綠電變算力，零碳數(shù)據(jù)中心是怎樣“煉成”的

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導(dǎo)語：在“東數(shù)西算”大背景下，算力已成為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的核心生產(chǎn)力。中國電信在青海海東市成功打造全國首個“零碳數(shù)據(jù)中心”，帶你揭開 100％清潔能源可溯源綠色大數(shù)據(jù)中心的奧秘。

位于海東市的中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心

一、什么是數(shù)據(jù)中心？

以前我們常常把這樣的地方叫作‘機房’。通俗來講，作為互聯(lián)網(wǎng)底層基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理的現(xiàn)代化工廠，承載政務(wù)、5G基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療、公共交通、廣播電視及國家安全等與‘計算’和‘存儲’數(shù)據(jù)相關(guān)的重要任務(wù)。在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上實現(xiàn)云計算、大數(shù)據(jù)一體化新型算力網(wǎng)絡(luò)體系的各類應(yīng)用，已深入生活的方方面面。

信息互聯(lián)網(wǎng)、公共服務(wù)、經(jīng)濟運行、科學(xué)研究、AI等領(lǐng)域產(chǎn)生著大量數(shù)據(jù)，這些都需要由數(shù)據(jù)中心的算力來支撐。

二、為什么數(shù)據(jù)中心要綠色發(fā)展？

數(shù)據(jù)中心是能耗大戶，算力越高，對能源的需求就越大。一個大型的數(shù)據(jù)中心集群，服務(wù)器可達幾百萬、甚至上千萬臺，它們?nèi)找共煌５剡\轉(zhuǎn)，大量數(shù)據(jù)吞吐和運算使得數(shù)據(jù)中心面臨著前所未有的能耗和散熱挑戰(zhàn)。

2018~2025年中國數(shù)據(jù)中心耗電量及增速預(yù)測

工信部節(jié)能與綜合利用司公布的信息顯示，我國數(shù)據(jù)中心的總機架數(shù)將在2022年突破400萬，中心總能耗也將在2020年至2021年間突破2000億千瓦時，并在其后的年份快速增長，在2023年突破2500億千瓦時。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，規(guī)模增長迅速。

通常情況下，當(dāng)一個數(shù)據(jù)中心開始穩(wěn)定運行后，僅電費就占到數(shù)據(jù)中心運營維護成本的七成。很多大型的數(shù)據(jù)中心一個月電費少則幾十萬，多的要幾百萬，電費是日常運維中一筆非常大的開支。

“東數(shù)西算”工程簡介示意圖

基于這龐大的電力需求，算力“西遷”就有了原動力。

2022年2月啟動的“東數(shù)西算”是在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)算力和應(yīng)用資源按需調(diào)度的基礎(chǔ)設(shè)施工程。數(shù)據(jù)中心的遷移，有降低成本的需要，也有出于綠色發(fā)展的考慮。西部樞紐節(jié)點正發(fā)展為承接全國范圍的后臺加工、離線分析、存儲備份等非實時算力需求。

三、綠色節(jié)能是 “西算”的重要標(biāo)尺

從數(shù)據(jù)中心誕生的那天起，高耗能仿佛就成為數(shù)據(jù)中心的“原罪”。因此談數(shù)據(jù)中心，就不能不談PUE這個名詞。

PUE即電源使用效率。是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比。是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的重要指標(biāo), PUE基準(zhǔn)是2,越接近1表明能效水平越好。

中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心所在地海東市河湟新區(qū)，2022年7月建成投運，占地100畝，總建筑面積7.2萬平方米，規(guī)劃總機架約1萬架，面向省內(nèi)外客戶提供設(shè)備托管、互聯(lián)網(wǎng)接入、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)交換及異地災(zāi)備等業(yè)內(nèi)主流云網(wǎng)服務(wù)，是全國首個100％清潔能源可溯源綠色大數(shù)據(jù)中心，全年運行可314天不開空調(diào)，數(shù)據(jù)中心PUE值達到1.2以下。

中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心功能布局示意圖

PUE值達到1.2以下是什么概念？

根據(jù)中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布的《綠色數(shù)據(jù)中心白皮書2020》指出，我國超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用率（PUE）為1.46，PUE1.2-1.3已達到全球領(lǐng)先綠色數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計到2025年全國的PUE值達到1.2。

中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)部

東部大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)平均電價在0.78元左右，而青海海東市僅為0.38元。

假如一個PUE為2 的數(shù)據(jù)中心每月電費是500萬，如果數(shù)據(jù)中心放到海東把PUE從2降到1的理想狀態(tài)，也就是說整個數(shù)據(jù)中心就只有IT設(shè)備在耗電，那么每月將可以節(jié)省約250萬的電費，一年僅電費就可節(jié)省3000萬左右，這是一個非常可觀的數(shù)據(jù)。

不僅節(jié)約了電費，還擴大了數(shù)據(jù)存貯和計算容量。

四、如何做到全國首個“零碳數(shù)據(jù)中心”的？

1)綠能引入：100%綠電可溯源

青海是清潔能源大省，太陽能、水能、風(fēng)能資源均位居全國前列，連續(xù)6次刷新并保持全清潔能源供電世界紀(jì)錄。截至2022年底，電力裝機方面，全省電力裝機4468萬千瓦。其中，清潔能源裝機4075萬千瓦，占比達91.2%，新能源裝機2814萬千瓦，占比達62.9%。

