綠電變算力，零碳數據中心是怎樣“煉成”的

出品|網易新聞

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

位于海東市的中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心

一、什么是數據中心？

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)網底層基礎設施，數據中心是數據存儲和數據處理的現(xiàn)代化工廠，承載政務、5G基礎設施、醫(yī)療、公共交通、廣播電視及國家安全等與‘計算’和‘存儲’數據相關的重要任務。在數據中心基礎上實現(xiàn)云計算、大數據一體化新型算力網絡體系的各類應用，已深入生活的方方面面。

信息互聯(lián)網、公共服務、經濟運行、科學研究、AI等領域產生著大量數據，這些都需要由數據中心的算力來支撐。

二、為什么數據中心要綠色發(fā)展？

數據中心是能耗大戶，算力越高，對能源的需求就越大。一個大型的數據中心集群，服務器可達幾百萬、甚至上千萬臺，它們日夜不停地運轉，大量數據吞吐和運算使得數據中心面臨著前所未有的能耗和散熱挑戰(zhàn)。

2018~2025年中國數據中心耗電量及增速預測

工信部節(jié)能與綜合利用司公布的信息顯示，我國數據中心的總機架數將在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。數據中心作為數字經濟發(fā)展的重要基礎設施，規(guī)模增長迅速。

通常情況下，當一個數據中心開始穩(wěn)定運行后，僅電費就占到數據中心運營維護成本的七成。很多大型的數據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“東數西算”是在全國范圍內實現(xiàn)算力和應用資源按需調度的基礎設施工程。數據中心的遷移，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”的重要標尺

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

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

中國電信（國家）數字青海綠色大數據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，面向省內外客戶提供設備托管、互聯(lián)網接入、數據存儲、數據計算、數據交換及異地災備等業(yè)內主流云網服務，是全國首個100％清潔能源可溯源綠色大數據中心，全年運行可314天不開空調，數據中心PUE值達到1.2以下。

中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心功能布局示意圖

PUE值達到1.2以下是什么概念？

根據中國電子技術標準化研究院發(fā)布的《綠色數據中心白皮書2020》指出，我國超大型數據中心平均電能利用率（PUE）為1.46，PUE1.2-1.3已達到全球領先綠色數據中心標準，預計到2025年全國的PUE值達到1.2。

中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心機房內部

東部大數據產業(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 的數據中心每月電費是500萬，如果數據中心放到海東把PUE從2降到1的理想狀態(tài)，也就是說整個數據中心就只有IT設備在耗電，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據。

不僅節(jié)約了電費，還擴大了數據存貯和計算容量。

四、如何做到全國首個“零碳數據中心”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%。

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

中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心控制室

2)節(jié)能技術：提高制冷的效率

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

工作人員實時系統(tǒng)監(jiān)控

數據中心制冷系統(tǒng)是保障IT設備安全可靠運行的重要設施，冷卻系統(tǒng)能耗是除 IT 設備能耗外第一大能耗，是數據中心節(jié)能減排的突破口。

數據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制冷系統(tǒng)的運轉效率入手，降低PUE存在很高難度，將數據中心建到冷的地方去！

中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心制冷機房

在國內現(xiàn)階段大多數據中心仍采用風冷，而國外數據中心則進入到了液冷時代。蒸發(fā)冷卻空調技術是利用自然條件改善生存質量的一種降溫方式，制冷的驅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扇和水泵。

數字青海綠色數據中心全年采用自然冷源制冷，配備水源多聯(lián)機空調系統(tǒng)，采用直接+間接蒸發(fā)冷卻技術，冷凍水高溫端溫度可控制在15°C以上，當室外濕球溫度小于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，低溫熱源變?yōu)楦邷責嵩础３浞只厥諗祿行臋C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

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

3) 低碳建設：自建分布式光伏+電化學儲能

數字青海綠色數據中心在前期規(guī)劃中，充分采用低碳的建設技術，利用水體、綠化等自然資源以及門窗、墻體等圍護結構進行多方位的節(jié)能設計。

自建分布式光伏+電化學儲能的綠電供應系統(tǒng)，打造大數據算力中心領域全國首個源網荷儲一體化綠電智慧供應系統(tǒng)。辦公用電、基礎設施用電由園區(qū)內覆蓋整個停車場的光伏發(fā)電系統(tǒng)供應，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輸送。

中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心模式創(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，通過內部輸電網把電輸送到數據機房，一部分用于照明，另一部分為一列機架供電，數據中心利用電化學電池進行小規(guī)模儲能。也就是說我們在數據中心內部建立了一個小微電網，用自己的光伏實現(xiàn)‘源網荷儲’示范系統(tǒng)。”中國電信青海公司黨委書記、總經理蘇小明說。

2023年4月，中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心通過權威機構“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，相當于16萬立方米的森林固碳量。

實現(xiàn)數據中心“碳中和”，實現(xiàn)真正“零碳”排放。

中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心認證證書

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

參考文獻：

[1]蒸發(fā)冷卻技術在數據中心液冷系統(tǒng)中的應用，

[2]蒸發(fā)冷卻技術在數據中心制冷系統(tǒng)的應用研究