2019年初，工業(yè)和信息化部等三部門在聯(lián)合發(fā)布的《加快構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心的指導(dǎo)意見》中提出，應(yīng)“鼓勵數(shù)據(jù)中心在自有場所建設(shè)自有系統(tǒng)余熱回收利用等清潔能源利用系統(tǒng)”。芬蘭、瑞典和俄羅斯等國數(shù)據(jù)中心的余熱利用已形成固定回收模式，并取得了良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。然而，我國在這方面的成熟案例依然較少，尚未形成規(guī)模。
基于此，為實現(xiàn)我國2060年碳中和目標，積極推進數(shù)據(jù)中心的余熱利用，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心走高效、低碳、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路，就成為一種必然。
文 | 譚力
我國數(shù)據(jù)中心余熱利用市場尚未充分開發(fā)，
與歐美國家差距明顯
我國數(shù)據(jù)中心余熱回收情況不理想，浪費巨大。數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器在運行過程中，會釋放出大量中低品位余熱，這些余熱易提取、產(chǎn)熱穩(wěn)定且熱量大，是一種優(yōu)質(zhì)熱源，可加熱生活用水、供暖，或滿足其他熱需求。
利用熱泵技術(shù)將數(shù)據(jù)中心余熱回收并用于區(qū)域供暖，在我國北方有著廣闊的市場前景及節(jié)能意義，在幫助用戶降低用熱成本的同時，也可間接減少因使用化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳。此外，余熱回收的耗電量不計算在數(shù)據(jù)中心總電耗中，也會相應(yīng)減少數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的散熱負荷，從而有效降低PUE值，有益于數(shù)據(jù)中心提升品牌價值。按現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心規(guī)模計算，我國北方地區(qū)數(shù)據(jù)中心的可回收余熱總量約10GW，理論上可支持3億平方米建筑供暖。
我國大約有8萬座數(shù)據(jù)中心，多數(shù)余熱直接排向大氣，浪費巨大。目前，余熱回收利用系統(tǒng)應(yīng)用案例僅有阿里巴巴千島湖數(shù)據(jù)中心、騰訊天津數(shù)據(jù)中心和中國電信重慶云計算基地等寥寥數(shù)家企業(yè)?，F(xiàn)階段我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)的節(jié)能重點環(huán)節(jié)是空調(diào)系統(tǒng)和IT系統(tǒng)，余熱回收利用往往被忽視。隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模及數(shù)量的快速增長，政府對數(shù)據(jù)中心節(jié)能的要求越來越高，余熱利用問題將引發(fā)更多關(guān)注。
歐美各國普遍進行數(shù)據(jù)中心余熱利用，已形成固定回收模式。早在2010年，歐美國家就開始回收數(shù)據(jù)中心余熱用于市政供暖。特別是北歐國家，其余熱回收利用產(chǎn)業(yè)鏈完整，擁有專業(yè)從事數(shù)據(jù)中心余熱回收的節(jié)能服務(wù)公司，在取熱效果、熱能輸送等方面具有全球領(lǐng)先的技術(shù)。余熱利用項目在瑞典、芬蘭、丹麥等國已展現(xiàn)出良好的經(jīng)濟效益，出售廢熱所得已成為一些數(shù)據(jù)中心運營商的固定收入來源。比如，聯(lián)合愛迪生公司Con Edison銷售的熱量為0.07美元/千瓦時，其1.2 MW數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的余熱可帶來每年超過35萬美元的收入，這對運營商而言是非常高的財務(wù)激勵。Apple Inc.、IBM、Google、H&M等公司運營的數(shù)據(jù)中心均有余熱利用的成功案例。
