林左鳴：數據中心響應“雙碳”目標的行動策略

提要：習近平主席10月31日在G20峰會上強調，氣候變化和能源問題是當前突出的全球性挑戰。隨著數字經濟的發展，作為“耗能大戶”的數據中心，在全球“雙碳”背景下，如何實現綠色化轉型，創新節能低碳用能模式，將成為一項現實而緊迫的任務。

受訪專家：林左鳴，男，福建漳州人，中國航空學會理事長。曾任中航工業集團董事長、黨組書記。北京航空航天大學管理學博士，研究員級高級工程師。

數字經濟將催生數據中心爆發式增長

當今社會，信息網絡與人們的生產生活息息相關。人們打電話、刷視頻、上網購物、預約掛號、打車出行，以及疫情防控健康寶、行程碼等等，都需要通過大數據中心進行計算處理。

近年來，隨著互聯網、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等技術加速創新，數字經濟發展速度之快、輻射范圍之廣、影響程度之深前所未有，正在成為重組全球要素資源、重塑全球經濟結構、改變全球競爭格局的關鍵力量。

國家發展改革委創新和高技術發展司司長沈竹林認為，隨著全社會數據總量的爆發式增長，中國已經成為全球數據資源大國，成為全球大數據應用最為活躍、最具潛力、環境最優的國家之一。

我國作為數字大國，中央高度重視數字經濟發展。據新華社消息，中央政治局10月18日就推動我國數字經濟健康發展進行第三十四次集體學習。習近平總書記強調，要充分發揮海量數據和豐富應用場景優勢，促進數字技術與實體經濟深度融合，賦能傳統產業轉型升級，催生新產業新業態新模式，不斷做強做優做大我國數字經濟。

數據中心是數字經濟的基礎。浪潮信息聯合全球知名科技市場研究機構國際數據公司（IDC）發布的《2020全球計算力指數評估報告》顯示，計算力指數平均每提高1個百分點，數字經濟和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰。

數字經濟將催生數據中心大批量增長。數據中心是全球協作的特定設備網絡，用來在英特網絡基礎設施上傳遞、加速、展示、試算、存儲數據信息。美國調查公司Synergy Research Group的統計顯示，2020年12月，全球20家主要云和互聯網服務公司運營的超大規模數據中心總量已達到597座，是2015年前的兩倍，其中有40%位于美國，10%位于中國，日本、德國、英國和澳大利亞共占19%。據統計，近八年來，我國數據增量年均增速超過30%，數據中心也由2012年的5.1萬家，增長至2019年的7.4萬家，其中超大型、大型數據中心占比達12.7%，預計2025年我國數據中心市場規模將達到5952億元。

“耗能大王”數據中心將迎來綠色低碳的重大轉型

我國是世界上最大的能源生產國和消費國，2020年二氧化碳排放量達98.94億噸，位列全球第一。中國明確提出力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標，受到國際社會的高度關注。

當前，由于種種歷史原因，我國電力行業以煤電為主。2020年，我國發電總量達7779.1TWh，其中燃煤發電占63.2%、水力發電占17.0%、再生能源發電占11%、核能發電占4.7%、燃氣發電占3.2%、原油發電占0.15%(數據來源可參考BP 2020報告)。可以看出，我國主要以燃煤發電為主，清潔能源發電份額不高，電力行業勢必成為落實“雙碳”目標的重點領域。

數據中心是不折不扣的高耗能“大王”。據《中國“新基建”發展研究報告》稱，至2025年，數據中心將占全球能耗的最大份額，高達33%。有人把數據中心比喻為“比特”企業、“瓦特”企業，稱之為高新技術產業的“優等生”，能耗大戶的“壞孩子”。過去十年間，我國數據中心整體用電量以每年超10%的速度增加，2020年全國數據中心耗電量突破2000億千瓦時，占全社會用電量的2.71%，2030年將突破4000億千瓦時。

數據中心能耗主要來源于IT設備、照明系統、空調系統、供配電系統等，其中由服務器、存儲和網絡通信設備等構成的IT設備系統耗能占45%，散熱制冷設備耗能占40%，供配電系統占10%，照明系統占5%左右。

高耗能就等于高排放。隨著“兩碳”目標的推進實施，我國傳統煤炭能源將加快退出主體地位。中央提出，期間我國非化石能源消費比重將增加到20%左右，“十五五”期間將達到25%左右。在這樣的背景下，高能耗的數據中心將迎來低碳排放、高效利用的綠色轉型。

國內大型數據中心低能減排的有益探索

中央提出“雙碳”目標后，國內大數據中心特別是頭部互聯網企業，圍繞打造“綠色數據中心”，作了大量有益的探索。評價數據中心能耗的一個重要指標是PUE(Power Usage Effectiveness)，它是數據中心消耗能源與IT負載使用的電源之比，其基準值通常少于2，越接近1表明能效水平越好，綠色化程度越高。

阿里千島湖數據中心，采取湖水冷卻方法降低能耗，使其年平均PUE低于1.3。千島湖年平均氣溫17度，深層湖水通過完全密閉管理為服務器降溫，再流經2.5公里的景觀水道，最后自然冷卻后再回到湖里。這套系統使數據中心90%的時間不依靠湖水之外的制冷能源，節省制冷能耗超過八成。

百度云計算（陽泉）數據中心，2015年光伏發電項目成功運行并完成并網發電，每年發電量約12萬千瓦時，成為中國首個應用太陽能光伏并網發電技術的數據中心。目前，該中心在數據存儲規模、計算能力和環保節能三個方面，均處于亞洲一流水平，有6項技術入選工信部綠色數據中心先進適用技術目錄。2020年百度簽約風電量較上年增長50%，達到4500千瓦時，為基礎設施底座提供了綠色動力。

