中國數(shù)據(jù)中心碳排放強度世界2倍！來源及減碳路徑

　　數(shù)據(jù)中心的確是現(xiàn)代經(jīng)濟體系中一大排碳源，同時也應看到，我國數(shù)據(jù)中心消耗了全社會用電量的約2%，支撐了占全國GDP約36.2%的數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模，對提升全社會生產(chǎn)效率和全要素生產(chǎn)率作用巨大。

　　目前中國數(shù)據(jù)中心的碳排放占全社會比例較全球平均水平高出一倍，中國應下決心降低數(shù)據(jù)中心的碳排放。

　　近日，中國工程院院士鄔賀銓在張家口市政府主辦的“源網(wǎng)荷儲”高峰論壇表示，中國數(shù)據(jù)量快速增長，算力已經(jīng)成為國家的戰(zhàn)略選擇。信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)減排的貢獻十倍于信息技術(shù)自身引起的碳排放，目前中國數(shù)據(jù)中心的碳排放占全社會比例較全球平均水平高出一倍，中國應下決心降低數(shù)據(jù)中心的碳排放。

　　鄔賀銓指出了三種數(shù)據(jù)中心減碳的技術(shù)：向西部以及向低碳環(huán)境的地區(qū)發(fā)展;使用氫燃料以及儲能電池;使用可再生能源，提高高壓直流。

　　數(shù)據(jù)中心碳排放：

　　在確定一個數(shù)據(jù)中心的碳排放量時，我們需要先準確理解用來說明測量數(shù)據(jù)的術(shù)語。

　　數(shù)據(jù)中心的碳足跡定義為與一個數(shù)據(jù)中心總耗電量相等的碳排放。

　　數(shù)據(jù)中心總體碳排放情況

　　數(shù)據(jù)中心完整的碳排放情況包括：

　　(1)數(shù)據(jù)中心生命周期各階段的“隱含碳”;

　　(2)數(shù)據(jù)中心樓宇本身的碳排放;

　　(3)運營過程中的耗能所產(chǎn)生的碳排放量。

　　一、數(shù)據(jù)中心生命周期各階段的“隱含碳”

　　“隱含碳”包括所有材料和設備的生產(chǎn)、運輸和報廢過程這部分碳排放。

　　數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品生命周期里的各個碳排放階段

　　假設，數(shù)據(jù)中心內(nèi)有一臺新服務器，它在制造和運輸過程中產(chǎn)生的“隱含碳”應當加到該服務器所在數(shù)據(jù)中心的總體碳足跡中(包括制冷、耗水、耗電、原材料供應商的排煙以及員工交通工具)。單就員工交通工具(駕車或商務飛行出差)來說，其所產(chǎn)生的碳排放也是非常多的。

　　二、數(shù)據(jù)中心樓宇本身的碳排放

　　我們可以從下面的表格大致了解大樓本身的碳排放：

　　建筑建材隱含碳明細表

　　*表內(nèi)的負數(shù)實際上代表對二氧化碳排放有正面作用(即，超出了二氧化碳排放的中和值)，因為使用的是回收材料。

　　三、運營過程中的耗能所產(chǎn)生的碳排放量

　　此為我們本次專題的重點~本期我們暫不展開詳細討論。

　　數(shù)據(jù)中心能耗與碳排放的相關(guān)性

　　影響數(shù)據(jù)中心運營過程中碳足跡的主要因素有三個：

　　1.數(shù)據(jù)中心位置;2.IT負載;3.電氣效率。

　　一、**個關(guān)鍵因素：數(shù)據(jù)中心位置

　　氣候變量，比如室外溫度和濕度都是能耗的影響因素。處于極端溫度和濕度條件的地理區(qū)域會消耗更多的能源，因為數(shù)據(jù)中心的物理基礎設施需要工作更長時間來保持穩(wěn)定且適當?shù)臏囟群蜐穸取?/p>

　　數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)的本地發(fā)電站也會對數(shù)據(jù)中心的碳足跡產(chǎn)生很大影響。

