在數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展進(jìn)程中，數(shù)據(jù)中心起著至關(guān)重要的支撐作用。數(shù)據(jù)顯示，2020年，中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到39.2萬億元，數(shù)據(jù)中心用全社會1%左右的用電量支撐了38.6%的國民生產(chǎn)總值。預(yù)計(jì)到2030年，中國數(shù)據(jù)中心用電量為1800億度，將支撐超過50%的國民生產(chǎn)總值。“雙碳”政策引領(lǐng)下，數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)發(fā)展則日益成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。
日前，中國建筑設(shè)計(jì)研究院數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)研究所所長、中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會電氣分會青年專家組常務(wù)副主任及雙高專家組委員郭利群、施耐德電氣關(guān)鍵電源業(yè)務(wù)部首席技術(shù)顧問石葆春共聚施家課堂，就數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳具體措施、如何提高數(shù)據(jù)中心負(fù)載率、數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展方面路徑、可再生能源對數(shù)據(jù)中心的意義與可行性、儲能發(fā)展空間等多項(xiàng)議題進(jìn)行了多方位探索與交流。
降低PUE僅僅是開始
談到可持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)意義很容易聯(lián)想到節(jié)能減排，進(jìn)而映入腦海的便是PUE指標(biāo)。在相當(dāng)長時(shí)間里，PUE一直是數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的技術(shù)攻關(guān)方向。得益于數(shù)據(jù)中心能源效率的飛速提升，數(shù)據(jù)中心的平均PUE從十多年前的超過1.8，降低到如今的平均不到1.5，甚至有的已經(jīng)低于1.2。
郭利群介紹：“當(dāng)下，盡可能降低PUE依然是業(yè)界努力的方向，并且是數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中要重點(diǎn)考慮的因素，低PUE可以節(jié)省電費(fèi)支出，為持續(xù)運(yùn)營的盈利提供保障。由于地方政府對于數(shù)據(jù)中心的用電用水都有要求，因此，在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)時(shí)，需要因地制宜選擇合適的制冷和供配電技術(shù)路線。”
以正在實(shí)施的某項(xiàng)目為例，當(dāng)?shù)毓?jié)水辦對用水指標(biāo)控制非常嚴(yán)格，由于傳統(tǒng)風(fēng)冷冷水系統(tǒng)的PUE值不理想，所以需要通過采用間接蒸發(fā)冷技術(shù)將PUE降低到1.25以下。要充分實(shí)現(xiàn)自然冷卻，除了提高供給水溫度之外，還要充分利用風(fēng)向，讓更大的自然風(fēng)吹到設(shè)備上。比如，布置了間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的數(shù)據(jù)中心樓，宜利用全年主導(dǎo)風(fēng)向特點(diǎn)，多棟數(shù)據(jù)機(jī)房樓豎向布置，以樓的短邊迎風(fēng)，形成迎風(fēng)進(jìn)風(fēng)通道，提高樓兩側(cè)布置機(jī)組的長邊吸風(fēng)換熱效率;辦公區(qū)則可以橫向布置，形成擋風(fēng)屏障，提供內(nèi)院環(huán)境舒適度。
“如果要進(jìn)一步降低PUE，還必須要在供配電系統(tǒng)方面做出更多努力。”石葆春介紹，在這方面，由施耐德電氣提供的Galaxy系列UPS，除了傳統(tǒng)的雙變換模式，還支持全新的ECOnversion(E變換)工作模式。
施耐德電氣獨(dú)有的E變換模式具有高可用性、高效率、高性能指標(biāo)參數(shù)等多重優(yōu)勢。在E變換模式下，運(yùn)行時(shí)的逆變器保持與旁路電源并聯(lián)連接，并共同為負(fù)載提供電流。負(fù)載需要的諧波電流(無功功率)由逆變器提供，靜態(tài)旁路向負(fù)載提供基波電流(有功功率)，而輸出的電壓由旁路市電電壓決定。逆變器可以對諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償校對，使得UPS輸入端的諧波電流小于3%，輸入功率因數(shù)為0.99。當(dāng)市電供電發(fā)生故障時(shí)，逆變器將立即提供負(fù)載所需的所有電流，從而消除在切換E變換模式過程中的斷電或壓降，等特點(diǎn)。沒有切換動(dòng)作，也可以說其切換時(shí)間達(dá)到0ms，輸出提供IEC62040-3 Class 1供電質(zhì)量;E變換僅進(jìn)行較少的能量變換，功率器件溫升低，疲勞老化程度低，產(chǎn)品壽命長達(dá)15年;99%高效率帶來低TCO，1000kW負(fù)載10年節(jié)省350萬度電。
面向未來的可持續(xù)發(fā)展
