中國儲能網訊：2020年9月，我國明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標?！半p碳”戰(zhàn)略正式啟動實施。
數據中心作為高載能行業(yè)，在全行業(yè)推進“雙碳”目標落地的過程中，義不容辭。
政策引導行業(yè)發(fā)展
各行業(yè)的發(fā)展都離不開政策的引導，數據中心亦是如此。近兩年來，國家層面出臺的各類與數據中心相關的政策，無不在引導數據中心有序推進碳中和進程。
工信部發(fā)布的《新型數據中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》中提出，要著重引導新型數據中心走高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色低碳發(fā)展道路；《關于加快構建全國一體化大數據中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導意見》指出，2025年，全國范圍內數據中心形成布局合理、綠色集約的基礎設施一體化格局；工信部等六部門發(fā)布的《工業(yè)能效提升行動計劃》明確規(guī)定，到2025年，新建大型、超大型數據中心電能利用效率（PUE）優(yōu)于1.3……….
“以點看面”，各地方政府在全國政策的引導下更是將要求明細化、具體化，對數據中心的PUE值提出了具體要求。山東省工業(yè)和信息化廳發(fā)布關于深化改革創(chuàng)新促進數字經濟高質量發(fā)展的若干措施，文件指出“新建大型以上數據中心PUE低于1.25”；寧夏回族自治區(qū)印發(fā)《寧夏回族自治區(qū)貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發(fā)展實施方案》中指出，到2025年，區(qū)域內數據中心平均運行電能利用效率降到1.2以下……不勝枚舉的各類政策都在推動我國數據中心有序開展碳中和工作。
綜上，從政策層面看，數據中心“減碳”大致可以分為兩類：
“東部地區(qū)”，如北上廣深等一線城市出臺政策，通過限電、土地審批、能評等方式，進一步收緊政策，優(yōu)化區(qū)域內數據中心產業(yè)布局，推進高質量發(fā)展，杜絕數據中心“野蠻生長”；
“西部地區(qū)”，如中衛(wèi)、烏蘭察布、貴安新區(qū)等區(qū)域則出臺政策，依托自身地理環(huán)境、可再生能源應用等優(yōu)勢，加之政策大力扶持，鼓勵、引導數據中心在區(qū)域內有序發(fā)展，推進綠色數據中心建設。
一東一西，通過兩種不盡相同的政策導向，引導數據中心在當地實現(xiàn)高質量、可持續(xù)發(fā)展。
設備降耗
在政策引導下，數據中心行業(yè)也早已開始有條不紊的推進碳中和進程。
從能耗占比角度出發(fā)，IT設備耗能占比超60%，非IT設備能耗占比不到40%。其中，非IT設備能耗中，空調設備能耗占比最大，超過20%。目前數據中心節(jié)能減排技術焦點主要還是集中在制冷系統(tǒng)。
隨著液冷技術的成熟，浸沒式液冷、冷板式液冷、噴淋式液冷等液冷技術越來越多在數據中心中應用。除液冷之外，隨著技術的發(fā)展，近年來數據中心供冷的方式已經從單一的傳統(tǒng)空調機組變得更多樣化，間接蒸發(fā)冷卻、磁懸浮冷機組等新一代制冷方式層出不窮，一種新型制冷系統(tǒng)，甚至多種制冷方式組合的形式，在數據中心中屢見不鮮。由此可見，數據中心制冷系統(tǒng)降耗增效，是現(xiàn)階段數據中心節(jié)能減排的“主戰(zhàn)場”。
