数据中心数量的增长为何需要可再生能源？人工智能将如何改变能源的未来？

✅ 粗略地说

介绍

这次，我们将从法律和实践的角度，解释“随着数据中心数量的增加，为什么可再生能源变得必要？”这一主题。
前几天，我收到一家对投资数据中心感兴趣的公司的一般性咨询，其中提到了这个话题，所以我认为这是一个很好的讨论话题。

在幕后，数据中心全年 365 天、每天 24 小时运转，为我们每天使用的数字服务（如 ChatGPT、Google 搜索和视频流媒体）提供支持。
然而，似乎很少有人知道，生成式人工智能的迅速普及导致这些数据中心的电力消耗呈爆炸式增长，这对能源政策构成了严峻挑战。

根据国际能源署 (IEA) 于 2025 年 4 月发布的题为《能源与人工智能》的报告，预计到 2030 年，全球数据中心的电力消耗量将达到约 945 太瓦时 (TWh)，比 2024 年的水平翻一番。
这略高于日本目前的年度总用电量（约 900-950 太瓦时）。

在这种情况下，采购可再生能源实际上已成为数据中心运营商的“必备条件”。
采购可再生能源不仅仅是环境方面的考虑；对于企业而言，这也是参与 RE100（100% 可再生能源：一项国际倡议，宣布 100% 的电力消耗将由可再生能源满足）、响应 ESG（环境、社会、治理）投资以及保持其国际竞争力的必要条件。

这一次，我想从多个角度分析这个问题，并尽可能多地引用具体数据，解释全球公司的战略、技术应对措施以及日本国内的发展趋势。

数据中心实际功耗情况

到2030年，数据中心消耗的电力将与整个日本的用电量相当。

根据上述国际能源署报告，到 2024 年，全球数据中心的电力消耗量估计约为 415 太瓦时，但预计到 2030 年将翻一番，达到约 945 太瓦时。
仅这一增长就相当于日本目前的年度总用电量。

日本的情况更为紧迫。多项研究表明，日本数据中心的电力消耗预计将从2024年的19太瓦时(TWh)增长近三倍，到2034年达到57-66太瓦时。这相当于约1500万至1800万户普通家庭的年用电量，预计峰值电力需求将达到6.6-7.7吉瓦(GW)。这一规模将占日本总峰值负荷的约4%，对电力供应系统的影响可能十分显著。

ChatGPT：提出一个问题消耗的能量是谷歌搜索的 10 倍。

造成电力需求激增的最大因素被认为是生成式人工智能的普及。
据《日本经济新闻》（2025年6月）报道，在 ChatGPT 上提问并获得答案所消耗的电量约为 2.9 瓦时 (Wh)，这大约是单次 Google 搜索所消耗电量（约 0.3 瓦时）的 10 倍。

传统搜索引擎只是从现有索引中搜索相关页面，而生成式人工智能则实时运行具有大量参数的神经网络来生成句子。
这种计算过程的复杂性体现在功耗的差异上。

事实上，调查结果显示，在美国的一些地区，数据中心电力需求的增加导致普通家庭的电费每年上涨 6% 至 7%。

一个数据中心消耗的电量相当于一个小城市的电量。

我还想简要谈谈大型数据中心（超大规模数据中心）的规模。
根据日本石油天然气金属矿产资源局（JOGMEC）的文件，一个典型数据中心的耗电量约为50兆瓦。
这相当于大约 10,000 至 16,000 个普通家庭的合同容量，与一个拥有 30,000 人口的区域性城市的用电量相当。

人们也担心，如果如此大规模的电力需求集中在特定区域，会对电网造成影响。
根据日本经济产业省（2024 年 6 月）的一份文件显示，日本约 80% 的数据中心集中在东京和大阪地区，造成区域电力供需短缺。

为什么可再生能源至关重要——5个结构性原因

那么，数据中心为什么需要可再生能源呢？
人们认为存在一些结构性原因，这些原因不能仅仅用环境因素来解释。

原因一：火力发电厂会导致碳排放迅速增加，这与气候目标相悖。

首先，存在与气候变化措施一致性的问题。
如果到 2030 年数据中心增加的电力需求（约 530 太瓦时）完全由燃煤发电厂满足，据估计，二氧化碳排放量每年将增加 5 亿吨以上。
这相当于日本年度总排放量的一半左右（约 11 亿吨），可能会使各国几乎不可能实现《巴黎协定》下的气候目标。

温室气体核算体系已被国际社会广泛采用，作为企业计算和报告温室气体排放量的标准。
尤其对于数据中心运营商而言，减少范围 2排放（与使用其他公司提供的电力、热能和蒸汽相关的间接排放）可能是最重要的问题。

