關(guān)于數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑探討

    摘 要:在控制溫室氣體排放、積極應(yīng)對(duì)氣候變化已經(jīng)成為**共識(shí)的當(dāng)下,“綠色、低碳和可持續(xù)發(fā)展”成為**社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的共同目標(biāo)。目前**已有127個(gè)國家作出“碳中和”承諾。我國于2020年9月22日在聯(lián)合國大會(huì)上提出,二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值,努力爭2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。  
    關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;碳中和;實(shí)現(xiàn)路徑 
    1 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心發(fā)展模式不可持續(xù)
          近年來在“新經(jīng)濟(jì)”強(qiáng)勁拉動(dòng)下,我國IDC業(yè)務(wù)收入實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高速增長,2020年全年規(guī)模達(dá)2238.7億元,同比增長43.3%。與數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)張相對(duì)應(yīng)的是,在過去10年,我國數(shù)據(jù)中心整體用電量以每年**10%的速度高速遞增。2018年,全國數(shù)據(jù)中心總耗電量1500億干瓦?時(shí),達(dá)到了社會(huì)總用電量的2.19%。預(yù)計(jì)到2025年,占比將增加一倍,達(dá)到4.05%,數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為耗能大戶。
          數(shù)據(jù)中心不僅能耗總量大,而且能耗水平高。根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心發(fā)布的數(shù)據(jù):2019年我國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模達(dá)到1561億元,同年我國數(shù)據(jù)中心總耗電量竟然高達(dá)1763億千瓦?時(shí),整個(gè)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的平均能耗水平竟然高達(dá)11294千瓦_(dá)時(shí)/萬元營業(yè)收入,折合3.614噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元營業(yè)收入(按320克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦?時(shí)折算)。2019年我國鋼鐵業(yè)**一寶武集團(tuán)萬元產(chǎn)值綜合能耗僅為1.4噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元,盡管在統(tǒng)計(jì)口徑、數(shù)據(jù)來源等方面可能存在一定偏差,但是數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)高耗能特點(diǎn)是毋庸置疑的,如圖1所示。

          根據(jù)**化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO發(fā)布的ISO14064標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)溫室氣體的排放可以劃分為3個(gè)范圍:一是自身產(chǎn)生的碳排放,二是通過消耗電力能源產(chǎn)生的碳排放,三是產(chǎn)業(yè)**鏈的碳排放。數(shù)據(jù)中心90%以上的碳排放屬于范圍二。由于當(dāng)前中國的發(fā)電量結(jié)構(gòu)中占70%以上仍為燃煤發(fā)電,發(fā)電同時(shí)伴隨著大量的溫室氣體及其它污染物排放,因此數(shù)據(jù)中心既是高耗能產(chǎn)業(yè),也是高排放產(chǎn)業(yè)。
          在全國實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略的宏觀背景下,如果仍沿襲傳統(tǒng)的發(fā)展模式,繼續(xù)大量消耗化石能源,維持高能耗、高排放水平,數(shù)據(jù)中心的發(fā)展終將不被社會(huì)接受,出路必然是越走越窄。
          近期,一個(gè)新動(dòng)態(tài)值得高度關(guān)注。我國全國性碳交易市場自今年7月16曰正式開市以來,碳交易價(jià)格一路走高,8月4曰漲停于58.70元/噸。但比較歐洲碳市場當(dāng)前碳價(jià)55.05歐元/噸,國內(nèi)碳價(jià)可謂“小荷才露尖尖角”,未來還應(yīng)有巨大的上漲空間。不過飆漲的碳價(jià)終將轉(zhuǎn)嫁到火電的下游廠商,這其中當(dāng)然包括耗能大戶——數(shù)據(jù)中心。由于電費(fèi)約占數(shù)據(jù)中心成本結(jié)構(gòu)的50%?60% , 碳價(jià)上漲又會(huì)推動(dòng)火電價(jià)格上漲,將給依賴化石能源供能的數(shù)據(jù)中心帶來新的不確定性。
     
