中國儲能網(wǎng)訊：剛剛過去的2021年是“十四五”規(guī)劃開局之年，數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展“提速”，作為數(shù)字產(chǎn)業(yè)底層支撐的數(shù)據(jù)中心自然也迎來發(fā)展的黃金時期。去年，國家層面出臺了包含《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》《關(guān)于加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》在內(nèi)的多份政策性文件，促進數(shù)據(jù)中心行業(yè)有序發(fā)展。
數(shù)據(jù)中心在支撐數(shù)字經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，不可忽略的是——數(shù)據(jù)中心是高載能行業(yè)。在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的引導(dǎo)、要求下，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排，勢在必行。
數(shù)據(jù)中心要節(jié)約的不僅是“碳”
現(xiàn)階段提到數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排，很多人都會更多地關(guān)注數(shù)據(jù)中心如何“減碳”，即數(shù)據(jù)中心碳中和，而對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)來說，其用水量之大也是不能不關(guān)注的問題。在行業(yè)更多關(guān)注PUE的同時，數(shù)據(jù)中心WUE（水資源利用效率，詳見“閱讀輔助”）卻鮮少問津。
據(jù)統(tǒng)計，地球上的水大約96.5%都是海水，淡水只有3500萬立方千米左右，且這些淡水中很大一部分儲存在常年不化的冰川或者高山上的冰冠里，能夠被人們直接取用的淡水資源就存在于陸地上的淡水湖和河流中，而這些水量只占全球總水量的1%。
以我國為例，我國水資源總量雖位列全球第六位，但因人口基數(shù)大，人均水資源占有量僅有2500立方米，約為世界人均水量的1/4，在世界排名第110位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為13個貧水國家之一。
數(shù)據(jù)中心運行對水資源的需求旺盛，而數(shù)據(jù)中心內(nèi)部署的精密設(shè)備又決定了用水只能使用淡水。據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)中心若采用水冷卻空調(diào)，一座數(shù)據(jù)中心每天就要用掉數(shù)以百萬加侖（1加侖約合3.8升）計的水，用來冷卻因運轉(zhuǎn)而發(fā)熱的設(shè)備。日常運行中的冷卻水補水消耗量大約占數(shù)據(jù)中心總用水量的95%以上。如此大的體量，對于建設(shè)在水資源相對匱乏地區(qū)（如沙漠）的數(shù)據(jù)中心來說，對該地區(qū)的水資源利用率無異于“雪上加霜”。
作為數(shù)字經(jīng)濟重要支撐的數(shù)據(jù)中心，如果可以有效地降低WUE，也必將為構(gòu)建節(jié)水型社會貢獻一份不可或缺的力量。
不僅于此，大量的冷卻水補水在數(shù)據(jù)中心運營成本中的占比也十分龐大，如果可以減少用水量，對降低數(shù)據(jù)中心運營成本來說，也起到了助推的作用。而數(shù)據(jù)中心WUE的降低也以“數(shù)值”的形式，體現(xiàn)了一家數(shù)據(jù)中心企業(yè)的社會責(zé)任。
政策引導(dǎo)
隨著IDC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， IDC服務(wù)商在關(guān)注自身數(shù)據(jù)中心的PUE的同時，應(yīng)給予WUE更多的關(guān)注。與此同時，在相應(yīng)政策的推動下，數(shù)據(jù)中心節(jié)水進程也在逐步推進。
以點看面，去年10月，內(nèi)蒙古烏蘭察布市集寧區(qū)人民政府就出臺了《關(guān)于禁止集寧區(qū)大數(shù)據(jù)企業(yè)使用地下水冷卻降溫的通知》（簡稱《通知》）?！锻ㄖ窙Q定，“轄區(qū)內(nèi)大數(shù)據(jù)企業(yè)一律禁止使用地下水冷卻降溫?！?