原因二：RE100 和范围 2 减排——企业“生存的必要条件”。

其次，遵守国际倡议正成为事实上的“准入要求”。
RE100 是由气候组织和 CDP（碳披露项目）发起的一项国际倡议，参与该倡议的公司声明，他们将 100% 从可再生能源中获取电力，并被要求每年报告其进展情况。

根据环境省的文件（2025年9月），截至2025年11月，全球将有444家公司参与RE100计划，其中包括94家日本公司。参与公司包括苹果、谷歌、微软和Meta（Facebook）等全球IT公司，这表明可再生能源采购已成为数据中心业务的“标准规范”。

尤其值得关注的是，不采用可再生能源的公司可能会被排除在ESG投资之外。日本政府养老投资基金（GPIF）是全球最大的养老基金，其管理的资产规模约为6万亿日元，并采用ESG指数进行投资。未能充分应对气候变化的公司可能会被排除在投资目标之外。机构投资者撤资以及商业伙伴将其排除在供应链之外等风险，被认为是企业管理面临的严重威胁。

原因三：企业购电协议——从长远来看，可再生能源更经济

第三，从经济理性的角度来看待这个问题。认为可再生能源价格昂贵的传统观点并不一定准确。

近年来，企业购电协议（企业购电协议：一种企业根据长期合同直接从发电公司购买可再生能源电力的系统）发展迅速。
根据彭博新能源财经的数据，2023 年全球将签署 46 吉瓦的企业购电协议，比上年的 41 吉瓦增长 12%。
据说这是有史以来的最高水平。

企业购电协议的最大优势在于，由于长期固定价格，降低了价格波动的风险。
从传统电力公司购买电力会让你面临化石燃料价格波动的风险，但购电协议 (PPA) 通过长期合同（通常为 10 至 20 年）提供更可预测的电力成本。
此外，根据国际可再生能源机构（IRENA）的数据，2010 年至 2022 年间，太阳能发电的平准化能源成本（LCOE）将下降约 89%，这表明可再生能源的经济竞争力已显著提高。

原因四：防止对当地电网造成压力

第四，还有减轻对电网影响的角度。
数据中心的集中分布给当地电网带来了沉重负担。
如上所述，日本 80% 的数据中心集中在东京和大阪地区，因此人们担心某些地区的电力需求会突然增加。

针对这一问题，经济产业省和总务省于 2024 年 10 月发布了《数字基础设施（数据中心等）发展专家会议中期报告 3.0 》，提出了区域分布式数据中心的概念，并将能源保障（包括可再生能源采购）作为选址要求之一。
具体而言，政府制定了一项政策，旨在促进在可再生能源资源丰富的地区（如北海道、东北和九州）建设发电厂，并通过在电网附近开发可再生能源（异地购电协议）来减轻现有输配电网络的负担。
尤其值得一提的是，将该设施建在寒冷地区有望带来提高制冷效率的额外好处。

原因五：国际竞争力——“获取可再生能源的能力”是一项区位条件。

第五，从国际竞争力的角度来看。
全球企业在决定数据中心选址时，能否获得可再生能源似乎是最重要的因素。

经济产业省综合资源能源咨询委员会发布的题为《关于电力需求》的文件（2024 年 6 月）报告称，运营数据中心的外国公司表达了诸如“与其他国家相比，日本的大规模购电协议有限”和“新的可再生能源发展停滞不前”之类的担忧。

事实上，正如后文将要讨论的，亚马逊、谷歌（Alphabet）和微软等全球性公司正在积极在日本采购可再生能源，但与其他国家相比，日本目前的购电协议（PPA）市场规模仍然较小。预计完善可再生能源采购环境将成为吸引数据中心投资的竞争优势之一。

全球IT公司的大战略

接下来，我们将探讨一些全球IT公司采购可再生能源的具体例子。

亚马逊——全球最大的可再生能源买家

亚马逊在 2023 年签署了 8.8 吉瓦的新购电协议，连续第四年成为全球最大的企业可再生能源买家。
据称，可再生能源累计合同总量超过 30 吉瓦，合同遍及 16 个国家。
如上文所述，亚马逊是 RE100 的参与公司之一。

在日本，该公司与三菱商事株式会社合作，宣布计划在东京都市区和东北地区的约 450 个地点开发太阳能发电厂。
据称，该发电容量约为 22 兆瓦，据报道，这是日本最大的企业购电协议。
该公司计划将这些电力用于其自身的数据中心。

