光充足地区强健 | 高的 | 适度土地利用，安静运营 |
风力发电合同 | 在多风地区强度较高 | 高的 | 通常建在远离城镇的地方。 |
天然气以及未来更清洁的燃料选择 | 在燃料和管道资源丰富的地区，这种优势尤为显著。 | 高的 | 结构紧凑，但存在排放和噪音问题 |
现有核电合同 | 如有供应，则强度高 | 中等至高 | 新增本地足迹非常小 |
新建核电站 | 短期需求尚不明朗 | 低至中等 | 占地面积小，周期长 |
燃料电池 | 对某些网站来说很有前景 | 中等的 | 结构紧凑、运行安静，燃油供应至关重要。 |
地热发电 | 资源丰富的地方实力强劲 | 中等水平，但范围有限 | 占地面积小 |
水力发电 | 如有供应，则强度高 | 大型新项目成本低 | 大多数地区的新增供应有限 |
柴油备用发电机 | 安装成本低，但运行成本高且污染环境。 | 高配仅供备用 | 体积小巧，但不适合普通电源 |
让我们用通俗易懂的语言来解释一下。
太阳能加蓄电池是近期内的主力军。
太阳能发电已成为首选方案，因为它比许多其他发电厂建设速度更快，无需燃料成本，而且建成后价格相当稳定。对于数据中心而言，太阳能发电与蓄电池配合使用效果最佳。
电池主要有两个作用：
白天储存多余的太阳能
当当天晚些时候需求上升时，会将电力输送回去。
这有助于减轻高峰时段的压力，而高峰时段往往是需要进行昂贵电网升级改造的时段。
薄弱环节在于土地。大型太阳能发电厂需要占用大量空间。如果项目占用农田、砍伐树木或距离居民区过近，就可能引发反对。更佳的选址方案包括屋顶、停车场顶棚、棕地、已关闭的垃圾填埋场、原工业用地、公路沿线以及现有输电线路附近的空地。
除非数据中心大幅扩建太阳能电池板和储能设施，否则仅靠太阳能无法全天候供电。这样做成本很高。但作为综合能源方案的一部分，太阳能是最实用、最常见的选择之一。
区域性风力发电效果最佳。
在合适的地方，风能通常是成本最低的新型电力来源之一。但问题在于，风力最强的地区并不总是靠近需要电力的数据中心。
这并非总是问题。电力通过区域电网输送。一个县的数据中心可以为同一电力市场另一区域的风电项目提供资金。如果该项目是新建的，并且与数据中心的需求相关，那么它既可以增加电力供应，又不会给数据中心所在的城镇造成拥堵。
从某种意义上说，风能的占地面积也比太阳能小。风力涡轮机分布分散，周围的大部分土地可以继续用于耕种或放牧。然而，风力涡轮机高耸醒目，并非在所有地方都受欢迎。
对于担心当地土地利用的城镇来说，风力发电合同可能很有吸引力，因为发电设施可以建在远离人口稠密地区的区域，而数据中心仍然需要为新的电力供应付费。
天然气很可能会被使用，但需要采取一些保护措施。
天然气发电厂结构紧凑，公用事业公司对其应用广泛，而且能够在太阳能和风能发电量下降时运行。这使得它们对需要稳定电力供应的数据中心极具吸引力。
问题在于燃料风险和排放。天然气价格可能上涨。天然气发电厂会产生空气污染和碳污染。它们可能还需要管道或燃料输送系统，这可能会引发当地居民的担忧。
不过，天然气很可能仍将是能源结构中的重要组成部分，尤其是在以下方面：
备用电源
大型校园的现场供电
极端需求期间的电网支持
可再生能源和输电设施准备不足的地区
关键在于避免以天然气为借口拖延清洁能源的普及。如果必须使用天然气，社区应要求制定明确的用量限制和成本保障措施。例如，数据中心可以购置高效节能设备，主要在电网负荷过重时使用，并配合新的可再生能源和储能系统。
未来也有人讨论将更清洁的燃料混合到天然气系统中。这在某些情况下或许会有帮助，但城镇应该谨慎对待那些依赖于目前价格尚不合理且供应有限的燃料的承诺。
现有的核电很有价值，但新建核电速度较慢。
核能对数据中心来说有两大优势：一是全天候运行，二是运行过程中碳排放量极低。这种稳定的输出恰好满足了数据中心持续不断的电力需求。
近期最现实的选择并非新建一座核电站，而是与现有核电站签订合同，或者达成一项在监管机构允许的情况下帮助现有核电站安全运行的协议。
