8萬座數據中心余熱大多直排!亟待重視回收

2019年初,工業和信息化部等三部門在聯合發布的《加快構建綠色數據中心的指導意見》中提出,應“鼓勵數據中心在自有場所建設自有系統余熱回收利用等清潔能源利用系統”。芬蘭、瑞典和俄羅斯等國數據中心的余熱利用已形成固定回收模式,并取得了良好的經濟和環境效益。然而,我國在這方面的成熟案例依然較少,尚未形成規模。

基于此,為實現我國2060年碳中和目標,積極推進數據中心的余熱利用,引導數據中心走高效、低碳、集約、循環的綠色發展道路,就成為一種必然。

數據中心

我國數據中心余熱利用市場尚未充分開發,

與歐美國家差距明顯

我國數據中心余熱回收情況不理想,浪費巨大。數據中心的服務器在運行過程中,會釋放出大量中低品位余熱,這些余熱易提取、產熱穩定且熱量大,是一種優質熱源,可加熱生活用水、供暖,或滿足其他熱需求。

利用熱泵技術將數據中心余熱回收并用于區域供暖,在我國北方有著廣闊的市場前景及節能意義,在幫助用戶降低用熱成本的同時,也可間接減少因使用化石燃料產生的二氧化碳。此外,余熱回收的耗電量不計算在數據中心總電耗中,也會相應減少數據中心制冷系統的散熱負荷,從而有效降低PUE值,有益于數據中心提升品牌價值。按現有數據中心規模計算,我國北方地區數據中心的可回收余熱總量約10GW,理論上可支持3億平方米建筑供暖。

我國大約有8萬座數據中心,多數余熱直接排向大氣,浪費巨大。目前,余熱回收利用系統應用案例僅有阿里巴巴千島湖數據中心、騰訊天津數據中心和中國電信重慶云計算基地等寥寥數家企業?,F階段我國數據中心行業的節能重點環節是空調系統和IT系統,余熱回收利用往往被忽視。隨著數據中心建設規模及數量的快速增長,政府對數據中心節能的要求越來越高,余熱利用問題將引發更多關注。

歐美各國普遍進行數據中心余熱利用,已形成固定回收模式。早在2010年,歐美國家就開始回收數據中心余熱用于市政供暖。特別是北歐國家,其余熱回收利用產業鏈完整,擁有專業從事數據中心余熱回收的節能服務公司,在取熱效果、熱能輸送等方面具有全球領先的技術。余熱利用項目在瑞典、芬蘭、丹麥等國已展現出良好的經濟效益,出售廢熱所得已成為一些數據中心運營商的固定收入來源。比如,聯合愛迪生公司Con Edison銷售的熱量為0.07美元/千瓦時,其1.2 MW數據中心產生的余熱可帶來每年超過35萬美元的收入,這對運營商而言是非常高的財務激勵。Apple Inc.、IBM、Google、H&M等公司運營的數據中心均有余熱利用的成功案例。

表1 國外數據中心余熱利用典型案例

表1 國外數據中心余熱利用典型案例

數據來源:賽迪節能與環保研究所整理

相較風冷系統,液體冷卻技術更有利于余熱回收利用。隨著數據中心IT負載的不斷增長,傳統風冷已無法滿足高密度計算的發展需求,液冷逐漸成為數據中心制冷的新模式。制冷方式的變化將引發一系列變革,隨之發生改變的還有余熱回收裝置設計。就技術角度而言,風冷系統攜帶熱量的介質為空氣,存在廢熱流動緩慢、品味較低、不適合長距離運輸、體積較大等缺陷,需要鋪設更大的管道。液冷系統則通過液體直接導向熱源帶走熱量,換熱效率高、便于運輸、同等體積攜帶的熱量更多。此外,余熱利用設備在回收熱量的同時,還可為數據中心供冷,成為系統空調的備用冷源。數據中心不需要投資任何費用,即可免費獲得備用冷源一套,不但提升了機房品質,還實實在在節省了運行費用。就經濟性而言,液冷技術規?;瘧弥?,只需在架構上設置冷卻液回流機制,將攜帶廢熱的液體接入換熱器,換熱后的液體流入數據中心循環反復,可節約余熱回收裝置費用及冷卻液費用。數據中心余熱回收利用技術已經過學術界的模型研究和小規模驗證,可復制性強,具有較高的推廣價值。

我國數據中心余熱利用未形成規模的原因

2020年11月,通過對易華錄信息技術股份有限公司、中國電信集團有限公司、太極計算機股份有限公司等數據中心建設企業的調研發現,我國數據中心余熱利用技術推廣難存在三大障礙:

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