同時，《通知》指出，科技和大數(shù)據(jù)管理局要督促轄區(qū)內(nèi)使用地下水冷卻的大數(shù)據(jù)企業(yè)按照巡視組反饋要求制定使用風(fēng)冷或置換水源計劃及實施方案，且大數(shù)據(jù)企業(yè)要盡快完成技術(shù)改造，編制水資源論證報告書，按照相關(guān)規(guī)定申辦中水取水許可手續(xù)。
除此之外，去年11月與今年1月發(fā)改委聯(lián)合各相關(guān)部委相繼印發(fā)了《“十四五”節(jié)水型社會建設(shè)規(guī)劃》與《“十四五”水安全保障規(guī)劃》，兩份文件都均指出，要堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路。
現(xiàn)有及未來將要發(fā)布政策，將進一步引導(dǎo)、規(guī)范、督促數(shù)據(jù)中心節(jié)水的落實情況，推進數(shù)據(jù)中心降低WUE。
技術(shù)驅(qū)動
在政策的引導(dǎo)下，IDC產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)都將節(jié)水提上日程，以技術(shù)驅(qū)動數(shù)據(jù)中心節(jié)水進程。下面我們就來盤點一下現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心節(jié)水的途徑都有哪些。
利用循環(huán)水
冷卻層面的用水是數(shù)據(jù)中心主要用水領(lǐng)域，冷卻水排污也自然成了數(shù)據(jù)中心主要廢水來源，直接排放不但浪費了水資源，還有可能對環(huán)境造成污染，基于此，循環(huán)利用冷卻水成為數(shù)據(jù)中心節(jié)水、保護環(huán)境的重要舉措之一。
循環(huán)水排污水質(zhì)與循環(huán)水系統(tǒng)運行水質(zhì)基本相同，需要去除的污染物主要有金屬離子、酸根離子、膠體、懸浮物、細菌/微生物等，且PH值呈弱堿性。
針對上述污水情況，通常采用的循環(huán)水排污回收裝置的主要工藝流程為：絮凝沉淀階段—初濾階段—反滲透及出水階段。這是現(xiàn)階段各行業(yè)比較常見的循環(huán)水排污回收裝置，不過該系統(tǒng)的應(yīng)用成本較高，運維較難，這也成為現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心循環(huán)水利用的一大阻礙，也成為未來數(shù)據(jù)中心節(jié)水技術(shù)的重要突破口之一。
浸沒式液冷
近年來，隨著液冷技術(shù)的不斷成熟，越來越多的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用該技術(shù)幫助數(shù)據(jù)中心降溫?，F(xiàn)階段，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用液冷主要分為兩種——浸沒式液冷和冷板式液冷。
浸沒式液冷將數(shù)據(jù)中心內(nèi)產(chǎn)熱最多的服務(wù)器“浸泡”在特殊的絕緣冷卻液中，可以大大降低數(shù)據(jù)中心PUE值。與此同時，冷卻液的應(yīng)用，替代了傳統(tǒng)的機房空調(diào)，甚至不需要蓄冷罐的支持，從源頭大幅降低了數(shù)據(jù)中心用水。
浸沒式液冷現(xiàn)階段在國內(nèi)比較成功的案例當(dāng)屬阿里巴巴浙江云計算仁和數(shù)據(jù)中心，該數(shù)據(jù)中心采用全浸沒式液冷技術(shù)，在大幅降低PUE的同時，也降低了數(shù)據(jù)中心WUE。
放眼國際，對于建設(shè)在沙漠中的數(shù)據(jù)中心而言，缺水更是一個大問題。微軟在沙漠地區(qū)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心，為了使其在炎熱和干燥的氣候中的水足跡降至零，微軟計劃采用一種新的方式來冷卻服務(wù)器——將它們浸泡在基于碳氟化合物的液體中。當(dāng)服務(wù)器工作時，它們產(chǎn)生的熱量使液體在達到華氏122度(攝氏50度)時沸騰。沸騰的液體逐步轉(zhuǎn)化為蒸汽。蒸汽的蒸發(fā)將熱量從服務(wù)器上帶走，蒸汽碰到冷卻水箱的蓋子凝結(jié)后降回水箱中，創(chuàng)造了一個閉環(huán)冷卻系統(tǒng)，減少了水和電的使用，同時得到了冷卻效果。
不過目前浸沒式液冷大規(guī)模應(yīng)用還面臨著諸多問題。采用浸沒式液冷的數(shù)據(jù)中心，從服務(wù)器、機架，到供配電等設(shè)備均需要特殊定制化，這就加大了數(shù)據(jù)中心前期建設(shè)周期及成本。與此同時，將服務(wù)器“泡”在冷卻液中也提升了運維難度，增加了后期的運維成本。
筆者相信，隨著液冷技術(shù)的不斷成熟，標(biāo)準(zhǔn)化的普及，浸沒式液冷將成為數(shù)據(jù)中心主要供冷方式之一，為數(shù)據(jù)中心PUE、WUE的“雙降”貢獻力量。
水下數(shù)據(jù)中心
相較于在數(shù)據(jù)中心內(nèi)應(yīng)用液冷的模式，有部分IDC服務(wù)商選擇探索直接將數(shù)據(jù)中心建設(shè)在水下的可能性，這為沿海地區(qū)的城市在建設(shè)數(shù)據(jù)中心的時候提供了些許參考。
現(xiàn)階段，選擇在水下建設(shè)數(shù)據(jù)中心的廠商主要有兩家。從國內(nèi)看，海蘭信是國內(nèi)“第一個吃螃蟹的人”
2020年11月海蘭信UDC測試樣機在珠海下水測試；
