中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：剛剛過(guò)去的2021年是“十四五”規(guī)劃開(kāi)局之年，數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(lái)發(fā)展的黃金時(shí)期。去年，國(guó)家層面出臺(tái)了包含《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》《關(guān)于加快構(gòu)建全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》在內(nèi)的多份政策性文件，促進(jìn)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(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，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(shì)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(huì)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(duì)于數(shù)據(jù)中心行業(yè)來(lái)說(shuō)，其用水量之大也是不能不關(guān)注的問(wèn)題。在行業(yè)更多關(guān)注PUE的同時(shí)，數(shù)據(jù)中心WUE（水資源利用效率，詳見(jiàn)“閱讀輔助”）卻鮮少問(wèn)津。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上的水大約96.5%都是海水，淡水只有3500萬(wàn)立方千米左右，且這些淡水中很大一部分儲(chǔ)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(guó)為例，我國(guó)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?jī)H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(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)家之一。
數(shù)據(jù)中心運(yùn)行對(duì)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(jì)，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(wàn)加侖（1加侖約合3.8升）計(jì)的水，用來(lái)冷卻因運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)熱的設(shè)備。日常運(yùn)行中的冷卻水補(bǔ)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(duì)于建設(shè)在水資源相對(duì)匱乏地區(qū)（如沙漠）的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，對(duì)該地區(qū)的水資源利用率無(wú)異于“雪上加霜”。
作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(huì)貢獻(xiàn)一份不可或缺的力量。
不僅于此，大量的冷卻水補(bǔ)水在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本中的占比也十分龐大，如果可以減少用水量，對(duì)降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本來(lái)說(shuō)，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(huì)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(shí)，應(yīng)給予WUE更多的關(guān)注。與此同時(shí)，在相應(yīng)政策的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心節(jié)水進(jìn)程也在逐步推進(jìn)。
以點(diǎn)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(tái)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(jiǎn)稱(chēng)《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(shí)，《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(jì)劃及實(shí)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(bào)告書(shū)，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(huì)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(jiān)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(lái)將要發(fā)布政策，將進(jìn)一步引導(dǎo)、規(guī)范、督促數(shù)據(jù)中心節(jié)水的落實(shí)情況，推進(jìn)數(shù)據(jù)中心降低WUE。
技術(shù)驅(qū)動(dòng)
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(dòng)數(shù)據(jù)中心節(jié)水進(jìn)程。下面我們就來(lái)盤(pán)點(diǎn)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(lái)源，直接排放不但浪費(fèi)了水資源，還有可能對(duì)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(hù)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(yùn)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(xì)菌/微生物等，且PH值呈弱堿性。
針對(duì)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(jiàn)的循環(huán)水排污回收裝置，不過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用成本較高，運(yùn)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(lái)數(shù)據(jù)中心節(jié)水技術(shù)的重要突破口之一。
浸沒(méi)式液冷
近年來(lái)，隨著液冷技術(shù)的不斷成熟，越來(lái)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。現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用液冷主要分為兩種——浸沒(méi)式液冷和冷板式液冷。
浸沒(méi)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(shí)，冷卻液的應(yīng)用，替代了傳統(tǒng)的機(jī)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(méi)式液冷現(xiàn)階段在國(guó)內(nèi)比較成功的案例當(dāng)屬阿里巴巴浙江云計(jì)算仁和數(shù)據(jù)中心，該數(shù)據(jù)中心采用全浸沒(méi)式液冷技術(shù)，在大幅降低PUE的同時(shí)，也降低了數(shù)據(jù)中心WUE。
放眼國(guó)際，對(duì)于建設(shè)在沙漠中的數(shù)據(jù)中心而言，缺水更是一個(gè)大問(wèn)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(jì)劃采用一種新的方式來(lái)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(shí)，它們產(chǎn)生的熱量使液體在達(dá)到華氏122度(攝氏50度)時(shí)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(gè)閉環(huán)冷卻系統(tǒng)，減少了水和電的使用，同時(shí)得到了冷卻效果。
不過(guò)目前浸沒(méi)式液冷大規(guī)模應(yīng)用還面臨著諸多問(wèn)題。采用浸沒(méi)式液冷的數(shù)據(jù)中心，從服務(wù)器、機(jī)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(shí)，將服務(wù)器“泡”在冷卻液中也提升了運(yùn)維難度，增加了后期的運(yùn)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(méi)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(xiàn)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(shí)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(chǎng)商主要有兩家。從國(guó)內(nèi)看，海蘭信是國(guó)內(nèi)“第一個(gè)吃螃蟹的人”
2020年11月海蘭信UDC測(cè)試樣機(jī)在珠海下水測(cè)試；
2021年1月海蘭信公布階段性測(cè)試成果，獲得了成功的可行性驗(yàn)證；
2021年5月，海蘭信與海南電信合作開(kāi)展第二階段測(cè)試，整備后的UDC樣機(jī)內(nèi)承載了海南電信的實(shí)際數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，第二階段測(cè)試邀請(qǐng)了中國(guó)信通院云大所全程跟蹤，測(cè)試結(jié)果達(dá)到預(yù)期。
海蘭信在2021年邁出了我國(guó)水下數(shù)據(jù)中心從“0”到“1”的關(guān)鍵一步。
放眼國(guó)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(shí)，也同時(shí)降低了數(shù)據(jù)中心WUE。
雖說(shuō)把數(shù)據(jù)中心建在水下是實(shí)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(duì)的問(wèn)題還有很多。其中運(yùn)維是很關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榻ㄔO(shè)在水下，提升了運(yùn)維的成本及難度。
不過(guò)，隨著數(shù)據(jù)中心數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程的推進(jìn)，智能化運(yùn)維的普及，無(wú)人值守、完全自動(dòng)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(lái)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(duì)來(lái)說(shuō)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(shí)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(chǎng)數(shù)據(jù)中心設(shè)施，在降低數(shù)據(jù)中心PUE的同時(shí)，進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中心WUE。
無(wú)獨(dú)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(méi)有耗電量大的機(jī)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(guò)采用外部空氣制冷和蒸發(fā)制冷方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心制冷。
回看國(guó)內(nèi)，現(xiàn)階段我國(guó)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(shì)，投產(chǎn)的一期工程采用了國(guó)際先進(jìn)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(dá)50%以上。與此同時(shí)，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(wú)需配置冷水機(jī)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(bǔ)充部分冷量，在降低數(shù)據(jù)中心PUE的同時(shí)，也大幅降低了數(shù)據(jù)中心WUE。
寫(xiě)在最后
目前來(lái)看，數(shù)據(jù)中心企業(yè)普遍對(duì)WUE的重視程度不如PUE，不過(guò)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(shuō)2021年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心降本增效是圍繞PUE展開(kāi)的，暢想一下，2022年，會(huì)有更多的焦點(diǎn)話(huà)題、技術(shù)研發(fā)圍繞如何降低數(shù)據(jù)中心WUE展開(kāi)，如何降低數(shù)據(jù)中心WUE與降低PUE將一樣重要，對(duì)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(gè)較新的標(biāo)準(zhǔn)，由從IT角度評(píng)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?yàn)橥瞥鰪V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(diǎn)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。
