廣州棠下數(shù)據(jù)中心機(jī)房。 江迪 攝
“雙碳”目標(biāo)提出以來，我國各行各業(yè)都在探索進(jìn)行低碳轉(zhuǎn)型。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的“底座”迅速蓬勃發(fā)展，能耗值已相當(dāng)于湖南全省用電量，節(jié)能降耗居高不下，日益成為新型產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展的典型突出問題。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展，數(shù)據(jù)中心不僅要突破節(jié)能降耗瓶頸，也要能適應(yīng)新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)，并承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)柔性調(diào)節(jié)的重任。新形勢下，數(shù)據(jù)中心與新型電力系統(tǒng)，必須協(xié)同發(fā)展。
數(shù)據(jù)中心與新型電力系統(tǒng)相輔相成
作為未來經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，我國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)穩(wěn)步增長。中國信息通信研究院《數(shù)據(jù)中心白皮書(2022年)》數(shù)據(jù)顯示，2021年我國在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架同比增長29.6%，達(dá)520萬架；市場收入達(dá)1500億元，近三年年均復(fù)合增速達(dá)30.69%。研究人員預(yù)計(jì)，2025年我國數(shù)據(jù)中心市場收入有望超4000億元。
高速發(fā)展的數(shù)據(jù)中心行業(yè)也面臨嚴(yán)峻的能耗挑戰(zhàn)。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院統(tǒng)計(jì)，2021年全國數(shù)據(jù)中心能耗達(dá)到2166億千瓦時(shí)，約占當(dāng)年全國總用電量的2.6%，相當(dāng)于湖南省全年用電量。
“雙碳”目標(biāo)下，國家對數(shù)據(jù)中心和與之息息相關(guān)的電力行業(yè)提出了新的發(fā)展要求。2021年11月，國家發(fā)改委等部門印發(fā)《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》，從節(jié)能技術(shù)、綠色用能等方面對數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展作出明確要求；2022年5月，國家發(fā)改委、國家能源局《關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》明確，要加快構(gòu)建適應(yīng)新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)中心的發(fā)展與新型電力系統(tǒng)的建設(shè)相輔相成。一方面，數(shù)據(jù)中心需適應(yīng)新能源占比逐步提高的新型電力系統(tǒng)，并通過購買綠電、自建分布式發(fā)電等方式提升綠色用能比例；另一方面，數(shù)據(jù)中心可結(jié)合自身的用電屬性挖掘負(fù)荷釋放潛力，參與電力輔助服務(wù)或需求響應(yīng)市場，助力電力系統(tǒng)柔性調(diào)節(jié)和可再生能源有效消納。
有電網(wǎng)企業(yè)正積極構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，并在數(shù)據(jù)中心建設(shè)上助力。例如，廣東電網(wǎng)公司廣州供電局不斷加快多站融合超低能耗IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)示范點(diǎn)建設(shè)，推進(jìn)數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打造具有廣州特色的特大城市新型電力系統(tǒng)。
電、碳市場助力綠色用能
近年來，數(shù)據(jù)中心行業(yè)已在探索開展綠電市場化交易。2021年9月，南方電網(wǎng)公司與國家電網(wǎng)公司聯(lián)合組織召開綠色電力交易試點(diǎn)啟動會，騰訊公司于會上簽訂了風(fēng)電采購協(xié)議，騰訊深汕數(shù)據(jù)中心成為參與國家組織的綠色電力交易的首批市場主體。隨著適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的電力市場體系逐步建立完善，綠電交易將成為數(shù)據(jù)中心用能綠色化的重要手段。
此外，全國碳市場已啟動一周年，各地也逐步探索擴(kuò)大覆蓋范圍，廣東已明確計(jì)劃將數(shù)據(jù)中心行業(yè)納入廣東碳市場。在地方的探索推動下，碳交易將成為數(shù)據(jù)中心以市場化途徑實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的重要方式。在廣州，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)能夠在電力市場上通過綠電交易提高清潔用能占比，挖掘負(fù)荷釋放空間。不久后還可通過碳交易降低碳排放，建立碳賬戶，獲得綠色金融支持。
