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吕海洋作者

IDC行业碳排放潜在交易价值或将超40万亿

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昨日,工信部印发了《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》(以下简称《三年规划》),明确了未来3年IDC行业在国家层面的整体发展方向,围绕统筹算力、产业升级和低碳环保提出了一系列规划和举措。

《三年规划》提出未来三年我国将基本形成布局合理、技术先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增长相适应的新型数据中心发展格局。总体布局持续优化,全国一体化算力网络国家枢纽节点、省内数据中心、边缘数据中心梯次布局。


撰文 | 吕海洋


「绿色低碳」是《三年规划》的基本原则之一,工信部要求「坚持绿色发展理念,支持绿色技术、绿色产品、清洁能源的应用,全面提高新型数据中心能源利用效率。」

数据中心是典型的高能耗、高排放产业。据绿色和平与华北电力大学在2019年公布的一份报告显示,2018年中国数据中心总碳排放量达9855万吨,约相当于2100万辆汽车的排放量。

美国自然资源保护委员会(NRDC)统计数据显示,2020年全美IDC行业电能消耗量约为1390亿千瓦时。目前,全球的数据中心行业统共消耗了全球3%的电力生产量,并产生出2亿吨的二氧化碳。

据Gartner预测,今年全球数据中心基础设施的支出将达2000亿美元,比2020年增长6%,预计未来3年内仍将保持3-4%的增长率。

数据之于数字经济,就像石油之于工业经济,是新时代发展的原动力。虽然数据不会面临采掘枯竭的问题,但和石油一样,数据在应用过程中也会给环境带来巨大负担。数据中心的主要环保压力来自能耗过大和液冷造成的水资源浪费,这些环境问题正在成为数字经济与环境保护之间的新博弈点。

一 

基于碳交易的万亿市场

作为用电大户,数据中心与未来碳交易市场之间的联系被行业持续关注。在昨天的国务院政策例行吹风会上,生态环境部副部长赵英民表示,今年7月全国碳排放权交易市场将正式上线交易,目前各项工作已准备就绪,不过即将开启的碳交易市场仅针对发电行业。

自2011年10月以来,国内碳交易已在北京、天津、上海、重庆、湖北、广东、深圳7地开展了碳排放权交易地方试点工作。试点市场覆盖了电力、钢铁、水泥20多个行业近3000家重点排放单位,到2021年6月,试点省市碳市场累计配额成交量4.8亿吨二氧化碳当量,成交额约114亿元。

碳交易地方试点实现了重点排放单位履约率水平提高,市场覆盖范围内碳排放总量和强度保持双降。对于促进企业温室气体减排,强化社会各界低碳发展的意识。

据生态环境部应对气候变化司司长李高介绍,全国碳市场和地方试点市场的设计原理相同,将从发电行业起步,并逐步将工作重点转向确保全国统一的碳排放权交易市场平稳、有效运行。

由于全国碳市场尚未启动,目前无法判断碳价将会是多少。但基于此前7个地方试点的运行情况,生态环境部副部长赵英民提供了40元/吨的价格约数,这是近两年地方试点的加权平均碳价。也是市场人士预期碳交易推开后,「较为保守」的价格。

绿色和平与华北电力大学的报告预测,到2023年,中国数据中心总碳排放将达到1.63亿吨。据此估计,一旦碳交易市场普及到IDC行业,每年产生的用电碳排放在交易市场中的潜在价值或将超过40万亿。

二 

可再生能源已成数据中心发展关键

大规模应用水电、风电、地热、光伏等可再生能源是数据中心发展的必然趋势。数据中心上下游企业纷纷对可再生资源的使用进行探索,并已经取得了阶段性的成果,光伏发电就是其中的代表。苹果公司的新总部「ApplePark」屋顶上就建设了光伏电站,承诺所有的数据中心都采用100%可再生能源。

今年5月腾讯在日本开设了首家100%采用可再生能源电力的数据中心,这是腾讯在日本的第二家数据中心。6月百度公布在2030年实现集团运营层面的碳中和目标,自有新建数据中心将优先选择可再生能源丰富的地区建设,可再生能源使用比例逐年提升。

在利用可再生能源的同时,热回收也是数据中心节能的重点研究领域。将能源消耗产生的废热转化为可重复使用的能源,用于满足附近空间和建筑物的热量需求,阻止热量进入环境并破坏平衡。

目前,Facebook在丹麦欧登塞运营着一座占地5万平方米的两栋大楼数据中心,这家科技公司与当地的区域供暖公司FjernvarmeFyn合作,将该设施服务器产生的热量直接分配到附近社区的散热器上。

三 

设备液冷导致水资源告急?

