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数据中心节能现状及发展
来源: | 作者:空调节电 | 发布时间: 2022-04-22 | 91 次浏览 | 分享到:
“截至2021年底,中国在运营IDC机柜数量216.9万架”,在4月7日举行的“算力基础设施绿色化转型”研讨会上,科智咨询研究总监张福林在对《2021—2022年中国IDC行业发展研究报告》解读时公布了我国数据中心规模的最新统计数据。


伴随着数字经济的发展,这一数据在快速增长,为急剧增长的算力需求提供关键设施支撑。不过,当前,数据中心绿色低碳化的发展趋势明显,大量数据中心需进行节能改造、绿色化转型。


节电改造需着重关注三方面


数据中心节能改造的讨论与实践,有三个不容忽视的重点:一是PUE,二是成本,三是改造的复杂性。


PUE是当前衡量数据中心能效利用率的主要指标。对PUE的重视,是提升数据中心能耗的必然要求,更是出于政策合规性的考量。


目前,国家及各地方出台的数据中心相关政策中,PUE的要求主要针对新建数据中心,并已经拓展至改造中。广东省能源局发布的《关于明确全省数据中心能耗保障相关要求的通知》明确提出,要加大节能技术改造力度,以节能技术标准倒逼传统数据中心加快绿色节电技术改造(“十四五”期间PUE值需降至1.3以下),提高全省数据中心整体能效水平。


同时,新建PUE值的要求正在逐渐降低。“东数西算”中,内蒙古、贵州、甘肃、宁夏,4处枢纽设立的数据中心集群PUE将控制在1.2以内,数据中心改造也将符合这一趋势。数据中心具有运维周期长的特点,在节能改造过程中,要将时间因素考虑进去,看改造是否能够满足越来越低的PUE值要求。


成本方面,节能改造是一项系统性的工程,涉及改造本身的成本、运维成本、时间成本等,数据中心企业作为市场主体,要考虑企业效益。如优化制冷是降低PUE的有效方式,也成为数据中心节能改造的重点,但如何进行改造,成本因素便成为注重考虑的重点。


清华大学航天航空学院教授、博士生导师李震表示,目前,浸没式的冷却方式能效是最好的,但浸没式冷却复杂程度高,自身造价成本高,在运维管理上也有新要求,会增加运维成本。数据中心如果选用浸没式的冷却方式,就需要考量这些成本问题。


节能改造的复杂性方面,主要是指设备改造这一方式本身便受到众多因素的影响。


如当下被重点关注的储能。太阳能、水能、风能等新能源受环境影响大,供电不稳定。而储能使稳定、持续的新能源供电成为可能。从节能降碳发展来看,数据中心的绿色化转型离不开储能。


不过,数据中心想要增加新的储能装置,对自身进行改造,就需要看改造方案的可行性。这包括从技术、规划等方面进行认证,征求用户意见,评估增加储能装置对数据中心的影响,还要考量气候因素、电网要求、相关人员的培训等。如果缺少必要的实施条件,便不能增加储能装置。


节能改造主要体现为四种解决方法


数据中心节能改造是一种必然趋势,促进了技术的进步,推动了相关解决方案的发展。从实际情况来看,目前相应方案主要集中在制冷方式的优化、新能源的利用、运维管理的提升以及余热回收的探讨。


对制冷方式的优化主要是由于其能耗巨大。据统计,在一个PUE约为2的传统的数据中心总能耗中,IT设备能耗占比约为50%;其次便是制冷系统能耗,约占35%。降低制冷能耗成为数据中心节能减碳的主要考虑对象,而如何选择最优方案则需要因地制宜。


以风冷、蒸发冷却、间接蒸发冷却为例,从冷源来看,风冷,冷源为室外干球温度;蒸发冷却,冷源接近室外湿球温度;间接蒸发冷却塔,冷源接近室外露点温度。虽然露点温度的温度最低,但采用何种制冷方式,则取决于三个冷源温度的差别。



