数据中心能效治理关系到能源系统转型升级新模式
2022-07-16
当前，以数字化为代表的科技和产业革命正在推动人类的生活方式、生产方式和思维方式发生根本性变化。作为数字基础设施的重要载体，数据中心的“规模”将不断扩大，“算力”将不断提升，相应数据中心的“能耗”和“运营成本”很可能继续上涨。因此，数据中心的能效治理关系到数字经济的可持续发展。是我国能源系统高效低碳转型的典型场景。是新基建趋势下对国家治理和能源安全的新要求。智慧能源创新模式与政策协调机制研究（国家社科基金重大项目：No.）”。
一、我国数据中心能源供应和能效治理面临的主要问题
(一）从数据中心的能源消耗端看，数据中心在消耗大量电能的同时，还会排放大量未利用的中低品位余热。如果这些余热能够得到有效利用（余热温度为20~85摄氏度，散热占数据中心能耗的40%左右），那么数据中心可以看作是一个巨大的中低档热量源，可用于满足周边用户的供暖和热水，例如在丹麦、瑞士等国家，已有利用热泵技术回收数据中心余热为周边建筑供暖的案例、生活热水或游泳池供暖，并显示出良好的热经济效益。约 10 GW，这意味着可以在不消耗额外能源的情况下实现约 3 亿平方米建筑物的供暖。
(二）从数据中心的能源供给侧来看，我国数据中心的能源供给方式单一，数据中心的能源供给以火电为主，绿色供给电力等能源偏低，2018年我国数据中心可再生能源用电量占比不到23%能耗管理软件，如果这个数字提高到30%，将避免近200亿千瓦时的火电。同时，高品位的火电将用于满足数据中心低品位的散热需求。导致系统能量损失较大 热（冷）电联产系统的供能特性与数据中心冷电负荷特性有很好的匹配性 天然气热电联产的能源利用率供应系统e数据中心可高达90%，1立方米天然气相当于4~10度电，理论上具有良好的热经济性。
(三）从数据中心建设和运维来看，我国数据中心存在资源利用率低、能效联动等问题。一方面，数据中心是为了保障“算力”可靠性高，其能源系统多采用冗余设计和运行策略，缺乏对能源供应系统运行和数据流量的精细监控和协同联动；“级别”，而忽略了能源“等级”的影响。以上现象共同导致数据中心IT设备低负载、高能耗运行，以及散热系统设计过大，我国大部分数据中心的电源利用效率为1.5或另外，我国数据中心的能耗成本占数据中心运维总成本的70%左右，空调电费占40%左右。最后，我国数据中心的服务主体、运营模式和市场机制 数据中心还比较单一，提升数据中心质量和效率的潜力很大。
二、提高我国数据中心质量和效率的相关建议
因此，基于上述现状、我国数据中心能效治理存在的问题和主要需求，笔者从关键技术和宏观机制入手，使用能源互联网的典型方法论：“产消者” 、“综合能源系统”和“多元能源”。目标优化”作为手段，为提高我国数据中心的质量和效率提出一些建议。
(一）探索生产和消费数据中心一体化能源系统的能源高效消耗和供给路径。深入洞察不同气候区和不同气候区数据中心的能源消耗和能效特征性能，鼓励压缩热泵，高效替代 热能、吸收吸附制冷、储能等低品位热能高效回收利用技术在数据中心余热回收中的应用和推广，探索其低成本、规模化推广的技术路线和商业模式。数据中心能源系统要系统考虑，“生产-消费”的数据中心积极构建和培育综合能源体系和模式。要把生产消费数据中心能源系统规划纳入区域和园区制冷、供热、电力等能源系统规划，实施统一政策抓好统筹数据中心及周边园区能源供需，共建双赢。 .
(二）打造多能互补的数据中心供能多元一体化模式。因地制宜，研究推广自建绿电，直购绿电，采购绿色电力证书和电力现货市场交易等方式，以及高压直流供电技术在数据中心供能中的低成本、规模化应用，培育绿色电力在数据中心的应用路径综合评价体系，特别是在缺电地区，合理设计数据中心能源系统中天然气联供系统的容量比例和运行策略，应充分结合自然冷或自由冷来源，因地制宜，鼓励利用LNG汽化吸热工艺、山洞、低温空气和低温空气的应用示范d 江河湖海低温水源，满足数据中心制冷需求。根据当地资源禀赋和数据中心负荷特点，构建绿色电力、天然气共供、自然冷源、太阳能光热、储能等技术。数据中心的多能互补能源系统，促进了绿色电力与其他能源在数据中心能源供应中的多重相互作用的潜力。
(三）做好数据中心算力、排放、能效、成本的顶层规划和同步优化工作。积极协调合理规划各省数据中心建设数量和规模和城市，优化数据中心可承载的带宽和资源，坚持集中式和分布式数据中心协调发展的原则，提高我国数据中心的整体资源利用率。
探索数据中心算力、能效、成本同步优化方法，研究人工智能在数据中心能耗监测与动态控制中的应用，完善数据中心能源系统的完整性评价模型、指标和标准等全面、更深入、更精细地挖掘数据中心能耗的各个方面和细节。提倡基于地域分布的数据中心结构布局，包括5G边缘数据中心和大数据中心的融合，匹配区域电价、算力和带宽的差异。探索数据中心与变电站、储能站、充换电站等相结合的“多站融合”建设运营模式，打造多行业数据中心融合发展共享共赢的健康生态结果。
（本文作者：清华大学能源互联网创新研究院王永振、赵薇、高峰）
