氢能，绿色算力的终极引擎？
发布时间：2025/03/18 22:10 来源：中国氢能联盟 分享：
数字经济时代，人工智能技术的突破性发展正在重构全球经济版图与社会运行模式。以DeepSeek为代表的新锐科技企业，凭借其创新的MoE（混合专家）架构模型与分布式算力集群解决方案，在自然语言处理、多模态认知等领域实现技术跃迁，引发全球产业格局的深刻变革。值得关注的是，这场智能革命背后，全球数据中心年耗电量已突破2000亿千瓦时，单GPU集群的PUE值（电源使用效率）普遍高于1.5，暴露出数字经济与实体能源体系的深度矛盾。在此背景下，氢能的技术突破与产业应用为破解算力能耗困局提供了新范式，并有望成为绿色算力的终极引擎。当前，国内外纷纷启动氢能与数据中心的相结合的试点项目，通过“算力-氢能”的耦合，构建数字基建的零碳供能体系，为全球数字经济绿色转型开辟出“技术-能源-产业”三位一体的可持续发展路径。
近年来，人工智能等数字技术的快速发展推动了算力需求的爆发式增长。数据中心作为算力的核心基础设施，其能耗与碳排放问题日益突出。根据国家统计局数据，2021年国内数据中心能耗为216太千瓦时，约占全国耗电量的2.6%，碳排放量为0.78亿吨，占全国总排放量的1.14%；2022年能耗为270太千瓦时，约占全国耗电量的3%；2023年能耗为300太瓦时，碳排放量为0.84亿吨；而到2025年，预计我国数据中心能耗总量将突破400亿千瓦时，碳排放将达到1亿吨。这一趋势对能源供应以及我国碳达峰、碳中和目标的实现构成了严峻挑战。算力绿色转型，势在必行！面对如此严峻的能耗形势，政策层面已开始积极推动算力与氢能等绿色能源的融合战略。2021年7月，工业和信息化部印发《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》提出支持探索利用锂电池、储氢等多元化储能和备用电源装置，优化数据中心用能结构；2023年，国家发展改革委等部门发布《关于深入实施“东数西算”工程 加快构建全国一体化算力网的实施意见》，明确指出到2025年底，新建数据中心绿电占比应超过80%；2024年8月，工业和信息化部等部门印发《数字化绿色化协同转型发展实施指南》，明确推动数据中心、通信基站、电子信息产品等关键领域的绿色化转型，支持数据中心逐步推动模块化氢电池、光热发电等在小型或边缘数据中心的规模化应用，探索数据中心多元化储能和备用电源装置应用。
在政策的引导下，作为一种具有零碳排放、能量密度高、可长期储存等优点的未来能源，绿氢正在积极探索解决算力能耗与碳排放问题的路径，是一种理想的算力绿色转型解决方案。在当前算力能耗不断攀升、亟待绿色低碳解决方案的背景下，氢能作为主力电源为数据中心提供了全新的绿色转型思路。事实上，这一趋势已经开始显现。2024年6月，美国数据中心提供商ECL在加利福尼亚州山景城推出了一个代号为MV1的离网、氢动力模块化数据中心，该数据中心完全依靠氢气作为动力源，不从电网获取电力，且PUE仅为1.1。该数据中心的设计支持每机架高达75千瓦的高密度GPU部署，特别适合人工智能和大数据处理需求。
随着燃料电池技术的持续进步与成本的不断降低，氢能在数据中心主电源应用中不仅具有巨大潜力，更在实际应用中展现出了显著的可行性，为未来数据中心的绿色、高效、可持续发展开辟了新路径，氢能与燃料电池的结合正有望成为数据中心主电源供应的可行选择。在数据中心的运行过程中，电力供应的稳定性至关重要，传统备用电源（比如柴油发电机等）存在响应速度慢、污染环境以及维护工作量和成本较高等问题。相比之下，氢能作为一种清洁、高效的能源，正凭借其仅数秒的快速响应、绿色环保以及结构简单维护工作量较低等优势，逐渐成为数据中心备用电源的理想选择。因此，越来越多的企业开始探索将氢能应用于数据中心的备用电源。案例方面，2022年，荷兰最大的区域数据中心公司NorthC宣布位于荷兰北部格罗宁根（Groningen）的设施将成为欧洲第一个安装绿色氢燃料电池（H2）的数据中心，该数据中心采用500千瓦氢燃料电池模块，每年有望减少78吨的二氧化碳排放；2024年6月，巴拉德动力系统公司与Vertiv达成战略技术合作，宣布将重点关注数据中心和关键基础设施的备用电源应用，并在Vertiv位于俄亥俄州特拉华州的工厂展示了Power Module H2解决方案，通过集成2个200千瓦的巴拉德PowerGen燃料电池机柜，为全功能脱碳备电系统提供动力。