除制冷系統(tǒng)外，供配電系統(tǒng)的降耗增效也是現(xiàn)階段行業(yè)內熱議的焦點。眾所周知，電在纜線中傳輸的過程中會產生熱量，同時也會消耗掉部分電能，而“電”作為數據中心不可或缺的唯一能量來源，如何能夠降低“電”在傳輸過程中的損耗，提高“電”在數據中心中的利用效率，同樣成為行業(yè)內關注的焦點。
以現(xiàn)有技術來看，采用HVDC、高壓直流等技術手段可有效降低“電”在傳輸過程中的損耗，因減少了逆變的過程，高壓直流一般可達到96.5%的利用率，甚至更高。
與此同時，在技術不斷發(fā)展的過程中，UPS也成為數據中心供配電廠商競爭爭占的一大市場。華為、維諦、科華、ABB、施耐德等國內外供配電行業(yè)巨頭在此都有相應的產品布局，效率超過97%已經是“高端”UPS業(yè)內的“基本操作”。值得注意的是，在低負載率時，采用模塊化UPS的數據中心效率已超過高壓直流供電。筆者認為，以技術發(fā)展趨勢來看，高頻UPS很可能成為數據中心供配電降耗增效的最優(yōu)解之一。
運營模式轉變
除了在制冷及供配電領域“下功夫”，實現(xiàn)“減碳”以外，在技術發(fā)展的大背景下，數據中心實現(xiàn)碳中和的路徑也越來越多。下文中筆者簡單的盤點了幾個未來數據中心實現(xiàn)碳中和的可行路徑，以供參考。
儲能+IDC
科技一般指科學技術。社會上習慣于把科學和技術連在一起，統(tǒng)稱為科學技術，簡稱科技。實際二者既有密切聯(lián)系，又有重要區(qū)別。
實際二者既有密切聯(lián)系，又有重要區(qū)別?？茖W解決理論問題，技術解決實際問題。
應用可再生能源是數據中心從根源上杜絕“碳”的方式之一，但以現(xiàn)階段技術來看，可再生能源并不穩(wěn)定獲取，這時如果能在可再生能源充沛時存儲起來，缺乏時釋放用以數據中心供電，則可解決可再生能源不穩(wěn)定的缺點。
另一方面，當能源“過于”充沛時，數據中心還可對外“輸出”電力，完成需求側響應，以提高電網的穩(wěn)定性。
儲能+IDC的運營模式現(xiàn)階段主要面臨的問題是儲能介質的選擇。目前主要儲能方式還是電化學儲能，即用磷酸鐵鋰電池儲能，相當于給數據中心額外安裝了一個“充電寶”，不過磷酸鐵鋰電池儲能的缺點也顯而易見——穩(wěn)定性不強，一旦失火，幾乎不可被撲滅。
縱觀行業(yè)，現(xiàn)在除鋰電池儲能以外，行業(yè)內還在氫儲能等方面進行研發(fā)。暢享未來，隨著技術的發(fā)展，當大規(guī)模儲能+IDC的運營模式應用逐步成熟之時，數據中心不但可以利用儲能實現(xiàn)自身真正的“零碳”，還可以通過“對外輸出”的方式，在幫助電網實現(xiàn)平穩(wěn)運行的同時，實現(xiàn)盈利（現(xiàn)階段已有多份政策性文件鼓勵企業(yè)完成需求側響應，并以較高的電費作為獎勵）。
余熱回收
數據中心在運行過程中，IT設備會產生大量的余熱，利用熱泵技術將數據中心余熱回收再利用，在數據中心中已有不少應用案例，且前景廣闊。據粗略統(tǒng)計，我國北方地區(qū)數據中心的可回收余熱總量約 10GW，理論上可支持3億平方米建筑供暖。
目前也已有包括阿里巴巴千島湖數據中心、騰訊天津數據中心、中國電信重慶云計算基地、萬國數據北京三號數據中心，以及UCloud優(yōu)刻得烏蘭察布云計算中心等在內的多家數據中心應用了余熱回收技術，為數據中心內部及周邊地區(qū)供熱。
據UCloud提供數據顯示，UCloud優(yōu)刻得烏蘭察布云計算中心項目每年可回收廢熱78000GJ，每年減少二氧化碳排放7380噸，相當于種植了40萬棵樹；騰訊天津數據中心，據統(tǒng)計，其一期余熱回收項目，每年也可減少能耗標煤達525噸，相當于減少1310噸二氧化碳排放量，等效于種植7.2萬棵樹。通過數據可以看出，利用余熱回收技術可實現(xiàn)的節(jié)能減排的體量，非?？捎^。
