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數據中心如何引領能源轉型?
發布者:lzx | 來源:能源評論 | 0評論 | 6833查看 | 2020-08-06 17:48:18    

近年來,互聯網技術不斷升級換代,信息化進程持續加快,極大地推動了數據中心規模、數量以及電力需求量的迅猛增長。


規模與能耗雙增長


2019年中國網民數(shu)(shu)量(liang)已(yi)超過9億,云計算、大數(shu)(shu)據(ju)、人工智能、5G等新(xin)興技(ji)術(shu)領域發展迅猛(meng),數(shu)(shu)據(ju)存(cun)儲與計算量(liang)正(zheng)呈數(shu)(shu)倍增長之勢。作為數(shu)(shu)據(ju)載體的數(shu)(shu)據(ju)中心與日俱增,建(jian)設體量(liang)和建(jian)設規模不斷擴大,數(shu)(shu)據(ju)中心已(yi)成為現(xian)代(dai)社會不可或缺的重要基礎設施。


據(ju)(ju)估(gu)算,截至(zhi)2018年年底,我國數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)總量已超(chao)過40萬(wan)個,大(da)(da)型(xing)及(ji)以(yi)上數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)總機架數(shu)(shu)(shu)達(da)(da)(da)204萬(wan)個。預計2020年和2025年,大(da)(da)型(xing)及(ji)以(yi)上數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)機架數(shu)(shu)(shu)量將(jiang)分別達(da)(da)(da)到(dao)498萬(wan)和802萬(wan)個。廣東、上海、北京、浙江等經濟較為發達(da)(da)(da)的(de)(de)區域大(da)(da)型(xing)及(ji)以(yi)上數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)總機架數(shu)(shu)(shu)占比較大(da)(da)。由于政策和可再(zai)生資源優勢等因素,內蒙古、貴州等區域綠色數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)數(shu)(shu)(shu)量有所增加(jia)。


然而,數據(ju)中(zhong)心(xin)作為(wei)集中(zhong)儲存和處(chu)理(li)數據(ju)的設施,需依托服務器全年不間(jian)斷運(yun)行以向互聯網(wang)用戶(hu)提供服務,同時需要空調(diao)等(deng)輔助制冷設備維持其(qi)可靠運(yun)行,因此電能(neng)消耗量巨大。


據(ju)(ju)了解,數據(ju)(ju)中(zhong)心的(de)電能(neng)消耗(hao)主要包括IT設(she)(she)備、制(zhi)冷(leng)系(xi)統(tong)(tong)、供配電系(xi)統(tong)(tong)、照明系(xi)統(tong)(tong)及其他設(she)(she)施(包括安(an)防(fang)設(she)(she)備、滅火、防(fang)水、傳感(gan)器以及相關(guan)數據(ju)(ju)中(zhong)心建(jian)筑(zhu)的(de)管理(li)系(xi)統(tong)(tong)等)。其中(zhong),IT設(she)(she)備與制(zhi)冷(leng)系(xi)統(tong)(tong)均占數據(ju)(ju)中(zhong)心總能(neng)耗(hao)的(de)40%左右。


隨著數(shu)據中心(xin)(xin)的(de)(de)(de)大量(liang)建設,數(shu)據中心(xin)(xin)電力需求迅(xun)猛增長。據估(gu)算,2018年(nian)(nian)我(wo)國(guo)數(shu)據中心(xin)(xin)用電總(zong)(zong)(zong)量(liang)為1609億千(qian)瓦(wa)時,占(zhan)全社(she)會總(zong)(zong)(zong)用電量(liang)的(de)(de)(de)2.35%。預計2020年(nian)(nian)我(wo)國(guo)數(shu)據中心(xin)(xin)用電總(zong)(zong)(zong)量(liang)將達(da)2023億千(qian)瓦(wa)時,占(zhan)全社(she)會用電總(zong)(zong)(zong)量(liang)的(de)(de)(de)2.7%;2030年(nian)(nian)將突破4000億千(qian)瓦(wa)時,占(zhan)全社(she)會用電總(zong)(zong)(zong)量(liang)的(de)(de)(de)3.7%。


