綠電變算力，零碳數據中心是怎樣“煉成”的

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導語：在“東數西算”大背景下，算力已成爲數字經濟發展的核心生產力。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。

一、什麼是數據中心？

以前我們常常把這樣的地方叫作‘機房’。通俗來講，作爲互聯網底層基礎設施，數據中心是數據存儲和數據處理的現代化工廠，承載政務、5G基礎設施、醫療、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雲計算、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。

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

二、爲什麼數據中心要綠色發展？

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羣，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着前所未有的能耗和散熱挑戰。

工信部節能與綜合利用司公佈的信息顯示，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，並在其後的年份快速增長，在2023年突破2500億千瓦時。數據中心作爲數字經濟發展的重要基礎設施，規模增長迅速。

通常情況下，當一個數據中心開始穩定運行後，僅電費就佔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。

基於這龐大的電力需求，算力“西遷”就有了原動力。

2022年2月啓動的“東數西算”是在全國範圍內實現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，也有出於綠色發展的考慮。西部樞紐節點正發展爲承接全國範圍的後臺加工、離線分析、存儲備份等非實時算力需求。

三、綠色節能是 “西算”的重要標尺

從數據中心誕生的那天起，高耗能彷彿就成爲數據中心的“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，2022年7月建成投運，佔地100畝，總建築面積7.2萬平方米，規劃總機架約1萬架，面向省內外客戶提供設備託管、互聯網接入、數據存儲、數據計算、數據交換及異地災備等業內主流雲網服務，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。

PUE值達到1.2以下是什麼概念？

根據中國電子技術標準化研究院發佈的《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）爲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。

東部大數據產業平均電價在0.78元左右，而青海海東市僅爲0.38元。

假如一個PUE爲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，也就是說整個數據中心就只有IT設備在耗電，那麼每月將可以節省約250萬的電費，一年僅電費就可節省3000萬左右，這是一個非常可觀的數據。

不僅節約了電費，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6次刷新並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，佔比達91.2%，新能源裝機2814萬千瓦，佔比達62.9%。

數字青海綠色大數據中心的監控大屏上，水電、光伏、風電的使用比例一目瞭然，數據以2小時的間隔進行更新。由於清潔能源生產在一定程度上屬於“靠天吃飯”，大數據中心的電力供應系統會根據發電情況進行智能調度——當天氣適合儘量用光電風電，水電停用或者少用；當日光或自然條件發生變化的時候，使用同爲清潔能源的水電。

2)節能技術：提高製冷的效率

青海氣候冷涼乾燥，年平均氣溫僅3.7℃，數字青海綠色大數據中心依託自然冷源製冷，餘熱回收技術，並通過建立PUE的AI計算模型，將實時採集的數據進行推理運算，爲數據中心提供能效最優的製冷參數組合，與傳統技術相比，PUE可以下降0.3，空調能耗降低20%。

數據中心製冷系統是保障IT設備安全可靠運行的重要設施，冷卻系統能耗是除 IT 設備能耗外第一大能耗，是數據中心節能減排的突破口。

數據中心如果坐落在東部城市中心或者郊區，高溫潮溼的氣候只能從提高空調製冷系統的運轉效率入手，降低PUE存在很高難度，將數據中心建到冷的地方去！

在國內現階段大多數據中心仍採用風冷，而國外數據中心則進入到了液冷時代。蒸發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，製冷的驅動力是使用豐富的幹空氣能，由於液體的比熱容量遠大於空氣，無需壓縮機和製冷劑，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採用自然冷源製冷，配備水源多聯機空調系統，採用直接+間接蒸發冷卻技術，冷凍水高溫端溫度可控制在15°C以上，當室外溼球溫度小於12度時，製冷主機不工作，冷卻塔直接蒸發冷卻。該模式全年運行時間大於314天。

當室外溼球溫度大於12度小於16度時，製冷主機不工作，冷卻塔直接蒸發+間接蒸發冷卻。該模式全年運行時間大於46天。

大量的機房設備廢熱依靠冷卻水排向大氣。通過利用水源多聯式機組，低溫熱源變爲高溫熱源。充分回收數據中心機房廢熱，滿足輔助用房、走道夏季供冷、冬季供暖的需求，以利節能。

這種結構簡單，維護成本低耗能低的蒸發冷卻技術在青海這樣冷涼乾燥地區具有巨大發揮潛力，實現數據中心整體提升製冷能效。

3) 低碳建設：自建分佈式光伏+電化學儲能

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

自建分佈式光伏+電化學儲能的綠電供應系統，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。辦公用電、基礎設施用電由園區內覆蓋整個停車場的光伏發電系統供應，多餘電量將在園區存儲備用，儲電能力探頂還可向城市電網輸送。

“車棚上面全部安裝了光伏板，總裝機容量達180多千瓦，光伏車棚一年發電量約26萬度。光伏板就是發電源，通過內部輸電網把電輸送到數據機房，一部分用於照明，另一部分爲一列機架供電，數據中心利用電化學電池進行小規模儲能。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‘源網荷儲’示範系統。”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，相當於16萬立方米的森林固碳量。

實現數據中心“碳中和”，實現真正“零碳”排放。

結語：“仰望星空，謀東數西算全局之勢；腳踏實地，走綠色發展青海之路……”就像中國電信（國家）數字青海綠色大數據中心展廳裡的這句標語，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，同時通過技術創新、以大換小、低碳發展等措施，持續優化數據中心能源使用效率，助力全國數字經濟發展及“雙碳”目標實現。

參考文獻：

[1]蒸發冷卻技術在數據中心液冷系統中的應用，

[2]蒸發冷卻技術在數據中心製冷系統的應用研究