近年来,为了遏制全球气候变暖,各国携手致力于开展碳中和工作,我国提出“2030年碳达峰,2060年碳中和”的远景目标,各行各业都在着手推进行业碳中和进程。

众所周知,数据中心作为高载能行业,在承担着我国数字经济发展重任的同时,其碳排放量大的问题也不容忽视。因此,推进碳中和进程已成为数据中心行业“当仁不让”的责任与义务。数据中心产业上下游“八仙过海,各显神通”,纷纷拿出自己的“十八般武艺”,助力行业实现碳中和的目标。

政策引导

行业的发展离不开政策的引导及规范,数据中心行业亦是如此。2021年,国家发改委、国家能源局等四部联合发布的《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》中,提出“强化能源配套机制”的要求。其中,包括探索建立电力网和数据网联动建设、协同运行机制,进一步降低数据中心用电成本;引导清洁能源开发使用,加快推广应用先进节能技术;推动绿色数据中心建设,加快数据中心节能和绿色化改造等主要任务。

《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》(简称《行动计划》)中也明确指出,数据中心要“绿色低碳,安全可靠”。《行动计划》指出,数据中心要“坚持绿色发展理念,支持绿色技术、绿色产品、清洁能源的应用,全面提高新型数据中心能源利用效率。统筹发展与安全,进一步强化网络和数据安全管理和能力建设,构建完善的安全保障体系。”

不仅于此,今年初正式启动的“东数西算”工程,之所以要“西算”,有很大一部分原因是因为西部地区可再生能源供给充足。引导数据中心产业向西部地区发展,可以很好地缓解东部地区能源方面的压力,并充分利用西部地区的可再生能源,从而降低全国范围内数据中心的能耗水平。

通过种种政策不难看出国家对于推进数据中心产业实现碳中和的决心和力度。

降耗增效首当其冲

对于技术应用较保守的数据中心行业而言,实现碳中和的工作要“循序渐进”。以现阶段行业发展情况来看,数据中心内使用设备的降耗增效是最有效降低数据中心碳排放,降低PUE值的路径之一。

首先,以当下技术水平来看,数据中心可以降低电流在传输过程中的损耗,可行手段主要有:采用高压直流供电、市电+HVDC混合供电、选用电阻率较小的导线(如铜芯导线)、中压变压器尽可能靠近负荷中心,以及通过使用数字电源管理系统等。

除了从供电层面降耗增效外,供冷设备耗电是数据中心能耗的“大头”,亦是现阶段数据中心降耗增效的主要“发力点”。

如今,数据中心的供冷手段已经不仅局限于传统的空调机组供冷,越来越多的数据中心采用新型供冷方式,阿里云仁和数据中心采用了全浸没式液冷,美利云中卫数据中心采用间接蒸发自然冷却技术,易信科技百旺云数据中心采用自研的间接蒸发冷却与高温水系统结合的供冷方式,江天数据环京大数据产业天津基地采用间接蒸发冷却+封闭热通道技术,拉萨宁算数据中心采用直接蒸发冷却+余热回收技术………..

2美利云中卫数据中心新风机组

微信图片_20220304083002江天数据环京大数据产业天津基地间接蒸发冷却空调风管外露部分

在7月28日由中国IDC圈主办的“‘东数西算’百家谈”系列讲座(简称“讲座”)上,美的楼宇科技事业部/合肥研发部负责人卫鹏云分享了位于拉萨的宁算数据中心在供冷方式选择方面的些许经验。卫鹏云表示,基于拉萨年均气温低、相对湿度低、空气质量优良等特点,美的最终选择了使用直接蒸发冷却+余热回收的技术,为宁算数据中心供冷方式。

“我们采用模块化设计。下面一层主要采用新风制冷,新风引进来的空气进行湿膜降温,再输送到机房,通过冷通道、热通道后,进行余热回收再利用,从‘两端’实现降耗增效。”卫鹏云指出。

除了上述供冷技术外,喷淋式液冷、冷板式液冷等制冷技术也越来越多的在数据中心中应用。以数据中心供冷方式作为重要“抓手”,已成为现阶段数据中心降耗增效的主要路径之一。