2021年1月海蘭信公布階段性測試成果，獲得了成功的可行性驗證；
2021年5月，海蘭信與海南電信合作開展第二階段測試，整備后的UDC樣機內(nèi)承載了海南電信的實際數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，第二階段測試邀請了中國信通院云大所全程跟蹤，測試結(jié)果達到預(yù)期。
海蘭信在2021年邁出了我國水下數(shù)據(jù)中心從“0”到“1”的關(guān)鍵一步。
放眼國際，微軟早在2015年就布局水下數(shù)據(jù)中心。水下數(shù)據(jù)中心的部署，利用海水帶走數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)器工作產(chǎn)生的熱量，在大幅降低數(shù)據(jù)中心PUE的同時，也同時降低了數(shù)據(jù)中心WUE。
雖說把數(shù)據(jù)中心建在水下是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心碳中和及節(jié)水的可行路徑之一，但現(xiàn)階段需要面對的問題還有很多。其中運維是很關(guān)鍵的一個問題，因為建設(shè)在水下，提升了運維的成本及難度。
不過，隨著數(shù)據(jù)中心數(shù)字化轉(zhuǎn)型進程的推進，智能化運維的普及，無人值守、完全自動化的數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用落地，水下數(shù)據(jù)中心將成為未來數(shù)據(jù)中心降低能耗、節(jié)能減排的可行路徑之一。
其他節(jié)水技術(shù)應(yīng)用
除去上述相對來說比較“小眾”的數(shù)據(jù)中心節(jié)水的可行路徑外，現(xiàn)階段已有大量節(jié)水技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用。
同樣以微軟為例，其在2021年11月宣布在瑞典建設(shè)新的數(shù)據(jù)中心，并提出，到2030年，微軟將實現(xiàn)水正值，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器將全年采用外部空氣冷卻。此外，該數(shù)據(jù)中心將應(yīng)用收集雨水裝置，主要用于加濕，并支持現(xiàn)場數(shù)據(jù)中心設(shè)施，在降低數(shù)據(jù)中心PUE的同時，進一步降低數(shù)據(jù)中心WUE。
無獨有偶，F(xiàn)acebook的Prineville數(shù)據(jù)中心采用了直接蒸發(fā)制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)沒有耗電量大的機械制冷設(shè)備，并且用水量也比傳統(tǒng)制冷設(shè)備少很多。該數(shù)據(jù)中心通過采用外部空氣制冷和蒸發(fā)制冷方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心制冷。
回看國內(nèi)，現(xiàn)階段我國在西北、東北地區(qū)所建設(shè)的數(shù)據(jù)中心也有不少應(yīng)用間接蒸發(fā)冷等技術(shù)的案例。以美利云中衛(wèi)數(shù)據(jù)中心為例，該數(shù)據(jù)中心充分利用中衛(wèi)地區(qū)的區(qū)位優(yōu)勢，投產(chǎn)的一期工程采用了國際先進的間接蒸發(fā)自然冷卻技術(shù)，相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，節(jié)能幅度可達50%以上。與此同時，數(shù)據(jù)中心還配備了一套“新風(fēng)”系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)中心無需配置冷水機組、冷凝塔等水系統(tǒng)，只在每年氣溫較高的7~8月采用DX系統(tǒng)補充部分冷量，在降低數(shù)據(jù)中心PUE的同時，也大幅降低了數(shù)據(jù)中心WUE。
寫在最后
目前來看，數(shù)據(jù)中心企業(yè)普遍對WUE的重視程度不如PUE，不過隨著相應(yīng)政策的推出，以及技術(shù)的普及，數(shù)據(jù)中心節(jié)水技術(shù)的成本及落地難度也將逐步降低。如果說2021年，我國數(shù)據(jù)中心降本增效是圍繞PUE展開的，暢想一下，2022年，會有更多的焦點話題、技術(shù)研發(fā)圍繞如何降低數(shù)據(jù)中心WUE展開，如何降低數(shù)據(jù)中心WUE與降低PUE將一樣重要，對于數(shù)據(jù)中心而言，節(jié)能減排起始于碳中和，但絕不止于碳中和。
閱讀輔助
WUE只衡量數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的水資源使用效率（并不包括水暖和辦公室所消耗的水資源）。WUE是一個較新的標(biāo)準(zhǔn)，由從IT角度評估公司可持續(xù)性的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)組織綠色網(wǎng)格提出。綠色網(wǎng)絡(luò)組織因為推出廣為業(yè)界認(rèn)可的衡量數(shù)據(jù)中心效率的PUE標(biāo)準(zhǔn)而著名。在高一點的層面上，WUE是將年度水資源使用量除以IT設(shè)備的水資源的使用量所獲得的值。WUE的單位為公升/kWh。
