建设绿色数据中心是构建新一代信息基础设施的重要任务,是深入实施制造强国、网络强国战略的有力举措。“双碳”目标下,提高数据中心能源与资源使用效率成为当务之急,数据中心发展迎来绿色低碳风口。
江苏全省数据中心年用电量已超23亿千瓦时
我国的数据中心机架规模持续稳步增长,至2022年底,规模约为650万架,年耗电量约为2700亿千瓦时,占全社会用电量的3.1%,相当于三峡水电站年满发电量的3倍。预测到2025年底,我国数据中心机架规模将超1000万架,年耗电量将超过4000亿千瓦时,年二氧化碳排放量将突破2.3亿吨。
为推动数据中心绿色低碳发展,国家多部门连续出台《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》等相关政策文件。其中,2021年12月发布的《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》提出:到2025年,全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率降到1.5以下,国家枢纽节点进一步降到1.25以下,绿色低碳等级达到4A以上。北上广等重点地区纷纷推出具体政策,严格控制数据中心能耗水平。2023年4月,北京发布的《关于进一步加强数据中心项目节能审查的若干规定(征求意见稿)》提出:年能源消费量大于等于3万吨标准煤的项目,电能利用效率(PUE,Power Usage Effectiveness,其数值为数据中心内所有用电设备消耗的总电能与所有电子信息设备消耗的总电能之比)不应高于1.15。2021年4月,上海发布的《上海市数据中心建设导则(2021版)》提出:新建大型数据中心综合PUE严格控制不超过1.3,水利用效率(WUE,Water Usage Effectiveness,其数值为数据中心内所有用水设备消耗的总水量与所有电子信息设备消耗的总电能之比)第一年不高于1.6,第二年不高于1.4。2023年1月,广东发布的《关于加强数据中心布局建设的意见》提出:国家枢纽节点数据中心集群内数据中心平均PUE值不高于1.25。
在江苏,数据中心绿色低碳发展同样是地方政府、通信运营商等多方关注的焦点。2021年12月,江苏省工信厅印发《江苏省新型数据中心统筹发展实施意见》提出:到2023年底新建大型及以上数据中心电能利用效率(PUE)降低到1.3以下,到2025年底,基本形成“双核三区四基地”发展布局体系。
到2022年底,江苏数据中心标准机架规模达50万架,到2025年底,江苏数据中心机架规模达70万标准机架,年均增速保持在12%左右。据江苏通信管理局公布的数据,2022年,江苏数据中心用电量达23.5亿千瓦时,同比增长32.7%,占当年全省全社会总用电量的0.32%;预计到2025年,江苏全省数据中心年用电量将突破33亿千瓦时。
发展与能源消费面临三大挑战
一是能耗约束与产业发展对数据中心选址布局提出更高要求。
“双碳”背景下,江苏各市积极淘汰落后产能、腾退能源与土地指标,对数据中心能源消费总量与强度提出了更为严格的要求。数据中心作为能源资源消费大户,如何优化布局成为难题。
二是数据中心行业对可再生能源消费重视不足。
受限于本地资源禀赋与场地面积等条件约束,数据中心对本地新能源利用“微不足道”。当前,政府对绿电没有强制要求且绿电成本较高,数据中心行业对可再生能源利用还持观望态度,只有头部企业或者用户对绿电有明确要求的数据中心愿意通过购买绿电、绿证或投资新能源电站等方式提升绿电消费水平。
三是数据中心运营商主动节能的内生动力不足。
数据中心是节能工作中较新的领域,部分数据中心运营管理单位担心节能改造对机房安全运行造成影响,因此,对节能改造工作较为谨慎。同时,数据中心使用液冷、调峰储能、光伏建筑一体化等节能增效技术的投资回收期普遍偏长,这也使得数据中心运营商对节能工作缺乏积极性。另外,政府对数据中心能耗缺少有效监管手段,没有形成有效的奖励与考核机制。
政策:激励绿色高效发展
