中國儲能網(wǎng)訊：數(shù)據(jù)中心是算力的物理承載，也是數(shù)字化發(fā)展的關鍵基礎設施，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中扮演著越來越重要的角色。2023年8月，工業(yè)和信息化部公布的數(shù)據(jù)顯示我國數(shù)據(jù)中心機架總規(guī)模超過760萬標準機架，算力總規(guī)模達到每秒1.97萬億億次浮點運算，位居全球第二。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已覆蓋工業(yè)大類的85%以上，標識解析體系全面建成，重點平臺連接設備超過8000萬臺 （套）。隨著數(shù)字基礎設施規(guī)模能級不斷提升，在碳達峰、碳中和的背景下，數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳問題越來越受到重視。
一、北京市數(shù)據(jù)中心項目基本情況
隨著北京市數(shù)字經(jīng)濟的快速發(fā)展，全市各行業(yè)對數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)中心算力需求持續(xù)增加，數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴大。截至2022年底，北京市共計80個數(shù)據(jù)中心項目登記造冊，其中在建互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）項目21個，已運營項目59個，合計40萬個機架。市場、政策、環(huán)境等因素吸引著更多的數(shù)據(jù)中心落戶北京。一是市場需求大。數(shù)據(jù)中心的需求方多為互聯(lián)網(wǎng)、金融、通信等行業(yè)，其中互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)所占份額最大。據(jù)統(tǒng)計，2020年北京市網(wǎng)信獨角獸企業(yè)（企業(yè)估值超過10億美元的新生代未上市網(wǎng)信企業(yè)）數(shù)量最多，為88家，占全國總數(shù)的42.5%。二是基礎支撐強。北京市作為全國科技創(chuàng)新中心，軟件及人才資源豐富，為數(shù)據(jù)中心發(fā)展創(chuàng)造了資源優(yōu)勢。三是政策環(huán)境優(yōu)。2023年1月底，北京市人民政府印發(fā)的《2023年市政府工作報告重點任務清單》明確提出，著力建設全球數(shù)字經(jīng)濟標桿城市，落實北京數(shù)字經(jīng)濟促進條例，推動北京數(shù)據(jù)特區(qū)建設，開展數(shù)據(jù)基礎制度先行示范。同時，北京市供電、供水穩(wěn)定，作為全國八大超級網(wǎng)絡節(jié)點之一、ChinaNet骨干網(wǎng)三個國際出口之一，資源保供有力，也是數(shù)據(jù)中心選址落戶北京的重要因素。
二、存在的主要問題
數(shù)據(jù)中心依靠服務器機架容納IT設備，機架數(shù)量是體現(xiàn)數(shù)據(jù)中心規(guī)模的重要指標。高算力需求帶來了高能耗、高散熱量，在人工智能時代來臨之時，數(shù)據(jù)中心IT設備的能耗及其配套的制冷散熱能耗也水漲船高。據(jù)統(tǒng)計，2022年納入北京市節(jié)能監(jiān)測服務平臺的37家數(shù)據(jù)中心年能耗總量已超過100萬噸標準煤，在算力需求大幅增加的背景下，北京市數(shù)據(jù)中心將面臨巨大的節(jié)能降碳挑戰(zhàn)。
1.人工智能時代背景下低效老舊數(shù)據(jù)中心能效問題日益突出
根據(jù)北京市節(jié)能監(jiān)測服務平臺數(shù)據(jù)分析，2021年北京市共有5000噸標準煤以上實際運行的數(shù)據(jù)中心單位32家企業(yè)，運行PUE值基本在1.3以上，有的甚至達到1.79。這些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心和“老舊小散”數(shù)據(jù)中心是未來北京市數(shù)據(jù)中心改造的主要對象。經(jīng)調查，部分數(shù)據(jù)中心以老舊廠房為主，呈現(xiàn)上架率不穩(wěn)定，需改造點位多，改造場景復雜，改造成本高，項目周期長等特點，實施可復制推廣的數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳改造案例難度較大。
2.數(shù)據(jù)中心水資源消費量不容忽視
