高能耗AI应用和云计算的激增推动了数据中心的电力成本上升。运营商发现，确定可再生能源的成本超过了新建燃气发电的成本，这使得燃气电力对数据中心更具吸引力。
数据中心是增长最快的电力消费者，主要由人工智能和云计算驱动。根据国际能源署的说法，2022年全球电力需求占约~1%，预计到2030年该份额将达到~3%。这次激增暴露了电网连接的限制，并引发了对住宅电价和数据中心能源供应的担忧。
这种环境应鼓励数据中心运营商投资离网可再生能源，以降低数据中心电价，消除电网连接问题，并使数据中心需求与消费者价格脱钩。然而，选择这条路线的运营商很少。相反，大多数公司转向燃气电力，以提供数据中心可靠的基载。这导致燃气电厂的建设成本超过三倍和涡轮机的交期延长。
本洞察阐述了数据中心运营商为何随着需求增长而放弃可再生能源，转而采用燃气能源，重点关注可再生能源的固定成本。
数据中心需要坚实的电力
由于数据中心（DC）保持高运行时间，它们需要几乎恒定的电力供应——这与间歇性可再生能源形成鲜明对比。为了大规模使用更清洁的能源，必须通过"巩固"来解决间歇性问题，即将可变输出转换为数据中心的稳定基载。
本洞察考察了巩固太阳能、风能及最佳太阳能：风能组合以满足各地区直流基荷需求的经济性，并将其与本地新建燃气电价进行比较。我们还探讨了更大的DC灵活性是否能改善企业可再生能源的经济性，补充了我们之前关于需求侧灵活性在平衡电网间歇性可再生能源方面的作用。
虽然本洞察聚焦于直流电，但该分析适用于任何使用自有可再生能源的工业用电负载，例如中东地区与企业太阳能相连的铝冶炼厂。我们的结果并不支持这些配置，无法提供具有竞争力的电力成本。
坚韧度分析揭示了可再生能源的成本惩罚
在本洞察中，我们计算了22个国家太阳能、风能和优化太阳能：风电组合的最低电力平准化成本（LCoE），通过调整超建和电池容量，以在指定"硬度"水平下生成最低成本配置。我们将"硬度"定义为任一小时内最低保证功率，以设施设计负载的百分比表示。例如，90%的硬度意味着设施在任何小时内可从设计负载向下弯曲多达10%。
随后，我们将这些LCoE与本地新建燃气电价进行基准，假设资本支出为约280万美元/兆瓦，负荷系数为~85%，效率为53%。这使得中东地区燃气电价从每兆瓦时约50美元，到欧洲约148美元/兆瓦时（含碳价），美国则为约57美元/兆瓦时。
所有成本投入均以2024年实际值预测，假设25年寿命和7%的WACC比例。结果使用每小时的全国太阳能和风能剖面。混合太阳能与风能剖面的构建方式是根据每个位置和硬度选择最低成本的组合。我们排除电网集成成本，假设是自属离网供电。
最初，我们将分析定为98%的坚定度水平，以反映DC作高度僵化（即符合传统理解）。这意味着DC在任何小时内需要能从设计负载下降低最多2%的弹性。
固定的可再生能源成本至少比天然气高57%
我们绘制了太阳能、风能和混合系统的LCoE，强度为~98%对纬度，并标注了当地燃气电价范围。
值得注意的是，尽管在~20–30°纬度对可再生能源具有地理位置优势，但最低成本98%的硬度情景仍比本地燃气电力高出~61%。
在美国，直流开发迅速发展，最低可再生能源LCoE硬度为98%，从最优太阳能与风能组合计算，为~164美元/兆瓦时，~是燃气电成本~57美元/兆瓦时的2.9倍。在沙特阿拉伯，98%的企业确定太阳能成本为~110美元/兆瓦时，燃气发电为~2.2倍，约51美元/兆瓦时。
此外，沙特阿拉伯的固定太阳能价格为每兆瓦时+110美元，相当于该地区现有铝冶炼厂电价的提升~四倍，其他条件相同的情况下，铝生产成本将提升约1200美元/吨。对于华盛顿特区和重工业来说，固定可再生能源的成本仍然是替代天然气的重要障碍。
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数据中心灵活性无法弥补成本缺口
鉴于有猜测认为直流负载弹性有助于平衡间歇性可再生能源，我们探讨了可再生能源所需的坚硬度，以使数据中心电力成本与天然气具有竞争力。
分析显示，DC需要以约50–70%的灵活性运营，以匹配本地新建燃气电力成本。然而，这种比较忽略了低利用率运营在DC中带来的固定成本提升。
定向定居中心资本密集型，固定资本费用在满负荷时可占年度成本的50%。额外的固定运营成本（如租金、人工、维护）也不会随利用率增长增长，因此单位固定成本随着利用率下降而上升。
在高灵活性（即低可再生能源稳定性）时，已交付的可再生能源的LCoE会下降，但由于利用率不足导致的数据中心固定成本上升，节省的费用正逐渐被抵消。
澳大利亚采用最佳太阳能与风能组合，几乎与当地燃气电价约84美元/兆瓦时持平，且硬度约为40%，这意味着具备~60%的灵活性和~94%的容量利用率——这在当前直流运营模式下被视为不现实。
在美国，使用自有太阳能风电的最低有效LCoE为~97美元/兆瓦时，硬度~30%，仍比我们估算的本地新建燃气电价高出~40美元/兆瓦时。
中国近期政策发展凸显了燃气与可再生能源电力争论的另一个方面——数据中心电力中心将被要求至少80%的总用电需求使用"绿色能源"。然而，这并不意味着必须使用自用和/或固定的可再生能源系统。DC可以直接签订现有可再生能源的购电协议（PPA），或者建设新的可再生能源容量并将其输送到电网。在这些情况下，全部固定成本基本上由电网和其他电网用户承担，而非直流或工业用户本身。
燃气电源通常为数据中心提供较低的基载
上述强调了能源转型中的一个根本张力——虽然可再生能源发电成本可负担，但将其转换为稳定且可调度的数据中心基载，成本相较于燃气电力将推高至不具竞争力的水平。在高硬度下，可再生能源的成本比本地新建燃气电力高出57%至267%，具体取决于地点、燃气价格和可再生能源的组合。即使积极调整，数据中心的高额固定成本仍使可再生能源在天然气面前竞争力不足。
铝冶炼厂及其他工业用户在可再生能源的巩固条件下将面临类似的成本挑战，尽管更高灵活性带来的成本提升可能不如直流
电显著。如果没有提高碳定价、有针对性的政策干预或大幅降低储能成本，DC将继续偏好天然气及其提供更可预测的数据中心电力成本，而非离网或受限电网部署的可再生能源。
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