　　數(shù)據(jù)中心所處地理位置的獨特性也會影響“減排”的頻率。減排反映的是本地市電電網(wǎng)中峰荷發(fā)電廠的平均使用率。當能耗需求降低時，峰荷發(fā)電廠就會減少使用(或者關(guān)閉使用)。這里的 “減排”只針對礦物燃料發(fā)電機。過去，峰荷發(fā)電廠通常是陳舊低效的設備。而現(xiàn)在大多數(shù)峰荷發(fā)電廠已經(jīng)被更換為更加潔凈、更加高效的設備，但仍然只在電能需求高峰期使用。

　　通常用電高峰期出現(xiàn)在工作日的早晨和下午臨近傍晚前后。在這些時間段中，許多工作場所還沒下班或者人們已經(jīng)下班回家開始準備晚餐并且打開空調(diào)或采暖(視數(shù)據(jù)中心所處具體地理位置和季節(jié)而定)。而這些時間段正是峰荷發(fā)電廠可能投入工作的時間段，從而導致本地數(shù)據(jù)中心碳足跡升高。

　　*峰荷發(fā)電廠會增加電氣碳排放在數(shù)據(jù)中心碳足跡中所占的比率

　　二、第二個關(guān)鍵因素：IT負載

　　IT負載反映出數(shù)據(jù)中心內(nèi)IT設備的能耗需求。IT負載包含組成IT業(yè)務架構(gòu)的所有IT硬件，如服務器、路由器、計算機、存儲設備、通信設備以及用以保護他們的安保系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。負載可能增加(受業(yè)務處理需求增加的影響)，也可能減少(受虛擬化或整合的影響)。負載越高，就需要越多的電能來保證數(shù)據(jù)中心正常工作，相應的碳足跡也越高。

　　三、第三個關(guān)鍵因素：電氣效率

　　不幸的是

　　對數(shù)據(jù)中心物理基礎設施過大選型的傳統(tǒng)做法對數(shù)據(jù)中心總體效率有著負面影響，因此也會影響到碳足跡。數(shù)據(jù)中心過大選型是為了規(guī)避在低估數(shù)據(jù)中心容量時可能產(chǎn)生的失誤。過大選型導致設備得不到充分利用(比如服務器一天24小時都會插電，但是實際很少被用到)。

　　幸運的是

　　“邊成長邊投資”的模塊標準化的擴展原則可以幫助優(yōu)化設備使用率。此外，經(jīng)過改進的容量計劃軟件現(xiàn)在已經(jīng)可以幫助我們更精確地估算數(shù)據(jù)中心的容量以及耗電量。 數(shù)據(jù)中心內(nèi)的許多因素都會對效率產(chǎn)生影響。從數(shù)據(jù)中心總體設計(服務器行的方向、電源架構(gòu)、 制冷架構(gòu)、服務器設計、冗余水平、IT負載等)到具體的技術(shù)設備部署(UPS、冷水機、節(jié)能模式)都會影響到效率。

　　數(shù)據(jù)中心降碳方式及案例

　　三種數(shù)據(jù)中心減碳技術(shù)助力“碳中和”

　　信息技術(shù)對于碳減排發(fā)揮著巨大作用。鄔賀銓以一份國際咨詢報告舉例，到2030年，信息技術(shù)在12個主要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的碳減排是121億噸，這個數(shù)字相當于當年碳排放的20%。

　　“我們同時看到，信息技術(shù)自身的碳排放是12.5億噸，在2030年，占全球2%左右。信息技術(shù)碳排放里面，主要包括三部分：端用戶設備、數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡設備。其中數(shù)據(jù)中心大概占到29%。”

　　“但是，信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)減排的貢獻十倍于信息技術(shù)自身引起的碳排放，當然我們國家數(shù)據(jù)中心的碳排放，占全社會的比例比全球平均水平多一倍，所以還是要下決心降低數(shù)據(jù)中心的碳排放?！编w賀銓表示。

