数据中心节能减排不止于碳中和

本文转载自：中国能源报

过去的2021年是“十四五”开局之年。数字经济的发展正在“提速”，作为数字产业底层支撑的数据中心自然会迎来发展的黄金期。去年，国家层面出台了《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》《关于加快建设国家综合大数据中心的指导意见》等多项政策文件。 “中心协同创新体系”推动数据中心产业有序发展。

在数据中心支撑着数字经济快速发展的同时，不可忽视的是，数据中心是一个大容量的产业。在“双碳”战略目标的指导和要求下，数据中心节能减排势在必行。

数据中心需要节省的不仅仅是“碳”

现阶段，说到数据中心的节能减排，很多人会更加关注数据中心如何“减碳”，也就是数据中心的碳中和，而对于数据中心行业来说，耗水量大不容忽视。问题。在业界比较关注PUE的同时，数据中心WUE（水资源利用效率，详见“阅读帮助”）却很少被关注。

据统计，地球上约96.5%的水是海水，而淡水只有约3500万立方千米，而这部分淡水很大一部分储存在常年冰川或山上的冰盖中，可以直接被人拿走。世界使用的淡水资源存在于陆地上的淡水湖泊和河流中，而这些水域仅占世界总水量的1%。

以我国为例，我国虽然水资源总量位居世界第六，但由于人口基数大，人均水资源只有2500立方米，约为世界人均水资源的1/4。人均水量，居世界第110位。它已被联合国列为13个缺水国家之一。

数据中心的运营对水资源有着强烈的需求，而部署在数据中心的精密设备决定了用水只能用淡水。据统计，如果数据中心使用水来冷却空调，那么数据中心每天将使用数百万加仑（1加仑约3.8升）的水来冷却因运行而发热的设备。日常运行中的冷却水补充用水量占数据中心总用水量的95%以上。如此庞大的体量，对于建在水资源相对稀缺地区（如沙漠）的数据中心来说，该地区水资源的利用无异于“雪上加霜”。

作为数字经济的重要支撑，如果能有效降低WUE，必将为建设节水型社会做出贡献。

不仅如此，大量的冷却水补给也占数据中心运营成本的巨大比重。如果能减少用水量，也将对降低数据中心运营成本起到助推作用。数据中心WUE的降低也以“价值”的形式体现了数据中心企业的社会责任。

政策指导

随着IDC行业的发展，IDC服务商在关注自身数据中心PUE的同时，更应该关注WUE。同时，在相应政策的推动下，数据中心的节水进程也在逐步推进。

在积分方面，去年10月，内蒙古乌兰察布市济宁区人民政府发布了《关于禁止济宁区大数据企业利用地下水进行制冷的通知》（简称《通知》） . 《通知》决定，“辖区内禁止大数据企业利用地下水进行制冷”。

同时，《通知》指出，科技和大数据管理局要督促辖区内使用地下水冷却的大数据企业根据反馈意见，制定使用风冷或替代水源的方案和实施方案。督查组要求，大数据企业应尽快完成技术改造。 ，编制水资源论证报告，按有关规定办理再生水许可手续。

此外，去年11月和今年1月，国家发展改革委会同有关部委先后印发了《节水型社会建设“十四五”规划》和“十四五”水安全计划”。他们都指出，要坚持“节水优先、空间平衡、系统治理、两手抓”的治水思路。

将出台现有和未来的政策，进一步引导、规范和监督数据中心节水的实施，促进数据中心WUE的降低。

技术驱动

在政策引导下，IDC行业上下游企业都将节水提上日程，以科技驱动数据中心节水进程。让我们来看看现阶段数据中心的节水方法。

使用循环水

用于冷却的水是数据中心的主要水域，冷却水排放自然成为数据中心废水的主要来源。直接排放不仅浪费水资源，而且可能对环境造成污染。基于此，冷却水的循环利用成为数据中心。节水、保护环境的重要措施之一。

循环水排水水质与循环水系统运行水质基本相同。需要去除的污染物主要是金属离子、酸离子、胶体、悬浮物、细菌/微生物等，pH值呈弱碱性。

针对上述污水情况，通常采用循环水污水回收装置的主要工艺流程：絮凝沉淀阶段-初级过滤阶段-反渗透及出水阶段。这是现阶段各行业比较常见的循环水污水回收装置。但该系统应用成本高，运维难度大。水技术的重要突破之一。

浸入式液体冷却

近年来，随着液冷技术的不断成熟，越来越多的数据中心采用这种技术来帮助数据中心降温。现阶段，数据中心应用液冷主要分为两种——浸没式液冷和冷板式液冷。

浸入式液冷将数据中心内产生最多热量的服务器“浸入”一种特殊的绝缘冷却液中，可以大大降低数据中心的PUE值。同时，冷却液的应用取代了传统的机房空调，甚至不需要冷库的支撑，从源头上大大降低了数据中心的用水量。

