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2025年7月7日，工业和信息化部办公厅、国家发展改革委办公厅、商务部办公厅、金融监管总局办公厅、国管局办公室、国家能源局综合司联合发布《关于组织开展2025年度国家绿色数据中心推荐工作的通知》。
文件指出，在工业、信息通信、能源、互联网、金融、公共机构6个领域，对照《2025年度国家绿色数据中心评价指标体系》，推荐一批能效水平高且绿色低碳、布局合理、技术先进、管理完善的绿色数据中心，数据中心类型包括智能计算中心、通用数据中心、超算中心。
推荐的数据中心应具备以下条件：数据中心原则上应达到《绿色数据中心评价》（GB/T 44989—2024）二级及以上等级。电能利用效率不高于1.30，达到《数据中心能效限定值及能效等级》（GB40879—2021）中的2级及以上水平。采用的服务器能效应达
到《塔式和机架式服务器能效限定值及能效等级》（GB 43630—2023）等规定的节能水平及以上。风电、光伏等可再生能源利用率不低于数据中心所在省（区、市）可再生能源电力消纳责任权重，积极利用储能、氢能等技术，具有较强用电负荷调节匹配能力。
氢能之家小编整理下氢能在数据中心的应用：现状、挑战与未来
一、引言
在数字化浪潮中，数据中心作为信息存储、处理和传输的核心枢纽，其重要性不言而喻。随着人工智能、大数据、云计算等技术的迅猛发展，数据中心的规模和数量不断增长，对能源的需求也呈现出爆发式增长。据统计，2022 年全球数据中心耗电量高达 4600 亿千瓦时，预计到 2026 年这一数字将突破 10000 亿千瓦时。如此庞大的能源消耗，不仅给传统能源供应带来了巨大压力，也对环境造成了沉重负担。在此背景下，寻求高效、清洁、可持续的能源解决方案成为数据中心行业发展的当务之急。
氢能，作为一种极具潜力的清洁能源，近年来在数据中心领域逐渐崭露头角。氢气燃烧仅产生水，不排放温室气体和污染物，被誉为 “终极清洁能源”。同时，氢燃料电池技术的不断进步，使得氢能在数据中心的应用成为可能。从备用电源到主电源，氢能正以其独特的优势，为数据中心的绿色、可持续发展带来新的希望。本文将深入探讨氢能在数据中心的应用现状、面临的挑战以及未来的发展前景，旨在为数据中心行业的能源转型提供有益的参考。
二、数据中心的能源需求与挑战
2.1 数据中心的能源消耗现状
数据中心是一个高度密集的能源消耗体，其能源消耗主要来自于服务器、存储设备、网络设备等 IT 设备的运行，以及为保证设备正常运行所需的冷却、照明、供电等基础设施系统。其中，IT 设备的能耗占比最大，约为 40%-60%，冷却系统次之，占比约为 25%-40%，其余为供电系统和照明等辅助设施的能耗。随着数据中心规模的不断扩大和设备性能的提升，其能源消耗也在持续增长。例如，一些超大型数据中心的功率可达数万千瓦甚至更高，年耗电量相当于一座小型城市的用电量。
2.2 传统能源面临的困境
目前，大多数数据中心主要依赖传统的化石能源，如煤炭、石油和天然气等。这些能源在发电过程中会排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，对环境造成严重破坏。据国际能源署（IEA）的数据显示，全球数据中心的碳排放占全球总碳排放的 1%-2%，且这一比例还在逐年上升。此外，化石能源属于不可再生资源，随着储量的逐渐减少，其价格波动较大，给数据中心的运营成本带来了不确定性。同时，传统能源发电受地理、资源等条件限制，难以满足数据中心快速增长的能源需求。在一些能源资源匮乏的地区，数据中心甚至面临着电力供应不足的问题。
2.3 可持续发展的迫切需求
随着全球对气候变化问题的关注度不断提高，各国纷纷制定了严格的碳减排目标和环保政策。数据中心作为能源消耗和碳排放的大户，面临着巨大的可持续发展压力。许多国家和地区要求数据中心运营商披露其能源消耗和碳排放情况，并逐步提高可再生能源的使用比例。例如，欧盟提出到 2030 年将可再生能源在能源消费中的占比提高到 40%，美国一些州也出台了相关法规，要求数据中心在未来几年内实现一定比例的碳减排。此外，消费者和企业对绿色、可持续的数字服务的需求也在不断增加，数据中心采用清洁能源已成为提升企业形象和竞争力的重要手段。因此，为了应对环境挑战、满足政策要求和市场需求，数据中心迫切需要寻求可持续的能源解决方案。
