AI数据中心非高峰电力转移可减少电网成本并平坦化需求曲线。

美国数据中心数量正在迅速增长以支持人工智能项目，这引发了人们对环境后果和电网压力的担忧。麻省理工学院研究人员的一项新研究表明，影响可能会因数据中心如何安排其能源消耗而差异很大。

如果数据中心将大量能源使用转移到非高峰时段，实际上可能会降低平均能源成本。然而，环保效益会因地区而异——某些地区可能会看到更多可再生能源的建设，而其他地区可能会经历化石燃料消耗的增加。

"数据中心的关键问题是：我们如何才能将它们添加到电网中而不显著增加我们的峰值使用？"麻省理工学院斯隆管理学院经济学家、该研究的共同作者克里斯托弗·克尼特尔表示。"数据中心做到这一点的一种方式——增加平均使用量但不增加峰值使用——是在那些高成本时段提供电网灵活性。"

今日发表在《iScience》上的研究《灵活的数据中心可以降低电力系统成本但可能增加排放》发现，灵活的能源消耗可以在德克萨斯州产生高达5%的成本节约，在中大西洋地区产生4%的节约，在美国西部各州产生2%的节约。为了实现这些节约，数据中心需要将超过20%的消耗——有时接近50%——转移到非高峰时段。

该研究的作者包括麻省理工学院能源与环境政策研究中心的博士后研究员胡安·拉蒙·塞恩加和王申，以及克尼特尔（乔治·舒尔茨教授兼麻省理工学院斯隆管理学院气候与可持续发展副院长）。他们使用了大量模拟来模拟美国电网一年的能源使用情况。

该研究重点关注三个电网区域，预计到2030年这些地区将承载约82%的美国数据中心：德克萨斯州、中大西洋地区和"西方互联"（11个大型西部州）。之所以选择这些地区，是因为它们预计将占未来数据中心扩展的绝大多数。

出人意料的是，研究人员发现在某些情况下添加数据中心可能会降低能源成本。典型的电网费用中约60%是电力线等固定成本，40%是能源成本。通过将这些固定成本分散到更高的能源使用量上，数据中心可以降低单位成本。然而，这仅在数据中心平均消耗增加速度快于峰值时段消耗增加速度的情况下才会发生，而峰值时段是能源最贵的时候。

大多数数据中心都具有内置灵活性，通常以约80%的容量运行。在建模中，这种灵活性通常涉及将使用从早晨和傍晚高峰转移到中午，此时能源负荷较低，太阳能发电达到峰值。模拟表明这种灵活性产生了可测量的差异。

"数据中心必须在两个维度上做出决定，"克尼特尔解释道。"一个是在任何一个时间段内他们的负载有多少是灵活的。第二个是他们可以前后移动多少小时的计算？"

不同类型的数据中心提供不同的灵活性。用于人工智能训练的数据中心稳定消耗能源但提供更多转移电力负荷的容量，而为在线搜索查询服务的推理数据中心遵循由最终用户互联网活动驱动的更不规则的消耗模式。

克尼特尔强调成本节约（从2%到7%）在实际意义上是巨大的。"3%是一个大数字。当你谈论电网时，3%或6%听起来不是很多。但是当你将其乘以1000亿美元时，它就成为真实的钱。"

在环境影响方面，建模预测到2030年数据中心增长将与无扩张相比显著增加二氧化碳排放：德克萨斯州增加58%，中大西洋地区增加20%，美国西部增加24%。然而，区域差异相当重要。

在德克萨斯州，54%的电网电力来自风能，灵活的数据中心可以通过增加风能需求来减少40%的排放。相反，在中大西洋地区（太阳能容量较多但风能容量较少），灵活的消耗模式可能会增加可再生能源和化石燃料的使用。建模表明系统范围内二氧化碳排放增加了3%，因为数据中心将负荷转移到太阳能和风能产量下降的时间，允许煤电厂保持运营。

"当数据中心在后一种情况下提供某种灵活性时，数据中心实际上会转移到太阳能和风能产量减缓的时间，这允许煤电厂保持运营，"克尼特尔观察到。"因此它不一定会吸引更多的可再生能源投资。它吸引更多的煤炭投资。"

为了实现这些好处，数据中心必须采用灵活的能源使用时间表——但目前尚不清楚公司是否会自愿这样做。克尼特尔认为可能需要监管干预。"这就是为什么我们制定政策，"他说。

一个关键的政策工具可能是提供更快的电网连接以换取分时使用灵活性。"现在关于这些数据中心的一个重大问题是它们连接到电网需要多长时间。现在提供灵活性的一种方式被称为'连接并管理'，如果你同意提供灵活性，它会让你更快地连接到电网。科技公司会接受这笔交易。他们宁愿早一年连接并每天限制计算几个小时，也不愿意等待。"这种方法已经被用于电力厂。

行业范围内的要求可以克服公司的犹豫。正如克尼特尔所指出的，虽然个别科技公司抵制灵活性要求，但整个行业的通用标准将使竞争环境保持平衡。

该研究代表了首次全面的"端到端"检查数据中心对成本和排放的影响。研究人员计划继续模拟这个关键问题。"我认为这是我们都应该在这里考虑的两个维度，"克尼特尔总结道。"最终结果真的取决于我们，取决于政策。"