　　鄔賀銓指出了三種數(shù)據(jù)中心減碳的技術(shù)：一是向西部以及向低碳環(huán)境的地區(qū)發(fā)展，利用當?shù)氐目稍偕茉?二是改變制冷方式，使用氫燃料以及儲能電池;三是使用可再生能源，提高高壓直流。

　　自身革新+外力助推——數(shù)據(jù)中心碳中和全景

　　1、全生命周期降碳：

　　數(shù)據(jù)中心碳中和的必然路徑

　　據(jù)產(chǎn)業(yè)測算，到2025 年，若要完全滿足中國數(shù)據(jù)量的增長，需要430萬個IDC機柜。賽迪數(shù)據(jù)也顯示， 2020-2025年間需要建設的機柜數(shù)約為 203萬個。數(shù)據(jù)中心數(shù)量的增長，毋庸置疑會帶來能耗的增長。

　　因此，無論是新建數(shù)據(jù)中心，還是改造老舊數(shù)據(jù)中心，都需要從數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的全生命周期去考慮其節(jié)能減排的路徑。

　　布局側(cè)：選址自然條件優(yōu)越區(qū)域

　　數(shù)據(jù)中心選址是首要一步，也是關(guān)鍵一步。

　　今年，我國正式提出啟動東數(shù)西算工程。不容置否，部分中西部地區(qū)在自然條件上得天獨厚的優(yōu)勢將有效助力數(shù)據(jù)中心減排。

　　節(jié)能降耗方面，數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)能耗占了總能耗的40%左右，而西部地區(qū)海拔高，環(huán)境溫度低，利于散熱，更加節(jié)能。華為云在貴州省貴安新區(qū)選址建設數(shù)據(jù)中心，采用直通風自然冷卻，冷風經(jīng)大樓百葉窗送進機房，熱風經(jīng)熱通道從樓頂排出，極大提高了制冷效率，使能效比降至1.12。

　　電力供應方面，選址風電、水電、光電等清潔能源豐富的地區(qū)，可以有效提高數(shù)據(jù)中心綠電使用比率。UCloud優(yōu)刻得上海青浦數(shù)據(jù)中心屋面全面采用光伏發(fā)電系統(tǒng)鋪設，以確保溫室氣體零排放。

　　設計側(cè)：系統(tǒng)考察整體要素

　　數(shù)據(jù)中心的建筑設計需考慮機架、布線、配電、制冷、散熱、服務器、處理器等多個因素，是一個復雜的系統(tǒng)“工程”。

　　華為云貴安數(shù)據(jù)中心在初期設計階段多管齊下，采用多種技術(shù)，覆蓋整個數(shù)據(jù)中心環(huán)節(jié)。在供電環(huán)節(jié)，用功率半導體替換銅器件，進一步降低供電損耗;在服務器運行時，運用人工智能算法進行削峰平谷以實現(xiàn)服務器間負荷均;在散熱環(huán)節(jié)，充分利用貴州的自然環(huán)境優(yōu)勢，引入了液冷技術(shù)、直通風自然冷卻和中溫冷凍水系統(tǒng)，提升了設備密度與能效比。

　　合理又智能的設計可以在很大程度上減少數(shù)據(jù)中心多方面能耗。

　　用能側(cè)：可再生能源+儲能創(chuàng)新應用

　　數(shù)據(jù)中心的能源使用結(jié)構(gòu)會直接影響碳排放量?！吨袊鴶?shù)字基建的脫碳之路：數(shù)據(jù)中心與5G減碳潛力與挑戰(zhàn)(2020-2035)》指出，加速向100%可再生能源轉(zhuǎn)型可以從根本上幫助數(shù)字基礎設施產(chǎn)業(yè)減少碳排放，是行業(yè)邁向碳中和的優(yōu)先路徑。

　　在新能源方面，秦淮數(shù)據(jù)提出在2030年實現(xiàn)100%可再生能源目標;數(shù)據(jù)港提出 2030 年實現(xiàn)運營范圍內(nèi)所有新一代超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心100%采用可再生能源。

