哈工大王爱杰教授：以“算水协同”守牢绿色算力的水资源底线

在绿色算力产业加速布局的背景下,算力中心建设与区域水资源承载能力之间的协调问题日益凸显。尤其在半干旱地区,水资源总量有限、蒸发强烈,冷却补水、设备清洗和消防储备等用水需求会随算力规模扩张而同步增长,水资源约束往往比电力约束更隐蔽,也更需要前瞻应对。推动绿色算力可持续发展,必须把水资源承载能力作为产业布局和规模扩张的刚性边界,坚持以水定产、量水而行,既算清算力产业发展账,也算好水资源承载账和生态保护修复账。围绕“算水协同”,通过再生水替代、余热回用、水热循环和制度保障,推动算力基础设施与区域水系统、能源系统、生态系统深度耦合,为算力高地守牢一道“生态水线”。

坚持以水定产,划出算力扩张的刚性边界

近年来,被称为“草原云谷”的乌兰察布凭借绿电、气候、区位等相对优势,算力产业驶上发展快车道。当地累计签约算力项目109个,其中投运算力规模达19万PFLOPS(每秒千万亿次浮点运算)。据《内蒙古日报》报道,当地算力产业用电量预计由2025年的43亿千瓦时增至2026年的90亿千瓦时,约为上年的2.1倍。电力消耗看得见也算得清,相较而言,水资源的约束更为隐蔽。乌兰察布降水偏少而且蒸发强烈,水资源总量不多。《内蒙古自治区地下水保护和管理条例》对地下水保护管理作出总体规定,当地在此基础上明确,算力中心生产用水严禁取用地下水作为冷却用水,同时推行自然冷却和再生水利用。2025年,当地大数据企业实际用水量为154.22万立方米,只占当地总用水量的0.33%。据乌兰察布市水利局数据,全市实际运行的算力中心平均WUE为0.4升/千瓦时。还要看到,随着算力规模扩大,冷却补水、设备清洗和消防储备等综合用水需求也可能增加。在极端干旱年份,这可能加大区域供水调度压力,需提前谋划应对。

国际相关研究和实践提示,算力扩张中的水资源压力值得重视。联合国大学水、环境与健康研究所2026年6月3日发布的报告预测,到2030年,全球数据中心用电所对应的发电水足迹可能达到93亿立方米,约相当于撒哈拉以南非洲13亿人口一年的基本生活用水需求。在部分数据中心密集地区,数据中心冷却与农业灌溉、居民生活之间的用水矛盾已经显现,引发业界广泛关注。其根源在于,传统“取水、用水、排水”的线性模式下,用水压力随算力规模扩张而不断攀升,算力扩张与水资源约束之间的矛盾随之加剧,而“算水协同”要做的正是把这两件事绑在一起。

坚持以水定产,关键是把水资源承载能力作为算力产业布局和发展规模的上限。须严格落实规划和建设项目水资源论证制度,将用水指标定为算力项目准入的必备条件。完善算力产业用水总量与强度双控机制,压实园区和企业取水、用水、耗水、退水全链条管理责任。要严格执行算力中心严禁取用地下水作为冷却用水等规定,依法查处违规取水行为。统筹算力园区用水与城市供水、再生水利用、供热及绿化用水调度,使算力扩张始终控制在水资源承载能力范围内。

推动“数-水共生”,搭建水热循环的闭环体系

破题的关键在于重塑水系统的角色定位,促使数据中心的水体系从“消耗终端”转变为“循环节点”。哈尔滨工业大学教授、城乡水资源与水环境全国重点实验室副主任王爱杰团队提出的“数-水共生”模式,把数据中心同城市污水处理厂衔接起来:污水处理厂出水经必要深度处理并满足冷却用水水质要求后,用于数据中心冷却;数据中心回流水中的余热用于污泥干化、厌氧消化等环节;余热经热泵和换热系统提质后,可用于区域供热,这是该模式的拓展应用。通过这一模式,算力中心可由“取水、散热、排水”的线性模式,转为“再生水供冷、余热回用、水热循环”的闭环模式。科研团队基于98个国家的数据中心和污水处理厂数据库,在优化匹配及经济可行等约束下估算,该共生网络每年有望削减温室气体排放约8430万吨二氧化碳当量、节约淡水约13亿立方米。

(哈尔滨工业大学教授、城乡水资源与水环境全国重点实验室副主任王爱杰与团队成员在实验室)

乌兰察布具备探索这一路径的一定资源条件,但仍需开展水质、设施距离、供需匹配和技术经济评估。当地冬季漫长、供热需求刚性;算力中心余热回收潜力可观,政策已明确鼓励。《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》(发改环资〔2024〕970号)提出,到2030年底,北方采暖地区新建大型及以上数据中心余热利用率明显提升。推动热泵技术与水系统深度融合,将数据中心余热用于城市供热、设施农业和工业预热,服务城市民生。同时,要充分利用冷凉气候条件,延长自然冷却时长,推行液冷等高效冷却技术,促使PUE(电能利用效率)在稳定低于1.2的基础上持续下降。按全市2026年预计用电规模、以PUE 1.2为基准测算,在90亿千瓦时为数据中心总用电量且IT负载不变的条件下,PUE由1.2降至1.1,每下降0.1年可节电约7.5亿千瓦时。冷源、管网和供配电系统按适用标准建设并有效运维,可在设施全生命周期内持续释放节能节水效益。在这套体系中,水不再只是被耗用的介质,而是传递热能的载体、资源循环的桥梁。

(哈尔滨工业大学教授、城乡水资源与水环境全国重点实验室副主任王爱杰参加学术会议圆桌讨论并发言)

强化制度保障,筑牢绿色算力的生态底线

绿色算力既要提高资源利用效率,也要守牢生态环境底线。要加快搭建涵盖取水、用电、耗水、退水和余热利用全环节的制度安排。健全数据中心用水计量监测和信息公开制度,把WUE与PUE一并纳入项目评估和运行考核,推动二者同步下降。尽快制定数据中心用水定额、水效标准和热电水协同标准,严格执行新上项目能效、水效要求。坚持再生水优先,在水质达标、技术经济可行的场景以再生水替代常规水源,以余热利用提高综合能效。统筹算力网、电网、水网等基础设施规划建设,推动算力、电力、水务与供热等领域规划协同、设施共建与数据共享。

坚持以水定产、推进再生水替代和余热利用、构建数-水共生模式,实质上是推动算力基础设施同区域水体系、能源系统、生态系统深度耦合:绿电为算力设施提供绿色电力,再生水为数据中心提供冷却介质,余热用于城市供热和设施农业。这不仅是节水之举,更有助于走出一条算力产业发展与生态保护相辅相成的绿色发展之路。

算水协同也为水行业转型发展带来重要机会。水务管理不再只是“供水、排水、治污”的单一链条,而是同算力、能源、供暖、农业全面交叉的复合体系,水行业有望在强化基础保障的同时拓展资源循环利用价值。从更大视野看,算水协同为践行“绿水青山就是金山银山”理念提供了新的实践场景。生态投入不仅是成本支出,也可通过资源高效利用和产业协同形成竞争优势,推动生态优势转化为发展优势。

草原上的算力建设还在快速推进。若说“算电协同”集中回答“绿电从哪里来”,那么“算水协同”就要回答“水如何用得更省、循环得更好”。要让每一千瓦时电更绿,每一立方米水用得其所,每一份余热物尽其用。这是“草原云谷”绿色发展必须算好的“水账本”,同样是绿色算力高地为全球数据中心可持续发展提供有益探索。