    2 “碳中和”數(shù)據(jù)中心 一數(shù)據(jù)中心的良好模式
          近年來,公司出臺(tái)了一系列推動(dòng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的政策。然而,在現(xiàn)行的綠色數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中,盡管也有PUE值等評(píng)價(jià)指標(biāo),但在以火電為主的傳統(tǒng)電力結(jié)構(gòu)下,即使PUE指標(biāo)值再低,也要消耗大量火電??梢娺@樣的綠色數(shù)據(jù)中心不可能實(shí)現(xiàn)真正的綠色,當(dāng)下的綠色數(shù)據(jù)中心與“雙碳”目標(biāo)要求之間存在著差距,無法適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳“目標(biāo)的新形勢和新要求。
          出路何在?只有走“碳中和”道路,才是數(shù)據(jù)中心的良好發(fā)展模式。
    “碳中和”數(shù)據(jù)中心要求在滿足數(shù)據(jù)中心安全標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),充分利用電力市場交易、清潔能源技術(shù)、節(jié)能環(huán)保技術(shù),較大限度利用清潔可再生能源和各類冷能資源,并在必要時(shí)通過碳交易手段,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心碳抵消,確保數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)溫室效應(yīng)氣體真正的“零排放”。
          “碳中和”數(shù)據(jù)中心總體上是以清潔可再生電力為能源基礎(chǔ)的。《歐洲氣候中立數(shù)據(jù)中心公約》明確要求:到2025年,歐洲數(shù)據(jù)中心使用可再生能源電力要達(dá)到75%,到2030年達(dá)到** 。
     
    3 “碳中和”數(shù)據(jù)中心發(fā)展條件趨于成熟
          研究世界能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律會(huì)發(fā)現(xiàn):由于煤炭等化石資源開采條件不斷劣化以及火電環(huán)境成本不斷上升,長期來看火電成本是不斷上漲的。而由于技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)等因素,長期來看光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電成本是不斷降低的,恰如美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家里夫金預(yù)言:基于可再生能源的長期生產(chǎn)邊際成本將趨于零。近年來,在歐洲*發(fā)展的可再生能源產(chǎn)業(yè)通過實(shí)踐驗(yàn)證了這一點(diǎn)。2019年9月20日,英國6個(gè)海上風(fēng)電場(總計(jì)5.5 GW )競標(biāo)結(jié)果揭曉,報(bào)出創(chuàng)紀(jì)錄的低價(jià),比公司的“參考價(jià)格”低8-9英鎊/兆瓦?時(shí)。按照英國的電力市場機(jī)制和市場趨勢,這些風(fēng)電項(xiàng)目不但不會(huì)收取任何公司補(bǔ)貼,反而會(huì)向消費(fèi)者回饋近6億英鎊。
          今年以來,我國光伏發(fā)電、風(fēng)電新建項(xiàng)目已經(jīng)被要求平價(jià)上網(wǎng)。近期,國投甘肅新能源與三一重能聯(lián)手打造的國投瓜州*橋*七風(fēng)電項(xiàng)目有望將度電成本下降到0.1元/千瓦?時(shí)。未來隨著技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)等因素,光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電成本仍然有進(jìn)一步下降的空間。根據(jù) “碳達(dá)峰”要求,到2030年我國光伏、風(fēng)電總裝機(jī)將達(dá)到12億干瓦,如何消納這些發(fā)電能力將是一個(gè)不小的課題,但是對(duì)于以清潔能源為基礎(chǔ)的“碳中和”數(shù)據(jù)中心,卻意味著巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)。
          在清潔能源產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的背景下,從經(jīng)濟(jì)角度來看,隨著可再生電力比較火力發(fā)電越來越具有成本競爭力,“碳中和”數(shù)據(jù)中心發(fā)展的基礎(chǔ)條件也將日益成熟。
     
