一、我國數據中心的能源供應與能效治理面臨的主要問題

 

（一）從數據中心的能源消費側看，數據中心在消費巨量電能量的同時，排放了大量未被利用的中低品位余熱。如果這些余熱能得以有效利用（余熱溫度在20~85攝氏度、散熱量占到數據中心能源消費的40%左右），那么數據中心就又可以看作是一個巨大的中低品位熱源，可以用于滿足周邊用戶的供暖、熱水等需求。比如丹麥、瑞士等國家，已有采用熱泵技術回收數據中心余熱，用于周邊建筑的采暖、生活熱水或游泳池伴熱的案例，并展現了良好的熱經濟效益。如按現有數據中心規模，我國北方地區數據中心的可回收余熱總量約有10吉瓦，這意味著不需要再消費額外能源，便可實現3億平方米左右建筑的供暖。

 

（二）從數據中心的能源供應側看，我國數據中心供能模式單一，數據中心的能源供應以火電為主，綠電和其他能源的供應占比較低。2018年，我國數據中心可再生能源的電力消費占比不足23%，如將這一數據提高至30%，將避免火電使用近200億千瓦時。同時，利用高品位火電去滿足數據中心散熱的低品位需求，存在數據中心供能側與用能側能量能級的不匹配，導致系統能量損失大。而熱（冷）電聯供系統的供能特性，恰與數據中心冷電負荷特性存在著良好的匹配性。數據中心天然氣聯供系統的能源利用率可高達90%以上，1立方米天然氣可等效4~10千瓦時的電力，理論上具有良好的熱經濟性。

 

（三）從數據中心建設和運維的角度看，我國數據中心存在資源利用率不高以及能效聯動的問題。一方面，數據中心為保證“算力”的高可靠性，其能源系統多采用冗余的設計及運行策略，對供能系統運行與數據業務量缺乏精細監控與協同聯動；另一方面，當前我國數據中心的能效評價及運維多基于能量的“數量”層次，而忽略了能量“品位”的影響。以上現象，共同導致數據中心IT設備的低負載、高能耗運行以及制冷系統的過大設計。我國大部分數據中心的電能利用效率在1.5以上，我國數據中心的能耗成本占到數據中心運維總成本的70%左右，而空調所用電費約占其中的40%。最后，我國數據中心的服務主體、運營模式及市場機制均還比較單一，數據中心的提質增效存在著很大的潛力空間。

 

二、我國數據中心提質增效相關建議

 

因此，基于以上我國數據中心能效治理的現狀、存在的問題以及重大需求，從關鍵技術和宏觀機制出發，筆者以能源互聯網的典型方法論“產消者”“綜合能源系統”及“多目標優化”為手段，提出我國數據中心提質增效的幾點建議。

 

（一）探索產消型數據中心綜合能源系統的能源高效消費與供應路徑。深入洞悉不同氣候區及不同性能數據中心的能耗及能效特征，鼓勵壓縮式熱泵、高效換熱、吸收及吸附式制冷、蓄能等中低品位熱能高效回收與利用技術在數據中心余熱回收上的應用推廣，并探索其低成本、規模化推廣的技術路線及商業模式。有條件的地區，特別是經濟發達以及能源稟賦不足地區，應系統考慮數據中心能源系統上下游用戶的能源供應與消費的時空互補特性，積極構建及培育“產消型”數據中心綜合能源系統及模式。同時，有必要將產消型數據中心能源系統的規劃納入所在區域及園區的冷熱電氣等能源系統的規劃，統一施策，做好數據中心及其周邊園區能源供應與消費的統籌規劃和共建共贏。

 

（二）打造基于多能互補的數據中心能源供應的多元融合模式。因地制宜，因時制宜，研究和推廣自建綠電、直購綠電、采購綠色電力證書以及電力現貨市場化交易等方式，以及高壓直流供電技術在數據中心供能上的低成本、規模化應用，全方位培育綠電在數據中心的應用路徑。架構基于能 量綜合梯級利用的聯供系統的設計及評價體系，特別是電力緊張區域，合理設計天然氣聯供系統在數據中心能源系統的容量占比及運行策略。應充分結合自然或免費冷源，因地制宜，鼓勵利用LNG汽化吸熱過程、山區溶洞低溫空氣、江河湖海低溫水源等用于滿足數據中心散熱需求的應用及示范。立足數據中心當地資源稟賦及負荷特性，構建綠色電力、天然氣聯供、自然冷源以及光熱、儲能等技術的數據中心多能互補能源系統，推動綠電與其他能源在數據中心供能上的多元互動的潛力。

 

（三）抓好數據中心算力、排放、能效與成本的頂層規劃與同步優化。積極統籌、合理規劃各省市數據中心的建設數量和規模，優化數據中心可承載的帶寬和資源，堅持集中式與分布式數據中心協調發展原則，提高我國數據中心整體的資源利用率。

 

探究數據中心算力、能效、成本的同步優化手段，研究人工智能在數據中心能耗監控與動態控制方面的應用，健全數據中心能源系統的完善度評價模型、指標及標準，更全、更深、更精細地挖掘數據中心能耗的各個環節以及細節。提倡基于地理分布的數據中心結構性布局，包括5G邊緣數據中心與大數據中心的融合，以匹配區域電價、計算能力和帶寬的差異。探究數據中心與變電站、儲能站、充換電站等集于一體的“多站融合”建設與運營模式，打造多行業數據中心融合發展與共享共贏的健康生態。