數(shù)據(jù)中心作為能耗熱點行業(yè)，如何在推動“碳中和”的工作中有效實現(xiàn)綠色創(chuàng)新，推動行業(yè)的低碳可持續(xù)發(fā)展，成為備受關(guān)注的話題。現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)中心一方面通過技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)降低PUE，另一方面通過自建可再生能源、購買“綠電”、開展“碳排放”交易等手段實現(xiàn)“碳中和”，但更多停留在能源側(cè)。本文從產(chǎn)業(yè)的角度探討一些“碳中和”觀點及其可能引發(fā)的數(shù)據(jù)中心變革，希望引起更多的行業(yè)思考。

數(shù)據(jù)中心“碳中和”五大思考

數(shù)據(jù)中心參與“碳交易”，促進“碳中和”

通過購買CCER進行“碳抵消”、通過購買“綠電”減少碳排放，這些方式單獨看確實可以實現(xiàn)“碳中和”，但數(shù)據(jù)中心本身在碳產(chǎn)生、碳排放方面并沒有減少，這種“碳中和”更像是一種數(shù)字和形式上的中和。從全社會視角看，這些方式并不能實現(xiàn)有效中和。

可再生能源對自然界的影響很大，在一定程度上可以起到“碳中和”或者“X中和”的作用。在不完全了解其真實作用的情況下，過多使用可再生能源或許并非實現(xiàn)“碳中和”的良策。如果現(xiàn)在以光能、風(fēng)能和水能替代全部生產(chǎn)側(cè)能源，對自然界產(chǎn)生的影響以及由此產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)不得而知。因此，加大對風(fēng)能、光能等可再生能源的利用，短期看可能是降低“碳排放”的最快方式，但從“碳中和”的角度看，并不一定是好的方式。

雖然如此，為實現(xiàn)“雙碳”目標全社會、全行業(yè)仍需共同努力，現(xiàn)階段碳交易、購買“綠電”等方式更大作用是提升碳的流通價值，促進和發(fā)展“碳中和”產(chǎn)業(yè)及市場。

自建“綠電”和儲能，輔助調(diào)整全國能源結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)中心是用電側(cè)，而不是供電側(cè)，能源結(jié)構(gòu)通常應(yīng)由供電側(cè)負責，而用電側(cè)更應(yīng)關(guān)注如何提升能源轉(zhuǎn)換效率、如何減少整體能源使用等。

基于此，很多數(shù)據(jù)中心都在部署綠電和儲能系統(tǒng)。以光伏為例，由于條件限制，基本無法在園區(qū)土地上直接建設(shè)，更多的是利用現(xiàn)有樓宇進行改造，光伏發(fā)電真正并網(wǎng)量其實不大，只能輔助解決數(shù)據(jù)中心少部分用電，更多是生活用電。儲能系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心而言，確實可以起到削峰填谷、降低“綠電”不穩(wěn)定沖擊、降低付現(xiàn)成本等作用，規(guī)?；笊踔量梢蕴娲裼桶l(fā)電機組，直接變成數(shù)據(jù)中心第三路電源，降低建設(shè)復(fù)雜度和維護難度。雖然大部分數(shù)據(jù)中心依靠自身部署的“綠電”和儲能系統(tǒng)并不能完全實現(xiàn)“碳中和”，但從全社會層面看，將對建立全國分布式能源存儲體系、調(diào)整全國能源結(jié)構(gòu)、降低綠色能源不穩(wěn)定性對全國能源結(jié)構(gòu)的沖擊起到輔助支撐的作用。

數(shù)據(jù)中心光伏發(fā)電按每平方米150W、全年可用1300小時測算，不計算轉(zhuǎn)換系數(shù)以及傳輸、儲存、并網(wǎng)的損耗，全年可發(fā)電不足200kW·h。1個5kW機柜，按PUE=1.3、負載率為50%測算，全年需電28000kW·h，可以簡單得出1個機柜需要140平方米光伏空間，1個2000臺機柜的獨立數(shù)據(jù)中心需要26.68萬平方米的光伏空間。