今年(nian)以來(lai),突如其來(lai)的(de)(de)(de)新冠(guan)肺炎疫情,使線上(shang)服(fu)務、線上(shang)教(jiao)育、線上(shang)辦公等業(ye)務需求驟增。數(shu)字技(ji)術、數(shu)字產業(ye)和數(shu)字服(fu)務在經濟社會(hui)運行(xing)中(zhong)的(de)(de)(de)重要作(zuo)用更加突出。目前,數(shu)據中(zhong)心建設是已經啟(qi)動的(de)(de)(de)大規模“新基建”計劃的(de)(de)(de)重要內容。可以預(yu)見,數(shu)據中(zhong)心的(de)(de)(de)數(shu)量將遠(yuan)超原有(you)的(de)(de)(de)預(yu)測(ce)水平(ping),其電力(li)需求將爆發性增長。


主動轉型,迫在眉睫


為應(ying)對(dui)日(ri)益嚴峻的氣候變化(hua)和(he)環(huan)境問題,減少二氧化(hua)碳排(pai)放已成(cheng)為全(quan)社會(hui)的共識。2016年(nian)11月4日(ri)正(zheng)式(shi)生(sheng)(sheng)效的《巴黎協(xie)定》為2020年(nian)后全(quan)球(qiu)(qiu)應(ying)對(dui)氣候變化(hua)行動做(zuo)出了(le)安(an)排(pai),核心內容包(bao)括:一(yi)(yi)是將(jiang)全(quan)球(qiu)(qiu)平(ping)均氣溫(wen)(wen)升幅控(kong)(kong)制在(zai)工業化(hua)前(qian)水平(ping)2℃之內,并(bing)為升溫(wen)(wen)控(kong)(kong)制在(zai)1.5℃之內而努力;二是盡快實現(xian)溫(wen)(wen)室(shi)氣體(ti)排(pai)放達峰;三是加(jia)強氣候行動國(guo)際合作,實現(xian)全(quan)球(qiu)(qiu)應(ying)對(dui)氣候變化(hua)長(chang)期目標。聯合國(guo)政府間氣候變化(hua)專門委員會(hui)(Intergovernmental Panelon Climate Change,IPCC)在(zai)2018年(nian)10月8日(ri)發布的一(yi)(yi)份報告中(zhong)說(shuo),能否實現(xian)2015年(nian)《巴黎協(xie)定》所設較為嚴格的“1.5℃”控(kong)(kong)溫(wen)(wen)目標,對(dui)今后數(shu)十年(nian)地(di)球(qiu)(qiu)生(sheng)(sheng)態(tai)系統和(he)人類而言“生(sheng)(sheng)死攸(you)關”。


能源(yuan)(yuan)轉(zhuan)型(xing)是(shi)指能源(yuan)(yuan)生產和消費結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)變化(hua),即能源(yuan)(yuan)結(jie)(jie)構(gou)中占主導地(di)位的(de)(de)(de)(de)能源(yuan)(yuan)(主體能源(yuan)(yuan))的(de)(de)(de)(de)變化(hua)。在這個意義上,迄今(jin)人類社會已完成了(le)兩次(ci)能源(yuan)(yuan)轉(zhuan)型(xing):第(di)一次(ci)轉(zhuan)型(xing)是(shi)煤(mei)炭(tan)取代(dai)薪柴成為(wei)主體能源(yuan)(yuan),人類由此進入“煤(mei)炭(tan)時(shi)代(dai)”;第(di)二(er)次(ci)轉(zhuan)型(xing)是(shi)石油取代(dai)煤(mei)炭(tan)成為(wei)主體能源(yuan)(yuan),人類由此進入“石油時(shi)代(dai)”。目前(qian),人類正在經歷從“石油時(shi)代(dai)”向(xiang)“低碳時(shi)代(dai)”的(de)(de)(de)(de)第(di)三(san)次(ci)能源(yuan)(yuan)轉(zhuan)型(xing)。


