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數據中心碳中和的“十八般武藝”
  • 近年來,為了遏制全球氣候變暖,各國攜手致力于開展碳中和工作,我國提出“2030年碳達峰,2060年碳中和”的遠景目標,各行各業都在著手推進行業碳中和進程。
  • 近年來,為了遏制全球氣候變暖,各國攜手致力于開展碳中和工作,我國提出“2030年碳達峰,2060年碳中和”的遠景目標,各行各業都在著手推進行業碳中和進程。
      
      眾所周知,數據中心作為高載能行業,在承擔著我國數字經濟發展重任的同時,其碳排放量大的問題也不容忽視。因此,推進碳中和進程已成為數據中心行業“當仁不讓”的責任與義務。數據中心產業上下游“八仙過海,各顯神通”,紛紛拿出自己的“十八般武藝”,助力行業實現碳中和的目標。
      
      政策引導
      
      行業的發展離不開政策的引導及規范,數據中心行業亦是如此。2021年,國家發改委、國家能源局等四部聯合發布的《關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》中,提出“強化能源配套機制”的要求。其中,包括探索建立電力網和數據網聯動建設、協同運行機制,進一步降低數據中心用電成本;引導清潔能源開發使用,加快推廣應用先進節能技術;推動綠色數據中心建設,加快數據中心節能和綠色化改造等主要任務。
      
      《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》(簡稱《行動計劃》)中也明確指出,數據中心要“綠色低碳,安全可靠”?!缎袆佑媱潯分赋?,數據中心要“堅持綠色發展理念,支持綠色技術、綠色產品、清潔能源的應用,全面提高新型數據中心能源利用效率。統籌發展與安全,進一步強化網絡和數據安全管理和能力建設,構建完善的安全保障體系?!?BR>  
      不僅于此,今年初正式啟動的“東數西算”工程,之所以要“西算”,有很大一部分原因是因為西部地區可再生能源供給充足。引導數據中心產業向西部地區發展,可以很好地緩解東部地區能源方面的壓力,并充分利用西部地區的可再生能源,從而降低全國范圍內數據中心的能耗水平。
      
      通過種種政策不難看出國家對于推進數據中心產業實現碳中和的決心和力度。
      
      降耗增效首當其沖
      
      對于技術應用較保守的數據中心行業而言,實現碳中和的工作要“循序漸進”。以現階段行業發展情況來看,數據中心內使用設備的降耗增效是最有效降低數據中心碳排放,降低PUE值的路徑之一。
      
      首先,以當下技術水平來看,數據中心可以降低電流在傳輸過程中的損耗,可行手段主要有:采用高壓直流供電、市電+HVDC混合供電、選用電阻率較小的導線(如銅芯導線)、中壓變壓器盡可能靠近負荷中心,以及通過使用數字電源管理系統等。
      
      除了從供電層面降耗增效外,供冷設備耗電是數據中心能耗的“大頭”,亦是現階段數據中心降耗增效的主要“發力點”。
      
      如今,數據中心的供冷手段已經不僅局限于傳統的空調機組供冷,越來越多的數據中心采用新型供冷方式,阿里云仁和數據中心采用了全浸沒式液冷,美利云中衛數據中心采用間接蒸發自然冷卻技術,易信科技百旺云數據中心采用自研的間接蒸發冷卻與高溫水系統結合的供冷方式,江天數據環京大數據產業天津基地采用間接蒸發冷卻+封閉熱通道技術,拉薩寧算數據中心采用直接蒸發冷卻+余熱回收技術………..
      
      在7月28日由中國IDC圈主辦的“‘東數西算’百家談”系列講座(簡稱“講座”)上,美的樓宇科技事業部/合肥研發部負責人衛鵬云分享了位于拉薩的寧算數據中心在供冷方式選擇方面的些許經驗。衛鵬云表示,基于拉薩年均氣溫低、相對濕度低、空氣質量優良等特點,美的最終選擇了使用直接蒸發冷卻+余熱回收的技術,為寧算數據中心供冷方式。
      
      “我們采用模塊化設計。下面一層主要采用新風制冷,新風引進來的空氣進行濕膜降溫,再輸送到機房,通過冷通道、熱通道后,進行余熱回收再利用,從‘兩端’實現降耗增效?!毙l鵬云指出。
      
      除了上述供冷技術外,噴淋式液冷、冷板式液冷等制冷技術也越來越多的在數據中心中應用。以數據中心供冷方式作為重要“抓手”,已成為現階段數據中心降耗增效的主要路徑之一。
      