李震表示,以秦岭、淮河和青藏高原边缘为界,该线以北气候相对干燥,湿球温度较低,采用水冷式冷源的能效优势较大;该线以南空气湿度较大,蒸发冷却应用潜力不高,采用风冷式冷源的可能具有能效优势。


因此,在对制冷方式进行优化时,不能盲目相信某一种技术的能耗更低,还需要集合具体环境和自然冷源才可。


在新能源利用方面,数据中心属于耗能产业,想要实现绿色化发展,除了提高能效之外,还必须使用新能源,以此来降低碳排放。


数据中心对此也已经有了相应的探索,张家口怀来大数据产业基地进行了超大规模“源网荷储”实践,充分利用其丰富的风能和太阳能等优势资源,为数据中心提供新能源用电;近期完工的东岳庙数据中心一期年用电量将超过2亿千瓦时,耗能巨大,但其供电全部来自于水电,有效降低了数据中心的碳排放。同时,BIPV(光伏建筑一体化)等太阳能方面的应用也在逐渐增多,“东数西算”工程的全面启动也将大幅推动对西部新能源的利用。


虽然目前规模还相对较小,但有关新能源的探索已经逐渐发展起来,不过,新能源的利用也存在成本问题。张福林指出,未来数据中心行业,绿电、绿证的应用比例必定会显著上升,目前也已经有部分IDC的服务商通过各种办法在使用绿电,但是新能源的应用成本在产业链中如何分担,将是影响新能源使用的一大待解决问题。


运维管理方面,低能耗数据中心的智能运维成为当下讨论热点。相应的智能运维系统也已经问世,其通过核心的配置数据库实现数据共享、流程间的关联关系,减少数据误导的出现,以实现管人、管物、服务等,达到提升效率,降低成本,推动数据中心绿色化发展。但智能运维系统在落地实施还需要进一步完善。


李震坦言,智能运维不仅仅是监控数据中心的情况,还需要与运维人员产生互动。运维人员可以使用系统,能够根据系统来改善运维情况。一个较为理想的运维情况是,系统发挥70%的作用,剩余30%由运维人员来进行优化。


余热回收,是对数据中心热能资源的进一步利用。数据中心运维会产生大量的热量,能够被利用、被回收,且具备极大的能源价值和经济价值,受到了广泛的关注。


北京市《关于进一步加强数据中心项目节能审查的若干规定》中指出,要鼓励数据中心充分利用机柜余热等技术,目前国内已有多家数据中心企业开展相关实践。


同时,余热回收的探索也为数据中心与不同行业提供了跨行业合作的可能。在农业生产中,农作物生长需要大量的热及二氧化碳,而数据中心产生的余热恰好能够满足这些发展需要。从理论上讲,数据中心行业与农业具备了并行发展的可能。



中国农业大学水利与土木工程学院副教授、硕士研究生导师袁小艳表示,数据中心耗能巨大,无论采取哪种冷却手段,都可能排出20-40℃废热。呼吁将此废热用于温室冬季供暖;夏季物料干燥如大豆、小麦、玉米、水稻等干燥用能,可设计通过管路切换至干燥室,或送至木材预干窑等以实现相关作用。如果将农业设施温室规划进“东数西算”的建设过程中,在工业CO2排放者与CO2消纳者-设施温室之间架起科技桥梁,使排放的垃圾成为宝贵的资源。


综合来看,数据中心节电改造涉及政策合规、企业效益成本,具有复杂性,需要从制冷、新能源利用、运维、余热回收等方面进行因地制宜的发展,不能盲目迷信新技术,要进行综合考量才能落地相关改造方案。同时,数据中心的节能改造也提供了跨行业合作等多种可能性。在这一过程中,袁小艳表示,技术不是最难的,理念、意识和政策是更需要打通的核心环节。只有树立相关意识,不断推动相关实践的落实,才能促进节能改造的发展。


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