国金证券公用环保周报深度分析了数据中心绿电需求的规模与供电匹配方案。2023年在运数据中心耗电量已达1,500亿千瓦时，占全社会用电量1.63%，算力同比增27.8%。全国新建数据中心预计每年拉动1,020亿千瓦时增量用电需求，存量+增量合计将拉动991亿千瓦时绿电消费，按新能源平均利用小时数1,500h测算对应66GW新增装机需求，占2024年新能源实际新增装机的18%。《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》要求2025年底国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80%。集中式风光、垃圾焚烧、分布式风光、核电等清洁电源将根据容量和出力特性匹配不同类型数据中心。
数据中心算力高速增长，年耗电量达1,500亿千瓦时
根据中国信息通信研究院数据，2023年在运数据中心算力达230,000 pFLOPS，同比增长27.8%。在用机架810万台，平均PUE 1.48，平均上架率66%，装机功率1,978万千瓦，耗电量1,500亿千瓦时，占全社会用电量1.63%。数据中心作为新型高耗能设施，其用电需求正快速攀升。
绿色数据中心建设已迫在眉睫。2024年7月《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》明确了将新建及改扩建数据中心可再生能源利用目标和方案作为节能审查重要内容，逐年提升新建数据中心项目可再生能源利用率，到2025年底国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80%。2022年11月《关于进一步做好新增可再生能源消费不纳入能源消费总量控制有关工作的通知》明确了通过使用可再生能源为能耗控制目标减负。
新建数据中心年增1020亿千瓦时用电，拉动66GW绿电装机
测算显示，全国新建数据中心或将拉动每年1,020亿千瓦时增量用电需求。八大国家枢纽节点（京津冀、长三角、粤港澳、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏）存量耗电量合计1,717亿千瓦时，算力年增35%将拉动增量耗电量4,900亿千瓦时。
存量+增量合计或将拉动增量绿电消费991亿千瓦时。若以新能源平均利用小时数1,500h测算，对应新增装机需求66GW，占2024年新能源实际新增装机的18%。其中京津冀枢纽绿电需求1,785亿千瓦时、长三角1,312亿千瓦时、粤港澳大湾区710亿千瓦时，东部算力集群绿电消费压力较大。
从清洁性评估结果看，东部枢纽算能协同清洁性普遍较低，东部不具备新能源大规模开发的资源禀赋，预计垃圾焚烧发电、分布式风/光、省间绿电交易、绿证交易等手段将迎来需求增长。国家枢纽节点是国家对数据中心绿电消费做要求的主要抓手，在可再生能源资源富集地区的枢纽上集中式风光基地大有可为。
不同电源与数据中心的匹配逻辑
从电源清洁性视角看，风/光/水电碳排较低，垃圾焚烧发电单元碳排相对较高（实际需考虑相比填埋处置方式的减排效应），暂未纳入绿证核发范围的核电碳排与风/光接近。能耗控制目标下消费风/光/水/垃圾焚烧电力占优，未来向碳排控制目标升级后，消费风/光/水/核电电力占优。
从供电成本视角看，西北地区风电光伏成本优势突出。和林格尔集群2023年可再生能源消费占比约47%，其中41.4%通过绿电交易（含绿电直供）、5.6%通过自建自用实现，用电成本约0.32元/KWh，相比蒙西一般工商业电价低0.13元/KWh，单个超大型数据中心年节约电费超3,000万元。
从容量匹配看，分布式风/光、垃圾焚烧发电与中小型为主的省级/边缘数据中心容量匹配度更高；小水电、小堆核电、集中式风/光电站更适用于超大型/大型的国家枢纽级数据中心。从利用小时数匹配看，垃圾焚烧（7,500-8,000h）和核电（7,000-7,500h）全年运行时长最高，适配有持续计算需要的推理类数据中心。
绿电直供与虚拟电厂模式兴起
绿电直连（含隔墙售电、自发自用）、绿电交易、绿证交易三类渠道将共同助力全国范围内的数据中心绿电消费目标达成。和林格尔数据中心集群绿色能源供给示范项目推进，内蒙华电投建风300MW+光60MW+64.8MWh储能，计划为四个超大型数据中心提供绿电直供。绿电直供带来的发电成本优势仍然突出，电力-算力一体化经营具备可实施性。
海外科技巨头已验证绿电直供+虚拟电厂模式。Engie作为谷歌德国数据中心供电商，自2020年起以24/7零碳覆盖率为指标签署框架协议，内嵌多个当地绿电PPA协议，设计“碳智能计算平台”，优化运算任务分配。谷歌还设计碳排放算法，通过任务时移避免对瞬时电力负荷需求过大，在风光充足时执行次要任务，出力不足时仅保障核心功能。预计储能、基于功率预测能力的虚拟电厂将迎来需求增长。
数据中心绿电需求测算关键数据| 指标 | 数值 |
|---|
| 2023年在运数据中心耗电量 | 1,500亿千瓦时 |
| 2023年算力增速 | 27.8% |
| 新建数据中心年增量用电 | 1,020亿千瓦时 |
| 存量+增量拉动绿电消费 | 991亿千瓦时 |
| 对应新增装机需求 | 66GW（占24年新增18%） |
| 国家枢纽节点新建数据中心绿电占比要求 | >80%（2025年底） |