相较于传统的风冷,液冷更加节约能源,冷却性能也更好,对于保持数据中心效率和限制资源开发非常重要。阿里云在杭州建立的新数据中心就采用湖水制冷,让水温恒定的深层湖水通过完全密闭的管道流经机房进行降温。

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位于亚利桑那州梅萨的 Apple 数据中心的服务器

然而,对于部分缺水地区,液冷在节约能源的同时,会对水资源利用造成一定的压力。5月17日,美国亚利桑那州梅萨市议会批准了一个耗资8亿美元的超大规模云端存储数据中心项目。作为美国中西部地区典型的干旱州,该项目在亚利桑那州收到了一些质疑。

梅萨市副市长Jenn Duff表示,数据中心每天需要最多125万加仑的水用于冷却,而梅萨正面临126年来最干旱的12个月。她说,「我们正处于干旱的红色警戒状态,把宝贵的水资源用于数据中心冷却是不负责任的。」

美国数据中心运营商在西部缺水地区选址,大多因为这些地区的太阳能和风能资源丰富。「中等规模的数据中心每天使用大约300-500万加仑的水,这相当于一个拥有3-5万人的小城镇的用水量。」德克萨斯理工大学水资源中心教授兼主任Venkatesh Uddameri认为,尽管数据中心在过去十年中逐步增强了环保意识,在节能和节水方面都有了一定的进展,用水量也不及农业等高耗水行业,但这种用水量仍会与缺水地区的居民用水产生潜在竞争。

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亚利桑那州梅萨的 Apple 数据中心液冷系统

谷歌能源和位置运营高级总监Gary Demasi表示,「作为水资源管理工作的一部分,我们正在努力更有效地利用水资源并探索整合循环的方法,并根据当地水文环境限制用水量。」

微软核心运营副总裁Sergio Loureiro则表示,该公司已承诺到2030年实现「积极用水(water positive)」计划,保证用水量低于其生产的可循环再生水量,减少业务用水并投资于其设施所在地附近的社区补水和保护项目。

四 

「东数西算」和「全国算力网络国家枢纽节点」

针对数据中心的算力、能源、资源调配,我国的《三年规划》和《实施方案》提出了「东数西算」和「全国算力网络国家枢纽节点」的规划,重点推动在数据中心布局、网络、电力、能耗、算力、数据等方面进行统筹规划

弗吉尼亚理工大学的研究人员表示,通常情况下,数据中心的位置取决于与客户和基础设施的距离,土地成本,地方政府提供的税收优惠,以及电力成本。

通过国家枢纽节点,统筹规划数据中心建设布局,引导大规模数据中心适度集聚,形成数据中心集群。围绕集群,调整优化网络结构,加强水、电、能耗指标等方面的配套保障。在集群和集群之间,建立高速数据中心直联网络,实施「东数西算」工程,支撑大规模算力调度,构建形成以数据流为导向的新型算力网络格局。

对于京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等用户规模较大、应用需求强烈的节点,重点统筹好城市内部和周边区域的数据中心布局,实现大规模算力部署与土地、用能、水、电等资源的协调可持续,优化数据中心供给结构,扩展算力增长空间,满足重大区域发展战略实施需要。

对于贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等可再生能源丰富、气候适宜、数据中心绿色发展潜力较大的节点,重点提升算力服务品质和利用效率,充分发挥资源优势,夯实网络等基础保障,积极承接全国范围需后台加工、离线分析、存储备份等非实时算力需求,打造面向全国的非实时性算力保障基地。