三、氢能的特性与优势
3.1 氢能的基本特性
氢是宇宙中最丰富的元素，在地球上主要以水和有机物的形式存在。氢能具有能量密度高、清洁无污染、来源广泛等特点。与传统化石能源相比，氢气的能量密度约为汽油的 3 倍，这意味着相同质量的氢气能够释放出更多的能量。在燃烧过程中，氢气与氧气反应生成水，不产生二氧化碳、二氧化硫等污染物，也不会排放温室气体，对环境零污染。此外，氢气可以通过多种途径制取，如化石能源重整、水电解、生物质气化等，来源十分广泛。
3.2 氢燃料电池的工作原理与类型
- 工作原理
氢燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的装置。其基本工作原理是：氢气在阳极催化剂的作用下分解为氢离子和电子，电子通过外电路流向阴极，氢离子则通过电解质膜到达阴极。在阴极，氧气与氢离子和电子结合生成水。这个过程中，电子的定向移动形成电流，从而为外部负载提供电能。与传统电池不同，氢燃料电池只要不断供应氢气和氧气，就可以持续产生电能。
- 类型
目前，适用于数据中心的氢燃料电池主要有以下几种类型：
- 固体氧化物燃料电池（SOFC）
SOFC 的工作温度较高，一般在 600℃-1000℃之间，但其能量转换效率更高，可达 50%-65%，并且对燃料的适应性强，可以使用氢气、天然气、生物质气等多种燃料。对于大型数据中心，SOFC 可以作为主电源或热电联供系统的一部分，在提供电力的同时，利用余热为数据中心的冷却系统或其他设施供热，实现能源的梯级利用，进一步提高能源利用效率。
- 碱性燃料电池（AFC）
AFC 是最早开发的燃料电池类型之一，具有技术成熟、成本相对较低等优点。然而，其对燃料纯度要求较高，且需要使用腐蚀性的碱性电解质，在一定程度上限制了其在数据中心的广泛应用。目前，AFC 主要应用于一些对成本敏感且对燃料纯度有保障的特定场景。
四、氢能在数据中心的应用现状
4.1 全球范围内的探索与实践
近年来，全球范围内许多企业和研究机构纷纷开展氢能在数据中心应用的探索与实践。一些大型科技公司，如微软、谷歌、英特尔等，凭借其雄厚的技术实力和资金优势，成为了这一领域的先行者。
微软一直致力于利用氢燃料电池作为数据中心备用电源的研究与测试。在 2020 年，微软进行了 250kW 氢燃料电池系统应用的测试，验证了该系统在数据中心备用电源场景中的可行性。2022 年，微软进一步开展了 3MW 氢燃料电池系统的测试，经过长时间的运行测试，该系统稳定可靠，能够在长时间断电情况下，支持拥有 10000 + 服务器的数据中心持续运行。此次测试突破了质子交换膜氢燃料电池（PEMFC）技术在小型电源装置应用的瓶颈，在 100% 绿电接入作为主电源的条件下，利用 PEMFC 氢燃料电池作为备用电源，实现了真正意义上的零碳数据中心。
谷歌也在积极探索氢能在数据中心的应用。其位于比利时的一处数据中心，引入了氢燃料电池作为备用电源的一部分。通过与传统备用电源系统相结合，提高了数据中心备用电源的可靠性和可持续性。此外，谷歌还在不断研究如何优化氢能在数据中心的使用效率，降低运营成本。
英特尔与 Bloom Energy 合作，启动了硅谷最大的由燃料电池驱动的高性能计算数据中心。Bloom Energy 开发的固体氧化物燃料电池（SOFC）系统为该数据中心提供稳定的电力供应。这种合作模式不仅满足了英特尔数据中心对高性能计算的能源需求，还通过使用清洁的氢能，减少了数据中心的碳排放，提升了企业的绿色形象。
4.2 典型案例分析
- ECL 氢动力数据中心
主机托管提供商 ECL 宣布交付了 “世界首个” 以氢为主要动力源的数据中心。该数据中心位于加利福尼亚州山景城 MV1 的美国工厂，是 ECL 希望打造的一系列可持续、模块化、量身定制的数据中心的原型。该数据中心从头开始设计，旨在支持每机架高达 75kW 的高密度 GPU 部署，以满足人工智能等新兴技术对计算能力的高要求。