數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)水資源消耗主要包括兩種：一是冷卻水蒸發(fā)汽化，間接帶走機房內(nèi)服務器產(chǎn)生的熱量。二是為防止冷卻水系統(tǒng)結垢、細菌滋生，定期對冷卻水系統(tǒng)進行加藥補水。此外，數(shù)據(jù)中心項目中還有IT房間加濕用水、冷凍水補水、開式冷卻塔清洗維護用水等其他水資源消耗。據(jù)推算，目前北京市數(shù)據(jù)中心年用水量約為2200-3000萬立方米，“十四五”期間，北京市數(shù)據(jù)中心水耗仍將保持高速增長。數(shù)據(jù)中心“與人爭水”問題突出。北京市城區(qū)供水的7成來自寶貴的“南水”，水資源約束仍然是制約北京市生態(tài)文明建設和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的根本性約束。北京市再生水水質能夠滿足數(shù)據(jù)中心冷卻用水的需求，但由于再生水管網(wǎng)配套不足，以及缺乏對數(shù)據(jù)中心使用再生水的強制要求，目前北京市數(shù)據(jù)中心冷卻用水主要采用市政供應的自來水，違背了“優(yōu)質優(yōu)用”的使用原則，間接擠占了市民用水資源，形成嚴重浪費。
3.數(shù)據(jù)中心項目余熱外供困難
數(shù)據(jù)中心在投產(chǎn)運行后，其自身消耗的電能大部分轉化為熱能，在回收利用后可為周邊提供熱源，在夏季提供生活熱水，在冬季降低供暖能耗，可以在節(jié)能降碳的同時增加數(shù)據(jù)中心經(jīng)濟效益。通過現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，雖然數(shù)據(jù)中心余熱利用技術已成熟穩(wěn)定，且運營單位普遍具有余熱外供利用的意愿，但由于資源需求不匹配、安全性與經(jīng)濟性以及管線協(xié)調等客觀問題，數(shù)據(jù)中心余熱外供利用情況未達到預期水平。主要有以下三個問題：
1）數(shù)據(jù)中心規(guī)劃布局不合理。數(shù)據(jù)中心多建于老舊廠房或工業(yè)園區(qū)，周邊住宅及商業(yè)建筑密度較低，用戶用熱需求少。部分數(shù)據(jù)中心在建設時周邊既有用戶多已配備了供熱設施，無需利用數(shù)據(jù)中心余熱。
2）數(shù)據(jù)中心余熱供應不穩(wěn)定。目前，北京市數(shù)據(jù)中心項目多數(shù)為外租型數(shù)據(jù)中心，機柜上架率不穩(wěn)定將直接導致數(shù)據(jù)中心余熱供應不穩(wěn)定，投資回收期一般在5年以上，且數(shù)據(jù)中心進行余熱利用改造將需要機房停產(chǎn)配合，影響IT系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。
3）供熱管線改造協(xié)調難。數(shù)據(jù)中心余熱外供需要改造接駁已建成的常規(guī)市政管線，需統(tǒng)籌考慮安全距離、征詢產(chǎn)權單位和住建、消防等多部門意見，部分數(shù)據(jù)中心場地緊湊，可用于按照余熱回收設施空間不足。
4.數(shù)據(jù)中心參與綠色電力交易主動性不高
2023年上半年，北京市電力交易中介機構累計交易綠色電力9場次，總成交11.5億千瓦時，覆蓋燕山石化、中國聯(lián)通、北京奔馳等34家用戶，電源主要來自于山西、蒙東地區(qū)，綠電交易總量逐步擴大。交易方式主要為購電企業(yè)集中提交需求后，由電力交易中介機構對接外省可再生能源交易主管部門進行集中購電，購電企業(yè)在完成綠色電力交易后將同時取得綠色電力證書和綠色電力消費憑證。在“雙邊協(xié)商交易”和“掛牌交易”的模式下，綠色電力交易周期長，交易模式復雜，時間不可控的缺點一定程度制約了數(shù)據(jù)中心建設運營單位參與綠色電力交易的主動性。
三、對策建議
黨的二十大報告指出，要加快建設網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國。建設數(shù)字中國是從基本國情出發(fā)實現(xiàn)現(xiàn)代化的必然選擇，我國網(wǎng)民規(guī)模超過10億，實現(xiàn)現(xiàn)代化的過程也是全體人民共享更高質量數(shù)字化發(fā)展成果的過程。數(shù)據(jù)中心的高質量發(fā)展是建設數(shù)字強國的最堅實基礎，更好的應用數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能降碳技術則是堅持數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展的根本保障。為高質量打造首都成為數(shù)字經(jīng)濟標桿城市，結合北京市數(shù)據(jù)中心實際情況，提出以下三點建議。
