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，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也在全球成為大勢所趨。
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，2020年中國數(shù)據(jù)中心IT投資規(guī)模將增長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，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)營方與能源供應(yīng)方均不得不面對的課題。
1、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)容步伐會加快，相關(guān)設(shè)備及服務(wù)的需求也會快速增加。
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，亦拉動了社會對數(shù)據(jù)中心的需求。
公開材料顯示，2019年中國數(shù)據(jù)中心數(shù)量約7.4萬個，約占全球數(shù)據(jù)中心總量的23%。
數(shù)據(jù)顯示，早在2016年，我國數(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年我國數(shù)據(jù)中心總用電量約160TWh，比上海市2018年全社會用電量還多。
2、“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)是我國首個國家級大數(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，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（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，這也是中國第一個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。意見同時鼓勵數(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，購買可再生能源綠色電力證書。
國網(wǎng)冀北電力有限公司（下稱“國網(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_購買電力，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，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，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃籌建時間比傳統(tǒng)發(fā)電廠短很多，可降低投資和監(jiān)管的風(fēng)險。因此，提高可再生能源利用效率可以作為推動數(shù)據(jù)中心綠色化建設(shè)的主要方向。
國網(wǎng)河南綜合能源服務(wù)有限公司運(yùn)營總監(jiān)、中國能源研究會儲能專委會會員劉浩告訴記者，提高新能源對大數(shù)據(jù)中心供電的可靠性，發(fā)展儲能也很有必要。例如，分布式新能源通過儲能可在大數(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，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)。
3、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、能耗檢測與節(jié)能體系不成熟等問題。
如何系統(tǒng)化推動數(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格波動的特性，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、用能成本及可靠性、社會環(huán)境效益等，因此，其節(jié)能減排會變得復(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)的效率會得到提高，能耗成本會實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，同時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)，對園區(qū)的招商引資也具積極促進(jìn)作用。
（來源：中國城市能源周刊，作者：齊琛冏）
擴(kuò)展閱讀：
2019年9月9日，國際環(huán)保組織綠色和平與華北電力大學(xué)聯(lián)合發(fā)布《點(diǎn)亮綠色云端：中國數(shù)據(jù)中心能耗與可再生能源使用潛力研究》報(bào)告（下稱，《報(bào)告》），首次對中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)采購與使用可再生能源的必要性與可行性進(jìn)行了分析。
根據(jù)《報(bào)告》，2018年中國數(shù)據(jù)中心總用電量為1,608.89億千瓦時，占中國全社會用電量的2.35%，超過上海市2018年全社會用電量，后者去年全社會用電量為1,567億千瓦時。照此趨勢預(yù)計(jì)，2023年中國數(shù)據(jù)中心總用電量將達(dá)到2,667.92億千瓦時，2019年-2023年將增長66%，年均增長率將達(dá)到10.64%。
《報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，中國數(shù)據(jù)中心選址大多集中在北京、浙江、江蘇等可再生能源電力占比較低的區(qū)域，行業(yè)目前尚未形成大規(guī)模采購可再生能源電力的趨勢，2018年中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)可再生能源電力使用量占比為23%，低于可再生能源在中國全社會電力消費(fèi)量的占比26.5%。
此外，《報(bào)告》顯示中國數(shù)據(jù)中心幾乎沒有自購可再生能源的行為，行業(yè)目前尚未形成大規(guī)模性采購可再生能源電力的趨勢，而氣候變化、環(huán)境污染、能源成本、品牌效應(yīng)、客戶需求及企業(yè)社會責(zé)任等方面是驅(qū)動中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)采取行動向清潔、低碳用能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的驅(qū)動因素。
以國際上通行的衡量數(shù)據(jù)中心電源使用效率的衡量指標(biāo)PUE（PowerUsageEffectiveness，電源使用效率）為例，是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載使用的能源之比，基準(zhǔn)是2，越接近1表明能效水平越好。
有業(yè)內(nèi)人士曾告訴記者：“工信部早年間就在推動綠色數(shù)據(jù)中心的認(rèn)證等相關(guān)的工作，特別是北上廣等一線城市這樣的數(shù)據(jù)中心的兵家必爭之地，關(guān)于數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵能耗指標(biāo)PUE的要求愈發(fā)嚴(yán)格。對于新建數(shù)據(jù)中心，北京、深圳要求PUE在1.4以下，上海已經(jīng)要求到1.3以下?！?
而2018年全球的數(shù)據(jù)中心的PUE的平均值為1.58，國內(nèi)的平均值為是1.5，足以見得降能耗需求的緊迫性。
有關(guān)這一點(diǎn)，上述《報(bào)告》肯定了中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)在改善PUE方面所做的努力，但也指出，PUE的改善無法反映數(shù)據(jù)中心使用大比例化石能源所帶來的空氣污染與碳排放問題。
2018年全中國數(shù)據(jù)中心使用火電約為1,171.81億千瓦時，造成的主要環(huán)境影響包括煙塵4,687噸，二氧化硫23,436噸，氮氧化物22,264噸，以及9,855萬噸二氧化碳的排放。
由此，《報(bào)告》建議：政府有關(guān)部門應(yīng)擴(kuò)大可再生能源市場化交易機(jī)制試點(diǎn)地區(qū)，讓不同類型、不同規(guī)模的企業(yè)用戶參與可再生能源采購；應(yīng)拓展綠證核發(fā)范圍，降低綠證價格；應(yīng)將數(shù)據(jù)中心可再生能源使用與能耗總量和強(qiáng)度“雙控”目標(biāo)掛鉤，提升部分東部地區(qū)數(shù)據(jù)中心可再生能源的使用量；同時，相關(guān)政策應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)部分新建數(shù)據(jù)中心向可再生能源資源豐富的中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移。
