数据中心如何引领能源转型?
发布者:lzx | 来源:能源评论 | 0评论 | 3915查看 | 2020-08-06 17:48:18    

近年来,互联网技术不断升级换代,信息化进程持续加快,极大地推动了数据中心规模、数量以及电力需求量的迅猛增长。


规模与能耗双增长


2019年中国网民数量已超过9亿,云计算、大数据、人工智能、5G等新兴技术领域发展迅猛,数据存储与计算量正呈数倍增长之势。作为数据载体的数据中心与日俱增,建设体量和建设规模不断扩大,数据中心已成为现代社会不可或缺的重要基础设施。


据估算,截至2018年年底,我国数据中心总量已超过40万个,大型及以上数据中心的总机架数达204万个。预计2020年和2025年,大型及以上数据中心机架数量将分别达到498万和802万个。广东、上海、北京、浙江等经济较为发达的区域大型及以上数据中心总机架数占比较大。由于政策和可再生资源优势等因素,内蒙古、贵州等区域绿色数据中心数量有所增加。


然而,数据中心作为集中储存和处理数据的设施,需依托服务器全年不间断运行以向互联网用户提供服务,同时需要空调等辅助制冷设备维持其可靠运行,因此电能消耗量巨大。


据了解,数据中心的电能消耗主要包括IT设备、制冷系统、供配电系统、照明系统及其他设施(包括安防设备、灭火、防水、传感器以及相关数据中心建筑的管理系统等)。其中,IT设备与制冷系统均占数据中心总能耗的40%左右。


随着数据中心的大量建设,数据中心电力需求迅猛增长。据估算,2018年我国数据中心用电总量为1609亿千瓦时,占全社会总用电量的2.35%。预计2020年我国数据中心用电总量将达2023亿千瓦时,占全社会用电总量的2.7%;2030年将突破4000亿千瓦时,占全社会用电总量的3.7%。


今年以来,突如其来的新冠肺炎疫情,使线上服务、线上教育、线上办公等业务需求骤增。数字技术、数字产业和数字服务在经济社会运行中的重要作用更加突出。目前,数据中心建设是已经启动的大规模“新基建”计划的重要内容。可以预见,数据中心的数量将远超原有的预测水平,其电力需求将爆发性增长。


主动转型,迫在眉睫


为应对日益严峻的气候变化和环境问题,减少二氧化碳排放已成为全社会的共识。2016年11月4日正式生效的《巴黎协定》为2020年后全球应对气候变化行动做出了安排,核心内容包括:一是将全球平均气温升幅控制在工业化前水平2℃之内,并为升温控制在1.5℃之内而努力;二是尽快实现温室气体排放达峰;三是加强气候行动国际合作,实现全球应对气候变化长期目标。联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panelon Climate Change,IPCC)在2018年10月8日发布的一份报告中说,能否实现2015年《巴黎协定》所设较为严格的“1.5℃”控温目标,对今后数十年地球生态系统和人类而言“生死攸关”。


能源转型是指能源生产和消费结构的变化,即能源结构中占主导地位的能源(主体能源)的变化。在这个意义上,迄今人类社会已完成了两次能源转型:第一次转型是煤炭取代薪柴成为主体能源,人类由此进入“煤炭时代”;第二次转型是石油取代煤炭成为主体能源,人类由此进入“石油时代”。目前,人类正在经历从“石油时代”向“低碳时代”的第三次能源转型。


放眼国际,2011年以来,国际互联网行业通过投资建设可再生能源发电站、从可再生能源发电企业直接购电等方式,正逐步向“100%可再生能源(使用)目标”迈进。2018年,谷歌和苹果分别购买或生产了100亿千瓦时和13亿千瓦时的可再生能源电力,足以满足其数据中心的能源消耗;在Equinix(全球领先的数据运营商)消耗的52亿千瓦时的电力中,92%为可再生能源电力;在Facebook数据中心消耗的32亿千瓦时的电力中,75%为可再生能源电力;亚马逊和微软约半数数据中心的电力来自可再生能源。


聚焦国内,我国能源转型的目标是构建绿色低碳、安全高效的能源体系。能源转型的核心内容是在优化利用存量化石能源项目、确保实现能源供应安全的前提下,通过政策激励,使清洁低碳能源成为我国能源供应增量的主要来源。通过逐步替代,最终实现能源供应主体由高碳化石能源向低碳清洁能源的根本转变。


大数据中心企业应主动参与、甚至引领本行业的能源转型潮流,这样不仅可以降低企业用能成本,还可以提升企业的社会责任和品牌形象,进而提升企业价值。有关部门应为数据中心企业的能源转型创造良好的政策环境,使数据中心这一耗能大户转变为能源转型的引领者。


高能耗,怎么破?