从源头上实现碳中和

数据中心实现碳中和,可以通过设备层面的降耗增效来有序推进,可即便能耗再低,也不能做到“0”能耗。如果数据中心可以采用100%可再生能源供电,就能从源头上实现零排放的目标,这也是国家启动建设“东数西算”工程的重要因素之一——西部地区拥有充沛的可再生能源。

在本期讲座上,绿色和平北京办公室 气候与能源项目主任吕歆表示,随着数据中心规模逐步提升,其用电量也在逐年递增,预计到2035年,数据中心用电量将占全社会用电量的5%~7%,占比量极大。作为高载能的数据中心如若可以采用100%可再生能源,将为全球减碳贡献一份“可观”的力量。

现阶段,“北上广深”等数据中心行业“热门”城市已经出台相应政策,鼓励2021年以后建成的项目采用可再生能源,力争到2030年,可再生能源使用占比达到100%。“今年初到5月这期间,北京获批的7个IDC项目都不同程度的提出了自身采用可再生能源的使用方案。”吕歆强调。

数据中心采用全绿电供电将成为数据中心碳中和过程中至关重要的一步,吕歆表示,如果仅靠电网清洁化的话,到了2035年,即使电网清洁化达到一定程度,但数据中心的碳排放量仍将“高居不下”。

其实现阶段国内已有较成熟的数据中心100%采用绿电的案例——三峡东岳庙数据中心。三峡东岳庙数据中心依托于三峡大坝可以给予充足“水电”供电的优势,数据中心供电全部采用水电,实现了“水流-电流-数据流”的完美转化,打造零碳数据中心园区。

除三峡东岳庙数据中心外,在我国可再生能源供给充沛的乌兰察布、中卫等城市,也已有大量数据中心采用风电、太阳能供电来作为数据中心“补充”用电,提升数据中心可再生能源供电占比,降低PUE值。

不过,数据中心行业对用电的稳定要求极高,受困于技术等原因,现阶段可再生能源发电供电并不稳定,这也是如今数据中心未能实现100%绿电的主要原因。未来,随着技术的不断迭代,绿电稳定性提高,数据中心如若可采用100%可再生能源供电,即可从“源头”上实现碳中和目标。

探索新模式

除了上述路径可以推进数据中心碳中和进程外,如今还有许多IDC服务商在数据中心运营模式上进行探索,尝试以不同的方式推进数据中心碳中和进程。

世纪互联在佛山智慧城市数据中心中采用光伏发电+储能的模式,通过削峰填谷,降低数据中心PUE值,为数据中心碳中和提供新思路。

本次讲座上,北京世纪互联宽带数据中心有限公司资深产品经理高昆就从多种角度分析了各类储能技术与数据中心结合的可能性。高昆表示,现阶段已有的储能技术主要有:抽水储能、压缩空气储能、重力储能、熔融盐储能、全钒液流电池(VRB)储能、飞轮储能,以及电化学储能,“针对数据中心行业的特点而言,电化学储能是目前最适合数据中心储能的一种方式,能满足绝大多数数据中心对储能的需求。”高昆指出。

储能站世纪互联佛山智慧城市数据中心储能站

在电化学储能的电池介质中,磷酸铁锂是目前最适合用于储能的介质,世纪互联通过与清华大学能源互联网创新研究院合作研发,利用磷酸铁锂作为主要储能“介质”,将“数据中心+储能系统+光伏”结合,可以将不稳定的光伏电存储,并转换成稳定功率的电能为数据中心提供电力。

除了储能+IDC的新模式外,微软、海兰信选择探索将数据中心部署于水下,利用海水对服务器等IT设备进行降温,大幅降低数据中心PUE;江天数据在江天数据环京大数据产业天津基地数据中心楼顶及外墙体布置光伏发电板,并规划开发大兴水库120MW光伏文旅综合项目,采用光伏+渔业互补的生态模式,探索数据中心运营新模式。

虽然新模式的探索对数据中心碳中和而言可以起到推动作用,但现阶段这些新模式还处于“尝试”阶段。由于锂电池安全性、水下运维难度、设备需定制等诸多问题,新模式若想普及还有很长的一段路要走。

“千里之行始于足下”,随着越来越多企业、机构对新模式的尝试、探索,笔者相信终将有一种,甚至多种模式,推动数据中心碳中和目标的实现。

数据中心碳中和之路“路虽远,行则将至”。

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