放眼國際,2011年以來(lai),國際互聯網行業(ye)通過(guo)投資建設可(ke)再(zai)(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源發電(dian)站、從可(ke)再(zai)(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源發電(dian)企業(ye)直接(jie)購(gou)電(dian)等方式,正逐(zhu)步(bu)向“100%可(ke)再(zai)(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源(使用)目標”邁進(jin)。2018年,谷(gu)歌和(he)蘋果(guo)分別購(gou)買或生(sheng)產(chan)了100億千瓦時(shi)和(he)13億千瓦時(shi)的(de)(de)(de)(de)可(ke)再(zai)(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源電(dian)力(li)(li)(li),足(zu)以滿足(zu)其(qi)數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)(de)能(neng)源消(xiao)耗(hao);在Equinix(全球領先的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據運(yun)營商)消(xiao)耗(hao)的(de)(de)(de)(de)52億千瓦時(shi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)力(li)(li)(li)中(zhong)(zhong),92%為可(ke)再(zai)(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源電(dian)力(li)(li)(li);在Facebook數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)消(xiao)耗(hao)的(de)(de)(de)(de)32億千瓦時(shi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)力(li)(li)(li)中(zhong)(zhong),75%為可(ke)再(zai)(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源電(dian)力(li)(li)(li);亞馬遜和(he)微軟約半數(shu)(shu)(shu)數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)(de)電(dian)力(li)(li)(li)來(lai)自(zi)可(ke)再(zai)(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源。


聚焦國(guo)內,我國(guo)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉型的(de)(de)目(mu)標是構(gou)建(jian)綠色(se)低(di)碳(tan)、安(an)(an)全高(gao)效(xiao)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)體系。能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉型的(de)(de)核(he)心(xin)內容是在(zai)優化(hua)利用(yong)存量化(hua)石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)項(xiang)目(mu)、確保(bao)實(shi)(shi)現(xian)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供(gong)應(ying)安(an)(an)全的(de)(de)前(qian)提下,通(tong)過(guo)政策(ce)激勵,使(shi)清(qing)潔低(di)碳(tan)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)成為我國(guo)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供(gong)應(ying)增量的(de)(de)主(zhu)(zhu)要來源(yuan)(yuan)(yuan)。通(tong)過(guo)逐步(bu)替(ti)代,最(zui)終實(shi)(shi)現(xian)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供(gong)應(ying)主(zhu)(zhu)體由高(gao)碳(tan)化(hua)石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)向低(di)碳(tan)清(qing)潔能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)根本轉變。


大數(shu)據中心(xin)企(qi)(qi)業應主動參(can)與(yu)、甚至引領(ling)本行業的能(neng)(neng)(neng)源轉型潮流,這樣不僅可以降低企(qi)(qi)業用能(neng)(neng)(neng)成本,還可以提(ti)升企(qi)(qi)業的社會責任和品牌形象,進而提(ti)升企(qi)(qi)業價值。有關部(bu)門應為數(shu)據中心(xin)企(qi)(qi)業的能(neng)(neng)(neng)源轉型創造(zao)良好(hao)的政策環境,使數(shu)據中心(xin)這一耗能(neng)(neng)(neng)大戶轉變為能(neng)(neng)(neng)源轉型的引領(ling)者。


高能耗,怎么破?


數(shu)據中心的(de)能耗(功率(lv))與服務(wu)器所承受的(de)訪問(wen)量(liang)、計(ji)算量(liang)以及(ji)電能使用效率(lv)(PUE,Powersage Effectiveness)密切相關(guan)。同(tong)一天的(de)不同(tong)時段,隨(sui)著訪問(wen)量(liang)和(he)計(ji)算量(liang)的(de)升(sheng)高,數(shu)據中心負(fu)載率(lv)也會升(sheng)高,導致(zhi)單位時間內服務(wu)器功率(lv)上(shang)升(sheng),能耗量(liang)由此(ci)增加。