    4 “碳中和”數(shù)據(jù)中心特征
          “碳中和”數(shù)據(jù)中心是以清潔、綠色、可再生電力體系為基礎(chǔ)的,這不僅意味著要使用光伏、風(fēng)電及水電等,還意味著要通過發(fā)展包括調(diào)峰靈活電源、儲(chǔ)能設(shè)施等在內(nèi)的一系列機(jī)制,構(gòu)建起能夠克服可再生電力先天存在的間歇性大、波動(dòng)性大、**性弱的缺點(diǎn),滿足數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)要求的完整供電體系。
          “碳中和”數(shù)據(jù)中心并不**排斥化石能源,在可再生電力不足時(shí),允許使用化石能源,以**數(shù)據(jù)中心電力供應(yīng)。而使用化石能源產(chǎn)生的碳排放,則可以通過碳交易,實(shí)現(xiàn)碳柢消。
          “碳中和”數(shù)據(jù)中心是建立在集成應(yīng)用各種低碳技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新基礎(chǔ)上的?!疤贾泻汀睌?shù)據(jù)中心既可以充分利用自身?xiàng)l件,自建分布式的清潔可再生發(fā)電系統(tǒng),也可以充分利用電力交易市場購入清潔可再生電力(即綠電)。
          “碳中和”數(shù)據(jù)中心要求較大限度使用各類冷能資源,以較大限度提高能源利用效率,因此數(shù)據(jù)中心建設(shè)要遵從系統(tǒng)思考、長期規(guī)劃、因地制宜、深入挖潛的原則。
     
    5 “碳中和”數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)路徑
          “碳中和”數(shù)據(jù)中心概念圖如圖2所示,建設(shè) “碳中和”數(shù)據(jù)中心是一個(gè)系統(tǒng)工程,要求在環(huán)境側(cè)、用電側(cè)、供電側(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)*貫徹“碳中和”思想。
    5.1 環(huán)境側(cè)
          環(huán)境是影響數(shù)據(jù)中心能耗的重要因素,數(shù)據(jù)中心能耗中相當(dāng)一部分是設(shè)備冷卻能耗。因此通過優(yōu)化選址,充分利用各類冷能資源提高數(shù)據(jù)中心能效,尤為重要。所謂優(yōu)化選址,就是應(yīng)選擇氣候條件適宜、綠電供應(yīng)充足的地區(qū)建設(shè)數(shù)據(jù)中心。
          特別要強(qiáng)調(diào)的是,冷能資源利用也應(yīng)拓寬思路。近年來,我國大量進(jìn)口LNG以解決國內(nèi)天然氣供應(yīng)問題,由于國內(nèi)天然氣市場需求旺盛,規(guī)模龐大,我國已成為世界上LNG進(jìn)口大國之一。LNG進(jìn)口不僅帶來寶貴的天然氣,而且?guī)砹司薮蟮睦淠苜Y源。以江蘇省如東縣洋口港為例,該港口每年進(jìn)口約1000萬噸LNG ,這些LNG汽化時(shí)大量吸熱,造成港口周邊數(shù)平方干米海域平均溫度比周邊海域水溫低了4°C左右。這些冷能完全放空,不僅無法創(chuàng)造**,而且影響了海洋生態(tài)。
          目*我國海岸線從南到北,密集的LNG進(jìn)口終端已經(jīng)構(gòu)成一條連綿的點(diǎn)線。其中相當(dāng)一部分分布于東南沿海發(fā)達(dá)的大中城市周邊,這些城市對(duì)于數(shù)據(jù)中心有著巨大的需求,如果能充分挖掘區(qū)域內(nèi)LNG冷能資源,一定能為數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造新的模式。
    5.2 供電側(cè)
          實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心“碳中和”是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,數(shù)據(jù)中心供電側(cè)如何較大限度開發(fā)利用清潔可再生電力尤為關(guān)鍵,有以下四種供能方式可供選擇。
          一是自備清潔可再生電廠有光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電兩種形式,電力自發(fā)自用。這種供電方式較為便捷,但是受限于場地等因素 ,一般難以完全解決數(shù)據(jù)中心供能問題。
          二是通過電力交易市場購入綠電。數(shù)據(jù)中心耗電量巨大,因此多數(shù)場景下需要外部電力供應(yīng)。如果能夠通過電力交易,購入光伏發(fā)電、風(fēng)電 、水電等“零碳綠電”,可以確保數(shù)據(jù)中心的“碳中和”特質(zhì)。
          三是儲(chǔ)能供能。在大量使用可再生電力的背景下,儲(chǔ)能環(huán)節(jié)對(duì)于保證數(shù)據(jù)中心用電的安全性和連續(xù)性具有特別重要的作用。可組合使用電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、制氫儲(chǔ)能等技術(shù)手段。
          四是備發(fā)靈活電源機(jī)組。在各種突發(fā)事件下,需要合理配置發(fā)電機(jī)組**設(shè)備不間斷供電。在大量使用可再生電力的情況下,備發(fā)靈活電源較是不可或缺。從快速反應(yīng)、調(diào)峰出力角度看,選用燃?xì)廨啓C(jī)+ 天然氣為備用靈活電源,完全可以滿足數(shù)據(jù)中心災(zāi)備要求。
          上述供能方式僅在此情形下,備發(fā)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生碳排放,需采取必要的碳抵消措施。因此,數(shù)據(jù)中心完全可以實(shí)現(xiàn)“零碳排放”。
    5.3 用電側(cè)
          用電側(cè)主要包括IT設(shè)備耗能、空調(diào)耗能、建筑本身能耗等,應(yīng)當(dāng)集成運(yùn)用各種能源環(huán)保技術(shù)降低用電側(cè)能耗??傮w技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)是:提高設(shè)備能效,適應(yīng)清潔可再生電力供電特點(diǎn),較大限度利用冷能資源。
     
