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碳中和挑战下的“能源革命”
我国从“十一五”规划开始,已连续第四个五年规划设定能源强度目标。以 “单位GDP能耗”和 “能源消费上限”为组合的能源“双控”目标,已成为过去十年中国能源转型和低碳发展的重要指挥棒。
作为全球最大的发展中国家和碳排放国,我国需要在推进发展的同时实现快速减排,任务十分艰巨。目前我国还是以化石能源为主,占比大约85%,煤占57.7%,油约18%,天然气8.2%,非化石能源是15.3%(包括可再生能源和核能)。根据清华大学气候变化和可持续发展研究院(ICCSD)的测算,如果中国要在2030年前实现碳达峰,那么2025年的能源强度要在2020年基础上进一步下降14%。这意味着我国面临着能源转型的迫切需求。
从以煤炭、石油为主,到清洁能源占比逐渐增加,能源转型是人类文明形态不断进步的历史的必然。随着我国可再生能源的蓬勃发展,多能互补、电力替代等形式为综合能源的发展提供了思路,碳中和正推动人类由工业文明走向生态文明,并在推动新一轮的“能源革命”。
能源+计算,加速能效优化
25年前,美国学者尼葛洛庞帝(Nicholas Negroponte)在《数字化生存》里曾断言道“计算不再只是和计算有关,他会决定我们的生存。”
伴随着移动互联网、大数据、云计算等数字信息技术的迅猛发展,全球经济社会正在形成新的发展图景,数字经济作为新生业态正在成为经济社会发展的新动力,世界各国和企业纷纷开启数字化转型,以算力为核心支撑的“算力时代”已经真正的到来。整个文明社会产生的海量信息通过互联网和移动互联网的方式传递,既节约了信息传递的成本又缩短了传递时间。同时巨大的算力又可以快速处理海量的数据得到更有价值的信息。这个过程的本质正是因为计算产业的加入,移动比特比移动原子的速度更快、成本更低,提升了人类的能源利润效率。人类社会总是不断向着能源利润效率提升的方向进化,在碳中和追求综合能源更高利用效率的大形式下,能源与计算产业的融合成为了必然的发展之路。
中国工程院院士杜祥琬说过,一个能源体系的好坏,首先要看能效。可以说,能源革命也是一场关于能效的革命。为了更好的评估能源利用效率和利润效率,SAI赛热科技的创始人李日升提出过一个公式Energy Profit Efficiency(即EPE),EPE=(收入-能源成本)/ 时间。根据这个公式,可见提高能源利润效率的关键因素在于减少能源成本,缩短时间。以计算产业为例,算力收入取决于算力价格即市场的供需情况,而设备、人力、电费的投入都可以折算成能源成本。企业要想提升利润,提升EPE,即在收入端提升产品服务增加收入,在能源成本端降低设备、人力和电费成本,在时间端提升算力性能降低功耗比。
计算产业和电力和热力产业紧密相连,计算产业中芯片和其所集成的算法就像是一种编译过的能量使用说明,利用电力将数据按照设定好的方式处理并反馈结果,同时电能也被全部转化成热能散发到空气中。其中电力的清洁可持续、易存储易传输、高能量密度的特性,使其成为应用前景最广的二次能源。按照目前的发展趋势,电力将成为最核心的终端消费能源,同时电力作为算力的基础,不断增长的算力一定要消耗更多的电力,因此电力生产消费相关的每个环节(发电、输电、储电、耗电)都有很大空间进一步优化。而在热力侧,不仅电力传输要尽可能地减少阻力,电阻过大将会导致电力传输中转变成大量的热。同样在芯片方面,计算产生的大量热量,需要快速的散掉以保证芯片能够继续稳定工作。在计算产业和能源产业的融合过程中,寻找更高效的散热方式和更低成本的热量供给,将会贯穿能效优化的进程。提升算力产业的能效,就是提升算力、电力、热力产业的综合能源网的能效。
科技助推全球能源算力融合新业态
在碳中和催生的能源变革中,算力产业与能源的融合将直接和间接影响到各个行业,使其呈现出一种全新的生态模式。这种融合新业态的底层推动力主要靠新能源开采及储存技术的突破与完善,上层的牵引则是由各个科技公司依托自身的科技、数据、平台优势、先进管理模式、算法能力等,为制造、能源等传统行业赋能。
在美国,谷歌通过开发和使用高能效的制冷系统,将其数据中心的能耗维持在行业平均水平的一半。预计在2030年,所有的数据中心和办公室都将使用无碳能源。苹果公司紧随其后,宣布在2030年前,将通过用低碳燃料(如氢气)等取代柴油发电机作为数据中心的备用电源的形式减少碳排放。
在中国,SAI赛热科技成为首家在算力领域承诺致力于实现碳中和的科技公司。其SAIHEAT算能中心基于芯片能源科技,实现余热回收、能源二次利用,打通了算力、电力、热力环节降低成本,提高了能效。传统的供热系统经过改造加一台SAIHEAT系列芯片余热供热柜,可以解决替代传统供热系统热源、供热企业供热能源费高等诸多问题。以西部某种植基地为例,当地供热面积16000平米,赛热科技改造成本约15万元,每年实际节省能近30万元。半年内,该技术已经在多地投产运行,总计供热面积超10万平方米,降低了35%的供热场景热力成本和67%前期电力配套投资。
相信随着技术的进一步发展,计算产业和能源会进一步融合、优化,更多的人可以在科技的助力下享受到更加清洁高效的电力、热力和算力。