數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控大屏上，水電、光伏、風(fēng)電的使用比例一目了然，數(shù)據(jù)以2小時的間隔進行更新。由于清潔能源生產(chǎn)在一定程度上屬于“靠天吃飯”，大數(shù)據(jù)中心的電力供應(yīng)系統(tǒng)會根據(jù)發(fā)電情況進行智能調(diào)度——當(dāng)天氣適合盡量用光電風(fēng)電，水電停用或者少用；當(dāng)日光或自然條件發(fā)生變化的時候，使用同為清潔能源的水電。

中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心控制室

2)節(jié)能技術(shù)：提高制冷的效率

青海氣候冷涼干燥，年平均氣溫僅3.7℃，數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心依托自然冷源制冷，余熱回收技術(shù)，并通過建立PUE的AI計算模型，將實時采集的數(shù)據(jù)進行推理運算，為數(shù)據(jù)中心提供能效最優(yōu)的制冷參數(shù)組合，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，PUE可以下降0.3，空調(diào)能耗降低20%。

工作人員實時系統(tǒng)監(jiān)控

數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)是保障IT設(shè)備安全可靠運行的重要設(shè)施，冷卻系統(tǒng)能耗是除 IT 設(shè)備能耗外第一大能耗，是數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的突破口。

數(shù)據(jù)中心如果坐落在東部城市中心或者郊區(qū)，高溫潮濕的氣候只能從提高空調(diào)制冷系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率入手，降低PUE存在很高難度，將數(shù)據(jù)中心建到冷的地方去！

中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心制冷機房

在國內(nèi)現(xiàn)階段大多數(shù)據(jù)中心仍采用風(fēng)冷，而國外數(shù)據(jù)中心則進入到了液冷時代。蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是利用自然條件改善生存質(zhì)量的一種降溫方式，制冷的驅(qū)動力是使用豐富的干空氣能，由于液體的比熱容量遠大于空氣，無需壓縮機和制冷劑，冷卻器的主要部件是風(fēng)扇和水泵。

數(shù)字青海綠色數(shù)據(jù)中心全年采用自然冷源制冷，配備水源多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，采用直接+間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，冷凍水高溫端溫度可控制在15°C以上，當(dāng)室外濕球溫度小于12度時，制冷主機不工作，冷卻塔直接蒸發(fā)冷卻。該模式全年運行時間大于314天。

當(dāng)室外濕球溫度大于12度小于16度時，制冷主機不工作，冷卻塔直接蒸發(fā)+間接蒸發(fā)冷卻。該模式全年運行時間大于46天。

大量的機房設(shè)備廢熱依靠冷卻水排向大氣。通過利用水源多聯(lián)式機組，低溫?zé)嵩醋優(yōu)楦邷責(zé)嵩础３浞只厥諗?shù)據(jù)中心機房廢熱，滿足輔助用房、走道夏季供冷、冬季供暖的需求，以利節(jié)能。

青海在全國典型年冷卻塔出水最低溫度有明顯優(yōu)勢

這種結(jié)構(gòu)簡單，維護成本低耗能低的蒸發(fā)冷卻技術(shù)在青海這樣冷涼干燥地區(qū)具有巨大發(fā)揮潛力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體提升制冷能效。

3) 低碳建設(shè)：自建分布式光伏+電化學(xué)儲能

數(shù)字青海綠色數(shù)據(jù)中心在前期規(guī)劃中，充分采用低碳的建設(shè)技術(shù)，利用水體、綠化等自然資源以及門窗、墻體等圍護結(jié)構(gòu)進行多方位的節(jié)能設(shè)計。

自建分布式光伏+電化學(xué)儲能的綠電供應(yīng)系統(tǒng)，打造大數(shù)據(jù)算力中心領(lǐng)域全國首個源網(wǎng)荷儲一體化綠電智慧供應(yīng)系統(tǒng)。辦公用電、基礎(chǔ)設(shè)施用電由園區(qū)內(nèi)覆蓋整個停車場的光伏發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)，多余電量將在園區(qū)存儲備用，儲電能力探頂還可向城市電網(wǎng)輸送。

中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心模式創(chuàng)新

“車棚上面全部安裝了光伏板，總裝機容量達180多千瓦，光伏車棚一年發(fā)電量約26萬度。光伏板就是發(fā)電源，通過內(nèi)部輸電網(wǎng)把電輸送到數(shù)據(jù)機房，一部分用于照明，另一部分為一列機架供電，數(shù)據(jù)中心利用電化學(xué)電池進行小規(guī)模儲能。也就是說我們在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部建立了一個小微電網(wǎng)，用自己的光伏實現(xiàn)‘源網(wǎng)荷儲’示范系統(tǒng)。”中國電信青海公司黨委書記、總經(jīng)理蘇小明說。

2023年4月，中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心通過權(quán)威機構(gòu)“碳中和”認證，運行一年來，年減碳量近30萬噸。如果按每立方米的森林每年可吸收1.83噸二氧化碳粗略計算，相當(dāng)于16萬立方米的森林固碳量。

實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心“碳中和”，實現(xiàn)真正“零碳”排放。

中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心認證證書

結(jié)語：“仰望星空，謀東數(shù)西算全局之勢；腳踏實地，走綠色發(fā)展青海之路……”就像中國電信（國家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心展廳里的這句標(biāo)語，用比特換瓦特，用數(shù)據(jù)流代替電流 ，“東數(shù)西算”工程的實施，讓數(shù)據(jù)中心能夠就近消納西部綠色能源，同時通過技術(shù)創(chuàng)新、以大換小、低碳發(fā)展等措施，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能源使用效率，助力全國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展及“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]蒸發(fā)冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)中的應(yīng)用，

[2]蒸發(fā)冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的應(yīng)用研究