微软——签署了超过20吉瓦的购电协议，并在小型核反应堆领域进行了投资

微软已在全球范围内签署了超过 20GW 的购电协议，并在努力确保电力供应的同时，不断扩大其人工智能服务器群。
据报道，日本于 2025 年 10 月与 Natural Energy 签署了一项额外的可再生能源购买协议。
如上文所述，微软也是 RE100 的参与公司之一。

根据彭博新能源财经的数据，预计到 2024 年，亚太地区的场外购电协议交易量将达到 10.3 吉瓦，同比增长 51%，凸显了该地区可再生能源采购的快速扩张。

更值得注意的是，微软还在投资开发小型模块化反应堆（SMR）。
根据国际能源署的一份报告，美国主要IT公司计划开发总装机容量超过20吉瓦的小型模块化反应堆，并且正在考虑在2030年以后使用核能。

谷歌（Alphabet）——“全天候无碳能源”的挑战

谷歌（Alphabet）的目标不仅仅是“100%可再生能源”，而是“全天候无碳能源”。
这是一个雄心勃勃的目标，即按小时而不是按年总量实现 100% 可再生能源，我们的目标是在 2030 年实现这一目标。
如上文所述，谷歌（Alphabet）也是 RE100 的参与公司之一。

据报道，2024 年 5 月，日本 JERA（由东京电力公司和中部电力公司的火力发电业务整合而成的公司）与太阳能开发商 West Holdings 签署了一项为期 20 年的可再生能源购电协议。
电力将供应给千叶县和茨城县的数据中心。

Meta（Facebook）和企业PPA市场的现状

Meta（Facebook）还签订了约 5.2 吉瓦的场外可再生能源合同，主要包括太阳能，利用其自身运营和购电协议 (PPA)。
如上文所述，Meta（Facebook）也是 RE100 的参与公司之一。

从 2023 年各公司企业购电协议 (PPA) 合同的数量来看，预计前四大公司（亚马逊、微软、Meta 和谷歌）将占据全球市场的大部分份额。
很明显，这些全球性公司在企业购电协议市场中处于领先地位。

技术创新——降低电力消耗的挑战

除了采购可再生能源外，提高数据中心自身的能源效率也至关重要。我们还将研究实现这一目标的技术措施。

PUE——衡量数据中心效率的指标

PUE （电源使用效率）是用于衡量数据中心能源效率的国际指标。
这是通过将整个数据中心的功耗除以 IT 设备的功耗而得到的值，该值越接近 1.0，效率就越高。

典型数据中心的行业平均 PUE 值约为 1.5 至 2.0。
绿色数据中心的目标值通常设定为 PUE 1.3 或更低。
相比之下，据报道，尖端的浸没式冷却技术可以实现 1.05 至 1.07 的 PUE。

浸没式冷却——一项革命性的冷却技术

据说，采用传统的空气冷却方法时，数据中心 40% 到 50% 的电力消耗都用于冷却。
浸没式冷却技术因其能够解决这一问题而备受关注。

浸没式冷却是一种将整个服务器浸入绝缘冷却油中的冷却方法。
据说液体的吸热能力是空气的1000倍左右，因此无需风扇或大型空调设备。

据报道，KDDI、三菱重工和NEC网络与系统集成公司于2022年进行的一项示范实验中，PUE值达到了1.05，与传统的空气冷却相比，成功降低了94%的冷却功耗。
经济产业省似乎也在评估这项技术，认为它是一种“超高效冷却技术”。

除了散热效率高之外，浸没式冷却的优点还包括静音（无需风扇）、防尘（灰尘不会进入）和高密度封装（可以在小空间内安装许多服务器）。

然而，仍有一些问题需要解决，例如需要改变运营和维护方法、改进服务器制造商保修制度以及构建生态系统（扩大合作伙伴）。

从空气冷却到水冷却——节能的循序渐进方法

浸没式冷却是一项创新技术，但其推广应用也面临一些挑战。
因此，从空气冷却过渡到水冷却被推广为一种更实用的节能方式。

2025 年 4 月，富士通、NIDEK 和美国 Supermicro 宣布将合作提高数据中心的能源效率（虽然完全无关，但我很好奇 NIDEK 将会如何……在撰写本文时，它因会计不当而上了新闻……）。
通过利用水冷技术（一种通过循环液体冷却设备的方法），该公司旨在减少冷却所需的电力。

一般来说，空气冷却的平均 PUE 值为 1.6，水冷却的平均 PUE 值为 1.2，因此人们认为水冷却有望提高效率约 25%。

电池储能——应对可再生能源的波动性

可再生能源的发电量会受到多种因素的影响，例如太阳能发电在夜间无法发电，风力发电会受到风况的影响。
解决这个问题的方法是使用蓄电池。

通过将数据中心与储能电池相结合，可以在可再生能源过剩时储存电力，并在可再生能源短缺时释放电力。
此外，通过参与供需调节市场，人们认为可以在为电网稳定做出贡献的同时创造收入。

