2020年9月，我國明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)。“雙碳”戰(zhàn)略正式啟動實(shí)施。

數(shù)據(jù)中心作為高載能行業(yè)，在全行業(yè)推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)落地的過程中，義不容辭。

政策引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展

各行業(yè)的發(fā)展都離不開政策的引導(dǎo)，數(shù)據(jù)中心亦是如此。近兩年來，國家層面出臺的各類與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的政策，無不在引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心有序推進(jìn)碳中和進(jìn)程。

工信部發(fā)布的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計(jì)劃（2021-2023年）》中提出，要著重引導(dǎo)新型數(shù)據(jù)中心走高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色低碳發(fā)展道路；《關(guān)于加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》指出，2025年，全國范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心形成布局合理、綠色集約的基礎(chǔ)設(shè)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(jì)劃》明確規(guī)定，到2025年，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率（PUE）優(yōu)于1.3……….

“以點(diǎn)看面”，各地方政府在全國政策的引導(dǎo)下更是將要求明細(xì)化、具體化，對數(shù)據(jù)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(guān)于深化改革創(chuàng)新促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施，文件指出“新建大型以上數(shù)據(jù)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(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》中指出，到2025年，區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)中心平均運(yùn)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(shù)據(jù)中心有序開展碳中和工作。

綜上，從政策層面看，數(shù)據(jù)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(jìn)一步收緊政策，優(yōu)化區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)布局，推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展，杜絕數(shù)據(jù)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(yīng)用等優(yōu)勢，加之政策大力扶持，鼓勵、引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心在區(qū)域內(nèi)有序發(fā)展，推進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

一東一西，通過兩種不盡相同的政策導(dǎo)向，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心在當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

設(shè)備降耗

在政策引導(dǎo)下，數(shù)據(jù)中心行業(yè)也早已開始有條不紊的推進(jìn)碳中和進(jìn)程。

從能耗占比角度出發(fā)，IT設(shè)備耗能占比超60%，非IT設(shè)備能耗占比不到40%。其中，非IT設(shè)備能耗中，空調(diào)設(shè)備能耗占比大，超過20%。目前數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排技術(shù)焦點(diǎn)主要還是集中在制冷系統(tǒng)。

隨著液冷技術(shù)的成熟，浸沒式液冷、冷板式液冷、噴淋式液冷等液冷技術(shù)越來越多在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用。除液冷之外，隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來數(shù)據(jù)中心供冷的方式已經(jīng)從單一的傳統(tǒng)空調(diào)機(jī)組變得更多樣化，間接蒸發(fā)冷卻、磁懸浮冷機(jī)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(shù)據(jù)中心中屢見不鮮。由此可見，數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)降耗增效，是現(xiàn)階段數(shù)據(jù)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(nèi)熱議的焦點(diǎn)。眾所周知，電在纜線中傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生熱量，同時也會消耗掉部分電能，而“電”作為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心中的利用效率，同樣成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。

以現(xiàn)有技術(shù)來看，采用HVDC、高壓直流等技術(shù)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(dá)到96.5%的利用率，甚至更高。

與此同時，在技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，UPS也成為數(shù)據(jù)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(nèi)外供配電行業(yè)巨頭在此都有相應(yīng)的產(chǎn)品布局，效率超過97%已經(jīng)是“高端”UPS業(yè)內(nèi)的“基本操作”。值得注意的是，在低負(fù)載率時，采用模塊化UPS的數(shù)據(jù)中心效率已超過高壓直流供電。筆者認(rèn)為，以技術(shù)發(fā)展趨勢來看，高頻UPS很可能成為數(shù)據(jù)中心供配電降耗增效的最優(yōu)解之一。

運(yùn)營模式轉(zhuǎn)變

除了在制冷及供配電領(lǐng)域“下功夫”，實(shí)現(xiàn)“減碳”以外，在技術(shù)發(fā)展的大背景下，數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑也越來越多。下文中筆者簡單的盤點(diǎn)了幾個未來數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)碳中和的可行路徑，以供參考。

儲能+IDC

應(yīng)用可再生能源是數(shù)據(jù)中心從根源上杜絕“碳”的方式之一，但以現(xiàn)階段技術(shù)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(shù)據(jù)中心供電，則可解決可再生能源不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。

另一方面，當(dāng)能源“過于”充沛時，數(shù)據(jù)中心還可對外“輸出”電力，完成需求側(cè)響應(yīng)，以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

儲能+IDC的運(yùn)營模式現(xiàn)階段主要面臨的問題是儲能介質(zhì)的選擇。目前主要儲能方式還是電化學(xué)儲能，即用磷酸鐵鋰電池儲能，相當(dāng)于給數(shù)據(jù)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(diǎn)也顯而易見——穩(wěn)定性不強(qiáng)，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(nèi)還在氫儲能等方面進(jìn)行研發(fā)。暢享未來，隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)大規(guī)模儲能+IDC的運(yùn)營模式應(yīng)用逐步成熟之時，數(shù)據(jù)中心不但可以利用儲能實(shí)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(wǎng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行的同時，實(shí)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(cè)響應(yīng)，并以較高的電費(fèi)作為獎勵）。

余熱回收

數(shù)據(jù)中心在運(yùn)行過程中，IT設(shè)備會產(chǎn)生大量的余熱，利用熱泵技術(shù)將數(shù)據(jù)中心余熱回收再利用，在數(shù)據(jù)中心中已有不少應(yīng)用案例，且前景廣闊。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，我國北方地區(qū)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心、騰訊天津數(shù)據(jù)中心、中國電信重慶云計(jì)算基地、萬國數(shù)據(jù)北京三號數(shù)據(jù)中心，以及UCloud優(yōu)刻得烏蘭察布云計(jì)算中心等在內(nèi)的多家數(shù)據(jù)中心應(yīng)用了余熱回收技術(shù)，為數(shù)據(jù)中心內(nèi)部及周邊地區(qū)供熱。