表1 國外數(shù)據(jù)中心余熱利用典型案例
數(shù)據(jù)來源：賽迪節(jié)能與環(huán)保研究所整理
相較風冷系統(tǒng)，液體冷卻技術(shù)更有利于余熱回收利用。隨著數(shù)據(jù)中心IT負載的不斷增長，傳統(tǒng)風冷已無法滿足高密度計算的發(fā)展需求，液冷逐漸成為數(shù)據(jù)中心制冷的新模式。制冷方式的變化將引發(fā)一系列變革，隨之發(fā)生改變的還有余熱回收裝置設(shè)計。就技術(shù)角度而言，風冷系統(tǒng)攜帶熱量的介質(zhì)為空氣，存在廢熱流動緩慢、品味較低、不適合長距離運輸、體積較大等缺陷，需要鋪設(shè)更大的管道。液冷系統(tǒng)則通過液體直接導(dǎo)向熱源帶走熱量，換熱效率高、便于運輸、同等體積攜帶的熱量更多。
此外，余熱利用設(shè)備在回收熱量的同時，還可為數(shù)據(jù)中心供冷，成為系統(tǒng)空調(diào)的備用冷源。數(shù)據(jù)中心不需要投資任何費用，即可免費獲得備用冷源一套，不但提升了機房品質(zhì)，還實實在在節(jié)省了運行費用。就經(jīng)濟性而言，液冷技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用之后，只需在架構(gòu)上設(shè)置冷卻液回流機制，將攜帶廢熱的液體接入換熱器，換熱后的液體流入數(shù)據(jù)中心循環(huán)反復(fù)，可節(jié)約余熱回收裝置費用及冷卻液費用。數(shù)據(jù)中心余熱回收利用技術(shù)已經(jīng)過學(xué)術(shù)界的模型研究和小規(guī)模驗證，可復(fù)制性強，具有較高的推廣價值。
我國數(shù)據(jù)中心余熱利用未形成規(guī)模的原因
2020年11月，通過對易華錄信息技術(shù)股份有限公司、中國電信集團有限公司、太極計算機股份有限公司等數(shù)據(jù)中心建設(shè)企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國數(shù)據(jù)中心余熱利用技術(shù)推廣難存在三大障礙：
經(jīng)濟性尚不明顯。一是余熱利用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一次性投資成本較高且回報周期長，這也是目前應(yīng)用案例較少的最主要原因。進行余熱利用，需單獨設(shè)置熱泵機組、采購熱交換器和回收設(shè)備、增設(shè)輔助熱源以達到一般居民供熱系統(tǒng)的供水溫度，且投資回收期在5年以上。調(diào)研中，多數(shù)企業(yè)反映其可承受的節(jié)能技改投資回收期在18個月左右。二是安裝余熱利用設(shè)施需要企業(yè)部分停工停產(chǎn)、延長項目交付時間，會影響到經(jīng)濟效益。三是間接和直接融資渠道不暢，融資需求得不到滿足。金融機構(gòu)對數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)了解有限，對余熱利用的商業(yè)模式和投資效益難以把握，在一定程度上放大了投資風險，部分有潛力的項目難以得到及時支持。
技術(shù)不夠成熟。一是標準不健全。目前國內(nèi)尚未出臺數(shù)據(jù)中心行業(yè)余熱利用設(shè)計標準、余熱利用設(shè)備及運維標準，余熱利用產(chǎn)品的質(zhì)量和規(guī)格參差不齊，在客觀上進一步加大了技術(shù)推廣難度。二是余熱回收設(shè)備對IT系統(tǒng)性能可能產(chǎn)生負面影響，而數(shù)據(jù)中心的首要目標是滿足用戶算力需求，設(shè)計者普遍不會采用影響IT系統(tǒng)功能的節(jié)能技術(shù)。比如，數(shù)據(jù)中心的冷凍水往往含有腐蝕性物質(zhì)，是余熱設(shè)備長期安全穩(wěn)定運行的隱患。把熱量從數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移至熱用戶時必須采用特制的鈦管換熱管或其他抗腐蝕材料并合理布置換熱器結(jié)構(gòu)。三是缺乏余熱利用配套基礎(chǔ)設(shè)施。余熱利用的首要條件是居民區(qū)要擁有區(qū)域供熱系統(tǒng)，其次是數(shù)據(jù)中心要有一個大型管道與市政供熱系統(tǒng)相連接。
