氣候變化和能源問題是當(dāng)前突出的全球性挑戰(zhàn)。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為“耗能大戶”的數(shù)據(jù)中心，在全球“雙碳”背景下，如何實(shí)現(xiàn)綠色化轉(zhuǎn)型，創(chuàng)新節(jié)能低碳用能模式，將成為一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)而緊迫的任務(wù)。

【受訪專家：林左鳴，男，福建漳州人，中國航空學(xué)會(huì)理事長。曾任中航工業(yè)集團(tuán)董事長、黨組書記。北京航空航天大學(xué)管理學(xué)博士，研究員級(jí)高級(jí)工程師。連續(xù)多年入選《財(cái)富》中國最具影響力的50位商界領(lǐng)袖排行榜。2013年獲得CCTV中國經(jīng)濟(jì)年度人物獎(jiǎng)，2015年入圍CCTV中國十大經(jīng)濟(jì)年度人物獎(jiǎng)?！?/p>

數(shù)字經(jīng)濟(jì)將催生數(shù)據(jù)中心爆發(fā)式增長

當(dāng)今社會(huì)，信息網(wǎng)絡(luò)與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。人們打電話、刷視頻、上網(wǎng)購物、預(yù)約掛號(hào)、打車出行，以及疫情防控健康寶、行程碼等等，都需要通過大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行計(jì)算處理。

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)加速創(chuàng)新，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度之快、輻射范圍之廣、影響程度之深前所未有，正在成為重組全球要素資源、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、改變?nèi)蚋偁幐窬值年P(guān)鍵力量。

國家發(fā)改委創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展司司長沈竹林認(rèn)為，隨著全社會(huì)數(shù)據(jù)總量的爆發(fā)式增長，中國已經(jīng)成為全球數(shù)據(jù)資源大國，成為全球大數(shù)據(jù)應(yīng)用最為活躍、最具潛力、環(huán)境最優(yōu)的國家之一。

我國作為數(shù)字大國，中央高度重視數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。據(jù)新華社消息，中央政治局10月18日就推動(dòng)我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展進(jìn)行第三十四次集體學(xué)習(xí)?？倳洀?qiáng)調(diào)，要充分發(fā)揮海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場景優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，催生新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)新模式，不斷做強(qiáng)做優(yōu)做大我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)。

數(shù)據(jù)中心是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。浪潮信息聯(lián)合全球知名科技市場研究機(jī)構(gòu)國際數(shù)據(jù)公司（IDC）發(fā)布的《2020全球計(jì)算力指數(shù)評(píng)估報(bào)告》顯示，計(jì)算力指數(shù)平均每提高1個(gè)百分點(diǎn)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)將催生數(shù)據(jù)中心大批量增長。數(shù)據(jù)中心是全球協(xié)作的特定設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，用來在英特網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上傳遞、加速、展示、試算、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。美國調(diào)查公司Synergy Research Group的統(tǒng)計(jì)顯示，2020年12月，全球20家主要云和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)公司運(yùn)營的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心總量已達(dá)到597座，是2015年前的兩倍，其中有40%位于美國，10%位于中國，日本、德國、英國和澳大利亞共占19%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近八年來，我國數(shù)據(jù)增量年均增速超過30%，數(shù)據(jù)中心也由2012年的5.1萬家，增長至2019年的7.4萬家，其中超大型、大型數(shù)據(jù)中心占比達(dá)12.7%，預(yù)計(jì)2025年我國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達(dá)到5952億元。

“耗能大王”數(shù)據(jù)中心將迎來綠色低碳的重大轉(zhuǎn)型

我國是世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國，2020年二氧化碳排放量達(dá)98.94億噸，位列全球第一。中國明確提出力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，受到國際社會(huì)的高度關(guān)注。

當(dāng)前，由于種種歷史原因，我國電力行業(yè)以煤電為主。2020年，我國發(fā)電總量達(dá)7779.1TWh，其中燃煤發(fā)電占63.2%、水力發(fā)電占17.0%、再生能源發(fā)電占11%、核能發(fā)電占4.7%、燃?xì)獍l(fā)電占3.2%、原油發(fā)電占0.15%(數(shù)據(jù)來源可參考BP 2020報(bào)告)?？梢钥闯觯覈饕匀济喊l(fā)電為主，清潔能源發(fā)電份額不高，電力行業(yè)勢(shì)必成為落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)中心是不折不扣的高耗能“大王”。據(jù)《中國“新基建”發(fā)展研究報(bào)告》稱，至2025年，數(shù)據(jù)中心將占全球能耗的最大份額，高達(dá)33%。有人把數(shù)據(jù)中心比喻為“比特”企業(yè)、“瓦特”企業(yè)，稱之為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的“優(yōu)等生”，能耗大戶的“壞孩子”。過去十年間，我國數(shù)據(jù)中心整體用電量以每年超10%的速度增加，2020年全國數(shù)據(jù)中心耗電量突破2000億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的2.71%，2030年將突破4000億千瓦時(shí)。