“碳中和”不僅是能源側(cè)變革，更應(yīng)是生產(chǎn)側(cè)變革

CUE的定義可能會使我們誤以為“碳中和”的重點是利用可再生能源，實際上，“碳中和”是碳排放量為零，并不一定要通過使用“零碳能源”來實現(xiàn)，而需要生產(chǎn)方式、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)的變革。

從PUE的角度看，數(shù)據(jù)中心自身只消耗1.X中0.X的能耗，隨著PUE越來越小，IT設(shè)備消耗的能耗已超數(shù)據(jù)中心總能耗的80%。公開資料顯示，IT設(shè)備消耗電能的97%都轉(zhuǎn)換成了熱能，只有3%用于計算，而這部分熱能還需要數(shù)據(jù)中心通過制冷加以中和，整個數(shù)據(jù)中心能源到算力的轉(zhuǎn)換效率非常低?，F(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)雖然在大力推廣液冷等技術(shù)，但這些技術(shù)更多是實現(xiàn)如何降低PUE，能源浪費情況仍然存在，因此如何提升能源到算力的轉(zhuǎn)換效率才是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心“碳中和”的核心，數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)側(cè)的變革勢在必行。 

數(shù)據(jù)中心“碳中和”是一個過程

其實，實現(xiàn)“雙碳”目標的說法存在一些小瑕疵，“碳達峰”并沒有明確目標值，只是碳排放達到峰值，“碳中和”才是明確的目標。

數(shù)據(jù)中心“碳中和”要提前布局、盡快落地，但不建議用力過猛過快，要充分考慮經(jīng)濟效益和性價比。過早、過度追求所謂“零碳”，就會像飲料追求“零糖”“零卡”一樣，看起來不錯，但未必適合消費者。企業(yè)要從經(jīng)濟角度考慮“碳中和”，剛投產(chǎn)的設(shè)備就跟風(fēng)改造，性價比會很低，退網(wǎng)設(shè)備的報廢和新設(shè)備的生產(chǎn)同樣會產(chǎn)生碳。國家已給出充足的時間過渡，企業(yè)要結(jié)合自身情況制定短期和長期計劃，同時充分考慮成本和技術(shù)問題。

已建成數(shù)據(jù)中心的“碳中和”路徑建議重點放在節(jié)能和逐步替換改造上，而規(guī)劃中的數(shù)據(jù)中心可以嘗試采用全低碳架構(gòu)。現(xiàn)階段雖然很多企業(yè)通過購買“綠電”宣布實現(xiàn)“碳中和”，但以這樣的方式提前實現(xiàn)“碳中和”，可能會在某種程度上降低其后期的能動性。

摸清“碳家底”、建立碳清單是關(guān)鍵

國外先進企業(yè)提出的“碳中和”目標，都建立在摸清“碳排放”家底的基礎(chǔ)上，這些企業(yè)已建立了10年以上的內(nèi)部“碳排放”清單，還建立了“碳排放”管理平臺，少數(shù)企業(yè)更是建立了整個供應(yīng)鏈的“碳排放”清單，像管理財務(wù)一樣對“碳排放”進行精細化和數(shù)字化管理。

現(xiàn)階段，大部分企業(yè)并不清楚“碳排放”核算和“碳中和”計算標準，并沒有真正開展碳盤查、核算“碳排放”量，也不清楚自身的減碳空間，“碳排放”（包括直接排放、用電排放和其他排放）基本都是通過計算而不是通過測量得到的。企業(yè)在制定“碳達峰”“碳中和”計劃前，摸清“碳家底”和建立“碳清單”是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，建立全生命周期的數(shù)字化碳管理平臺也是必要環(huán)節(jié)。 