除此之外，國際上應用余熱回收技術的案例也屢見不鮮，早在2010年，歐美地區(qū)就有國家開始回收數據中心余熱用于市政供暖，特別是氣候較冷的北歐國家，如瑞典、丹麥、芬蘭等國，其余熱回收利用產業(yè)鏈完整，擁有專業(yè)從事數據中心余熱回收的節(jié)能服務公司，在取熱效果、熱能輸送等方面具有全球領先的技術，已展現(xiàn)出良好的經濟效益，甚至對于部分IDC企業(yè)來說，對外出售“余熱”成為了公司固定營收來源之一。以聯(lián)合愛迪生公司為例，公司1.2 mw數據中心產生的余熱可帶來每年超過35萬美元的收入，幫助數據中心平攤了部分運營成本。
不過現(xiàn)階段數據中心余熱回收還有不少需要亟待解決的問題，例如，傳統(tǒng)數據中心產生的余熱一般屬于低品位的余熱，余熱介質為氣體，不利于收集；余熱回收設備建設成本較高，對于本已是重資產的數據中心而言，初期投入成本高；尚未形成完善的余熱出售體系等。
不過筆者相信，在新政策的引導下，隨著液冷技術等新一代制冷技術在數據中心大規(guī)模應用（液體介質相較于氣體更好進行余熱回收）、建設成本不斷優(yōu)化，余熱再利用場景的增加，以及余熱回收技術的迭代，數據中心余熱回收將推進數據中心“廢熱”變“負碳”。
水下數據中心
前文提過，數據中心制冷占數據中心耗能超20%，如果可以將數據中心部署于水下，利用海水的溫度帶走數據中心產生的熱量的話，將大幅降低數據中心能耗，有利于數據中心降低PUE值。不僅于此，放置于水下的數據中心還可避免因人為引發(fā)的數據中心事故（據統(tǒng)計,數據中心有70%左右的事故都是人為因素造成的），大幅提升數據中心的穩(wěn)定性。
以現(xiàn)有案例來看，國內外均有IDC服務商在探索將數據中心放置在水下的可能性。早在2014年，微軟就首次提出了水下數據中心概念；2015年微軟通過為期105天的實驗，證實水下數據中心可行；2018年，微軟將一個數據中心部署在蘇格蘭北部海底；2020年，經過2年的試運行后，微軟將該數據中心打撈上來，并進行評估后得出：水下數據中心的服務器故障率比傳統(tǒng)數據中心更低。
國內，海蘭信率先提出UDC概念，并總結出了海底數據中心三大優(yōu)勢：
第一，UDC由于放置于海底且內部充至的為惰性氣體，因此不存在發(fā)生火災的要素；
第二，UDC在水下位置隱秘，無法被外界精確定位；
第三，通過對UDC24小時不間斷的監(jiān)測，可以有效避免數據中心被破壞及滲透的可能性。
水下數據中心無論在節(jié)能減排，還是安全性方面，都有著其特殊的優(yōu)勢。不過水下數據中心受地理因素影響較大（需要靠海建設），筆者認為，以現(xiàn)有網絡基礎條件來看，布局在水下的數據中心僅適合面向沿海城市的熱數據的計算、溫冷數據的存儲，以及機器學習、視頻渲染等對延遲要求低的用戶。
水下數據中心尚處于“萌芽期”，兩大服務商在水下數據中心方面的探索也為未來數據中心在碳中和的道路提供了些許參考及借鑒。
無論是現(xiàn)有的節(jié)能減排技術應用，還是未來可能成為主流的眾多新型數據中心運營模式，目前主要需要面臨的問題有兩個。
一方面，諸如液冷、水下數據中心運維、儲能等技術層面還有待不斷提升，不斷優(yōu)化解決方案，在數據中心應用尚處于技術發(fā)展期。
另一方面，數據中心作為對技術相對保守的行業(yè)，用戶最關注的還是數據的安全，以及業(yè)務的流暢度，其對于技術創(chuàng)新還需要長時間、多成功案例的數據中心來提升用戶對于新技術、新運營方式的“認可”。這其中也避免不了“試錯”的過程。
