“雙碳”目標(biāo)下數(shù)據(jù)中心建設(shè)思考與實(shí)踐

殷凱凱

中國(guó)電信股份有限公司北京分公司 北京 100032

引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為支撐數(shù)字化時(shí)代的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其能源消耗和碳排放問題日益凸顯。全球氣候變化形勢(shì)緊迫，各國(guó)紛紛提出“雙碳”目標(biāo)，要求減少溫室氣體排放以抑制氣候變化。在這一背景下，數(shù)據(jù)中心作為高能耗行業(yè)，如何在滿足數(shù)字化需求的同時(shí)，降低能源消耗與碳足跡，成為一個(gè)亟待解決的問題。

1 數(shù)據(jù)中心能源消耗與碳足跡分析

1.1 數(shù)據(jù)中心能源消耗組成

設(shè)備的不斷運(yùn)行伴隨著顯著的能源消耗，計(jì)算設(shè)備，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，耗費(fèi)巨大的電能用于數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和傳輸[1]。隨著數(shù)字化需求的不斷增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大使得這種能源需求進(jìn)一步加劇。此外，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)中心內(nèi)部的穩(wěn)定溫度和濕度，制冷設(shè)備也成為不可或缺的部分。這些制冷系統(tǒng)不僅消耗電能，還需要維護(hù)運(yùn)行狀態(tài)以確保數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行。

1.2 數(shù)據(jù)中心碳足跡

數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)不僅消耗大量能源，還導(dǎo)致大量溫室氣體的排放，構(gòu)成碳足跡。數(shù)據(jù)中心的碳足跡主要與其能源來(lái)源和能源消耗方式有關(guān)。如果數(shù)據(jù)中心使用高比例的化石燃料電力，例如煤炭和石油，其電力產(chǎn)生過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體。然而，如果數(shù)據(jù)中心采用可再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能，其碳足跡則會(huì)較小。此外，數(shù)據(jù)中心的制冷設(shè)備也可能采用一些制冷劑，這些制冷劑的釋放可能會(huì)對(duì)溫室氣體排放產(chǎn)生影響[2]。

1.3 數(shù)據(jù)中心能效評(píng)估指標(biāo)

為了衡量數(shù)據(jù)中心的能源使用效率，一些關(guān)鍵的能效評(píng)估指標(biāo)被廣泛采用，其中最常用的是PUE和DCiE。PUE（Power Usage Effectiveness）是一個(gè)比值，用于表示數(shù)據(jù)中心總能耗與計(jì)算設(shè)備能耗之間的關(guān)系。一個(gè)理想的PUE值應(yīng)該接近1，表示大部分能源用于計(jì)算設(shè)備而非額外的基礎(chǔ)設(shè)施。DCiE（Data Center Infrastructure Efficiency）則是PUE的倒數(shù)，用于反映計(jì)算設(shè)備能耗在總能耗中的占比[3]。這些能效評(píng)估指標(biāo)有助于數(shù)據(jù)中心管理者了解其能源消耗的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)潛在的能效改進(jìn)空間，并制定相應(yīng)的策略以降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗和碳排放。

圖1 PUE與DCiE分布圖

2 “雙碳”目標(biāo)下數(shù)據(jù)中心建設(shè)策略

隨著全球?qū)夂蜃兓铜h(huán)境問題的日益關(guān)注，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域的共同追求。在數(shù)字化時(shí)代，數(shù)據(jù)中心作為支撐現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行的核心基礎(chǔ)設(shè)施，也面臨著巨大的環(huán)境挑戰(zhàn)。碳排放和能源消耗日益凸顯，迫使數(shù)據(jù)中心必須調(diào)整其發(fā)展策略，以適應(yīng)“雙碳”目標(biāo)的要求。

2.1 能源轉(zhuǎn)型與電力供應(yīng)

在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)中心可以積極進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，將傳統(tǒng)的化石燃料能源替代為可再生能源。假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心在初始狀態(tài)下的能源組成：

在初始狀態(tài)下，數(shù)據(jù)中心的總能源消耗為1000MWh。其中，80%的能源來(lái)自傳統(tǒng)化石燃料，占用了800MWh。另外，20%的能源來(lái)自可再生能源，占用了200MWh。

表1 能源消耗和能源轉(zhuǎn)型對(duì)比表

在初始狀態(tài)下，數(shù)據(jù)中心的能源主要來(lái)自于傳統(tǒng)化石燃料，導(dǎo)致碳排放較高。而經(jīng)過(guò)能源轉(zhuǎn)型后，可再生能源的比例增加，有助于降低碳排放并提高能源的可持續(xù)性。然而，在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，數(shù)據(jù)中心采取了能源多元化的策略。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)中心的總能源消耗仍為1000MWh。然而，通過(guò)成功將一半的能源從傳統(tǒng)化石燃料轉(zhuǎn)向可再生能源，數(shù)據(jù)中心的能源組成得到了顯著改善。現(xiàn)在，50%的能源來(lái)自傳統(tǒng)化石燃料，占用了500MWh，而另外50%的能源來(lái)自可再生能源，同樣占用了500MWh。這一轉(zhuǎn)型不僅降低了傳統(tǒng)化石燃料的使用量，還在總能源消耗中增加了可再生能源的比重。