“碳中和”引發(fā)的數(shù)據(jù)中心五大變革

在數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)“碳中和”的過程中，除引入綠色能源、購買CCER等能源側(cè)的變革之外，更應(yīng)該深入開展產(chǎn)業(yè)變革、架構(gòu)變革、技術(shù)變革、業(yè)務(wù)變革和運維變革，目前數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)針對“碳中和”所做的變革還遠遠不夠。

數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)變革

數(shù)據(jù)中心的“碳中和”，一定不是使用了100%清潔能源的“電中和”，而是整個數(shù)據(jù)中心與外部自然界的中和，其終極目標是：新建成數(shù)據(jù)中心的氣體排放、污染物排放、碳排放等對當?shù)責o影響，與自然和諧共處。這不是某一行業(yè)能推動實現(xiàn)的，需要整個數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)上下游形成多行業(yè)聯(lián)動，才能達到上述平衡狀態(tài)。

以節(jié)能為例，數(shù)據(jù)中心前期節(jié)能更多圍繞基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運維開展，以降低PUE為目標。實際上，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)對“碳中和”大的支持不是節(jié)約能耗，而是提升能源的轉(zhuǎn)化效率，這就需要全產(chǎn)業(yè)的支持。重點應(yīng)改變占比達到80%的IT行業(yè)，而不是占比僅20%的傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)。

因此，需要行業(yè)組織牽頭，推動數(shù)據(jù)中心上下游全產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)動和變革，達到降低數(shù)據(jù)中心整體能耗、提升數(shù)據(jù)中心整體效率的目的，為社會發(fā)展做出行業(yè)的貢獻。

數(shù)據(jù)中心架構(gòu)變革

從“碳中和”視角看，數(shù)據(jù)中心園區(qū)應(yīng)作為一個整體考慮。從土地到建筑再到設(shè)備、從用水到用電再到網(wǎng)絡(luò)，整個園區(qū)呼入能源、輸出算力、排放碳和熱。而這個過程中要實現(xiàn)“零碳”的排放，一方面需要呼入綠色能源，另一方面更應(yīng)該從架構(gòu)上提高基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)和IT設(shè)備的能源利用率，提升數(shù)據(jù)中心整體能源到算力的轉(zhuǎn)化效率，而不僅是降低PUE。

數(shù)據(jù)中心各子系統(tǒng)應(yīng)該作為一個整體考慮。比如在設(shè)計數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)時，要將基礎(chǔ)設(shè)施制冷系統(tǒng)的冷卻側(cè)、冷凍側(cè)、末端側(cè)與IT系統(tǒng)的散熱、風(fēng)扇聯(lián)動在一起，實現(xiàn)整體節(jié)能，避免出現(xiàn)由于IT風(fēng)扇能耗過大導(dǎo)致總能耗上升，而PUE下降的情況。

數(shù)據(jù)中心各機房也應(yīng)作為一個整體考慮。以氣流組織為例，在現(xiàn)有封閉冷通道的架構(gòu)中，冷熱空氣的氣流運動均涉及大量方向的調(diào)整，冷風(fēng)從末端空調(diào)向前進入機房，再從通風(fēng)地板向上到冷通道，通過IT風(fēng)扇向左右吹到熱通道，之后自然向上，借助誘導(dǎo)風(fēng)機向后回到末端空調(diào)上方，最后向下吸入末端空調(diào)，形成循環(huán)?？梢钥闯?，在機房內(nèi)的制冷過程中氣流方向多次調(diào)整，而每次調(diào)整均需要消耗能量。因此數(shù)據(jù)中心在架構(gòu)方面需要做出大膽變革，比如考慮將空調(diào)的送風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)分開設(shè)計，實現(xiàn)冷氣流方向和IT設(shè)備風(fēng)扇方向一致，減少氣流碰撞造成的能耗損失。