从政策层面,应激励数据中心通过安装分布式光伏,购买绿电、绿证,投资建设新能源电站等多种方式,提升可再生能源消费占比。同时,要求新建数据中心使用符合最新标准的高能效设备,推广高压直流供电技术、预制模块化技术、液冷技术、余热回收技术等新一代技术应用。分类分批推动存量“老旧小散”数据中心改造升级,进一步完善数据中心节能审查、能耗双控、碳排放影响评价等工作。强化政府引导、企业主导、政策扶持,推动“新增可再生能源电力消费量不纳入能源消费总量控制”等政策在江苏数据中心先行落地;成立支持数据中心绿色发展的专项资金或提供相关财税优惠。具体建议如下:
一是统筹开展数据中心选址布局。一方面,数据中心选址布局要综合考虑电源点距离与供电保障水平、能源成本、制冷冷源与环境温湿度、交通、消防等重要因素;另一方面,要着重关注当地政府对数据中心能耗总量与强度的要求以及数据中心产业发展政策。《江苏省“十四五”大数据产业发展规划》提出:除保障核心通信枢纽建设、国家及省市重大战略部署需求外,新建大型及以上数据中心原则上应布局在城区外,平均机架设计功率不低于6千瓦。城区内原则上仅新建智能计算中心、边缘数据中心等新型数据中心,平均机架设计功率一般不低于8千瓦。
二是推动储能等分布式电源技术应用,积极参与电网互动。储能(蓄电、蓄冷)对于数据中心具有可作为后备应急保障、促进本地可再生能源消纳、参与“削峰填谷”、减少运行成本等重要作用。2022年10月,江苏省发展改革委发布《江苏省电力需求响应实施细则(修订征求意见稿)》,明确拥有储能等具备可中断负荷的数据中心可以独立户号参与需求响应并享受相应补贴。利用数据中心屋顶、立面等资源部署太阳能光伏发电系统,除了减少对网供电需求外,光伏组件还将在屋顶形成遮挡,最大限度避免数据中心因阳光直射造成热量聚集,进而降低空调能耗。
三是积极通过购买绿电、绿证等可再生能源采购模式,提升绿色低碳能源消费水平。充分利用本地太阳能、风能、地热能等本地能源与资源,已不能满足数据中心绿色低碳发展要求。“双碳”目标背景下,应积极开展绿电、绿证交易,并鼓励具有经济实力的数据中心投资建设新能源电站,多措并举,提升数据中心绿电消费占比,推动江苏数据中心绿色低碳转型。
四是积极利用机房余热资源,拓展综合能源服务业务,创造更大效益。推动数据中心余热回收利用,通过高效换热器、热泵等技术进一步提升数据中心低品位热能,为数据中心辅助区及周边建筑提供生活热水、供暖等服务。有效降低数据中心对环境的热污染与碳排放,同时创造新的经济效益。
技术:驱动节能改造升级
从技术层面,对发展路径的建议如下;
一是合理设计数据中心机房通风路径,优先选择水冷式制冷方式并充分利用自然冷源。规划设计高效的制冷系统是数据中心提升能效的重要手段。在江苏大部分地区,水冷式制冷方式的能效优于风冷式系统,水冷系统更容易利用自然冷源。制冷系统应实现数字化、自动化、智能化管控,避免通过手动方式频繁切换设备运行方式。同时,通过合理设计通风路径,做好机柜与服务器布局,避免机房过量制冷、气流旁通、气流再循环等造成的能量浪费。
二是应用高能效变压器、高压直流电源、预制模块化等新技术,提高电能利用效率与施工效率。通常,数据中心供配电系统损耗占数据中心总损耗的5%~10%,变压器、UPS等是存在电力损耗的主要设备,此类设备在设计报废年限前不会轻易更换,因此,在规划设计之初应优先选用《电力变压器能效定值及能效等级》(GB 20052-2020)等标准推荐的1级能效设备。
三是充分运用人工智能(AI)、云计算等新一代信息技术,提升智慧管理水平。在充分保障数据中心安全运行的前提下,应用AI、云计算等新一代信息技术,智能化给出数据中心能源系统最优运行模式与节能建议;同时,结合现场工作人员及专家经验,开展相关操作,实现系统能效优化提升。推动建设全省数据中心智慧管理平台,掌握全省数据中心能源资源消耗总量与强度等关键指标,为督促全省数据中心绿色发展、制定相关激励机制提供科学依据。
四是积极开展存量数据中心节能改造。硬件方面,开展冷却塔节能改造,开展制冷主机的压缩机、机房水泵等设备变频改造,优化机房冷热通道设计,开展照明系统节能改造,加大自然冷源利用、合理设置冷却水温度等。软件与管理方面,积极建设智慧管理系统,利用数字化技术增强管理水平,推动数据中心整体能效的提升。
原标题:江苏:升级能效策略 建设绿色数据中心