PUE是國際上通(tong)行(xing)的(de)(de)(de)衡量數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)(xin)(xin)(xin)電(dian)(dian)(dian)源使用效(xiao)率的(de)(de)(de)指(zhi)標,是數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)(xin)(xin)(xin)總電(dian)(dian)(dian)量除(chu)以(yi)用于(yu)運行(xing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)(xin)(xin)(xin)中計算機基礎設施所用電(dian)(dian)(dian)量的(de)(de)(de)商數(shu)(shu)。目前我國數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)(xin)(xin)(xin)企業主要通(tong)過(guo)改造供電(dian)(dian)(dian)、冷卻、管理系統(tong)等方式(shi)對(dui)能(neng)(neng)耗(hao)進行(xing)優化,以(yi)降(jiang)低(di)PUE值,減少相(xiang)關開支。降(jiang)低(di)制冷系統(tong)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)耗(hao)是數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)(xin)(xin)(xin)節(jie)能(neng)(neng)、提(ti)高能(neng)(neng)源效(xiao)率的(de)(de)(de)重點環節(jie)。但是,PUE只能(neng)(neng)在一(yi)定程度(du)上反映(ying)數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)(xin)(xin)(xin)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)使用情況,無(wu)法(fa)反映(ying)數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)(xin)(xin)(xin)使用化石能(neng)(neng)源引起的(de)(de)(de)大氣污染和(he)碳排放問題。


盡管近些年我國數據(ju)中心(xin)行(xing)業的PUE值不斷降低,但是,由于可再生清(qing)潔電力使(shi)(shi)用率偏(pian)低,數據(ju)中心(xin)在電力使(shi)(shi)用過(guo)程(cheng)中過(guo)度依賴化石(shi)能源,造成了大(da)量污染物排放和環境污染。


由(you)于(yu)我(wo)(wo)國(guo)(guo)分(fen)布式能(neng)源、微(wei)電網(wang)、局域電網(wang)接入大電網(wang)還存在(zai)諸多困(kun)難,加(jia)之我(wo)(wo)國(guo)(guo)電力市場(chang)建設滯后以(yi)及“綠色電力”交(jiao)易剛剛起步,數據(ju)(ju)中心(xin)缺乏采購可(ke)再(zai)生能(neng)源的制度安排和商業渠道,因此,國(guo)(guo)際機構在(zai)估計我(wo)(wo)國(guo)(guo)數據(ju)(ju)中心(xin)的污(wu)染物排放(fang)時(shi),往往認定其(qi)主(zhu)要使(shi)用了(le)燃煤火電。據(ju)(ju)此測算,2018年我(wo)(wo)國(guo)(guo)數據(ju)(ju)中心(xin)火電使(shi)用量約為1171.81億千(qian)瓦時(shi),帶(dai)來了(le)4687噸煙塵,23436噸二氧(yang)化(hua)硫,22264噸氮氧(yang)化(hua)物以(yi)及9855萬(wan)噸二氧(yang)化(hua)碳等(deng)污(wu)染物排放(fang)。


“十一五”以來(lai),我國(guo)實(shi)施了(le)能(neng)(neng)源(yuan)消費強度和消費總量“雙控”行動。為落實(shi)“雙控”指標要(yao)求,各省(sheng)級政府(fu)出臺了(le)能(neng)(neng)源(yuan)“雙控”實(shi)施方案。這意味著節能(neng)(neng)減(jian)排和能(neng)(neng)效管(guan)理不僅是企(qi)業(ye)內部經(jing)濟成本(ben)收益問題,而且是滿足政府(fu)對(dui)企(qi)業(ye)的(de)強制性(xing)要(yao)求問題。換言之,節能(neng)(neng)減(jian)排和能(neng)(neng)效管(guan)理不是企(qi)業(ye)愿意不愿意做的(de)問題,而是企(qi)業(ye)必(bi)須做的(de)問題。


