“双碳”提出两年，数据中心“减碳”举措有哪些？

2020年9月，我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。“双碳”战略正式启动实施。
　　
　　数据中心作为高载能行业，在全行业推进“双碳”目标落地的过程中，义不容辞。
　　
　　政策引导行业发展
　　
　　各行业的发展都离不开政策的引导，数据中心亦是如此。近两年来，国家层面出台的各类与数据中心相关的政策，无不在引导数据中心有序推进碳中和进程。
　　
　　工信部发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》中提出，要着重引导新型数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色低碳发展道路；《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》指出，2025年，全国范围内数据中心形成布局合理、绿色集约的基础设施一体化格局；工信部等六部门发布的《工业能效提升行动计划》明确规定，到2025年，新建大型、超大型数据中心电能利用效率（PUE）优于1.3……….
　　
　　“以点看面”，各地方政府在全国政策的引导下更是将要求明细化、具体化，对数据中心的PUE值提出了具体要求。山东省工业和信息化厅发布关于深化改革创新促进数字经济高质量发展的若干措施，文件指出“新建大型以上数据中心PUE低于1.25”；宁夏回族自治区印发《宁夏回族自治区贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》中指出，到2025年，区域内数据中心平均运行电能利用效率降到1.2以下……不胜枚举的各类政策都在推动我国数据中心有序开展碳中和工作。
　　
　　综上，从政策层面看，数据中心“减碳”大致可以分为两类，“东部地区”，如北上广深等一线城市出台政策，通过限电、土地审批、能评等方式，进一步收紧政策，优化区域内数据中心产业布局，推进高质量发展，杜绝数据中心“野蛮生长”；
　　
　　“西部地区”如中卫、乌兰察布、贵安新区等区域则出台政策，依托自身地理环境、可再生能源应用等优势，加之政策大力扶持，鼓励、引导数据中心在区域内有序发展，推进绿色数据中心建设。
　　
　　一东一西，通过两种不尽相同的政策导向，引导数据中心在当地实现高质量、可持续发展。
　　
　　设备降耗
　　
　　在政策引导下，数据中心行业也早已开始有条不紊的推进碳中和进程。
　　
　　从能耗占比角度出发，IT设备耗能占比超60%，非IT设备能耗占比不到40%。其中，非IT设备能耗中，空调设备能耗占比最大，超过20%。目前数据中心节能减排技术焦点主要还是集中在制冷系统。
　　
　　随着液冷技术的成熟，浸没式液冷、冷板式液冷、喷淋式液冷等液冷技术越来越多在数据中心中应用。除液冷之外，随着技术的发展，近年来数据中心供冷的方式已经从单一的传统空调机组变得更多样化，间接蒸发冷却、磁悬浮冷机组等新一代制冷方式层出不穷，一种新型制冷系统，甚至多种制冷方式组合的形式，在数据中心中屡见不鲜。由此可见，数据中心制冷系统降耗增效，是现阶段数据中心节能减排的“主战场”。
　　
　　除制冷系统外，供配电系统的降耗增效也是现阶段行业内热议的焦点。众所周知，电在缆线中传输的过程中会产生热量，同时也会消耗掉部分电能，而“电”作为数据中心不可或缺的唯一能量来源，如何能够降低“电”在传输过程中的损耗，提高“电”在数据中心中的利用效率，同样成为行业内关注的焦点。
　　
　　以现有技术来看，采用HVDC、高压直流等技术手段可有效降低“电”在传输过程中的损耗，因减少了逆变的过程，高压直流一般可达到96.5%的利用率，甚至更高。
　　
　　与此同时，在技术不断发展的过程中，UPS也成为数据中心供配电厂商竞争争占的一大市场。华为、维谛、科华、ABB、施耐德等国内外供配电行业巨头在此都有相应的产品布局，效率超过97%已经是“高端”UPS业内的“基本操作”。值得注意的是，在低负载率时，采用模块化UPS的数据中心效率已超过高压直流供电。笔者认为，以技术发展趋势来看，高频UPS很可能成为数据中心供配电降耗增效的最优解之一。
　　
　　运营模式转变
　　
　　除了在制冷及供配电领域“下功夫”，实现“减碳”以外，在技术发展的大背景下，数据中心实现碳中和的路径也越来越多。下文中笔者简单的盘点了几个未来数据中心实现碳中和的可行路径，以供参考。
　　
　　储能+IDC
　　
　　应用可再生能源是数据中心从根源上杜绝“碳”的方式之一，但以现阶段技术来看，可再生能源并不稳定获取，这时如果能在可再生能源充沛时存储起来，缺乏时释放用以数据中心供电，则可解决可再生能源不稳定的缺点。
　　
　　另一方面，当能源“过于”充沛时，数据中心还可对外“输出”电力，完成需求侧响应，以提高电网的稳定性。
　　
　　储能+IDC的运营模式现阶段主要面临的问题是储能介质的选择。目前主要储能方式还是电化学储能，即用磷酸铁锂电池储能，相当于给数据中心额外安装了一个“充电宝”，不过磷酸铁锂电池储能的缺点也显而易见——稳定性不强，一旦失火，几乎不可被扑灭。
　　
