數(shù)據(jù)中心如何擺脫“能耗巨獸”魔咒

　　近日，風(fēng)頭正勁的“新基建”將大數(shù)據(jù)中心（以下統(tǒng)稱“數(shù)據(jù)中心”）納入其中。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也在全球成為大勢(shì)所趨。

　　據(jù)悉，這是近年來，數(shù)據(jù)中心首次被中央政府列為“加快建設(shè)”的基礎(chǔ)設(shè)施條目。據(jù)預(yù)測(cè)，2020年中國(guó)數(shù)據(jù)中心IT投資規(guī)模將增長(zhǎng)12.7%，超過4100億元，而到2025年，這一投資規(guī)模將超過7000億元。

　　然而數(shù)據(jù)中心建設(shè)在加速發(fā)展的同時(shí)，帶來的高能耗問題亦不容忽視。因能耗巨大，數(shù)據(jù)中心被公認(rèn)為“不冒煙的鋼廠”“能耗巨獸”。數(shù)據(jù)中心的能源使用與節(jié)能降耗成為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)方與能源供應(yīng)方均不得不面對(duì)的課題。

　　建設(shè)提速

　　信息“諾亞方舟”成“能耗巨獸”

　　數(shù)據(jù)中心，被比喻為海量信息時(shí)代的“諾亞方舟”。行業(yè)人士認(rèn)為，隨著“新基建”的推進(jìn)，無論是公有云還是私有云，建設(shè)都將提速，數(shù)據(jù)中心新建和擴(kuò)容步伐會(huì)加快，相關(guān)設(shè)備及服務(wù)的需求也會(huì)快速增加。

　　云計(jì)算之外，“新基建”名單中的其他“兄弟”——5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興領(lǐng)域技術(shù)飛速進(jìn)步，亦拉動(dòng)了社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求。

　　公開材料顯示，2019年中國(guó)數(shù)據(jù)中心數(shù)量約7.4萬個(gè)，約占全球數(shù)據(jù)中心總量的23%。

　　互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展、智慧城市的推進(jìn)使得萬物數(shù)據(jù)化，數(shù)據(jù)量和計(jì)算量呈指數(shù)級(jí)爆發(fā)，但從全國(guó)的角度看，為“計(jì)算”而付出的電量增長(zhǎng)同樣驚人。

　　數(shù)據(jù)顯示，早在2016年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的耗電量就已超過三峽大壩的年發(fā)電量，而到2017年，數(shù)據(jù)中心總耗電量超過三峽大壩和葛洲壩電廠發(fā)電量之和。華北電力大學(xué)2018年發(fā)布的《點(diǎn)亮綠色云端：中國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗與可再生能源使用潛力研究》報(bào)告顯示，2018年我國(guó)數(shù)據(jù)中心總用電量約160TWh，比上海市2018年全社會(huì)用電量還多。

　　清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院助理研究員王永真介紹，數(shù)據(jù)中心的能耗主要分IT設(shè)備及系統(tǒng)、空調(diào)散熱系統(tǒng)、照明設(shè)備等三個(gè)部分，且能耗強(qiáng)度很高，是常規(guī)辦公大樓的數(shù)十倍以上。

　　為減少高能耗，提高空氣質(zhì)量，在全國(guó)興建數(shù)據(jù)中心的浪潮中，北京、上海等城市卻開始“減速”，控制和規(guī)范數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。北京市于2018年發(fā)布文件，要求中心城區(qū)全面禁止新建和擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心，上海則嚴(yán)格控制新建數(shù)據(jù)中心，確有必要建設(shè)的，必須確保綠色節(jié)能。

　　中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院等單位發(fā)布的《綠色數(shù)據(jù)中心白皮書2019》（下稱“白皮書”）指出，中國(guó)的數(shù)據(jù)中心能耗總量高速增長(zhǎng)，明顯高于世界平均水平。隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模越來越大、數(shù)量越來越多，耗電量出現(xiàn)激增。數(shù)據(jù)中心的高能耗，不僅給企業(yè)帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，也造成了全社會(huì)能源的巨大浪費(fèi)。

　　“綠電”普及，促可再生能源消納

　　與數(shù)據(jù)中心降本兼得

　　就像電腦需要散熱一樣，數(shù)據(jù)中心需要大量能源用來冷卻。據(jù)悉，冷卻部分的用能占到非核心設(shè)施用能的60%以上。

　　因此，常年溫度涼爽偏低、可再生能源豐富的地區(qū)備受各大數(shù)據(jù)中心青睞，并且已有了不少成功案例。

　　貴州省貴安新區(qū)是我國(guó)首個(gè)國(guó)家級(jí)大數(shù)據(jù)綜合試驗(yàn)區(qū)，其吸引了谷歌、阿里巴巴、騰訊等近300個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)目入駐。

　　據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院分析，“電夠便宜”是貴安新區(qū)吸引數(shù)據(jù)中心落地的原因之一。貴州省是“西電東送”的主要省份，電力資源豐富。該省比其他省份便宜一半以上的電價(jià)，可解決數(shù)據(jù)中心耗電量大的痛點(diǎn)。2019年12月，蘋果iCloud中國(guó)（貴安）數(shù)據(jù)中心正式通電，據(jù)了解，該中心將采用100%可再生清潔能源供電，這也是中國(guó)第一個(gè)100%使用可再生能源的數(shù)據(jù)中心。

　　為兼顧數(shù)據(jù)中心用能和新能源消納雙重需求，2019年，國(guó)家工信部等三部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》（下稱“意見”）提出，到2022年，數(shù)據(jù)中心平均能耗基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，水資源利用效率和清潔能源應(yīng)用比例大幅提升。意見同時(shí)鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心直接與可再生能源發(fā)電企業(yè)開展電力交易，購(gòu)買可再生能源綠色電力證書。