目(mu)前(qian),我國(guo)互聯網技術(shu)已處(chu)于世界領先地位,但是該行業尚未形成(cheng)大規模利用(yong)可(ke)再(zai)生能源(yuan)電(dian)力(li)的(de)(de)(de)趨勢。2018年我國(guo)數(shu)(shu)據(ju)中心行業用(yong)電(dian)總(zong)量中,可(ke)再(zai)生能源(yuan)電(dian)力(li)占比(bi)(bi)為23%,低(di)于全社會26.5%可(ke)再(zai)生能源(yuan)用(yong)電(dian)比(bi)(bi)重。中國(guo)數(shu)(shu)據(ju)中心行業應(ying)當(dang)跨越“PUE時代”,改變目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)用(yong)能方式,將使用(yong)清(qing)潔可(ke)再(zai)生能源(yuan)電(dian)力(li)作(zuo)為應(ying)對(dui)能耗挑戰的(de)(de)(de)重要解決(jue)方案,加快清(qing)潔低(di)碳用(yong)電(dian)步(bu)伐,成(cheng)為能源(yuan)轉型的(de)(de)(de)典范。以下三點(dian)建議值得參考:


第一,擴大可(ke)再(zai)生(sheng)能源市場化(hua)交(jiao)易(yi)的(de)(de)試點(dian)(dian)地區及(ji)參(can)(can)與(yu)企業(ye)(ye)。目前可(ke)再(zai)生(sheng)能源市場化(hua)交(jiao)易(yi)試點(dian)(dian)地區及(ji)參(can)(can)與(yu)試點(dian)(dian)的(de)(de)企業(ye)(ye)用戶(hu)類型(xing)比較有限。建議(yi)在2019年6月發改委《關于全面放開經營性電(dian)(dian)力用戶(hu)發用電(dian)(dian)計劃的(de)(de)通知》的(de)(de)基(ji)礎上,參(can)(can)照《京津冀(ji)綠色(se)電(dian)(dian)力市場化(hua)交(jiao)易(yi)規則》,擴大可(ke)再(zai)生(sheng)能源市場化(hua)交(jiao)易(yi)機制試點(dian)(dian)地區,讓更(geng)多類型(xing)、不同(tong)規模的(de)(de)企業(ye)(ye)用戶(hu)有機會參(can)(can)與(yu)可(ke)再(zai)生(sheng)能源采購(gou)。


第二,完善新(xin)建數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)審(shen)批(pi)政(zheng)策。近年來,部(bu)分東(dong)部(bu)發達地(di)區對數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)制(zhi)定了(le)新(xin)的(de)(de)(de)準建政(zheng)策,以(yi)控制(zhi)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)過快(kuai)增長。北京(jing)、上(shang)海、廣(guang)東(dong)等(deng)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)集中(zhong)(zhong)地(di)區對新(xin)建數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)PUE作出了(le)限制(zhi)。例(li)如,北京(jing)要求(qiu)新(xin)建數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)PUE不得超過1.4。建議(yi)將(jiang)新(xin)建數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)審(shen)批(pi)與數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)可再生能(neng)源使用(yong)(yong)情況掛鉤,將(jiang)可再生能(neng)源使用(yong)(yong)作為加快(kuai)審(shen)批(pi)的(de)(de)(de)加分項,以(yi)推動數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)更(geng)多地(di)使用(yong)(yong)可再生能(neng)源。


第三,引導新增數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)在(zai)可再(zai)生(sheng)(sheng)能源(yuan)富(fu)裕的(de)中(zhong)(zhong)西部地(di)區(qu)選址(zhi)。將(jiang)可再(zai)生(sheng)(sheng)能源(yuan)在(zai)當(dang)地(di)電網(wang)的(de)消納水平列為在(zai)當(dang)地(di)布局數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)導向(xiang)因素之一,有針對性(xing)地(di)引導部分數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)向(xiang)可再(zai)生(sheng)(sheng)能源(yuan)資源(yuan)富(fu)余的(de)中(zhong)(zhong)西部地(di)區(qu)遷移(yi)。

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