　　在儲能方面，科華數(shù)據(jù)研發(fā)了“數(shù)據(jù)中心后備儲能管理系統(tǒng)”，通過新能源及綜合智慧能源管理，打造“源、網(wǎng)、荷、儲”一體化系統(tǒng)，推進數(shù)據(jù)中心等細分場景的低碳優(yōu)化建設與運營。

　　提升可再生能源比率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)，對節(jié)能減排有直接影響。

　　運維側(cè)：智能技術(shù)提升運維能效

　　新型數(shù)據(jù)中心逐漸迭代發(fā)展，其運維手段也有所升級。

　　2020年，科華數(shù)據(jù)基于對大數(shù)據(jù)分析和AI技術(shù)的智慧能源管理節(jié)能項目研究，打造了AI Energy Expert(智慧能源專家系統(tǒng))，將AI深度學習算法應用在數(shù)據(jù)中心，通過建模、采集、實驗、訓練、制定策略，自動尋找各制冷環(huán)節(jié)**能效點;同時，引入AI智慧算法，通過AI實時尋優(yōu)，可獲得大型數(shù)據(jù)中心機房精密空調(diào)溫度的群控策略、冷水機組和水泵等制冷系統(tǒng)的**控制策略，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心總體能耗**的智慧運行。

　　依靠數(shù)字化手段，引入智能化技術(shù)，是進一步優(yōu)化能源效率和運維效率、實現(xiàn)“綠色低碳數(shù)據(jù)中心”的必經(jīng)之路。

　　2、完善配套體系：

　　打造數(shù)據(jù)中心減排良好環(huán)境

　　監(jiān)管側(cè)：政府+第三方機構(gòu)齊發(fā)力

　　數(shù)據(jù)中心碳中和目標的實現(xiàn)，亦缺少不了外力作用。相關(guān)政策的約束和第三方機構(gòu)的監(jiān)督會敦促數(shù)據(jù)中心更嚴格地落實碳中和規(guī)劃。

　　工信部發(fā)布的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃(2021-2023年)》明確指出，建立綠色數(shù)據(jù)中心全生命周期評價機制，完善能效監(jiān)測體系，實時監(jiān)測PUE、水資源利用效率(WUE)等指標，深入開展工業(yè)節(jié)能監(jiān)察數(shù)據(jù)中心能效專項監(jiān)察。

　　除了政府政策，也出現(xiàn)了具有公益性質(zhì)的第三方服務機構(gòu)，主要向數(shù)據(jù)中心提供咨詢、檢測、評價、審計等服務，這一做法創(chuàng)新了綠色評價及服務模式。目前，已有多家數(shù)據(jù)中心自主利用第三方服務機構(gòu)開展綠色評測，并依據(jù)評測結(jié)果開展有實效的綠色技術(shù)改造和運維優(yōu)化。

　　在監(jiān)督實施上，嚴格節(jié)能降碳相關(guān)政策執(zhí)行，通過綠色電價、節(jié)能監(jiān)察、環(huán)保監(jiān)督執(zhí)法等手段加大落實力度。

　　工具側(cè)：市場、資本助力數(shù)據(jù)中心碳中和

　　市場做為“無形的手”，在數(shù)據(jù)中心碳減排的后端扮演了重要角色。無論是碳排放權(quán)交易市場還是綠電交易市場，數(shù)據(jù)中心都積極參與其中以降低能耗。

　　在綠電交易方面，萬國數(shù)據(jù)計劃在未來10年內(nèi)向中廣核新能源采購綠色電力，合計采購電量不低于20億千瓦時，同時雙方將就綠電交易、綠證交易、新能源投資、“源網(wǎng)荷儲”一體化等服務及相關(guān)領(lǐng)域展開深度合作。

　　此外，金融機構(gòu)及資本則需根據(jù)綠色政策進行合理地投融資、借貸款、利率調(diào)整等資源配置行為，打造綠色金融產(chǎn)品以助推數(shù)據(jù)中心減排。人民銀行宣布創(chuàng)設碳減排支持工具這一結(jié)構(gòu)性貨幣政策工具，支持數(shù)據(jù)中心等重點領(lǐng)域的碳減排技術(shù)發(fā)展。