    6安科瑞為數(shù)據(jù)中心提供的能效監(jiān)控解決方案
    6.1 精密配電管理解決方案
          AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的,能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng),為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息,并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理,為實(shí)現(xiàn)*綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
    6.1.1交流系統(tǒng)
          1)功能要求:
          遙測:輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度;輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度;
          遙信:輸入分路的過壓/欠壓,缺相,過流,輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
          2)配置方案-示意圖
     
    配置方案 
    多功能儀表       PZ72L-E4
    電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A
    6.1.2直流系統(tǒng)
          1) 功能要求
          遙測:輸入分路的電壓、電流、功率、電度;
          遙信:輸入分路的過壓/欠壓,輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
          2)配置方案-示意圖
     
    配置方案
    多功能儀表          PZ72L-DE
     霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

     開關(guān)電源            SBD-30  (48V)


    產(chǎn)品規(guī)格

    說明:■為標(biāo)配功能。
     
    配套附件

    6.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
          數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來,隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和較高需求,智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中,具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn),即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊,將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。
          1)交流系統(tǒng)功能:
          遙測:三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度,系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率;
    6.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
          遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;    
          2)直流系統(tǒng)功能:
          遙測:電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率;
          遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;                              
    產(chǎn)品介紹
           
    說明:■為標(biāo)配功能。
     
    7結(jié)語
          首先,基于清潔可再生能源的“碳中和”數(shù)據(jù)中心發(fā)展模式,才是數(shù)據(jù)中心發(fā)展良好模式,才能使數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展擺脫當(dāng)前的被動(dòng)局面。其次,隨著清潔可再生電力價(jià)格不斷下降,“碳中和”數(shù)據(jù)中心發(fā)展的經(jīng)濟(jì)可行性將曰益完備。再次,“碳中和”數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與運(yùn)行,是建立在全新的能源技術(shù)體系之上的。需要系統(tǒng)集成清潔能源技術(shù)、制冷及冷能利用技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、靈活電源技術(shù)等,還需要充分利用電力交易、碳交易等手段以及數(shù)據(jù)中心商業(yè)模式創(chuàng)新。最后,“碳中和”數(shù)據(jù)中心的發(fā)展迫切需要國家政策的支持和**,應(yīng)當(dāng)以綠電使用比重,而非PUE值作為數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
     
    參考文獻(xiàn): 
    【1】張?jiān)娪?,朱雨?“碳中和”數(shù)據(jù)中心的概念、特征與實(shí)現(xiàn)路徑
    【2】鄭佩洪.高速公路數(shù)據(jù)中心機(jī)房管理現(xiàn)狀與展望[J].公路交通科技 ( 應(yīng)用技術(shù)版 ),2019,172(04):324-326.
    【3】鄭卓文,葉青,任忠惠.一種IDC機(jī)房資源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J].信息通信 ,2017,180(12):210-211.
    【4】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版


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  • 詞條

    詞條說明

  • 多回路故障電弧探測器應(yīng)用于手術(shù)室精密儀器配電

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