数据中心的能耗(功率)与服务器所承受的访问量、计算量以及电能使用效率(PUE,Powersage Effectiveness)密切相关。同一天的不同时段,随着访问量和计算量的升高,数据中心负载率也会升高,导致单位时间内服务器功率上升,能耗量由此增加。


PUE是国际上通行的衡量数据中心电源使用效率的指标,是数据中心总电量除以用于运行数据中心中计算机基础设施所用电量的商数。目前我国数据中心企业主要通过改造供电、冷却、管理系统等方式对能耗进行优化,以降低PUE值,减少相关开支。降低制冷系统的能耗是数据中心节能、提高能源效率的重点环节。但是,PUE只能在一定程度上反映数据中心的电能使用情况,无法反映数据中心使用化石能源引起的大气污染和碳排放问题。


尽管近些年我国数据中心行业的PUE值不断降低,但是,由于可再生清洁电力使用率偏低,数据中心在电力使用过程中过度依赖化石能源,造成了大量污染物排放和环境污染。


由于我国分布式能源、微电网、局域电网接入大电网还存在诸多困难,加之我国电力市场建设滞后以及“绿色电力”交易刚刚起步,数据中心缺乏采购可再生能源的制度安排和商业渠道,因此,国际机构在估计我国数据中心的污染物排放时,往往认定其主要使用了燃煤火电。据此测算,2018年我国数据中心火电使用量约为1171.81亿千瓦时,带来了4687吨烟尘,23436吨二氧化硫,22264吨氮氧化物以及9855万吨二氧化碳等污染物排放。


“十一五”以来,我国实施了能源消费强度和消费总量“双控”行动。为落实“双控”指标要求,各省级政府出台了能源“双控”实施方案。这意味着节能减排和能效管理不仅是企业内部经济成本收益问题,而且是满足政府对企业的强制性要求问题。换言之,节能减排和能效管理不是企业愿意不愿意做的问题,而是企业必须做的问题。


目前,我国互联网技术已处于世界领先地位,但是该行业尚未形成大规模利用可再生能源电力的趋势。2018年我国数据中心行业用电总量中,可再生能源电力占比为23%,低于全社会26.5%可再生能源用电比重。中国数据中心行业应当跨越“PUE时代”,改变目前的用能方式,将使用清洁可再生能源电力作为应对能耗挑战的重要解决方案,加快清洁低碳用电步伐,成为能源转型的典范。以下三点建议值得参考:


第一,扩大可再生能源市场化交易的试点地区及参与企业。目前可再生能源市场化交易试点地区及参与试点的企业用户类型比较有限。建议在2019年6月发改委《关于全面放开经营性电力用户发用电计划的通知》的基础上,参照《京津冀绿色电力市场化交易规则》,扩大可再生能源市场化交易机制试点地区,让更多类型、不同规模的企业用户有机会参与可再生能源采购。


第二,完善新建数据中心审批政策。近年来,部分东部发达地区对数据中心制定了新的准建政策,以控制数据中心过快增长。北京、上海、广东等数据中心集中地区对新建数据中心的PUE作出了限制。例如,北京要求新建数据中心的PUE不得超过1.4。建议将新建数据中心的审批与数据中心可再生能源使用情况挂钩,将可再生能源使用作为加快审批的加分项,以推动数据中心更多地使用可再生能源。


第三,引导新增数据中心在可再生能源富裕的中西部地区选址。将可再生能源在当地电网的消纳水平列为在当地布局数据中心的导向因素之一,有针对性地引导部分数据中心向可再生能源资源富余的中西部地区迁移。

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