“双碳”目标下,各领域节能减碳力度正不断增强,零碳被广泛提及。对于高耗能的数据中心而言,零碳更是早已成为关注焦点。不过,各产业的算力需求不断提升,尤其是ChatGPT所在的人工智能领域,需求可谓暴涨,据预测,大规模模型出现后,人工智能训练算力将是原来的10到100倍。这意味着数据中心规模将不断扩大,碳排总量提高,想要实现零碳挑战巨大。
这需要对现有减碳方式进行升级,编制并落地更具指导性的标准、规范,在制冷、碳计量、新能源方面进行创新突破,进一步优化相应的技术及解决方案,也需要更完善的绿电市场、碳市场机制,通过市场化的手段进行碳抵消。目前,在相关方面,业内已经有所探索并取得了一定的新成果。2月28日,第十七届中国IDC产业年度大典零碳数据中心论坛上,众多行业学者、产业专家、企业代表,围绕零碳,就当前数据中心在实现零碳方面的现状、理念及未来发展方向展开了分享、交流与探讨。
深度解读四大全新标准
第十七届中国IDC产业年度大典上发布了四项与数据中心节能减碳相关的标准,以推动数据中心绿色发展,助力数据中心零碳的实现。在零碳数据中心论坛上,与会嘉宾对这四个标准分别进行了解读。
中国通信工业协会数据中心委员会技术委员、华为数字能源中国区总工张广河发表了题为《从低碳到零碳—<零碳数据中心分级与评价方法>解读》的演讲,他对标准的核心内容进行了介绍,详细阐述了评价方法、评价流程、碳排放计算方式、评分与分级标准等,并指出,《零碳数据中心分级与评价方法》匹配《零碳数据中心建设标准》落地的分级与评价方法,《建设标准》以零碳目标牵引,《评价方法》落实实现的细节。对满足“基本要求”和“约束性要求”的数据中心,可进入评价流程。评价过程可针对“设计、建设阶段”、“运行维护阶段”分别做评估,根据评估总得分,分为“引领级”、“优秀级”、“良好级”、“达标级”四个等级,并授予相应证书,另有复核、升级等流程。
同时,张广河表示,团体标准以其灵活和快捷的特点,可以在行业先进性方面起到一定的引领作用,本次《零碳数据中心分级与评价方法》推出,希望对于推动数据中心行业早日实现零碳作出积极贡献。
深圳海兰云数据中心科技有限公司副总经理李家文对《水下数据中心设计规范》进行了解读。他指出,这是国内第一个水下数据中心标准,水下数据中心具备节省土地、极致节能、不消耗淡水的特点,目前在实践方面也有了重大的突破,在去年底,全球首个海底数据中心商业项目在海南海域布放,目前实时PUE约在1.09上下浮动。
广东奥飞数据科技股份有限公司总裁助理张天松对《数据中心分布式光伏系统技术要求》展开深度解读。他表示,《要求》规定了新建、改建及扩建分布式光伏系统的接入要求、设备要求,以及供配电系统、电能质量、接电系统监控、安全与保护、通信与信息电子计量的技术要求。此外,《要求》还适用于通过10千伏及以下电压等级接入数据中心供配电系统的分布式光伏系统。通过《要求》的落地,将促进算力中心光伏并网技术的规范化和标准化,助力信通行业实现节能减排。
中电系统建设工程有限公司技术中心兼技术管理部总经理张毅对《数据中心机电施工图深化设计技术》进行了解读。他指出,从设计图纸转化为现场真正施工的“最后一公里”就是深化设计,此项标准的推出,填补了数据中心在此方面的空白。机电工程是数据中心实现工艺需求的核心,其包括:暖通、电气、弱电、给排水、消防,这五方面几乎占数据中心造价的90%。标准从BIM模型开始进行规范,对施工平面图、系统图,各专业系统图,管线综合平面图,剖面图,大样详图等等做了详细规定,具备非常实际的指导意义。
畅谈零碳理念、综合性解决方案与实践
对于零碳数据中心,企业的认知不断增强,在理念、解决方案与实践方面均有所发展。
华为数字能源技术有限公司中国数据中心能源产品总监王建军围绕《零碳数据中心理念》进行了分享,表示华为零碳数据中心的理念包含了低碳共生、融合极简、自动驾驶、安全可靠,其中,在低碳共生方面,华为对大能源效率与最小环境影响做了定义。大能源效率最关注两个方面,级制冷、数据中心构建效率提升;最小环境影响则是指绿色建筑、环保少污染、水资源占用少等。此外,数据中心绿色发展也离不开智能化的支撑。