降低PUE意味著可以節(jié)省數(shù)據(jù)中心的用電量，同時(shí)也帶來了碳排放量的下降。如果按1,000個(gè)功率密度6kW的機(jī)柜，平均PUE1.3計(jì)算，則全年耗電量為6,833萬度，折合碳排放交易額303萬元。在業(yè)界持續(xù)為降低PUE而進(jìn)行探索的同時(shí)，有必要認(rèn)識到，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)社會的可持續(xù)發(fā)展，僅僅降低數(shù)據(jù)中心的PUE是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且進(jìn)一步下降空間也已經(jīng)很小了。
石葆春表示，作為關(guān)鍵能源效率指標(biāo)，持續(xù)提升的PUE可看作是數(shù)據(jù)中心行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的第一步。施耐德電氣認(rèn)為，廣義的可持續(xù)發(fā)展需要從環(huán)境、社會和治理(ESG)三個(gè)方面綜合考量，關(guān)注能源使用、溫室氣體排放、用水、廢棄物、土地與生物多樣性等多個(gè)要素。在《中國數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展》洞察報(bào)告中，施耐德電氣明確提出了構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵要素、衡量指標(biāo)和實(shí)踐路徑。特別需要指出的是，數(shù)據(jù)中心最終實(shí)現(xiàn)凈零碳是一個(gè)漸進(jìn)的旅程，應(yīng)該分階段來完成。每個(gè)數(shù)據(jù)中心企業(yè)需要根據(jù)自身所處的階段，來確定戰(zhàn)略目標(biāo)，制定實(shí)施規(guī)劃。
其中，利用可再生能源是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心乃至整個(gè)社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵步驟。如今，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電越來越受到重視，在電網(wǎng)中所占的比重也在逐步提高。不過，可再生能源發(fā)電仍然具有一定局限性。郭利群介紹，光伏每年有效的發(fā)電時(shí)間在1,500小時(shí)到1,900小時(shí)，即使在內(nèi)蒙古草原，每天最長的有效發(fā)電時(shí)間也只有4.5小時(shí)。要解決這個(gè)問題，一方面需要電網(wǎng)自身的高度自動(dòng)化可調(diào)節(jié)，另一方面則需要與儲能系統(tǒng)相配合。
對于數(shù)據(jù)中心而言，用戶側(cè)儲能系統(tǒng)與UPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的“UPS+鋰電池”儲能系統(tǒng)部署，降低儲能系統(tǒng)建設(shè)成本。可以利用峰谷電價(jià)差，幫助企業(yè)大幅降低用電成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)碳目標(biāo)。在這一方面，施耐德電氣Galaxy V系列旗艦UPS，在研發(fā)初期就前瞻性地融合了儲能技術(shù)，可以充分滿足儲能系統(tǒng)的應(yīng)用。在數(shù)據(jù)中心場景、充電站場景、制造業(yè)場景，施耐德電氣的儲能系統(tǒng)都得到廣泛應(yīng)用。引入儲能系統(tǒng)之后，數(shù)據(jù)中心可以部分取消柴油發(fā)電機(jī)，配合施耐德電氣新型的Galaxy V系列E變換UPS設(shè)備，簡化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，提高電能利用率，降低運(yùn)行成本。在實(shí)現(xiàn)增容扛峰功能、峰谷電價(jià)調(diào)節(jié)功能的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)中心的供電質(zhì)量。
在這一新的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)之下，UPS也得到了重新定義，不僅是提供不間斷供電，還實(shí)現(xiàn)了儲能應(yīng)用和電能質(zhì)量治理。UPS成為數(shù)字化的能量調(diào)整、儲存、分配及管理系統(tǒng)，可根據(jù)電網(wǎng)、負(fù)載、儲能、時(shí)段，智能化地進(jìn)行電能質(zhì)量治理、能量管理及調(diào)配，大幅提升能源使用效率。
在業(yè)界對數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展之“道”擁有高度共識的當(dāng)下，施耐德電氣作為數(shù)據(jù)中心行業(yè)專家，將基于豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)洞察、領(lǐng)先的數(shù)字化技術(shù)、強(qiáng)大的生態(tài)圈伙伴，通過科技賦能，為數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)發(fā)展、為數(shù)字能源領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級與創(chuàng)新貢獻(xiàn)更大力量。
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