目前，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心在碳排放監(jiān)測方面仍有空白，可試點(diǎn)建立數(shù)據(jù)中心碳排放監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)體系，包括總量指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)、交易指標(biāo)等，實(shí)時(shí)監(jiān)控識別風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和異常點(diǎn)，為碳排放監(jiān)管提供量化數(shù)據(jù)參考，為數(shù)據(jù)中心行業(yè)進(jìn)入碳市場建立技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。
2021年5月，《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》印發(fā)，全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)的建設(shè)和數(shù)據(jù)中心集群的發(fā)展為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗提供了新的機(jī)遇。在國家“東數(shù)西算”工程建設(shè)下，未來數(shù)據(jù)中心集群可通過參與綠電交易和碳交易，探索新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降耗的規(guī)模化和示范化。
“可再生能源+儲能”提高能效
根據(jù)國家發(fā)改委指導(dǎo)意見，數(shù)據(jù)中心綜合節(jié)能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系不僅包括傳統(tǒng)的電能使用效率標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)包括可再生能源利用率等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)清潔能源、儲能等多類型節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的集成應(yīng)用。
可再生能源利用方面，除了采購綠電，就近開發(fā)分布式可再生能源和集中式新能源電站，直供數(shù)據(jù)中心的用能，也是另一個(gè)重要途徑。根據(jù)近年來的探索驗(yàn)證，“可再生能源+儲能”“源網(wǎng)荷儲一體化”均為行之有效的用能模式。
結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，業(yè)內(nèi)建議優(yōu)先最大限度就近開發(fā)優(yōu)質(zhì)風(fēng)、光資源，特別是分布式、小型化的風(fēng)光發(fā)電，大力推進(jìn)可再生能源在用戶側(cè)就近利用，包括在數(shù)據(jù)中心園區(qū)和屋頂建設(shè)分布式光伏電站，有條件的可在周邊建設(shè)大型光伏、風(fēng)電或其他新能源電站，實(shí)現(xiàn)自發(fā)綠電直供。
為滿足數(shù)據(jù)中心持續(xù)穩(wěn)定供電的需求，應(yīng)對可再生能源發(fā)電的間歇性和波動性，可探索利用鋰電池、飛輪儲能等多元化儲能手段，在數(shù)據(jù)中心的能耗規(guī)模與用能標(biāo)準(zhǔn)下，充分發(fā)揮儲能效益。通過可再生能源配套儲能，數(shù)據(jù)中心在保障自身綠色電力穩(wěn)定供應(yīng)的同時(shí)，也可參與電力輔助服務(wù)或需求響應(yīng)市場“反哺”電力系統(tǒng)。
高效制冷助力節(jié)能降耗
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中，制冷系統(tǒng)能耗約占總能耗的40%。在機(jī)架不斷增加、數(shù)據(jù)存儲和運(yùn)算需求不斷攀升的情況下，發(fā)展高效的制冷技術(shù)是綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)亟待解決的問題。
目前國內(nèi)應(yīng)用較廣的冷卻技術(shù)包括自然冷源、高效空調(diào)、優(yōu)化氣流組織、蓄冷等，更高效的制冷技術(shù)包括液冷、冷熱通道、新型末端制冷等。業(yè)界認(rèn)為，浸沒式液冷技術(shù)是未來數(shù)據(jù)中心節(jié)能制冷的重要發(fā)展方向，尤其可應(yīng)對南方高溫高濕環(huán)境無法高效利用自然冷源的問題。
研究表明，液冷技術(shù)能有效解決高功率芯片的散熱問題，可降低數(shù)據(jù)中心約30%的能耗。另外，相比其他制冷技術(shù)，其對余熱利用有更大的優(yōu)勢。液冷系統(tǒng)的出水溫度普遍達(dá)40℃以上，其余熱品位高于傳統(tǒng)制冷技術(shù)，且能抓取所釋放的大部分熱量，能為數(shù)據(jù)中心園區(qū)或其他用戶供熱。
未來，智能化和自動化是數(shù)據(jù)中心等新基建發(fā)展的必然趨勢?；诤Ａ康膫鞲衅鲾?shù)據(jù)，中心能根據(jù)實(shí)時(shí)溫濕度、用電負(fù)荷等實(shí)現(xiàn)自然冷源、聯(lián)合供冷等多種制冷模式的實(shí)時(shí)自動切換。此外，智能化數(shù)據(jù)中心還能優(yōu)化預(yù)測運(yùn)行能耗并選擇最優(yōu)用能方案，實(shí)現(xiàn)全壽命周期智慧節(jié)能。
(作者吳瓊 單位：廣東電網(wǎng)公司廣州供電局)
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