節(jié)能技術(shù)供需兩端信息不對稱。數(shù)據(jù)中心余熱利用技術(shù)在技術(shù)原理、應(yīng)用條件等方面存在著復(fù)雜性，涉及多個子系統(tǒng)，專業(yè)性較強。多數(shù)技術(shù)人員對余熱利用技術(shù)產(chǎn)品缺乏系統(tǒng)全面的認知與辨識，在決策時缺乏足夠的示范案例作為參考。
幾點建議
多手段提升余熱利用技術(shù)的經(jīng)濟性。一是研究設(shè)立工業(yè)節(jié)能技術(shù)推廣基金、數(shù)據(jù)中心節(jié)能技改專項資金的可行性，對積極探索新節(jié)能技術(shù)、首次使用新技術(shù)的企業(yè)予以獎勵或補貼，進一步激發(fā)其內(nèi)生動力。二是加大金融支持。豐富綠色金融產(chǎn)品，為采用常規(guī)融資手段困難的企業(yè)提供“節(jié)能貸”、“特許經(jīng)營權(quán)貸”或“合同能源管理未來收益權(quán)質(zhì)押貸款”等創(chuàng)新產(chǎn)品。三是在“國家綠色數(shù)據(jù)中心”評選中向采用余熱利用的企業(yè)傾斜。對《國家綠色數(shù)據(jù)中心先進適用技術(shù)產(chǎn)品目錄》實施動態(tài)更新，將最新的余熱利用技術(shù)和產(chǎn)品納入其中。增加余熱利用技術(shù)在《綠色數(shù)據(jù)中心評價指標體系》中的得分權(quán)重。四是利用數(shù)據(jù)中心能效專項監(jiān)察、強制性標準《數(shù)據(jù)中心能源消耗限額》和節(jié)能設(shè)計標的制修訂等工作，對違規(guī)用能企業(yè)進行限期整改，倒逼企業(yè)依法依規(guī)加大節(jié)能技術(shù)改造力度。
完善標準體系及鼓勵技術(shù)研發(fā)，推動技術(shù)成熟。一是制定完備的數(shù)據(jù)中心余熱利用標準體系。盡快建立和完善數(shù)據(jù)中心余熱利用技術(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量標準，以及覆蓋設(shè)計、施工、驗收和使用維護全過程的建設(shè)標準規(guī)范。例如，將周邊是否有熱用戶、與廢熱處理廠距離、是否便于接入?yún)^(qū)域供熱管道網(wǎng)等有利于開展余熱利用的因素，納入數(shù)據(jù)中心選址考量條件。在制冷系統(tǒng)上留有余熱回收接口，方便日后接入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)等。二是加大對數(shù)據(jù)中心余熱利用技術(shù)的研發(fā)。聯(lián)合數(shù)據(jù)中心用戶、余熱利用解決方案提供商和行業(yè)協(xié)會等成立數(shù)據(jù)中心余熱利用技術(shù)工作組。探索成熟的余熱利用技術(shù)整體解決方案，推動解決數(shù)據(jù)中心余熱利用技術(shù)發(fā)展中的痛點問題，特別是水源熱泵技術(shù)的研發(fā)與攻關(guān)。
持續(xù)完善數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)推廣機制。一是建立余熱利用示范推廣中心，制定技術(shù)推廣路線圖和實施方案等，向社會宣傳節(jié)能效果顯著、經(jīng)濟適用、技術(shù)成熟的優(yōu)秀典型案例。二是組織開展現(xiàn)場推廣活動，搭建節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品供需對接橋梁。邀請施工企業(yè)、設(shè)備方案及服務(wù)提供商、設(shè)計院、運營商、綠色金融機構(gòu)，以及檢驗檢測機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會、媒體等參與技術(shù)推廣對接會，展示數(shù)據(jù)中心行業(yè)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新成果，交流數(shù)據(jù)中心節(jié)能應(yīng)用經(jīng)驗。
（作者供職于賽迪工業(yè)和信息化研究院）