新的核电项目或许会在未来发挥作用，尤其是一些规模较小、旨在以更可复制的方式建造的项目。但对于下一波数据中心增长而言，新建核电通常并非最快捷或最经济的解决方案。这些项目面临着漫长的审批流程、高昂的前期成本，以及公众对安全、废物处理和用水等方面的担忧。
不过，核能有一个显著的本地优势：在发电量相同的情况下，它占用的土地远少于太阳能或风能。如果社区只关注土地占用量，核能看起来很有吸引力。但如果他们更关心近期成本和工期，情况就不同了。
燃料电池可以安装在空间有限的场所，但燃料供应决定了其经济效益。
燃料电池通过化学过程而非传统发动机的燃烧来发电。目前有些燃料电池使用天然气作为燃料，而另一些则可以使用氢气（如果氢气供应充足）。
对于数据中心而言，燃料电池的优势在于其静音、紧凑和模块化设计。您可以根据数据中心规模的扩展随时添加燃料电池单元。一些公司喜欢燃料电池，是因为它们可以靠近建筑物安装，从而减少对单一电网连接的依赖。
经济问题在于燃料。如果燃料价格昂贵，电力成本自然也高。如果燃料是天然气，排放问题依然存在。如果燃料是氢气，那么氢气的来源就至关重要。清洁氢气的供应仍然有限，而且通常价格昂贵。
燃料电池可能会在特定地区得到应用，尤其是在可靠性至关重要、土地资源有限且当地法规倾向于更清洁的现场发电的地区。但它们不太可能成为所有地方的默认解决方案。
地热能值得更多关注
地热发电利用地下的热能来发电或提供供暖和制冷。它占地面积小，而且可以全天候运行。
这听起来非常适合数据中心，在某些地区也确实非常合适。问题在于地理位置。传统的地热发电在地下热源易于获取的地方效果最佳。一些新的方法或许能扩大适用范围，但这些方法仍在发展中。
对于城镇而言，地热能最大的吸引力在于：对周边环境的影响极小。无需大面积的太阳能电池板，无需高耸的涡轮机，也无需燃料运输。如果数据中心能够以合理的价格接入地热能系统，那么它无疑是更清洁、更稳定的能源选择之一。
短期内，这项技术的应用很可能仅限于特定区域，而非全国范围。地热资源丰富的地区将率先行动。
减少土地使用量和减少新建电网部件的数量，就能最大限度地减少对当地的影响。
人们担心数据中心时，往往只想到建筑本身。但对本地环境更大的影响可能来自其周围的一切：
新的输电线路
新建变电站
备用发电机组
水系统
道路升级
大型异地太阳能发电场
隔音墙
燃料储存
施工交通
即使数据中心占地面积很小，如果电力规划混乱，也会对当地造成很大的影响。
更合理的办法是先减少需求，然后用干扰最小的供应来满足剩余的负荷。
效率是首要动力源
最便宜的电力单位是数据中心从来不用的电力单位。
数据中心需要电力来驱动计算机设备、冷却系统、照明系统、电源转换系统和辅助系统。通常，最大的节能效果来自于更高效的冷却系统和更合理的服务器利用率。
提高效率的措施包括：
天气允许时，可利用室外空气进行冷却
将设备摆放得当，使热空气和冷空气保持分离。
在合适的情况下，对高密度计算设备使用液冷技术是合理的。
让服务器以更高的有效工作负载运行，而不是让太多半成品机器闲置。
将热能回收利用到附近的建筑物或工业用户能够利用的地方。
选择气候条件有利于降低制冷需求的地点
最后一点很容易被低估。位于较冷地区的数据中心可能需要比位于炎热地区的数据中心更少的冷却能源。靠近现有输电线路的数据中心可能需要更少的电网升级改造。靠近工业用热用户的数据中心可以将废热转化为当地的效益。
提高效率并不能消除对新能源的需求，但它可以在任何人开始建设昂贵的基础设施之前缩小问题规模。
电池比替代发电厂更能有效地降低峰值负荷。
人们有时会把电池比作完整的发电厂。这种说法并不完全正确。
它们本身并不产生电力，而是储存电力。它们的主要价值在于时机把握。
时间点至关重要，因为电网是按高峰需求而非平均需求设计的。如果数据中心用电量高峰时段恰好与居民使用空调和企业繁忙时段重合，那么电力公司可能需要进行成本高昂的升级改造。
电池可以在电力价格低廉且供应充足时充电，然后在电网负荷紧张时放电。这可以减少对新建调峰电厂和电网设备的需求。
