编者引言:CDCC2021年12月13日报道了钟景华先生在“2021第九届数据中心标准峰会”上演讲的文章《数据中心双碳之路》,非常精彩,在数据中心专家圈内引起热烈反响。为推动数据中心产业技术升级,本刊特此转载。
　　
　　钟景华先生,CECS大数据工作委员会主任委员、数据中心国家标准编制人,国务院特殊津贴专家,《数据中心建设+》杂志编委。
　　
　　1.双碳的意义
　　
　　(1)构建人类命运共同体的责任担当。
　　
　　(2)实现中华民族永续发展的必然选择。
　　
　　(3)保障能源供应安全的战略举措。过去四十年,中国经济腾飞依靠的是“改革开放”;未来四十年,中国经济可持续发展将依赖于“碳达峰、碳中和”。
　　
　　2.摸清家底
　　
　　我们要做碳达峰碳中和,首先要知道中国数据中心到底消耗了多少能源?摸清家底对于实现碳达峰和碳中和至关重要。

   怎样摸清家底?有人说中国数据中心一年的用电量相当于两个三峡水电站的发电量,甚至有人说相当于五个三峡水电站,这些说法没有科学的研究依据。按照机柜数量计算数据中心的用电量,或是按照建筑面积计算数据中心的用电量,都不准确,机柜的容量不同,且负荷率各不相同,无法准确计算清楚。若按建筑面积计算,有许多建成的数据中心都是空置的,所以按机柜或是按建筑面积计算都是不科学的。
　　
　　CDCC专家经过多年的资料收集和研究,总结出了一套我们认为比较科学的用电量计算方法。就是计算在线运营服务器的数量。中国数据中心有多少服务器在运行,这是实打实的用电量,再加上动力设施的用电量,就是数据中心的总用电量。
　　
　　如何才能知道在线运行的服务器?CDCC专家经过多年统计,2019年中国数据中心在线运行的服务器约1200万台,以2019年为基数,中国每年服务器出货量是有统计的,再加上预测,我们就可以知道每年服务器出货是多少,再把现在运行服务器的20%作为损耗,就可以计算出新增服务器的数量。
　　
　　2021年在线运行服务器约1390万台,预计到2030年在线运行服务器将达2860万台。
　　
　　有了服务器的数量,用电量就很好计算。单台服务器的使用功率按500W计算,网络等设备10%计算,再乘以PUE,年用电量=使用功率x24x365。2021年全国数据中心总的用电量约937亿度,不到一个三峡水电站。到2030年,中国数据中心用电量将达约1800亿度,也就是1.5个三峡水电站的发电量。大家有了这个概念之后,接下来就能算出有多少二氧化碳排放量。
　　
　　根据国家能源局2020年全国电力工业统计数据6000千瓦及以上电厂供电标准煤耗每度电用煤305.5克，我们取整数,按310克来计算，二氧化碳排放量按每吨标煤排放2.7吨二氧化碳来计算，今年全国数据中心二氧化碳排放量7830万吨，2030年预计排放约1.5亿吨二氧化碳。
　　
　　CICC计算出中国2030年全国碳排放量约100亿吨,CDCC计算出到2030年中国数据中心碳排放约1.5亿吨，,即数据中心碳排放占全部碳排放的1.5%。
　　
　　3.碳达峰与能源需求减量
　　
　　碳达峰是手段,即各种节能手段。
　　
　　(1)源头减量。数据中心耗电量最大的是谁?不是空调、电气,而是IT设备,IT设备耗电量占到了全部用电量的60%到80%。
　　
　　降低IT设备耗电量方法正在研究中,比如说碳基芯片比硅基芯片降低30%的耗电量;采用2纳米芯片比7纳米芯片可以降低75%的能耗;采用虚拟化和休眠技术,让负荷小服务器处于休眠状态,把工作转移到其它服务器上,减少用电量;加快量子计算机的研发等。
　　
　　(2)采用自然冷却技术,充分利用大自然,降低空调能耗。
　　
　　北京有超过50%的时间可以采用完全自然冷却,不用制冷设备就能满足数据中心的使用要求。上海也有将近40%的时间可以采用完全自然冷却。
　　
　　张北有超过70%的时间可以采用完全自然冷却,所以中国提倡把数据中心建到西部、北部地区。
　　
　　(3)使用超高能效的设备来降低能耗。在计算机的发展历程中,计算机的“运算能力”曾经是约束计算机性能的主要因素,现在约束计算机性能的主要因素转变为“散热”。现在大量的数据中心开始采用液冷,液体的传热效率要远远高于空气传热效率。
　　
　　(4)智能化贯穿数据中心全生命周期,智能化可以减少设备材料的损耗,减少人为失误,降低运维能耗。
　　
　　4.碳中和之路
　　
　　(1)能源替代,化石能源有煤、天然气、石油,非化石能源有核电、核能、水能、光能、海洋能、生物质、热能等。数据中心要逐渐采用非化石能源替代化石能源。
　　
　　(2)购买“绿证”。北上广深等经济发达地区受条件限制,生产可再生能源的机会不多,实现碳中和的手段之一是购买绿色电力,鼓励西北地区生产绿色能源。
　　
　　(3)参与碳交易。2021年7月16日中国碳排放权交易市场上线交易,数据中心企业可以参与碳交易,鼓励节能。
　　
　　(4)用户侧储能。数据中心使用了大量的柴油发电机,如果能用氢燃料电池取而代之,也是为碳中和做了很大的贡献。
　　
　　重力储能,势能与电能相互转换：数据中心使用了大量的UPS电池,中国很多数据中心都是2N系统,负荷率不会超过50%。剩余50%可以用来做储能。2021年全国数据中心在线运行服务器1390万台,配置2万兆瓦的UPS,电池储存了500万度电,如果一半电池参与电网移峰填谷,每天2次充放电,用电高峰时有500万度的电力送上电网。如果部分数据中心做负荷侧储能,移峰填谷,构建虚拟电厂,用电高峰时可为电网提供1000万度电力。在正常情况下电池与电网进行充放电,在紧急情况下切断和电网的关系,为数据中心供电。
　　
　　(5)变废为宝,能源梯级利用。比如LNG冷能梯级利用,不仅可以产生很大的经济效益,而且可以将数据中心的PUE做到1.1以下。
　　
　　5.数字经济发动机
　　
　　每消耗1吨标准煤,数据中心直接产值1.1万元,数字产业化增加值88.8万元,间接产生360.5万元的产业数字化市场。2020年,中国数字经济规模达到39.2万亿元,占GDP38.6%,预计2030年,中国数字经济规模占GDP将超过50%。数据中心成为中国经济发展的重要支点。
　　
　　(文章源于CDCC)
　　
　　编辑：Harris