NTT 宣布了一项名为“瓦比特协作”的概念，旨在通过根据可再生能源发电情况灵活控制数据中心工作负载和电池充放电，从而有效利用可再生能源并优化电力供需平衡。

日本面临的挑战与机遇：区域振兴与可再生能源的结合

最后，让我们来看看日本正在做出的努力。

北海道石狩市——“可再生能源x数据中心”的典范

日本最引人注目的例子是北海道石狩市。
石狩市有三大优势：丰富的可再生能源资源（预计未来 10 至 20 年可再生能源发电量将达到 3.6 吉瓦）、寒冷的气候（制冷效率高）以及广阔的土地面积（可以建设大型数据中心）。

报告的主要项目包括东急不动产株式会社的石狩可再生能源数据中心 1 号（计划于 2026 年 3 月竣工，100% 可再生能源）、京瓷通信系统的石狩数据中心（计划于 2024 年 10 月开始运营，100% 可再生能源）以及 NTT-ME 的集装箱式数据中心（2025 年 10 月，利用风能）。

石狩市正在大力发展各种可再生能源，包括海上风能、陆上风能、太阳能和生物质能，并因其在“可再生能源本地化生产和消费”与“吸引数据中心”的综合推广方面树立的典范而备受关注。

软银将在北海道建设日本最大的数据中心

软银宣布计划于 2026 年在北海道开设日本最大的数据中心。
这是一个基于可再生能源采购的大型数据中心，配备了GPU以满足人工智能需求。

软银预测，到 2040 年，日本数据中心的电力需求将飙升至 3300 万千瓦，是 2020 年水平的 22 倍，而这一战略似乎正是为了满足这一庞大的市场需求。

九州和东北地区——发展太阳能和风能的理想地点

九州是太阳能发电的理想地点（日照时间长），该地区可再生能源占比已经很高。
东北地区拥有巨大的风力发电潜力，其广阔的土地面积使其能够开展大规模项目。

经济产业省的《数据中心选址战略》概述了一项政策，旨在促进在这些地区建立数据中心，并结合可再生能源的发展。
预计此举将同时实现区域振兴和脱碳目标。

日本企业面临的挑战：迫切需要扩大购电协议市场

然而，日本仍然面临重大挑战。
根据可再生能源研究所的一项调查，预计 2024 年日本企业购电协议 (PPA) 市场的合同量约为 150 兆瓦，仅占全球市场 (46 吉瓦) 的 0.3% 左右。

正如上文所述，外国公司指出，“与其他国家相比，日本的大规模购电协议数量有限”。
未来需要采取的行动包括加强输配电网络（消除电网限制）、建立购电协议市场体系、促进可再生能源发电企业与消费者之间的匹配以及提供长期稳定的政策支持。

概括

在本文中，我们从各个角度探讨了数据中心需要可再生能源的结构性原因。

总结要点，我认为可以这样概括：
首先，电力消耗规模极其庞大，预计到 2030 年全球将达到 945 太瓦时（相当于整个日本的用电量）。
其次，遵守 RE100 和范围 2 减排等国际框架正成为企业的“生存条件”。
第三，随着企业购电协议的扩大，从长远来看，可再生能源可能会变得更加经济合理。
第四，将其与分布式可再生能源相结合，可以有效降低当地电网的负荷。
第五，可再生能源采购环境是国际竞争力的来源。

全球 IT 公司（亚马逊、微软、Alphabet、Meta）已经采购了数十吉瓦的可再生能源，并通过液冷等创新技术方法实现了显著的节能。
即使在日本国内，包括北海道石狩市在内，也正在进行将可再生能源与数据中心相结合的努力，但仍有许多问题需要解决，例如扩大购电协议市场和消除电网限制。

我们认为，数据中心不再仅仅是“IT设施”，而是已经发展到可以被视为支撑数字经济的“能源基础设施”的阶段。
如何获取这些电力是一个重要问题，它与应对气候变化、提升企业国际竞争力、振兴区域振兴等多个政策目标直接相关。

随着生成式人工智能在未来变得更加普及，预计数据中心的电力需求将进一步增加。
为了解决这个问题，人们认为需要采取综合措施，扩大可再生能源采购，通过技术创新节约能源，并改进系统。

如果您对本文有任何评论或疑问，请随时留言。
我们希望与您探讨数据中心和可再生能源相关的法律和实际问题。