據(jù)UCloud提供數(shù)據(jù)顯示，UCloud優(yōu)刻得烏蘭察布云計(jì)算中心項(xiàng)目每年可回收廢熱78000GJ，每年減少二氧化碳排放7380噸，相當(dāng)于種植了40萬棵樹；騰訊天津數(shù)據(jù)中心，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其一期余熱回收項(xiàng)目，每年也可減少能耗標(biāo)煤達(dá)525噸，相當(dāng)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(shù)據(jù)可以看出，利用余熱回收技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能減排的體量，非常可觀。

除此之外，國際上應(yīng)用余熱回收技術(shù)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(shù)據(jù)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(chǎn)業(yè)鏈完整，擁有專業(yè)從事數(shù)據(jù)中心余熱回收的節(jié)能服務(wù)公司，在取熱效果、熱能輸送等方面具有全球領(lǐng)先的技術(shù)，已展現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)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(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的余熱可帶來每年超過35萬美元的收入，幫助數(shù)據(jù)中心平攤了部分運(yùn)營成本。

不過現(xiàn)階段數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的余熱一般屬于低品位的余熱，余熱介質(zhì)為氣體，不利于收集；余熱回收設(shè)備建設(shè)成本較高，對于本已是重資產(chǎn)的數(shù)據(jù)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(dǎo)下，隨著液冷技術(shù)等新一代制冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心大規(guī)模應(yīng)用（液體介質(zhì)相較于氣體更好進(jìn)行余熱回收）、建設(shè)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(shù)的迭代，數(shù)據(jù)中心余熱回收將推進(jìn)數(shù)據(jù)中心“廢熱”變“負(fù)碳”。

水下數(shù)據(jù)中心

前文提過，數(shù)據(jù)中心制冷占數(shù)據(jù)中心耗能超20%，如果可以將數(shù)據(jù)中心部署于水下，利用海水的溫度帶走數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱量的話，將大幅降低數(shù)據(jù)中心能耗，有利于數(shù)據(jù)中心降低PUE值。不僅于此，放置于水下的數(shù)據(jù)中心還可避免因人為引發(fā)的數(shù)據(jù)中心事故（據(jù)統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)中心有70%左右的事故都是人為因素造成的），大幅提升數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定性。

以現(xiàn)有案例來看，國內(nèi)外均有IDC服務(wù)商在探索將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心概念；2015年微軟通過為期105天的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)水下數(shù)據(jù)中心可行；2018年，微軟將一個數(shù)據(jù)中心部署在蘇格蘭北部海底；2020年，經(jīng)過2年的試運(yùn)行后，微軟將該數(shù)據(jù)中心打撈上來，并進(jìn)行評估后得出：水下數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器故障率比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心更低。

國內(nèi)，海蘭信率先提出UDC概念，并總結(jié)出了海底數(shù)據(jù)中心三大優(yōu)勢：

第一，UDC由于放置于海底且內(nèi)部充至的為惰性氣體，因此不存在發(fā)生火災(zāi)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(shù)據(jù)中心被破壞及滲透的可能性。

水下數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心受地理因素影響較大（需要靠海建設(shè)），筆者認(rèn)為，以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)條件來看，布局在水下的數(shù)據(jù)中心僅適合面向沿海城市的熱數(shù)據(jù)的計(jì)算、溫冷數(shù)據(jù)的存儲，以及機(jī)器學(xué)習(xí)、視頻渲染等對延遲要求低的用戶。

水下數(shù)據(jù)中心尚處于“萌芽期”，兩大服務(wù)商在水下數(shù)據(jù)中心方面的探索也為未來數(shù)據(jù)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(shù)應(yīng)用，還是未來可能成為主流的眾多新型數(shù)據(jù)中心運(yùn)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(shù)據(jù)中心運(yùn)維、儲能等技術(shù)層面還有待不斷提升，不斷優(yōu)化解決方案，在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用尚處于技術(shù)發(fā)展期。

另一方面，數(shù)據(jù)中心作為對技術(shù)相對保守的行業(yè)，用戶最關(guān)注的還是數(shù)據(jù)的安全，以及業(yè)務(wù)的流暢度，其對于技術(shù)創(chuàng)新還需要長時間、多成功案例的數(shù)據(jù)中心來提升用戶對于新技術(shù)、新運(yùn)營方式的“認(rèn)可”。這其中也避免不了“試錯”的過程。

“千里之行始于足下”，在政策的引導(dǎo)下，伴隨著技術(shù)的迭代，數(shù)據(jù)中心行業(yè)定能有序推進(jìn)碳中和進(jìn)程。為了更好地探索數(shù)據(jù)中心碳中和進(jìn)程，推進(jìn)零碳數(shù)據(jù)中心建設(shè)，于12月召開的第十七屆中國IDC產(chǎn)業(yè)年度大典（IDCC2022）特設(shè)“零碳數(shù)據(jù)中心論壇”，論壇將邀請業(yè)內(nèi)專家學(xué)者、領(lǐng)軍企業(yè)代表、行業(yè)精英等，從多個角度共話當(dāng)前減碳實(shí)踐與成就，分析實(shí)現(xiàn)“零碳”將遇到的挑戰(zhàn)，并探討相應(yīng)解決方案，探索有效路徑，進(jìn)而為零碳數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供思路，推動數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展。