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“双碳”目标下数据中心与新型电力系统须协同发展

信息来源:南方电网报  发布时间2022-11-08

  广州棠下数据中心机房。 江迪 摄

 

  “双碳”目标提出以来,我国各行各业都在探索进行低碳转型。数据中心作为数字经济的“底座”迅速蓬勃发展,能耗值已相当于湖南全省用电量,节能降耗居高不下,日益成为新型产业绿色低碳发展的典型突出问题。为实现产业绿色发展,数据中心不仅要突破节能降耗瓶颈,也要能适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统,并承担系统负荷侧柔性调节的重任。新形势下,数据中心与新型电力系统,必须协同发展。

  数据中心与新型电力系统相辅相成

  作为未来经济社会发展的关键基础设施,我国数据中心产业规模持续稳步增长。中国信息通信研究院《数据中心白皮书(2022年)》数据显示,2021年我国在用数据中心机架同比增长29.6%,达520万架;市场收入达1500亿元,近三年年均复合增速达30.69%。研究人员预计,2025年我国数据中心市场收入有望超4000亿元。

  高速发展的数据中心行业也面临严峻的能耗挑战。根据生态环境部环境规划院统计,2021年全国数据中心能耗达到2166亿千瓦时,约占当年全国总用电量的2.6%,相当于湖南省全年用电量。

  “双碳”目标下,国家对数据中心和与之息息相关的电力行业提出了新的发展要求。2021年11月,国家发改委等部门印发《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》,从节能技术、绿色用能等方面对数据中心绿色低碳发展作出明确要求;2022年5月,国家发改委、国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》明确,要加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统。

  数据中心的发展与新型电力系统的建设相辅相成。一方面,数据中心需适应新能源占比逐步提高的新型电力系统,并通过购买绿电、自建分布式发电等方式提升绿色用能比例;另一方面,数据中心可结合自身的用电属性挖掘负荷释放潜力,参与电力辅助服务或需求响应市。Φ缌ο低橙嵝缘鹘诤涂稍偕茉从行。

  有电网企业正积极构建新型电力系统,并在数据中心建设上助力。例如,广东电网公司广州供电局不断加快多站融合超低能耗IDC(互联网数据中心)示范点建设,推进数字电网建设和数字化转型,打造具有广州特色的特大城市新型电力系统。

  电、碳市场助力绿色用能

  近年来,数据中心行业已在探索开展绿电市场化交易。2021年9月,开元ky88com与国家电网公司联合组织召开绿色电力交易试点启动会,腾讯公司于会上签订了风电采购协议,腾讯深汕数据中心成为参与国家组织的绿色电力交易的首批市场主体。随着适应新型电力系统的电力市场体系逐步建立完善,绿电交易将成为数据中心用能绿色化的重要手段。

  此外,全国碳市场已启动一周年,各地也逐步探索扩大覆盖范围,广东已明确计划将数据中心行业纳入广东碳市场。在地方的探索推动下,碳交易将成为数据中心以市场化途径实现低碳转型的重要方式。在广州,数据中心已经能够在电力市场上通过绿电交易提高清洁用能占比,挖掘负荷释放空间。不久后还可通过碳交易降低碳排放,建立碳账户,获得绿色金融支持。

  目前,国内数据中心在碳排放监测方面仍有空白,可试点建立数据中心碳排放监测预警指标体系,包括总量指标、强度指标、交易指标等,实时监控识别风险点和异常点,为碳排放监管提供量化数据参考,为数据中心行业进入碳市场建立技术和数据支撑。

  2021年5月,《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》印发,全国一体化算力网络国家枢纽节点的建设和数据中心集群的发展为数据中心节能降耗提供了新的机遇。在国家“东数西算”工程建设下,未来数据中心集群可通过参与绿电交易和碳交易,探索新型基础设施节能降耗的规模化和示范化。

  “可再生能源+储能”提高能效

  根据国家发改委指导意见,数据中心综合节能评价标准体系不仅包括传统的电能使用效率标准,还应包括可再生能源利用率等指标,实现清洁能源、储能等多类型节能优化技术的集成应用。

  可再生能源利用方面,除了采购绿电,就近开发分布式可再生能源和集中式新能源电站,直供数据中心的用能,也是另一个重要途径。根据近年来的探索验证,“可再生能源+储能”“源网荷储一体化”均为行之有效的用能模式。

  结合国内外经验,业内建议优先最大限度就近开发优质风、光资源,特别是分布式、小型化的风光发电,大力推进可再生能源在用户侧就近利用,包括在数据中心园区和屋顶建设分布式光伏电站,有条件的可在周边建设大型光伏、风电或其他新能源电站,实现自发绿电直供。

  为满足数据中心持续稳定供电的需求,应对可再生能源发电的间歇性和波动性,可探索利用锂电池、飞轮储能等多元化储能手段,在数据中心的能耗规模与用能标准下,充分发挥储能效益。通过可再生能源配套储能,数据中心在保障自身绿色电力稳定供应的同时,也可参与电力辅助服务或需求响应市场“反哺”电力系统。

  高效制冷助力节能降耗

  传统数据中心中,制冷系统能耗约占总能耗的40%。在机架不断增加、数据存储和运算需求不断攀升的情况下,发展高效的制冷技术是绿色数据中心建设亟待解决的问题。

  目前国内应用较广的冷却技术包括自然冷源、高效空调、优化气流组织、蓄冷等,更高效的制冷技术包括液冷、冷热通道、新型末端制冷等。业界认为,浸没式液冷技术是未来数据中心节能制冷的重要发展方向,尤其可应对南方高温高湿环境无法高效利用自然冷源的问题。

  研究表明,液冷技术能有效解决高功率芯片的散热问题,可降低数据中心约30%的能耗。另外,相比其他制冷技术,其对余热利用有更大的优势。液冷系统的出水温度普遍达40℃以上,其余热品位高于传统制冷技术,且能抓取所释放的大部分热量,能为数据中心园区或其他用户供热。

  未来,智能化和自动化是数据中心等新基建发展的必然趋势。基于海量的传感器数据,中心能根据实时温湿度、用电负荷等实现自然冷源、联合供冷等多种制冷模式的实时自动切换。此外,智能化数据中心还能优化预测运行能耗并选择最优用能方案,实现全寿命周期智慧节能。

  (作者吴琼 单位:广东电网公司广州供电局)

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