微软同样一直对利用氢燃料电池作为数据中心备用电源有着浓厚的兴趣，从2020年起便开始了氢燃料电池系统应用的测试，并于2021年与卡特彼勒、巴拉德动力系统（Ballard Power Systems）合作展示了用于数据中心的兆瓦级氢燃料电池备用发电机系统。此后，该系统还在微软位于怀俄明州夏延的数据中心进行了测试，验证了大型氢燃料电池在模拟48小时停电期间提供可靠备用电源的可行性。2024年，该系统荣获美国能源部2024年氢能计划优异评审奖中的“系统开发和集成”奖；2024年9月微软还宣布在爱尔兰的一个数据中心部署250千瓦氢燃料电池，这是其在欧洲的首个部署项目。
此外，美国布鲁姆能源（Bloom Energy）在过去十年中一直为数据中心提供固体氧化物燃料电池（SOFC），为数据中心辅助供电；本田公司也于2023年3月宣布将氢燃料电池用于数据中心的备用电源，以实现零排放、高效、可靠和安全的能源供应，并于2024年1月与德山株式会社和三菱公司共同宣布，将共同开发一项旨在利用工业副产氢和固定式燃料电池（FC）为三菱运营的分布式数据中心提供电力的示范项目。
氢能储能系统在数据中心的应用不仅可以优化电力供应，还能实现削峰填谷和需求侧管理。一方面，数据中心的用电负荷存在一定的波动性，在用电高峰时段，电力需求较大，可能导致电网供电紧张；而在用电低谷时段，电力需求相对较小。将氢能储能系统应用于数据中心，可以在用电低谷时段利用低价电能通过水电解制取氢气并储存起来，在用电高峰时段将储存的氢气通过燃料电池发电，满足数据中心的部分电力需求，实现削峰填谷，降低数据中心的电费支出。另一方面，由于可再生能源发电具有间歇性和波动性的特点，其发电功率不稳定，难以直接满足数据中心的可靠用电需求。因此，氢能储能系统可以作为可再生能源与数据中心之间的缓冲环节，为数据中心提供稳定的电力供应。虽然前景光明，但目前，氢能在数据中心应用依然面临多重挑战。技术方面，燃料电池可靠性、稳定性、耐久性依然需要持续提升，尤其是在数据中心这种需要长期连续运行的应用场景下。成本方面，鉴于目前绿氢的生产、储运等技术还不够成熟等缺陷，氢能成本依然较高。比如，根据中国氢能联盟《2023中国氢能发展报告》，全国高纯氢生产侧价格为34元/千克，消费侧价格为58元/千克。安全性方面，在当今数字化时代，数据中心已成为企业和组织的核心枢纽，因此数据中心的安全管理至关重要。其中，数据中心的物理安全是第一道防线。这包括对数据中心所在地的心的建筑结构应具备抗震、防火等功能。然而，氢气易燃易爆，其爆炸极限范围较宽（4.0%-75.6%），点火能量低（0.02mJ），一旦发生泄漏，容易引发火灾和爆炸事故。因此，在数据中心应用氢能，需严格的安全措施与规范来保障。尽管如此，氢能作为清洁、高效的能源，仍具有巨大潜力，随着技术进步和成本降低，有望成为数据中心能源转型的重要方向。氢能与算力的结合不仅是应对当前能耗挑战的重要途径，更是推动数字经济绿色转型的重要趋势。氢能不仅为数据中心的绿色转型提供了探索路径，也为数字经济与清洁能源的深度融合、能源结构的优化升级以及未来可持续发展的新型基础设施建设奠定了坚实基础。随着更多企业和研究机构的加入，氢能技术有望在算力领域实现更广泛的应用和创新，为数字经济的可持续发展注入强大助力。
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