三峡长电大数据科技(宜昌)有限公司副总经理李峘对《三峡东岳庙数据中心零碳实践》进行了分享。他表示,随着双碳目标、东数西算等一系列国家战略的出台,三峡集团积极助力湖北发展数字经济产业。结合三峡集团自身清洁能源优势、三峡坝区高安保优势以及湖北省地理位置带来的网络低时延等优势打造的三峡东岳庙数据中心已正式投运。三峡东岳庙数据中心是国内首个零碳绿色数据中心,从建设到运营的全生命周期减少碳排约279万吨。三峡大坝绿色水电供电、无柴发供电设计、江水冷源技术、预制框架建筑、风墙和高温冷冻水技术等相关技术都有效的降低了数据中心PUE值并且做到了真正意义的“零碳排”,为国内数据中心探索零碳解决方案打造了样板案例。
武当云谷大数据科技有限公司副经理张涛以武当云谷大数据中心的建设、运维为基础,发表了《践行国家双碳战略目标,打造绿色数据中心典范》主旨演讲,指出武当云谷大数据中心毗邻丹江口水库,充分利用水库深层冷水作为机房冷却媒介,利用地势间的高差以自流的方式将冷水引入园区,以板式换热器完成与数据中心内部循环水冷热交换,退水全部复归汉江,全过程对生态、水质不造成任何污染和浪费。武当云谷大数据中心后续将继续考虑势能发电、余热回收、多能互补等方式,大程度的利用资源优势,达到节能减碳效果。
深入分析制冷优化途径
制冷是影响数据中心能耗使用与碳排情况的重要因素,零碳数据中心论坛上,多位嘉宾对此进行了分析探讨。
华中科技大学教授邵双全在进行《双碳背景下数据中心冷却技术发展路线探讨》演讲时强调,冷却在数据中心中占据着较大的能耗部分,是数据中心节能减排的突破口,液冷技术、热回收技术、智能运维等是值得关注的技术方向。节能的关键,则是匹配需求的取热方式和取热温度的提升,需要因地制宜提高能源综合利用,围绕自然冷源、可再生能源的利用等进行优化,并基于全局优化的系统架构进行设计,基于AI来推动运维发展。
美的楼宇科技数据中心行业方案负责人谢向宇分享了《高效制冷加快数据中心节能降碳》,她系统的介绍了美的如何通过水系统、风系统、氟系统三个解决方案推动数据中心节能减碳。美的楼宇科技基于成熟的模拟仿真技术,在水系统冷水机组负荷模拟与系统设计优化进行应用,并通过高效智慧环控系统进行系统控制优化,运用高效机房的设计理念,以确保数据中心冷却系统低至pue1.30以下。风系统方案通过直接/间接蒸发冷AHU系统,在西部等空气干冷地区,利用与室外环境的充分换热,实现部分地区可达到pue1.18。氟系统方案利用制冷剂的的循环,在氟泵的基础上进一步研究气泵的作用,延长了自然冷却时间,助力中小型机房和改造项目,降低冷却系统整体能耗。
超聚变数字技术有限公司算力基础设施领域SmartDC规划总监单彤围绕液冷的应用,从设备厂商的角度发表了《整机柜液冷服务器,构建低碳规模商用数据中心》演讲,他表示,液冷技术不止能够降低PUE,还可以提升自然冷源利用率,推动制冷设备的高效使用,从整机柜看,它还可以推动从供电领域到柜机储能或者到微模块级储能的充分利用,减少供电链路上的损耗。同时,单彤认为,液冷的盲插相较于手插更可靠,并可以配合智能化运维系统,实现机器人自动化运维。
科华数据股份有限公司液冷产品线总监兼数据中心产品部副总监魏芳伟同样围绕液冷展开了分享,发表了题为《科创未来,产业升华——多维赋能,技术突破助推数据中心零碳实现》的演讲,他指出,基于数据中心用电量的增加、芯片功耗的增大、“双碳”目标的提出,以及扩容等原因,制冷效果更好、节能优势明显的液冷应用不断增多,科华也提出了多项解决方案,如机柜式的液冷系统、集装箱的液冷模块等,推动数据中心绿色发展,也加快了数据中心标准化、模块化、智能化。
解读碳计量基础作用
零碳的实现有着明确的标准,就是通过降碳技术或者碳抵消等使碳排放归零,这需要准确的碳方面。
“碳计量、能源计量是技术合规的原点,也是市场监管的基础。”中国计量科学研究院先进测量工程中心主任武彤在分享《数字化碳计量赋能数据中心绿色发展》时明确了碳计量的重要作用。
他指出,数据中心将从碳核查会向碳计量转变。当前数据中心碳排在核查阶段多数是计算出来的,并不是计量出来的,因为当前核算的时间分辨率和空间分辨率远远不够,不能完全反映新能源接入率而造成的碳排放因子的变化,碳排放因子应到天、小时的级别,这样可以产生动态的碳排放因子,成为碳计量的基础。通过此也可以从碳的视角调节使用能源行为,以此来调节用户使用能源的行为,推动更多绿色能源的接入,促使电网系统直接的碳排放降低。