在国家枢纽节点以外的地区,按需建设各省新型数据中心。着力整合并充分利用现有数据中心资源,加快提高存量数据中心利用率。面向本地区业务需求,结合能源供给、网络条件等实际,按需适度建设新型数据中心,打造具有地方特色、服务本地、规模适度的算力服务。


 五 

数据中心与智能建筑

低碳环保加速了围绕数据中心建设的相关产业发展,除了新能源应用,在智能建筑管理领域,数据中心全生命周期管理和综合集成数据中心管理也正在成为新兴热点。

数据中心需要一套安全、高效、稳定、灵活及绿色的综合解决方案,并能够为数据中心的系统及设备提供完善的全生命周期服务,有效保障数据中心的人员及财产安全、改善环境友好、提升系统操作率,确保数据中心在未来很长一段时间的运营中,得以实现自动化控制系统上的先进管理、高安全可靠及高扩展性,实现数据中心的智慧管理。

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数据中心全生命周期管理

机房环境控制系统:助力数据中心维持精确的环境条件,并确保关键基础架构处于最佳状态。机房环境控制系统不仅要能够满足客户合规性要求,同时需要交付严格的服务水平协议。建立动态环境管理系统使系统具备优异容错能力,实现高效稳定的冷源数据中心。

综合安全防范系统:综合安全防范系统包括综合安全管理平台、高清视频监控系统门禁控制管理系统、防盗报警和资产保护系统、人脸识别身份认证系统,结合传感器,实时保障数据中心的人员、财产及客户的信息安全。

消防及应急管理系统:一体化消防及应急管理解决方案可以优化响应的指挥控制,持续改善安全管理,降低安全隐患。通过高效整合衔接、早期检测和快速响应,有效降低数据中心的维护和实施成本,助力保障资产及人员安全。

能源管理系统:能源管理产品组合集成于机房环境控制系统,帮助监控和计划能源策略,可包含数据中心最大的消耗设备。

第三方设备集成:允许重要的第三方设备及系统集成,使数据中心从单个控制点分析关键系统,并有效监控数据中心运行状况,包括PAC单元、PDU单元、UPS、漏水检测等实用程序。

六 

绿色低碳发展行动

绿色低碳发展行动作为《三年规划》的主要任务,将从国家层面加快先进绿色技术产品应用。大力推动绿色数据中心创建、运维和改造,引导新型数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路。鼓励应用高密度集成等高效IT设备、液冷等高效制冷系统、高压直流等高效供配电系统、能效环境集成检测等高效辅助系统技术产品,支持探索利用锂电池、储氢和飞轮储能等作为数据中心多元化储能和备用电源装置,加强动力电池梯次利用产品推广应用。

持续提升能源高效清洁利用水平。鼓励企业探索建设分布式光伏发电、燃气分布式供能等配套系统,引导新型数据中心向新能源发电侧建设,就地消纳新能源,推动新型数据中心高效利用清洁能源和可再生能源、优化用能结构,助力信息通信行业实现碳达峰、碳中和目标。

优化绿色管理能力。深化新型数据中心绿色设计、施工、采购与运营管理,全面提高资源利用效率。支持采用合同能源管理等方式,对高耗低效的数据中心加快整合与改造。新建大型及以上数据中心达到绿色数据中心要求,绿色低碳等级达到4A级以上。

此外,工信部将开展绿色低碳提升工程,完善绿色标准体系。建立健全绿色数据中心标准体系,研究制定覆盖PUE、可再生能源利用率等指标在内的数据中心综合能源评价标准。鼓励企业发布数据中心碳减排路线图,引导数据中心企业开展碳排放核查与管理,加快探索实现碳中和目标。持续开展绿色等级评估。建立绿色数据中心全生命周期评价机制,完善能效监测体系,实时监测PUE、水资源利用效率(WUE)等指标,深入开展工业节能监察数据中心能效专项监察。组织开展绿色应用示范。打造一批绿色数据中心先进典型,形成优秀案例集,发布具有创新性的绿色低碳技术产品和解决方案目录。

产业巨大推力数据中心绿色低碳
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