现阶段国内浸入式液冷最成功的案例是阿里巴巴的浙江云计算人和数据中心。该数据中心采用全浸式液冷技术，不仅大大降低了PUE，还降低了数据中心的WUE。

在全球范围内，对于建在沙漠中的数据中心来说，水资源短缺更是一个问题。为了在炎热和干燥的气候中将其水足迹减少到零，微软计划以一种新的方式冷却服务器，将它们浸入碳氟化合物液体中。当服务器工作时，它们产生的热量会导致液体在达到 122 华氏度（50 摄氏度）时沸腾。沸腾的液体逐渐变成蒸汽。蒸汽的蒸发带走服务器的热量，蒸汽撞击冷却水箱盖并冷凝并落回水箱，形成闭环冷却系统，在获得冷却效果的同时减少水和电的使用。

但是，浸入式液冷的大规模应用还存在很多问题。采用浸入式液冷的数据中心需要从服务器、机架到供配电设备进行特殊定制，增加了数据中心的前期建设周期和成本。同时，将服务器“浸泡”在冷却液中也增加了运维的难度，增加了后期的运维成本。

笔者认为，随着液冷技术的不断成熟和标准化的普及，浸入式液冷将成为数据中心的主要散热方式之一，促成数据中心PUE和WUE的“双降”。

水下数据中心

相比液冷在数据中心的应用，部分IDC服务商选择探索直接在水下建设数据中心的可能性，这为沿海城市建设数据中心提供了一些参考。

现阶段，主要有两家厂商选择在水下建设数据中心。从国内看，海兰欣是国内“吃螃蟹第一人”

2020年11月，海澜之心UDC试验样机在珠海发射测试；

2021年1月，海澜新公布了阶段性试验结果，并获得了成功的可行性验证；

2021年5月，海澜信与海南电信合作开展二期试验。改造后的UDC样机承载了海南电信的实际数据业务。第二阶段测试邀请中国信息通信研究院云研究所全程跟踪，测试结果按时完成。

2021年，海澜信在我国水下数据中心从“0”到“1”迈出了关键一步。

放眼全球，微软早在2015年就已经部署了水下数据中心，水下数据中心的部署利用海水带走数据中心服务器工作产生的热量，不仅大大降低了PUE数据中心，也降低了数据中心的WUE。

虽然在水下建设数据中心是实现数据中心碳中和节水的可行方式之一，但现阶段仍需要面对诸多问题。其中，运维是一个关键问题，因为在水下施工，增加了运维的成本和难度。

但随着数据中心数字化转型进程的推进、智能运维的普及以及无人值守、全自动化数据中心的应用，水下数据中心将成为未来数据中心降低能耗、节约能源的可行方案。并减少排放。路径之一。

其他节水技术应用

除了上述比较“小众”的数据中心节水可行路径外，现阶段数据中心已经应用了大量节水技术。

也以微软为例，2021年11月宣布在瑞典建设新的数据中心，并提出到2030年微软实现正水，数据中心内的服务器全年采用外风降温.此外，数据中心将应用雨水收集装置，主要用于加湿，并支持现场数据中心设施，以进一步降低数据中心WUE，同时降低数据中心PUE。

巧合的是，Facebook 的 Prineville 数据中心使用了直接蒸发冷却系统。该系统没有耗电的机械制冷设备，并且比传统的制冷设备使用的水少得多。数据中心采用室外空气冷却和蒸发冷却方法进行冷却。

回顾中国，现阶段我国西北、东北地区建设的数据中心也有不少采用间接蒸发冷却等技术的案例。以梅里云中卫数据中心为例。该数据中心充分利用了中卫地区的区位优势。一期工程投产采用国际先进的间接蒸发自然冷却技术。与传统数据中心相比，节能率可达50%。多于。同时，数据中心还配备了“新风”系统，使数据中心无需配置冷水机、冷凝塔等水系统。在降低数据中心PUE的同时，也大大降低了数据中心的WUE。

写在最后

目前，数据中心企业对WUE的关注度普遍不如PUE。但随着相应政策的出台和技术的普及，数据中心实施节水技术的成本和难度将逐渐降低。如果说2021年我国数据中心降本增效将以PUE为主，试想2022年围绕如何降低数据中心WUE、如何降低数据中心WUE、降低数据中心 WUE 和降低 PUE 同样重要的是，对于数据中心而言，节能减排始于碳中和，但绝不止于此。

阅读帮助

WUE 仅衡量数据中心冷却系统的用水效率（不包括管道和办公室消耗的水）。 WUE 是 Green Grid 提出的一个相对较新的标准，Green Grid 是一个从 IT 角度评估公司可持续性的数据中心行业组织。 Green Networking 以引入行业认可的 PUE 标准来衡量数据中心效率而闻名。在较高的水平上，WUE 是通过将年用水量除以 IT 设备的用水量得出的。 WUE 的单位是升/千瓦时。

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