分享节能减碳能源利用方式
数据中心的运行离不开电力,需要庞大的能源支撑,想要加大节能减碳力度必须优化能源的使用,这也是零碳数据中心论坛的重点。
中国通信工业协会数据中心委员会技术委员、北京理工大学副教授王永真进行了《产消型数据中心综合能源系统关键技术及应用》的分享,他表示,在综合能源视角,数据中心有四个特征,能耗强度高、冷量需求大、热电比稳定、高可靠性。冷能、电能的需求需要与能源系统供给需要通过综合利用的技术相互匹配,来推动能效的提升,因地制宜,打通数据中心“上游、中游、下游”的链条,打造“产消型”数据中心多能互补综合能源系统,来实现数据中心绿色发展。
深圳市首航新能源股份有限公司研发总监(上海)金红元则围绕首航新能源在储能、直流供电方面的实践分享了《光储一体化智能直流母线供电系统》。他指出,想要将光伏等绿色能源变为稳定的能源离不开储能系统,同时,他认为,储能不仅仅是为数据中心供电,还可以为电网稳定性做出贡献,数据中心也能够从中获益。如上海消峰添谷的价格差拉大后,数据中心稳定的储能系统有望实现盈利,未来整个数据中心将从能源消费者向能源管理者转型。此外,如果光伏能量过足,数据中心需要添加PCS,将绿电10千伏电力通过变压器,给电池储能。电池储完能以后,直接通过直流PCS送到直流母线,以达到直流系统的架构链条的最极简化。
天合光能股份有限公司中国区分布式技术负责人史伏龙发表了题为《可再生能源助力数据中心绿色发展》的演讲,表示数据中心的用顶和光伏发电可以紧密结合在一起。数据中心利用屋顶、立面、停车棚、绿化带的区域建设分布式的光伏发电,而发出来的电可以直接送给厂区供电系统进行消耗,不需要通过远距离输送,可以提高可再生能源利用的效率。不过,在数据中心部署分布式光伏也具备较大难度,在安全性、可靠性、屋面防水、防火等方面要求更高。很多数据中心的屋顶并非混凝土、彩钢瓦,是新型柔性屋面,结构相比常规屋顶不同,无法用常规的方法安装,需要做特殊化的设计。
双登集团股份有限公司技术副总监(系统集成)曹波从储能电池角度进行了《面向零碳数据中心锂电系统》的分享,指出相较于传统铅酸电池,锂电的空间与寿命具有较大优势,加持智能BMS系统管控可显著降低运维成本,系统采用间歇式充电模式,其能耗效率更优。业内最为关注的锂电安全问题,可从技术选择、外部风险源、故障等三个方面进行有效防控。并且以双登产品实践为例指出,锂电峰谷套利,绿电引入等创新应用模式对于未来零碳数据中心建设具有重要意义。
探究绿电、碳市场发展
在零碳实现过程中,除通过技术与相关解决方案减碳以外,通过市场化的手段进行碳抵消也不可或缺。
三峡集团新能源事业部副主任石峰对《绿电交易市场化实践与发展》进行了分享。他分析到,大力发展新能源,促进新能源绿色电力消费是推动我国绿色低碳转型,实现碳达峰碳中和的重要途径之一,在介绍绿电、绿证政策交易等情况的基础上,进一步指出当前仍存在绿电、绿证价值兑现难,部分可再生能源品种环境溢价归属不明确,以及国际国内绿证互认难等问题,强调绿电市场化交易需要保证绿电环境价值归属的唯一性,并建议将国内可再生能源消纳量、绿电、绿证、绿色电力消费凭证逐步统一到绿证上。
清华大学能源环境经济研究所副教授、博士生导师张达以《绿证绿电与碳市场衔接下的数据中心运营探讨》为题进行了演讲,对绿证标准统一、绿证与碳市场衔接等进行了详细分析,并指出数据中心可通过综合考虑提升IT设备能耗的标准、采用先进技术降低PUE、合理合规购买绿证和CCER的方式,逐步实现零碳。
综合来看,对于零碳,数据中心已经进行开启探索,并在标准确立、制冷优化、新能源利用等方面取得了进展,绿电交易、碳市场也在逐步发展,不过,零碳的实现是一项复杂的工程,需要在多个层面上均有所突破并达到相应的条件才能实现,且数据中心因自然环境、经济环境等在建设、运维上有所差异,需要因地制宜,因此,就整个行业来说,目前依旧处于零碳的相对早期阶段,想要达到数据中心的“碳中和”还需要更进一步的探索。