1.鼓勵數(shù)據(jù)中心應用節(jié)能降碳技術降低能耗水耗
1）進一步加大數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能降碳考核力度。在嚴格控制新建項目PUE水平的基礎上，在節(jié)能評審工作中增加水效和碳效的考核要求，適時研究制定數(shù)據(jù)中心IT設備能效標識，開展數(shù)據(jù)中心項目全生命周期評價，啟動數(shù)據(jù)中心項目能效領跑者活動。
2）更加側重數(shù)據(jù)中心應用節(jié)能降碳技術目錄推廣工作。大力推動綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建，引導新型數(shù)據(jù)中心走高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路。鼓勵應用高密度集成等IT設備、液冷等制冷系統(tǒng)、高壓直流等供配電系統(tǒng)、能效環(huán)境集成檢測等輔助系統(tǒng)技術產(chǎn)品，支持探索利用鋰電池、儲氫和儲能等作為數(shù)據(jù)中心多元化儲能和備用電源裝置，加強動力電池梯次利用產(chǎn)品推廣應用。提高數(shù)據(jù)中心關鍵核心技術設備國產(chǎn)化水平。
3）加快推動北京市存量低效數(shù)據(jù)中心提升改造，提高能效碳效水效水平。針對PUE值超過1.4的數(shù)據(jù)中心項目和平均單機架功率低于2.5千瓦或平均上架率低于30%的功能落后的備份存儲類低利用率數(shù)據(jù)中心，鼓勵通過合同能源管理、合同節(jié)水管理等市場化模式，引導數(shù)據(jù)中心選址于再生水網(wǎng)范圍內(nèi)，借助節(jié)能節(jié)水服務公司專業(yè)優(yōu)勢，提高數(shù)據(jù)中心能效、碳效、水效水平；將數(shù)據(jù)中心作為節(jié)能技術改造項目支持的重點領域，對于改造項目節(jié)能量經(jīng)核證后，給予市區(qū)兩級資金獎勵；鼓勵低效數(shù)據(jù)中心騰退、整合替代為大型高效數(shù)據(jù)中心。
2.逐步完善數(shù)據(jù)中心余熱外供制度建設
一是加強規(guī)劃統(tǒng)籌，建立余熱外供協(xié)調推進機制。建議結合城市總體規(guī)劃、供熱領域專項規(guī)劃與數(shù)據(jù)中心布局統(tǒng)籌考慮，研究制定全市數(shù)據(jù)中心余熱利用實施方案，鼓勵數(shù)據(jù)中心余熱與周邊既有熱源耦合利用。二是以社會投資為主，政府補貼為輔，研究確定數(shù)據(jù)中心余熱外供補助資金和市場價格，鼓勵第三方供熱公司采用社會化管理模式進行供熱運行管理，提升余熱外供管理水平。三是開展試點示范，針對北京市數(shù)據(jù)中心余熱利用效果較好的典型項目加大宣傳推廣力度，針對不同規(guī)模、不同類型的數(shù)據(jù)中心定制應用場景，探索數(shù)據(jù)中心與農(nóng)業(yè)大棚、工業(yè)園區(qū)余熱耦合利用。
3.引導數(shù)據(jù)中心建設運營單位加大可再生能源應用規(guī)模
一是進一步擴大對數(shù)據(jù)中心項目可再生能源應用的要求，在充分使用綠色電力的情況下，研究數(shù)據(jù)中心“光儲直柔”一體化、“綠氫”技術應用，堅持定期考核監(jiān)測數(shù)據(jù)中心可再生能源利用情況。二是協(xié)調綠電交易中介機構舉辦數(shù)據(jù)中心綠色電力購買專場活動，支持數(shù)據(jù)中心購買和使用綠電。三是多措并舉，適時探索數(shù)據(jù)中心項目能源綜合利用，在應用光伏、氫能的基礎上探索數(shù)據(jù)中心電儲能、氫燃料電池儲能等技術，考慮“源-網(wǎng)-荷-儲”各個環(huán)節(jié)，構建“數(shù)據(jù)中心+能源中心”，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心和大電網(wǎng)的“數(shù)網(wǎng)協(xié)同”，在安全可靠的前提下建立一批移動式或固定式新型儲能設施作為應急備用電源替代數(shù)據(jù)中心柴油消耗，最終建設成為以可再生能源發(fā)電為主，結合鋰電池提供快速響應的安全保障，利用氫燃料電池供電系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行的綠色數(shù)據(jù)中心。