　　纵观行业，现在除锂电池储能以外，行业内还在氢储能等方面进行研发。畅享未来，随着技术的发展，当大规模储能+IDC的运营模式应用逐步成熟之时，数据中心不但可以利用储能实现自身真正的“零碳”，还可以通过“对外输出”的方式，在帮助电网实现平稳运行的同时，实现盈利（现阶段已有多份政策性文件鼓励企业完成需求侧响应，并以较高的电费作为奖励）。
　　
　　余热回收
　　
　　数据中心在运行过程中，IT设备会产生大量的余热，利用热泵技术将数据中心余热回收再利用，在数据中心中已有不少应用案例，且前景广阔。据粗略统计，我国北方地区数据中心的可回收余热总量约10GW，理论上可支持3亿平方米建筑供暖。
　　
　　目前也已有包括阿里巴巴千岛湖数据中心、腾讯天津数据中心、中国电信重庆云计算基地、万国数据北京三号数据中心，以及UCloud优刻得乌兰察布云计算中心等在内的多家数据中心应用了余热回收技术，为数据中心内部及周边地区供热。
　　
　　据UCloud提供数据显示，UCloud优刻得乌兰察布云计算中心项目每年可回收废热78000GJ，每年减少二氧化碳排放7380吨，相当于种植了40万棵树；腾讯天津数据中心，据统计，其一期余热回收项目，每年也可减少能耗标煤达525吨，相当于减少1310吨二氧化碳排放量，等效于种植7.2万棵树。通过数据可以看出，利用余热回收技术可实现的节能减排的体量，非常可观。
　　
　　除此之外，国际上应用余热回收技术的案例也屡见不鲜，早在2010年，欧美地区就有国家开始回收数据中心余热用于市政供暖，特别是气候较冷的北欧国家，如瑞典、丹麦、芬兰等国，其余热回收利用产业链完整，拥有专业从事数据中心余热回收的节能服务公司，在取热效果、热能输送等方面具有全球领先的技术，已展现出良好的经济效益，甚至对于部分IDC企业来说，对外出售“余热”成为了公司固定营收来源之一。以联合爱迪生公司为例，公司1.2mw数据中心产生的余热可带来每年超过35万美元的收入，帮助数据中心平摊了部分运营成本。
　　
　　不过现阶段数据中心余热回收还有不少需要亟待解决的问题，例如，传统数据中心产生的余热一般属于低品位的余热，余热介质为气体，不利于收集；余热回收设备建设成本较高，对于本已是重资产的数据中心而言，初期投入成本高；尚未形成完善的余热出售体系等。
　　
　　不过笔者相信，在新政策的引导下，随着液冷技术等新一代制冷技术在数据中心大规模应用（液体介质相较于气体更好进行余热回收）、建设成本不断优化，余热再利用场景的增加，以及余热回收技术的迭代，数据中心余热回收将推进数据中心“废热”变“负碳”。
　　
　　水下数据中心
　　
　　前文提过，数据中心制冷占数据中心耗能超20%，如果可以将数据中心部署于水下，利用海水的温度带走数据中心产生的热量的话，将大幅降低数据中心能耗，有利于数据中心降低PUE值。不仅于此，放置于水下的数据中心还可避免因人为引发的数据中心事故（据统计,数据中心有70%左右的事故都是人为因素造成的），大幅提升数据中心的稳定性。
　　
　　以现有案例来看，国内外均有IDC服务商在探索将数据中心放置在水下的可能性。早在2014年，微软就首次提出了水下数据中心概念；2015年微软通过为期105天的实验，证实水下数据中心可行；2018年，微软将一个数据中心部署在苏格兰北部海底；2020年，经过2年的试运行后，微软将该数据中心打捞上来，并进行评估后得出：水下数据中心的服务器故障率比传统数据中心更低。
　　
　　国内，海兰信率先提出UDC概念，并总结出了海底数据中心三大优势：
　　
　　第一，UDC由于放置于海底且内部充至的为惰性气体，因此不存在发生火灾的要素；
　　
　　第二，UDC在水下位置隐秘，无法被外界精确定位；
　　
　　第三，通过对UDC24小时不间断的监测，可以有效避免数据中心被破坏及渗透的可能性。
　　
　　水下数据中心无论在节能减排，还是安全性方面，都有着其特殊的优势。不过水下数据中心受地理因素影响较大（需要靠海建设），笔者认为，以现有网络基础条件来看，布局在水下的数据中心仅适合面向沿海城市的热数据的计算、温冷数据的存储，以及机器学习、视频渲染等对延迟要求低的用户。
　　
　　水下数据中心尚处于“萌芽期”，两大服务商在水下数据中心方面的探索也为未来数据中心在碳中和的道路提供了些许参考及借鉴。
　　
　　无论是现有的节能减排技术应用，还是未来可能成为主流的众多新型数据中心运营模式，目前主要需要面临的问题有两个。
　　
　　一方面，诸如液冷、水下数据中心运维、储能等技术层面还有待不断提升，不断优化解决方案，在数据中心应用尚处于技术发展期。
　　
　　另一方面，数据中心作为对技术相对保守的行业，用户最关注的还是数据的安全，以及业务的流畅度，其对于技术创新还需要长时间、多成功案例的数据中心来提升用户对于新技术、新运营方式的“认可”。这其中也避免不了“试错”的过程。
　　
　　“千里之行始于足下”，在政策的引导下，伴随着技术的迭代，数据中心行业定能有序推进碳中和进程。为了更好地探索数据中心碳中和进程，推进零碳数据中心建设，于12月召开的第十七届中国IDC产业年度大典（IDCC2022）特设“零碳数据中心论坛”，论坛将邀请业内专家学者、领军企业代表、行业精英等，从多个角度共话当前减碳实践与成就，分析实现“零碳”将遇到的挑战，并探讨相应解决方案，探索有效路径，进而为零碳数据中心的建设提供思路，推动数据中心可持续发展。
　　
　　编辑：Harris