2.2 設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵一步。通過(guò)引入能效更高的計(jì)算設(shè)備以及智能的能源管理技術(shù)，數(shù)據(jù)中心能夠有效提高能源使用效率，從而減少能源消耗和碳排放。以一個(gè)具體的數(shù)據(jù)中心為例，初始階段的能源使用情況可由初始PUE值1.7體現(xiàn)。這意味著，總能耗為1000MWh時(shí)，計(jì)算設(shè)備能耗約為588.24MWh，而其他基礎(chǔ)設(shè)施能耗為411.76MWh。

通過(guò)這些優(yōu)化舉措，數(shù)據(jù)中心的PUE值成功降低至1.5，實(shí)現(xiàn)了顯著的能源效率提升。這意味著在總能耗仍為1000MWh的情況下，計(jì)算設(shè)備能耗升至666.67MWh，而其他基礎(chǔ)設(shè)施能耗則減少至333.33MWh。這一過(guò)程不僅減少了能源浪費(fèi)，也使得數(shù)據(jù)中心能夠更有效地利用能源，降低了對(duì)環(huán)境的不良影響。

表2 能源使用效率優(yōu)化對(duì)比表

2.3 循環(huán)經(jīng)濟(jì)與廢熱利用

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的引入對(duì)于減少資源浪費(fèi)和提高能源效率至關(guān)重要。廢熱回收技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要一步，通過(guò)將廢熱再利用，有效減少額外能源的消耗，從而在能源利用方面取得顯著效果。

如一個(gè)數(shù)據(jù)中心，初始狀態(tài)下廢熱并未得到有效的應(yīng)用，廢熱量為零。在這一情況下，整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能源消耗為1000MWh，沒有實(shí)現(xiàn)廢熱的回收與再利用。然而，隨著廢熱回收技術(shù)的引入，數(shù)據(jù)中心成功應(yīng)用了50%的廢熱，將其用于供暖、供冷等實(shí)際用途。通過(guò)廢熱回收技術(shù)，數(shù)據(jù)中心初始狀態(tài)下的能源消耗仍為1000MWh，但在回收利用廢熱后，實(shí)際能源消耗減少至500MWh。這意味著之前被浪費(fèi)的廢熱成為可再生的能源資源，成功地減少了外部能源的需求。廢熱回收技術(shù)的應(yīng)用不僅有效降低了能源成本，還對(duì)數(shù)據(jù)中心的環(huán)境影響產(chǎn)生積極影響。

2.4 數(shù)據(jù)中心布局與管理策略

在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，合理的布局和有效的管理策略對(duì)于降低不必要的能源浪費(fèi)至關(guān)重要。在這方面，資源的合理分布和優(yōu)化資源利用率是關(guān)鍵策略之一。假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心初始狀態(tài)存在過(guò)度配置的問題，導(dǎo)致部分設(shè)備的資源利用率較低[4]。經(jīng)過(guò)資源共享和合理規(guī)劃策略的引入，數(shù)據(jù)中心成功將資源利用率提高了15%，從而降低了多余設(shè)備的能源消耗。初始數(shù)據(jù)中心情況下，總能源消耗為1000MWh。由于過(guò)度配置問題，導(dǎo)致15%的設(shè)備資源被低效利用，相當(dāng)于150MWh的能源被浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化策略的引入，數(shù)據(jù)中心成功提高了資源利用率，將浪費(fèi)的能源減少到了120MWh，降低了30MWh的能源浪費(fèi)。在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，合理的布局和有效的管理策略對(duì)于降低不必要的能源浪費(fèi)至關(guān)重要。在這方面，資源的合理分布和優(yōu)化資源利用率是關(guān)鍵策略之一。以下是一個(gè)假設(shè)的數(shù)據(jù)中心優(yōu)化策略的示例，用于說(shuō)明如何通過(guò)資源共享和合理規(guī)劃降低能源消耗。

初始數(shù)據(jù)中心情況：

總能源消耗：1000MWh

過(guò)度配置導(dǎo)致的低效利用能耗：150MWh（15%的能源被浪費(fèi)）

優(yōu)化前能耗：1000MWh+150MWh=1150MWh

優(yōu)化策略引入后：

資源利用率提高15%

節(jié)省能源：150MWh×15%=22.5MWh

優(yōu)化后數(shù)據(jù)中心情況：

優(yōu)化后能耗：1150MWh-22.5MWh=1127.5MWh

通過(guò)資源共享和合理規(guī)劃策略的引入，數(shù)據(jù)中心成功將資源利用率提高了15%，從而節(jié)省了22.5MWh的能源。這項(xiàng)優(yōu)化策略不僅降低了能源浪費(fèi)，還提高了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行效率，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出積極貢獻(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

“雙碳”目標(biāo)下，數(shù)據(jù)中心建設(shè)思考與實(shí)踐成為當(dāng)今社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要議題之一。在面對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策以及社會(huì)責(zé)任等多重挑戰(zhàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字化時(shí)代的核心樞紐，必須積極探索創(chuàng)新方法，為環(huán)境保護(hù)和碳減排貢獻(xiàn)一己之力。通過(guò)能源轉(zhuǎn)型、設(shè)備優(yōu)化、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和智能管理等多種手段的綜合運(yùn)用，數(shù)據(jù)中心可以在低碳、環(huán)保的道路上不斷前進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。未來(lái)，數(shù)據(jù)中心將繼續(xù)發(fā)揮其關(guān)鍵作用，引領(lǐng)數(shù)字化時(shí)代的綠色轉(zhuǎn)型。