當(dāng)前，以數(shù)字化為代表的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，正推動(dòng)著人類生活方式、生產(chǎn)方式、思維方式的根本性變革。作為數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的重要載體，數(shù)據(jù)中心的“規(guī)?！睂⒉粩鄶U(kuò)大、“算力”將不斷提高，相應(yīng)數(shù)據(jù)中心的“能耗”及“運(yùn)行成本”也很可能隨之不斷攀升。因此，數(shù)據(jù)中心的能效治理，關(guān)系著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是我國(guó)能源系統(tǒng)高效低碳轉(zhuǎn)型的典型場(chǎng)景，是新基建趨勢(shì)下國(guó)家治理與能源安全的新要求，這也是“面向國(guó)家能源安全的智慧能源創(chuàng)新模式與政策協(xié)同機(jī)制研究（國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重大項(xiàng)目：編號(hào)19ZDA081）”的一個(gè)重要內(nèi)容。
一、我國(guó)數(shù)據(jù)中心的能源供應(yīng)與能效治理面臨的主要問(wèn)題
（一）從數(shù)據(jù)中心的能源消費(fèi)側(cè)看，數(shù)據(jù)中心在消費(fèi)巨量電能量的同時(shí)，排放了大量未被利用的中低品位余熱。如果這些余熱能得以有效利用（余熱溫度在20~85攝氏度、散熱量占到數(shù)據(jù)中心能源消費(fèi)的40%左右），那么數(shù)據(jù)中心就又可以看作是一個(gè)巨大的中低品位熱源，可以用于滿足周邊用戶的供暖、熱水等需求。比如丹麥、瑞士等國(guó)家，已有采用熱泵技術(shù)回收數(shù)據(jù)中心余熱，用于周邊建筑的采暖、生活熱水或游泳池伴熱的案例，并展現(xiàn)了良好的熱經(jīng)濟(jì)效益。如按現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心規(guī)模，我國(guó)北方地區(qū)數(shù)據(jù)中心的可回收余熱總量約有10吉瓦，這意味著不需要再消費(fèi)額外能源，便可實(shí)現(xiàn)3億平方米左右建筑的供暖。
（二）從數(shù)據(jù)中心的能源供應(yīng)側(cè)看，我國(guó)數(shù)據(jù)中心供能模式單一，數(shù)據(jù)中心的能源供應(yīng)以火電為主，綠電和其他能源的供應(yīng)占比較低。2018年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心可再生能源的電力消費(fèi)占比不足23%，如將這一數(shù)據(jù)提高至30%，將避免火電使用近200億千瓦時(shí)。同時(shí)，利用高品位火電去滿足數(shù)據(jù)中心散熱的低品位需求，存在數(shù)據(jù)中心供能側(cè)與用能側(cè)能量能級(jí)的不匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)能量損失大。而熱（冷）電聯(lián)供系統(tǒng)的供能特性，恰與數(shù)據(jù)中心冷電負(fù)荷特性存在著良好的匹配性。數(shù)據(jù)中心天然氣聯(lián)供系統(tǒng)的能源利用率可高達(dá)90%以上，1立方米天然氣可等效4~10千瓦時(shí)的電力，理論上具有良好的熱經(jīng)濟(jì)性。
（三）從數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)維的角度看，我國(guó)數(shù)據(jù)中心存在資源利用率不高以及能效聯(lián)動(dòng)的問(wèn)題。一方面，數(shù)據(jù)中心為保證“算力”的高可靠性，其能源系統(tǒng)多采用冗余的設(shè)計(jì)及運(yùn)行策略，對(duì)供能系統(tǒng)運(yùn)行與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量缺乏精細(xì)監(jiān)控與協(xié)同聯(lián)動(dòng)；另一方面，當(dāng)前我國(guó)數(shù)據(jù)中心的能效評(píng)價(jià)及運(yùn)維多基于能量的“數(shù)量”層次，而忽略了能量“品位”的影響。以上現(xiàn)象，共同導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的低負(fù)載、高能耗運(yùn)行以及制冷系統(tǒng)的過(guò)大設(shè)計(jì)。我國(guó)大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的電能利用效率在1.5以上，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的能耗成本占到數(shù)據(jù)中心運(yùn)維總成本的70%左右，而空調(diào)所用電費(fèi)約占其中的40%。最后，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)主體、運(yùn)營(yíng)模式及市場(chǎng)機(jī)制均還比較單一，數(shù)據(jù)中心的提質(zhì)增效存在著很大的潛力空間。
二、我國(guó)數(shù)據(jù)中心提質(zhì)增效相關(guān)建議