对于城镇而言，与大型发电厂相比，蓄电池占地面积小。它们可以安装在城镇现场或变电站附近。虽然它们在正常运行时噪音很低，但仍需要进行消防安全规划、合理间距布置和当地应急培训。
电池与太阳能、风能或特殊费率结合使用时最为有效，这些特殊费率可以奖励数据中心在高峰时段降低用电量。
现有工业用地比新建工业用地更好。
如果数据中心必须规模庞大，那么选址就至关重要。
废弃的工业用地、已关闭的发电厂用地或现有输电线路附近的土地可以减少对当地的影响。这些地块可能已经具备道路、电力设备、水源，并且远离人口密集的住宅区。
相比之下，在城镇边缘未开发的土地上进行建设，可能会迫使各个方向都兴建新的基础设施。这不仅会增加成本，还会使土地使用权之争更加频繁。
最适合城镇居民使用的数据中心选址通常具有以下几个特点：
靠近现有大容量输电线路
远离人口密集区
靠近能够承受施工交通的道路
不与优质农田或敏感栖息地竞争
在水资源有限的情况下，能够采用干式或低水量冷却方法。
空间足够大，可以容纳电池、备用系统和噪音控制装置，而不会影响邻居。
一个好的网站可以让一个好的电源管理方案更容易实施。一个糟糕的网站甚至会让一个更简洁的电源管理方案显得突兀。
保护本地电费的最佳途径是政策选择。
电力技术固然重要，但电费问题往往归根结底取决于规则。
如果数据中心导致公用事业公司新建线路、变压器、变电站或发电设施，监管机构和政府官员需要决定如何分配这些成本。如果没有明确的规则，成本可能会转嫁到所有人身上。
以下是最重要的几项保护措施。
让大用户为他们触发的升级付费。
当单个大用户造成电网升级需求时，该用户理应承担合理的份额。这可以通过并网费、特殊合同或针对超大负荷设计的电价来实现。
目标不是惩罚经济增长，而是为了避免家庭和小企业获得隐性补贴。
合理的成本方案应包含以下内容：
数据中心主要需要哪些升级？
无论如何，都需要进行哪些升级？
谁将从新设备中受益？
如果数据中心实际用电量低于预期或提前关闭，会发生什么情况？
如果建筑成本上涨，如何应对风险？
最后一个问题至关重要。如果一家公用事业公司为一家大型客户建设了项目，而该客户后来推迟或取消了项目，那么不应该让当地的电力用户承担损失。
需要的是新的力量，而不仅仅是纸上谈兵。
数据中心可以声称自己购买的是清洁能源，但细节至关重要。如果它购买的是来自现有旧发电项目的碳信用额度，这可能并没有为电网增加新的电力。虽然账面上看起来不错，但当地电力公司仍然需要为新增负荷寻找实际电力。
一条更强有力的规则很简单：新增的大量负荷应该支持那些原本不会建设的新型发电系统。
这可能意味着一个专用的太阳能发电场、与新建项目相关的风能合同、电池储能项目、地热项目或其他明确的新能源供应来源。
对于全天候用电需求，最准确的声明并非仅仅匹配年度用电量，而是要更精确地匹配不同时间和地区的用电量。这虽然难度更大，但能让社区更清楚地了解数据中心在实际用电时是否增加了电力消耗。
使用奖励灵活需求的费率
数据中心需要高可靠性，但其内部并非所有任务的执行时间都相同。有些计算任务可能会错开几分钟甚至几小时。有些备份系统可以在短时间内降低电网负荷。冷却系统有时会在高峰时段前预先冷却至安全温度范围内。
公用事业公司可以制定费率来奖励这些行为。
例如，电价可以在电网负荷最重的时段收取更高的费用，在电力供应充足时收取更低的费用。如果数据中心在高峰时段降低负荷，那么所有人都会受益。电力公司可以避免一些升级改造，数据中心可以降低电费，而本地用户也能减轻用电压力。
只有精心设计费率，这种方法才能奏效。数据中心仍然需要为其所依赖的电网容量付费。灵活性应该在真正降低系统需求时降低成本，而不是成为漏洞。
对备用发电机设定明确的限制。
大多数数据中心都配备备用发电机。许多数据中心仍然使用柴油发电机，因为它可靠、常见且易于储存。但问题是，柴油发电机污染环境且噪音大，尤其是在频繁使用的情况下。
备用发电机应始终作为备用电源。地方许可证可能会限制其在测试和紧急情况之外的运行频率。社区还可以要求在条件允许的情况下采用更清洁的替代方案，例如可再生柴油、配备严格污染控制的天然气发电机、用于短时停电的蓄电池或燃料电池。