騰訊天津濱海數據中心，自2010年12月起開服，至2018年服務器總量突破10萬臺，是國內運行時間最長的超大規模數據中心。他們采取自然冷卻、高壓直流、智能調優、余熱回收等技術，大力推進節能減排。利用第四代T-block技術采取更高效率的制冷和供配電架構，使擁有30萬臺服務器的園區一年節省2.5億度電。機房余熱通過熱泵機進行升溫，實現了綠色能源的辦公樓采暖，每年可減少能耗標煤525噸，相當于減少1310噸二氧化碳的排放量。

燃氣輪機：數據中心響應“雙碳”目標的最優配置

燃氣輪機全稱燃氣渦輪發動機，是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉換為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。

燃氣輪機主要用于發電機組、分布式能源、電網調峰、機動電源、艦船驅動、長距離管輸增壓等。根據Maximize Market Research統計，2020年全球燃氣輪機市場中，有約32%市值的燃氣輪機應用于發電行業。

據了解，我國正在建設以大規?？稍偕茉窗l電為主體，安全高效的新型電力系統，但風光發電有 “靠天吃飯”的不穩定性，燃氣輪機可以憑借其良好的功率爬坡能力與儲能系統配合，為特定區域范圍內的新型電力系統提供“增量儲能”效果，在不棄光不棄風的情況下實現系統容量的穩定性和可調度性。

目前，全球燃氣輪機市場被美國通用電氣（GE）、德國西門子、日本三菱3家企業壟斷。為加快推進我國燃氣輪機發展，國家發展改革委和國家能源局聯合印發《依托能源工程推進燃氣輪機創新發展的若干意見》，組織了第一批燃氣輪機創新發展24個示范項目，其中電力調峰項目7個、分布式能源項目13個。

根據前瞻產業研究院預測，2035 年全國燃氣發電裝機容量規模2.4億千瓦，相當于未來15年約新增1.4億千瓦，即需要布局約4667臺30兆瓦級燃氣輪機。以每臺價值1000萬美元進行計算，僅此項，未來15年發電用燃氣輪機的市場規模將達到466.7億美元。

燃氣輪機作為分布式能源，可通過冷熱電三聯供方式，實施能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上，并在負荷中心就近實現能源供應的現代能源供應方式，是數據中心節能減排的優先配置。

據中科招商航空科技有限公司負責人田姍介紹，他們正在研發的 40兆瓦燃氣輪機，可作為數據中心分布式能源，每小時提供4萬度電力，超60%熱轉化率可用于數據中心機柜制冷，與傳統能源供應方式相比，二氧化碳減排54%，節能36%。該型號的輕型燃氣輪機我國擁有自主可控技術。同時，他們正在抓緊研發10兆瓦、12兆瓦、16兆瓦、25兆瓦、30兆瓦等系列型譜的燃氣輪機，可應用于不同規模的數據中心，市場空間巨大。

隨著制氫、儲氫技術、燃氣輪機燃燒室技術和控制技術的進步，基于氫燃料的燃氣輪機將使氫能成為一種零碳排放的清潔能源、21世紀的終極能源，最終實現能源“脫碳”的夢想。

“雙回路”模式將成為“東數西算”數據中心的用能主體

2020年12月16日，“國家（中衛）新型互聯網交換中心”在甘肅中衛正式掛牌。與會專家認為，我國數據中心在東部城市“擠破頭”趨于飽和，存在能耗指標緊張、電力成本高，大規模發展局限性大等問題，主張“東數西移、東數西儲、東數西算”，讓西部云基地成為聚集、聚能、聚智的創業福地、產業高地。

2021年5月24日，國家發展改革委、中央網信辦、工業和信息化部、國家能源局等四部門聯合印發《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》，明確提出布局全國算力網絡國家樞紐節點，啟動實施“東數西算”工程，構建國家算力網絡體系。

“東數西算”工程啟動后，將在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝，以及貴州、內蒙古、甘肅、寧夏建設全國算力網絡國家樞紐節點，優化我國東部地區算力資源緊張、西部地區算力需求不足的不平衡狀況。新疆也將建設國家云計算數據中心和國家重要基礎信息資源的戰略備份基地。

新疆、內蒙古等西部地區是我國“富氣、富風、富光”地區，特別適宜發展風電、光電等清潔能源。比如新疆，截止2020年10月風電裝機突破2000萬千瓦，年發電量可達437億千瓦時，相當于1400萬噸標準煤的電能，減排二氧化碳3780萬噸、二氧化硫11.9萬噸、氮氧化合物10萬噸。

在新疆、內蒙古、甘肅、寧夏等西部地區，建設全國算力國家樞紐節點等超大型數據中心，可充分發揮西部風能、太陽能、天然氣等資源優勢 ，探索建立“清潔能源+燃氣輪機”雙回路用能模式，確保任何一個回路出現問題，另一個回路能夠頂上去。

其中燃氣輪機機作為冷熱電聯供動力系統，可根據數據中心機柜數量、用能需求等，采取“小機組、多臺份”級聯方式靈活擴容，以實現能源利用效能最大化和最優化。

總之，燃氣輪機具有良好的調峰性能，可與風電、光電等清潔能源組成數據中心最佳的用能模式。這種 “雙回路”用能模式，符合國家“綠色集約” “節能降耗”要求，可構成覆蓋電能使用效率、算力使用效率、可再生能源利用效率等指標在內的數據中心綜合節能評價標準體系，擴大綠色能源對數據中心的供給，是實現“雙碳”目標的實際舉措和切實可能的路徑。

（供稿：中國航空學會科技咨詢委員會副主任孟彥）