      從源頭上實現碳中和
      
      數據中心實現碳中和,可以通過設備層面的降耗增效來有序推進,可即便能耗再低,也不能做到“0”能耗。如果數據中心可以采用100%可再生能源供電,就能從源頭上實現零排放的目標,這也是國家啟動建設“東數西算”工程的重要因素之一——西部地區擁有充沛的可再生能源。
      
      在本期講座上,綠色和平北京辦公室氣候與能源項目主任呂歆表示,隨著數據中心規模逐步提升,其用電量也在逐年遞增,預計到2035年,數據中心用電量將占全社會用電量的5%~7%,占比量極大。作為高載能的數據中心如若可以采用100%可再生能源,將為全球減碳貢獻一份“可觀”的力量。
      
      現階段,“北上廣深”等數據中心行業“熱門”城市已經出臺相應政策,鼓勵2021年以后建成的項目采用可再生能源,力爭到2030年,可再生能源使用占比達到100%?!敖衲瓿醯?月這期間,北京獲批的7個IDC項目都不同程度的提出了自身采用可再生能源的使用方案?!眳戊娬{。
      
      數據中心采用全綠電供電將成為數據中心碳中和過程中至關重要的一步,呂歆表示,如果僅靠電網清潔化的話,到了2035年,即使電網清潔化達到一定程度,但數據中心的碳排放量仍將“高居不下”。
      
      其實現階段國內已有較成熟的數據中心100%采用綠電的案例——三峽東岳廟數據中心。三峽東岳廟數據中心依托于三峽大壩可以給予充足“水電”供電的優勢,數據中心供電全部采用水電,實現了“水流-電流-數據流”的完美轉化,打造零碳數據中心園區。
      
      除三峽東岳廟數據中心外,在我國可再生能源供給充沛的烏蘭察布、中衛等城市,也已有大量數據中心采用風電、太陽能供電來作為數據中心“補充”用電,提升數據中心可再生能源供電占比,降低PUE值。
      
      不過,數據中心行業對用電的穩定要求極高,受困于技術等原因,現階段可再生能源發電供電并不穩定,這也是如今數據中心未能實現100%綠電的主要原因。未來,隨著技術的不斷迭代,綠電穩定性提高,數據中心如若可采用100%可再生能源供電,即可從“源頭”上實現碳中和目標。
      
      探索新模式
      
      除了上述路徑可以推進數據中心碳中和進程外,如今還有許多IDC服務商在數據中心運營模式上進行探索,嘗試以不同的方式推進數據中心碳中和進程。
      
      世紀互聯在佛山智慧城市數據中心中采用光伏發電+儲能的模式,通過削峰填谷,降低數據中心PUE值,為數據中心碳中和提供新思路。
      
      本次講座上,北京世紀互聯寬帶數據中心有限公司資深產品經理高昆就從多種角度分析了各類儲能技術與數據中心結合的可能性。高昆表示,現階段已有的儲能技術主要有:抽水儲能、壓縮空氣儲能、重力儲能、熔融鹽儲能、全釩液流電池(VRB)儲能、飛輪儲能,以及電化學儲能,“針對數據中心行業的特點而言,電化學儲能是目前最適合數據中心儲能的一種方式,能滿足絕大多數數據中心對儲能的需求?!备呃ブ赋?。
        
      在電化學儲能的電池介質中,磷酸鐵鋰是目前最適合用于儲能的介質,世紀互聯通過與清華大學能源互聯網創新研究院合作研發,利用磷酸鐵鋰作為主要儲能“介質”,將“數據中心+儲能系統+光伏”結合,可以將不穩定的光伏電存儲,并轉換成穩定功率的電能為數據中心提供電力。
      
      除了儲能+IDC的新模式外,微軟、海蘭信選擇探索將數據中心部署于水下,利用海水對服務器等IT設備進行降溫,大幅降低數據中心PUE;江天數據在江天數據環京大數據產業天津基地數據中心樓頂及外墻體布置光伏發電板,并規劃開發大興水庫120MW光伏文旅綜合項目,采用光伏+漁業互補的生態模式,探索數據中心運營新模式。
      
      雖然新模式的探索對數據中心碳中和而言可以起到推動作用,但現階段這些新模式還處于“嘗試”階段。由于鋰電池安全性、水下運維難度、設備需定制等諸多問題,新模式若想普及還有很長的一段路要走。
      
      “千里之行始于足下”,隨著越來越多企業、機構對新模式的嘗試、探索,筆者相信終將有一種,甚至多種模式,推動數據中心碳中和目標的實現。
      
      數據中心碳中和之路“路雖遠,行則將至”。
      
      編輯:Harris
      
      

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