合适的备用方案取决于具体情况，但原则应该很明确：应急电源不应该悄悄地变成日常电源。
当社区承担影响时，应在当地分享收益。
即使数据中心自行承担了所有电力成本，附近的居民仍然可能需要应对施工、土地用途变更、噪音和视觉影响等问题。一些社区会认为税收和就业机会就足够了，而另一些社区则可能希望获得更多直接的本地利益。
合理的福利方案包括：
为改善所有人服务的地方电网工程提供资金
支持降低家庭能源账单的房屋节能改造项目
附近居民可使用社区太阳能
为当地消防部门提供电池和电气安全方面的培训
与学校、温室或公共建筑建立热能再利用合作关系
噪音监测和明确的投诉处理规则
这些措施并不会取代公平的电价，而是有助于确保经济增长更加均衡。
最有可能的方案是：太阳能、风能、蓄电池、燃气备用电源以及更完善的电网规则。
现实地说，近期内的未来不会靠一个伟大的解决方案来支撑。
大型数据中心最常见的模型可能如下所示：
购买或投资建设新的太阳能和风能发电设施
现场或附近添加电池
利用现有电网提供稳定供电
保留备用发电机以应对断电情况。
支付涵盖电网升级的特惠价格
提高冷却和设备效率
探索核能、地热能和燃料电池在适用场景中的应用。
这听起来可能不如一次突破那么令人兴奋，但这却是真正可以构建的道路。
首先被收养的是什么？
增长最快的能源选择可能是太阳能、风能和电池，因为它们已经很普及、易于融资，而且公用事业公司也比较熟悉这些技术。在电网需要稳定供电且监管机构允许的情况下，天然气也将被采用。
现有的核电合同在拥有核电站的地区仍然具有吸引力。燃料电池将在土地资源紧张或可靠性要求极高的地区得到应用。地热能在地下资源丰富的地区将会蓬勃发展。
新建核电项目或许在未来会发挥重要作用，但它无法解决近期大部分的电力负荷增长问题。在大多数地区，新建大型水电站的可能性也不大，因为最佳选址要么已被占用，要么存在重大的环境问题。
什么会留下最小的城镇足迹？
对于影响范围有限的局部地区，最佳选择通常是：
效率至上，因为它可以避免新建基础设施。
现有的核电合同，因为它们对数据中心附近的当地土地使用量很小。
地热（如有）
如果燃料清洁且价格合理，燃料电池将大有可为。
电池，因为它们体积小巧。
在屋顶、停车场、工业用地和棕地上安装太阳能
风力发电厂建在合适的农村地区，而不是强行建在不想要它的城镇。
占地面积较大的方案并非总是坏事。选址得当的太阳能发电厂可以成为友好的邻居。风力发电项目可以为农村土地所有者提供支持。天然气发电厂可以在能源转型期间保障电力可靠性。关键在于选址、设计以及资金来源。
是什么阻止了账单上涨
为了防止居民和企业的成本飙升，社区需要的不仅仅是清洁能源的承诺，还需要可执行的条款。
最强方案包括：
为满足新需求而建造的新型电力
数据中心需为其造成的电网升级买单。
反映高峰需求和可靠性要求的费率
电池或其他能在忙碌时段减轻压力的工具
明确限制备用发电机的使用。
在允许的情况下，对大宗货物运输合同进行公开审查
项目延期、缩减规模或取消时，社区可获得保护。
自带电源、自负盈亏并能降低高峰负荷的数据中心，可以成为对电网有益的大客户。而依赖本地电网却无法承担全部成本的数据中心，则可能成为电网的负担。
真正的考验在于增长能否带来自身收益。
数据中心可以不断发展壮大，而不会增加当地的电力成本，但前提是政府官员、公用事业公司和开发商从一开始就将电力视为项目的一部分。
不难列举出最具经济效益的选择。太阳能、风能、电池、现有核能、选择性燃气发电、燃料电池和地热能都发挥着作用。最终的优胜方案会因地区而异。
更明智的问题是，每个项目会对当地电网造成什么影响。
它是否增加了新的电力供应？它是否降低了高峰需求？它是否合理利用了土地？它是否能够支付所需的电线和变电站费用？如果成本上涨，它能否保障居民住宅和小企业的利益？
如果答案是肯定的，那么数据中心的增长就更容易被人们接受。如果答案是否定的，那么社区的反对就是合理的。
最好的电力计划是清晰公平的：为新的需求建设新的电力设施，尽可能缩小对当地的影响范围，并确保从项目中受益的人支付服务成本。