數(shù)據(jù)中心機柜同樣應(yīng)作為一個整體考慮?；谠破脚_的優(yōu)越性，目前各業(yè)務(wù)系統(tǒng)基本部署在云平臺上，但單個服務(wù)器性能有限，部署時將幾十甚至幾百臺服務(wù)器以虛擬化的方式形成云池，一般1臺機柜部署10多臺性能一樣的服務(wù)器，雖然CPU、內(nèi)存和存儲形成云資源統(tǒng)一使用，但服務(wù)器的主機、配電和風(fēng)扇等制冷系統(tǒng)仍是獨立設(shè)計和使用的，這會造成一定的能耗浪費。因此不妨大膽設(shè)想，IT設(shè)備商將數(shù)據(jù)中心機柜作為一臺大服務(wù)器進行整體設(shè)計，將服務(wù)器內(nèi)配電、制冷和運算整體布局，極大提升單機柜的效率，既可以提升算力，又可以提升能耗利用率。

數(shù)據(jù)中心架構(gòu)變革均涉及系統(tǒng)性調(diào)整，不是某一專業(yè)可以實現(xiàn)的，實際落地難度更大，因此需要整個行業(yè)開展更多前瞻性的探索，以推動架構(gòu)變革的落地。

數(shù)據(jù)中心技術(shù)變革

隨著數(shù)據(jù)中心儲能系統(tǒng)的大力發(fā)展，其供電方式也可以同步優(yōu)化。比如當前討論較多的“雙路市電+儲能”替代“雙路市電+一路油機”，儲能系統(tǒng)替代柴油發(fā)電機能有效減少碳排放和污染物排放。同時，儲能系統(tǒng)替代油機，蓄冷罐也可以考慮取消，制冷系統(tǒng)的復(fù)雜度將有效降低，維護工作量也將減少，由人員操作失誤引起的故障也將同比例降低。

在利用自然資源方面，不應(yīng)只關(guān)注室外冷空氣和地下水資源，還有城市地下供水管路資源可以利用。以北方地區(qū)為例，地下管網(wǎng)自來水水溫常年在10攝氏度左右，且具備流量大、穩(wěn)定性高等特點，可嘗試通過板換等方式為數(shù)據(jù)中心提供輔助冷源。

在能源循環(huán)利用方面，以北方數(shù)據(jù)中心為例，一邊通過制冷中和IT設(shè)備產(chǎn)生的熱能，一邊又在利用額外的電能進行輔助加熱，包括辦公區(qū)供暖、生活用水加熱、冷塔補水管路和蓄冷罐電伴熱保溫、油機水套加熱等，余熱浪費非常大。在采用開式冷卻塔的數(shù)據(jù)中心，水資源的浪費也非常大。數(shù)據(jù)中心園區(qū)應(yīng)積極收集余熱和廢水，并加以循環(huán)利用，也許在不久的將來，就可以建立養(yǎng)殖和灌溉等系統(tǒng)，打造出像“稻田養(yǎng)魚”一樣的自循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。

在選址方面，除近期比較熱門的海底數(shù)據(jù)中心之外，水電站周邊建數(shù)據(jù)中心貌似是好的選擇。一方面水力發(fā)電提供不間斷的電力供應(yīng)；另一方面水流帶走熱量，為數(shù)據(jù)中心提供安全穩(wěn)定的冷卻系統(tǒng)。此外隨著航天科技的發(fā)展，平流層數(shù)據(jù)中心也能充分發(fā)揮太陽能發(fā)電、低溫散熱、污染小等優(yōu)勢。

數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)變革

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和用戶IT系統(tǒng)在可靠性方面存在多重疊加。數(shù)據(jù)中心基本以政府、金融和互聯(lián)網(wǎng)用戶為主，用戶對業(yè)務(wù)連續(xù)性的要求比較高，從安全角度考慮，用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)需以雙活、兩地三中心或異地災(zāi)備等方式部署。以金融用戶為例，一般1套業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要部署于兩地三中心，也就是需要部署6套UPS（每套均為N+1）、9路外接電源（每中心2路市電和1路油機發(fā)電）。從宏觀角度看，為確保1套業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，全部配套資源的利用率和負載率均不會很高，以UPS為例，每臺UPS均無法達到最佳的工作效率，不僅資源浪費較大，而且能源浪費也較多。