因此，基于以上我國(guó)數(shù)據(jù)中心能效治理的現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題以及重大需求，從關(guān)鍵技術(shù)和宏觀機(jī)制出發(fā)，筆者以能源互聯(lián)網(wǎng)的典型方法論“產(chǎn)消者”“綜合能源系統(tǒng)”及“多目標(biāo)優(yōu)化”為手段，提出我國(guó)數(shù)據(jù)中心提質(zhì)增效的幾點(diǎn)建議。
（一）探索產(chǎn)消型數(shù)據(jù)中心綜合能源系統(tǒng)的能源高效消費(fèi)與供應(yīng)路徑。深入洞悉不同氣候區(qū)及不同性能數(shù)據(jù)中心的能耗及能效特征，鼓勵(lì)壓縮式熱泵、高效換熱、吸收及吸附式制冷、蓄能等中低品位熱能高效回收與利用技術(shù)在數(shù)據(jù)中心余熱回收上的應(yīng)用推廣，并探索其低成本、規(guī)模化推廣的技術(shù)路線及商業(yè)模式。有條件的地區(qū)，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)以及能源稟賦不足地區(qū)，應(yīng)系統(tǒng)考慮數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)上下游用戶的能源供應(yīng)與消費(fèi)的時(shí)空互補(bǔ)特性，積極構(gòu)建及培育“產(chǎn)消型”數(shù)據(jù)中心綜合能源系統(tǒng)及模式。同時(shí)，有必要將產(chǎn)消型數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)的規(guī)劃納入所在區(qū)域及園區(qū)的冷熱電氣等能源系統(tǒng)的規(guī)劃，統(tǒng)一施策，做好數(shù)據(jù)中心及其周邊園區(qū)能源供應(yīng)與消費(fèi)的統(tǒng)籌規(guī)劃和共建共贏。
（二）打造基于多能互補(bǔ)的數(shù)據(jù)中心能源供應(yīng)的多元融合模式。因地制宜，因時(shí)制宜，研究和推廣自建綠電、直購(gòu)綠電、采購(gòu)綠色電力證書以及電力現(xiàn)貨市場(chǎng)化交易等方式，以及高壓直流供電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心供能上的低成本、規(guī)模化應(yīng)用，全方位培育綠電在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用路徑。架構(gòu)基于能 量綜合梯級(jí)利用的聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)體系，特別是電力緊張區(qū)域，合理設(shè)計(jì)天然氣聯(lián)供系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)的容量占比及運(yùn)行策略。應(yīng)充分結(jié)合自然或免費(fèi)冷源，因地制宜，鼓勵(lì)利用LNG汽化吸熱過(guò)程、山區(qū)溶洞低溫空氣、江河湖海低溫水源等用于滿足數(shù)據(jù)中心散熱需求的應(yīng)用及示范。立足數(shù)據(jù)中心當(dāng)?shù)刭Y源稟賦及負(fù)荷特性，構(gòu)建綠色電力、天然氣聯(lián)供、自然冷源以及光熱、儲(chǔ)能等技術(shù)的數(shù)據(jù)中心多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)，推動(dòng)綠電與其他能源在數(shù)據(jù)中心供能上的多元互動(dòng)的潛力。
（三）抓好數(shù)據(jù)中心算力、排放、能效與成本的頂層規(guī)劃與同步優(yōu)化。積極統(tǒng)籌、合理規(guī)劃各省市數(shù)據(jù)中心的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心可承載的帶寬和資源，堅(jiān)持集中式與分布式數(shù)據(jù)中心協(xié)調(diào)發(fā)展原則，提高我國(guó)數(shù)據(jù)中心整體的資源利用率。
探究數(shù)據(jù)中心算力、能效、成本的同步優(yōu)化手段，研究人工智能在數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)控與動(dòng)態(tài)控制方面的應(yīng)用，健全數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)的完善度評(píng)價(jià)模型、指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)，更全、更深、更精細(xì)地挖掘數(shù)據(jù)中心能耗的各個(gè)環(huán)節(jié)以及細(xì)節(jié)。提倡基于地理分布的數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)性布局，包括5G邊緣數(shù)據(jù)中心與大數(shù)據(jù)中心的融合，以匹配區(qū)域電價(jià)、計(jì)算能力和帶寬的差異。探究數(shù)據(jù)中心與變電站、儲(chǔ)能站、充換電站等集于一體的“多站融合”建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模式，打造多行業(yè)數(shù)據(jù)中心融合發(fā)展與共享共贏的健康生態(tài)。
（本文作者：清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院 王永真 趙偉 高峰）
