当下,数字经济快速发展,《全球数字经济白皮书》显示,2020年,全球47个国家数字经济规模总量达到32.6万亿美元,同比名义增长3.0%,占GDP比重为43.7%。全球数据总量爆发式增长,对数据中心形成了强劲的需求动力。全球范围内的数据中心产业规模迅速扩大,但由此也带来了大量二氧化碳的排放。

在控制温室气体排放、积极应对气候变化形成全球共识的背景下,“绿色”“减排”“零碳”也成为国内外数据中心发展的共同趋势,以保证在满足数字经济发展的同时,减少甚至“消除”数据中心建设对全球气候的影响。

数据中心“零碳”涵义

根据国际化标准组织ISO发布的ISO14064标准,企业温室气体的排放可以划分为三个范围:1、自身产生的碳排放;2、通过消耗电力能源产生的碳排放;3、产业价值链的碳排放。

数据中心碳排放高主要源于范围2,以我国为例,根据统计,截止今年5月,我国数据中心用电量已占全社会用电的2%左右,数据中心成为用电耗能的大户。而火电在电力结构中占据着重要地位,发电的同时伴随着大量温室气体排放,数据中心高耗能也就带来了高碳排放。

这也尤为值得注意,在火电基础上的“绿色”并非真正的绿色,即便是PUE降低也不能忽略火电存在大量碳排放的事实。

因此,数据中心的“零碳”是在清洁能源使用比例不断提升的基础上,在符合生产需求、安全规范的要求下,通过绿色节能技术,尽最大限度利用清洁能源、利用各类冷能资源来减少碳排放,并且在必要时利用绿电交易、碳交易等,实现数据中心碳抵消,达到“零碳”目的,也即实现数据中心的“碳中和”。

数据中心“零碳”实现条件初步具备

对于数据中心节能减排,我国推出了多项目标明确、规划清晰的政策。如《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》中指出“新建大型、超大型数据中心电能利用效率不超过1.3”。

国外数据中心建设也在“碳中和”背景下进行,截至2021年初,已有127个国家承诺在21世纪中叶实现碳中和,数据中心行业也有相应公约,如《欧洲气候中立数据中心公约》便要求:到2025年欧洲数据中心使用可再生能源电力要达到75%,到2030年达到100%。

这是数据中心向“零碳”发展的重要条件,从国家层面上推动,在行业内形成节能减碳的共识。

另一个重要条件则是清洁能源的发展,其为数据中心“零碳”的实现奠定了基础。

这主要从两个层面看,一是清洁能源规模不断扩大,能够提供更加稳定的电量供给。数据显示,截至9月底,我国水电、核电、风电、太阳能发电装机容量合计10.1亿千瓦,较去年同期提高3个百分点;国外对清洁能源的发展也极为重视,如法国生态转型部长蓬皮利在接受采访时表示,法国将出台10项政策鼓励发展光伏发电产业,预计到2028年,法国光伏发电量将是目前的三倍。

二是清洁能源成本降低。据分析,由于技术进步、规模经济等因素,长期来看光伏发电、风力发电等成本在不断降低。据统计,当前,光伏的装机成本在全球很多地区已进入经济可行的平价时代,2020年全球最低中标光伏电价下降幅度为19.7%;风力发电方面,在资源优良、建设成本低、投资和市场条件好的地区,陆上风电已基本具备平价条件。2020年是欧洲海风平价元年,预计国内海风电价也将逐步实现平价。

这些条件也推动了包括绿电市场、碳交易市场的启动与完善,技术的进步等,为数据中心“零碳”创造了可能。

数据中心“零碳”实现路径

实现数据中心“零碳”是一项系统工程,需多方面实践并逐步对其进行完善。同时,国内外数据中心在具体的技术和方式上虽存在一定差异,但在方向上具备统一性。

一、能源供给:提升清洁能源使用比例并进行碳抵消

1)清洁能源的应用探索

通过对太阳能、水能、风能的应用,数据中心企业可以实现部分用能绿色化,是实现“零碳”的重要组成部分。国内外多家企业对此也进行了多方探索,微软亚利桑那州新数据中心将太阳能做主要能源;日本京瓷将建设首个完全利用可再生能源供电的数据中心;百度阳泉数据中心充分利用太阳能供电。这也要求数据中心在设计、建设时,便需要将可利用的清洁能源考虑进去,以结合绿色技术进行节能减排。

2)通过交易市场进行碳抵消

数据中心用电量巨大,在火电依旧占据重要地位的情况下,数据中心想要实现“零碳”,需通过购买绿电或者碳排放量来进行碳抵消。在我国“全国绿色电力交易试点”启动当天,多家数据中心企业参与并完成了较大体量的绿电采购;近期微软与依斯电力公司签署协议,购买再生资源用于供电,均是通过交易市场来实现能源使用的“绿色化”。

二、能效利用:提升能效利用率

1)降低设备能耗水平

数据中心耗能包括IT设备耗能、空调耗能、建筑本身能耗等,想要进行节能,也需要从这些方面入手,智能系统或者方案的应用、改善散热系统、间接蒸发冷、余热能源回收利用等都能够提升节能效果,提高能效利用率。以阿里云为例,经过多年“绿色IT”研发,阿里云已将数据中心的综合能耗降低70%以上;谷歌则为数据中心配备了节能服务器和神经网络技术,以尽可能提升能源利用率。

2)重视冷能资源的利用

冷能资源强调的是数据中心选址的重要性,数据中心能耗中相当一部分是设备冷却能耗,单纯从资源利用角度来看,数据中心的选址应当在气候适宜、绿电丰富的地区。建在宁夏的亚马逊云科技数据中心便是利用宁夏常年在20度以下的气温,通过净化以后的冷空气给数据中心降温;近期,水下数据中心备受关注,原因之一也是其为冷能资源利用提供了又一新思路。

三、储能:完善储能系统研究与应用

数据中心储能系统的研发是降低数据中心用电成本而提出的解决方案之一,完备的储能系统能够较长时间支撑数据中心平稳、安全的用电,有着平抑峰谷电价、提升绿色能源使用、减少柴油使用的作用。虽然目前受限于技术,还未取得太多突破性的进展,但储能系统进入数据中心已经被认为是一大趋势,是数据中心节能减碳的重要方法。

目前,包括万国数据、世纪互联、科华数据、华为等企业在内,一直在尝试、研发数据中心领域的储能技术应用,谷歌也在今年也宣布,将在比利时的StGhislain数据中心采用电池储能系统,以替代同等装机容量的柴油发电机。

综上,多条路径的推动下,数据中心节能“零碳”已具备可能性。在全球能源紧缺、数据中心市场产生新变化的背景下,除节能减排之外,数据中心企业如何进行全球布局及合作等也成为热门话题,即将于12月举行的IDCC2021“数据中心国际合作高峰论坛”,将邀请众多大咖齐聚一堂就相关话题进行探讨。在此诚邀您莅临现场,共同对数据中心在全球范围内的现状与发展进行讨论。

参考材料:

1、《全球数字经济白皮书》

2、北京邮电大学经济管理学院张永泽、张诗雨、朱雨萌,《“碳中和”数据中心的概念、特征与实现路径》

3、国家发展改革委高技术司主要负责同志就《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》答记者问

4、《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》

5、海外网,《减碳先达峰 助力碳中和》

6、《欧洲气候中立数据中心公约》

7、国家能源局2021年四季度网上新闻发布会文字实录

8、人民资讯,《法国政府鼓励发展光伏发电产业》

9、《REITs:中国道路》

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