- 电源系统
该数据中心采用 “ECL 1.0” 设计，无需电网连接，仅依靠四种电源运行。其中，使用氢气的主燃料电池作为主要电源，为数据中心的日常运行提供稳定电力；大容量电池用于存储电能，在燃料电池输出波动或用电高峰时进行补充；应急发电机作为备用中的备用，在极端情况下保障数据中心的关键设备运行；使用氢气的二次燃料电池则作为进一步的冗余保障。
- 冷却创新
该数据中心在冷却方面进行了创新，充分利用氢能发电产生的水和专有的后门热交换器技术，实现了高效的散热。这种创新的冷却方式不仅提高了冷却效率，还消除了对当地水资源的依赖，降低了数据中心的运营成本和环境影响。
- 成本与效率
ECL 公司创始人兼首席执行官尤瓦尔・巴查尔表示，建设 1 兆瓦传统数据中心的平均成本在 1400 万 - 1500 万美元，而 ECL 的氢动力数据中心成本大约低 30%-40%。此外，由于使用氢动力，该数据中心的运营成本也大幅降低。巴查尔还指出，氢动力数据中心能够在 12 个月内交付新设施，而传统数据中心建设则需要两到三年的时间，大大缩短了建设周期，提高了项目的投资回报率。
- 微软氢能应用数据中心项目
如前文所述，微软在氢能应用于数据中心方面进行了多次测试和实践。以其 3MW 氢燃料电池系统应用测试项目为例，该项目在实际条件下进行了全面的测试。
- 测试过程
在测试中，模拟了真实环境中的停电场景，验证了 PEMFC 氢燃料电池系统能够像柴油发电机一样，在短时间内快速产生大量电力。在模拟停电至氢燃料电池启动的关键时段，维谛技术（Vertiv）提供的 VertivTMLiebert®EXL 系列 UPS 及时响应，保障了数据中心不间断运行。经过长时间的测试，3MW 氢燃料电池系统表现稳定可靠，成功支持了拥有 10000 + 服务器的数据中心长时间运行。
- 技术支持
在该项目中，维谛技术（Vertiv）不仅提供了 UPS 和 HPL 锂电池解决方案，还推出了创新的 VertivTMSmart H 氢燃料电池系统整体解决方案。该方案由储氢柜、空调柜、锂电池、配电柜、IT 柜组成，具备高防护性（≥IP55），可实现多柜拼接，氢系统采用二级监控架构，配备温度、声光三级告警，保障了系统运行的安全、稳定，并且能够实现一键加氢，单罐额定连续工作时长达 12 小时。
- 项目意义
微软的这一项目具有重要意义。它不仅验证了氢燃料电池作为数据中心备用电源的可行性和可靠性，突破了 PEMFC 技术在大型数据中心应用的瓶颈，还为实现真正意义上的零碳数据中心提供了实践经验。通过这一项目，微软在可持续发展道路上迈出了坚实的一步，也为整个数据中心行业的能源转型提供了宝贵的参考。
4.3 国内的发展情况
在国内，随着 “双碳” 目标的提出，数据中心行业对氢能的关注度也在不断提高，许多企业和机构积极开展相关的研究和实践。一些大型互联网企业，如阿里巴巴、腾讯等，开始关注氢能在数据中心的应用前景，并进行了初步的技术调研和可行性分析。同时，国内的一些科研机构也在加大对氢燃料电池技术和氢能在数据中心应用的研究投入，取得了一系列的科研成果。
在政策方面，国家也出台了一系列支持政策，鼓励数据中心采用可再生能源和清洁能源，推动氢能产业的发展。例如，2024 年 7 月 3 日，国家发改委等四部门印发的《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》中提到，将新建及改扩建数据中心可再生能源利用目标和方案，作为节能审查重要内容，逐年提升新建数据中心项目可再生能源利用率。这为氢能在数据中心的应用提供了良好的政策环境。
目前，国内已经有一些氢能在数据中心应用的试点项目。例如，某些地区的数据中心开始尝试引入小型氢燃料电池系统作为备用电源，以提高备用电源的环保性和可靠性。虽然这些项目规模相对较小，但为未来氢能在国内数据中心的大规模应用积累了经验。
五、应用面临的挑战
5.1 成本问题
5.2 技术瓶颈
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