數(shù)據(jù)中心能耗主要來源于IT設(shè)備、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等，其中由服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等構(gòu)成的IT設(shè)備系統(tǒng)耗能占45%，散熱制冷設(shè)備耗能占40%，供配電系統(tǒng)占10%，照明系統(tǒng)占5%左右。

高耗能就等于高排放。隨著“兩碳”目標(biāo)的推進(jìn)實(shí)施，我國傳統(tǒng)煤炭能源將加快退出主體地位。中央提出，期間我國非化石能源消費(fèi)比重將增加到20%左右，“十五五”期間將達(dá)到25%左右。在這樣的背景下，高能耗的數(shù)據(jù)中心將迎來低碳排放、高效利用的綠色轉(zhuǎn)型。

國內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心低能減排的有益探索

中央提出“雙碳”目標(biāo)后，國內(nèi)大數(shù)據(jù)中心特別是頭部互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，圍繞打造“綠色數(shù)據(jù)中心”，作了大量有益的探索。評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能耗的一個(gè)重要指標(biāo)是PUE(Power Usage Effectiveness)，它是數(shù)據(jù)中心消耗能源與IT負(fù)載使用的電源之比，其基準(zhǔn)值通常少于2，越接近1表明能效水平越好，綠色化程度越高。

阿里千島湖數(shù)據(jù)中心，采取湖水冷卻方法降低能耗，使其年平均PUE低于1.3。千島湖年平均氣溫17度，深層湖水通過完全密閉管理為服務(wù)器降溫，再流經(jīng)2.5公里的景觀水道，最后自然冷卻后再回到湖里。這套系統(tǒng)使數(shù)據(jù)中心90%的時(shí)間不依靠湖水之外的制冷能源，節(jié)省制冷能耗超過八成。

百度云計(jì)算（陽泉）數(shù)據(jù)中心，2015年光伏發(fā)電項(xiàng)目成功運(yùn)行并完成并網(wǎng)發(fā)電，每年發(fā)電量約12萬千瓦時(shí)，成為中國首個(gè)應(yīng)用太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的數(shù)據(jù)中心。目前，該中心在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模、計(jì)算能力和環(huán)保節(jié)能三個(gè)方面，均處于亞洲一流水平，有6項(xiàng)技術(shù)入選工信部綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)適用技術(shù)目錄。2020年百度簽約風(fēng)電量較上年增長50%，達(dá)到4500千瓦時(shí)，為基礎(chǔ)設(shè)施底座提供了綠色動(dòng)力。

騰訊天津?yàn)I海數(shù)據(jù)中心，自2010年12月起開服，至2018年服務(wù)器總量突破10萬臺(tái)，是國內(nèi)運(yùn)行時(shí)間最長的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。他們采取自然冷卻、高壓直流、智能調(diào)優(yōu)、余熱回收等技術(shù)，大力推進(jìn)節(jié)能減排。利用第四代T-block技術(shù)采取更高效率的制冷和供配電架構(gòu)，使擁有30萬臺(tái)服務(wù)器的園區(qū)一年節(jié)省2.5億度電。機(jī)房余熱通過熱泵機(jī)進(jìn)行升溫，實(shí)現(xiàn)了綠色能源的辦公樓采暖，每年可減少能耗標(biāo)媒525噸，相當(dāng)于減少1310噸二氧化碳的排放量。

燃?xì)廨啓C(jī)：數(shù)據(jù)中心響應(yīng)“雙碳”目標(biāo)的最優(yōu)配置

燃?xì)廨啓C(jī)全稱燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)換為有用功的內(nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

燃?xì)廨啓C(jī)主要用于發(fā)電機(jī)組、分布式能源、電網(wǎng)調(diào)峰、機(jī)動(dòng)電源、艦船驅(qū)動(dòng)、長距離管輸增壓等。根據(jù)Maximize Market Research統(tǒng)計(jì)，2020年全球燃?xì)廨啓C(jī)市場中，有約32%市值的燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)。

據(jù)了解，我國正在建設(shè)以大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電為主體，安全高效的新型電力系統(tǒng)，但風(fēng)光發(fā)電有 “靠天吃飯”的不穩(wěn)定性，燃?xì)廨啓C(jī)可以憑借其良好的功率爬坡能力與儲(chǔ)能系統(tǒng)配合，為特定區(qū)域范圍內(nèi)的新型電力系統(tǒng)提供“增量儲(chǔ)能”效果，在不棄光不棄風(fēng)的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的穩(wěn)定性和可調(diào)度性。

目前，全球燃?xì)廨啓C(jī)市場被美國通用電氣（GE）、德國西門子、日本三菱3家企業(yè)壟斷。為加快推進(jìn)我國燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展，國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合印發(fā)《依托能源工程推進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，組織了第一批燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新發(fā)展24個(gè)示范項(xiàng)目，其中電力調(diào)峰項(xiàng)目7個(gè)、分布式能源項(xiàng)目13個(gè)。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，2035 年全國燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量規(guī)模2.4億千瓦，相當(dāng)于未來15年約新增1.4億千瓦，即需要布局約4667臺(tái)30兆瓦級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)。以每臺(tái)價(jià)值1000萬美元進(jìn)行計(jì)算，僅此項(xiàng)，未來15年發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)的市場規(guī)模將達(dá)到466.7億美元。