　　國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司（下稱“國(guó)網(wǎng)冀北電力”）相關(guān)負(fù)責(zé)人向記者介紹，位于河北張家口的阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心就通過當(dāng)?shù)氐目稍偕茉措娏灰灼脚_(tái)購(gòu)買電力，促進(jìn)可再生能源就近消納，降低了企業(yè)用能成本。

　　然而王永真表示，數(shù)據(jù)中心幾乎需要全年不間斷運(yùn)行，對(duì)電能、冷能供應(yīng)的穩(wěn)定性要求極高。

　　可再生能源則具有間歇不穩(wěn)定的特點(diǎn)，其是否可以滿足數(shù)據(jù)中心的用能需求？對(duì)此，白皮書指出，數(shù)據(jù)中心使用可再生能源不無裨益。

　　例如，可再生能源發(fā)電是高度模塊化的，可以通過逐漸增加發(fā)電容量來匹配負(fù)載的增長(zhǎng)，這就減少了數(shù)據(jù)中心因電力系統(tǒng)超額配置導(dǎo)致的損失。同時(shí)，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃籌建時(shí)間比傳統(tǒng)發(fā)電廠短很多，可降低投資和監(jiān)管的風(fēng)險(xiǎn)。因此，提高可再生能源利用效率可以作為推動(dòng)數(shù)據(jù)中心綠色化建設(shè)的主要方向。

　　國(guó)網(wǎng)河南綜合能源服務(wù)有限公司運(yùn)營(yíng)總監(jiān)、中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)會(huì)員劉浩告訴記者，提高新能源對(duì)大數(shù)據(jù)中心供電的可靠性，發(fā)展儲(chǔ)能也很有必要。例如，分布式新能源通過儲(chǔ)能可在大數(shù)據(jù)中心就近消納。

　　和以上地區(qū)相比，沒有涼爽、低成本可再生能源等明顯優(yōu)勢(shì)，但位于用戶中心的北京、上海、粵港澳大灣區(qū)等地的數(shù)據(jù)中心又該選擇怎樣的能源供應(yīng)模式？

　　對(duì)此，王永真分析，從綜合能源系統(tǒng)效率上來講，天然氣冷熱電聯(lián)供效率高，且系統(tǒng)輸出的熱電比特別適合數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷特征，能夠提高供能系統(tǒng)的設(shè)備利用率。因此，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源稟賦，因地制宜，合理構(gòu)建基于天然氣聯(lián)供的數(shù)據(jù)中心多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)。

　　問題諸多，兼顧“產(chǎn)消”的

　　綜合能源系統(tǒng)亟待構(gòu)建

　　據(jù)了解，數(shù)據(jù)中心的能耗相對(duì)于其他的建筑能耗有其自身特殊性，耗能設(shè)備的種類繁多、專業(yè)性強(qiáng)，其節(jié)能是一項(xiàng)多專業(yè)綜合的系統(tǒng)工程。

　　白皮書指出，我國(guó)的數(shù)據(jù)中心存在能效管控技術(shù)不完善、能耗統(tǒng)計(jì)指標(biāo)不細(xì)化、能耗預(yù)警機(jī)制不健全、能耗檢測(cè)與節(jié)能體系不成熟等問題。

　　如何系統(tǒng)化推動(dòng)數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)的優(yōu)化，進(jìn)而節(jié)能減排？王永真建議，對(duì)有條件的地區(qū)，首先要考慮做好基于“產(chǎn)消者”視角的數(shù)據(jù)中心綜合能源系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)。

　　“數(shù)據(jù)中心完全可以被看成具有能源生產(chǎn)和消費(fèi)雙重身份的‘產(chǎn)消者’”。他具體解釋道，一方面，作為能源消費(fèi)者，數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的首要任務(wù)就是負(fù)荷側(cè)能耗的降低。具體措施包括采用更節(jié)能的機(jī)架、服務(wù)器及運(yùn)行策略、配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化，甚至自然或免費(fèi)冷源的使用等。另一方面，作為能源生產(chǎn)者，數(shù)據(jù)中心也可以供能，比如用熱泵技術(shù)回收數(shù)據(jù)中心大量的低品位余熱，用于周邊建筑的采暖、生活熱水供應(yīng)或泳池加熱，不僅節(jié)省建筑采暖費(fèi)用，還能夠降低數(shù)據(jù)中心散熱能耗。

　　王永真進(jìn)一步介紹，數(shù)據(jù)中心作為“產(chǎn)消者”，其頂層規(guī)劃既要考慮自身能效的提升，又要考慮上下游能源的供應(yīng)和需求，例如，上游能源資源功率和價(jià)格波動(dòng)的特性，能夠利用的能源種類、數(shù)量等；下游要考慮負(fù)荷的種類、波動(dòng)、用能成本及可靠性、社會(huì)環(huán)境效益等，因此，其節(jié)能減排會(huì)變得復(fù)雜。但是從全局優(yōu)化的角度看，數(shù)據(jù)中心綜合能源系統(tǒng)的效率會(huì)得到提高，能耗成本會(huì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，同時(shí)能夠與周邊能源供應(yīng)與消費(fèi)的上下游實(shí)現(xiàn)共贏。

　　因此，他建議將數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)的規(guī)劃提前納入所在園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的一體化建設(shè)規(guī)劃，統(tǒng)一施策，這樣不僅有利于提供更加優(yōu)質(zhì)的綜合能源服務(wù)，對(duì)園區(qū)的招商引資也具積極促進(jìn)作用。（■本報(bào)實(shí)習(xí)記者 齊琛冏）