業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要在連續(xù)性和低碳節(jié)能之間找到平衡，業(yè)務(wù)架構(gòu)有必要進行變革優(yōu)化。比如，可以將主備等多系統(tǒng)看作一個整體，只需保證整體可用性而無需保證每個獨立系統(tǒng)的可用性。數(shù)據(jù)中心也需要進行針對性的調(diào)整優(yōu)化，比如可以多個數(shù)據(jù)中心承接整套業(yè)務(wù)系統(tǒng)SLA，而不是某個數(shù)據(jù)中心單獨承接SLA。

在云業(yè)務(wù)部署方面，以云存儲為例，為保證業(yè)務(wù)安全一般會設(shè)置3份以上數(shù)據(jù)備份，單服務(wù)器甚至單機柜掉電，在虛擬化層面自動切換，不會對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。但現(xiàn)階段用戶為了使用方便和維護安全，更多是將整套云平臺部署在一個機房、一套UPS下，一旦動力或制冷出現(xiàn)問題，整個列頭或機房將不可用，業(yè)務(wù)沒有切換的余地。因此，從充分發(fā)揮云平臺優(yōu)勢的角度考慮，云平臺機柜應(yīng)采取物理分散的方式，部署在不同機房和不同區(qū)域。

云計算的特點是可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求動態(tài)分配與調(diào)整資源，理論上能耗應(yīng)隨業(yè)務(wù)調(diào)整而調(diào)整，但很多云系統(tǒng)并沒有呈現(xiàn)出這種狀態(tài)，能耗與業(yè)務(wù)量并沒有形成線性關(guān)系，原因在于集成商和應(yīng)用商更關(guān)注系統(tǒng)的QOS和SLA，沒有對系統(tǒng)進行能耗優(yōu)化。數(shù)據(jù)中心行業(yè)要聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)施企業(yè)、IT硬件和軟件行業(yè)，在業(yè)務(wù)穩(wěn)定和節(jié)能低碳間找到平衡。

程序代碼是最容易被忽視的環(huán)節(jié)，因為程序編寫更多以結(jié)果為導(dǎo)向。研究表明，使用不同編程語言的數(shù)據(jù)中心能耗差別很大；相同編程語言，不同人編寫，能耗差別也較大。因此需要建立相應(yīng)的評價機制，在代碼可用和低碳節(jié)能間找到平衡。

數(shù)據(jù)中心運維變革

數(shù)據(jù)中心除常規(guī)的節(jié)能和低碳措施以外，在運維方面要嘗試與業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立更多關(guān)聯(lián)并更緊密地結(jié)合，甚至要針對不同用戶開展不一樣的精細化服務(wù)，比如開展業(yè)務(wù)預(yù)測性服務(wù)等，目的是更精確地控制動力和制冷系統(tǒng)能耗。同時，也可以協(xié)同用戶將應(yīng)用系統(tǒng)與電力的“峰谷平”緊密結(jié)合在一起，多利用谷區(qū)域進行數(shù)據(jù)備份、同步及大數(shù)據(jù)分析運算等后臺應(yīng)用，起到節(jié)能降碳的作用。

數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)“碳中和”，不應(yīng)是數(shù)據(jù)中心運營商通過自建、購買“綠電”等方式簡單實現(xiàn)的，也不是數(shù)據(jù)中心運營商獨自能實現(xiàn)的。其應(yīng)當是一個長期的過程，需要從數(shù)據(jù)中心行業(yè)整體考慮，通過產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同努力，通過不斷變革提升能源到算力的轉(zhuǎn)換效率，并建立類似“海綿城市”和“稻田養(yǎng)魚”的自循環(huán)體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與自然的充分融合。