燃?xì)廨啓C(jī)作為分布式能源，可通過冷熱電三聯(lián)供方式，實(shí)施能源的梯級(jí)利用，綜合能源利用效率在70%以上，并在負(fù)荷中心就近實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，是數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的優(yōu)先配置。

據(jù)中科招商航空科技有限公司負(fù)責(zé)人田姍介紹，他們正在研發(fā)的 40兆瓦燃?xì)廨啓C(jī)，可作為數(shù)據(jù)中心分布式能源，每小時(shí)提供4萬度電力，超60%熱轉(zhuǎn)化率可用于數(shù)據(jù)中心機(jī)柜制冷，與傳統(tǒng)能源供應(yīng)方式相比，二氧化碳減排54%，節(jié)能36%。該型號(hào)的輕型燃?xì)廨啓C(jī)我國擁有自主可控技術(shù)。同時(shí)，他們正在抓緊研發(fā)10兆瓦、12兆瓦、16兆瓦、25兆瓦、30兆瓦等系列型譜的燃?xì)廨啓C(jī)，可應(yīng)用于不同規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，市場空間巨大。

隨著制氫、儲(chǔ)氫技術(shù)、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，基于氫燃料的燃?xì)廨啓C(jī)將使氫能成為一種零碳排放的清潔能源、21世紀(jì)的終極能源，最終實(shí)現(xiàn)能源“脫碳”的夢(mèng)想。

“雙回路”模式將成為“東數(shù)西算”數(shù)據(jù)中心的用能主體

2020年12月16日，“國家（中衛(wèi)）新型互聯(lián)網(wǎng)交換中心”在甘肅中衛(wèi)正式掛牌。與會(huì)專家認(rèn)為，我國數(shù)據(jù)中心在東部城市“擠破頭”趨于飽和，存在能耗指標(biāo)緊張、電力成本高，大規(guī)模發(fā)展局限性大等問題，主張“東數(shù)西移、東數(shù)西儲(chǔ)、東數(shù)西算”，讓西部云基地成為聚集、聚能、聚智的創(chuàng)業(yè)福地、產(chǎn)業(yè)高地。

2021年5月24日，國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局等四部門聯(lián)合印發(fā)《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，明確提出布局全國算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)實(shí)施“東數(shù)西算”工程，構(gòu)建國家算力網(wǎng)絡(luò)體系。

“東數(shù)西算”工程啟動(dòng)后，將在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝，以及貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏建設(shè)全國算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化我國東部地區(qū)算力資源緊張、西部地區(qū)算力需求不足的不平衡狀況。新疆也將建設(shè)國家云計(jì)算數(shù)據(jù)中心和國家重要基礎(chǔ)信息資源的戰(zhàn)略備份基地。

新疆、內(nèi)蒙等西部地區(qū)是我國“富氣、富風(fēng)、富光”地區(qū)，特別適宜發(fā)展風(fēng)電、光電等清潔能源。比如新疆，截止2020年10月風(fēng)電裝機(jī)突破2000萬千瓦，年發(fā)電量可達(dá)437億千瓦時(shí)，相當(dāng)于1400萬噸標(biāo)準(zhǔn)媒的電能，減排二氧化碳3780萬噸、二氧化硫11.9萬噸、氮氧化合物10萬噸。

在新疆、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏等西部地區(qū)，建設(shè)全國算力國家樞紐節(jié)點(diǎn)等超大型數(shù)據(jù)中心，可充分發(fā)揮西部風(fēng)能、太陽能、天燃?xì)獾荣Y源優(yōu)勢(shì) ，探索建立“清潔能源+燃?xì)廨啓C(jī)”雙回路用能模式，確保任何一個(gè)回路出現(xiàn)問題，另一個(gè)回路能夠頂上去。

其中燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)作為冷熱電聯(lián)供動(dòng)力系統(tǒng)，可根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜數(shù)量、用能需求等，采取“小機(jī)組、多臺(tái)份”級(jí)聯(lián)方式靈活擴(kuò)容，以實(shí)現(xiàn)能源利用效能最大化和最優(yōu)化。

總之，燃?xì)廨啓C(jī)具有良好的調(diào)峰性能，可與風(fēng)電、光電等清潔能源組成數(shù)據(jù)中心最佳的用能模式。這種 “雙回路”用能模式，符合國家“綠色集約” “節(jié)能降耗”要求，可構(gòu)成覆蓋電能使用效率、算力使用效率、可再生能源利用效率等指標(biāo)在內(nèi)的數(shù)據(jù)中心綜合節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，擴(kuò)大綠色能源對(duì)數(shù)據(jù)中心的供給，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)際舉措和切實(shí)可能的路徑。

（組稿：中國航空學(xué)會(huì)科技咨詢委員會(huì)副主任 孟彥）

編輯：王文慧