數據中心節能降碳四大挑戰下節能技術(shù)一覽
加入技術(shù)交流群
問(wèn)題：大量的建設需求和日趨嚴格的地方政策限制以及供給減少帶來(lái)的挑戰。
風(fēng)險：直接導致新建數據中心無(wú)法通過(guò)能評、無(wú)法拿到政府合法批文進(jìn)行下一步的數據中心建設。
問(wèn)題：客戶(hù)業(yè)務(wù)復雜性所帶來(lái)的技術(shù)架構和節能方案的選擇難度增大。
風(fēng)險：直接導致數據中心建設成本升高、投資虧損或因為能效不達標而引發(fā)的高額罰款或被迫整改工作。
問(wèn)題：外部電力資源利用效率低。
風(fēng)險：直接導致數據中心的得電率低、出柜率低。
問(wèn)題：IT設備算力的提高帶來(lái)的單機柜功率密度不斷增加。
風(fēng)險：直接導致數據中心內部熱點(diǎn)難以消除，使得較嚴重的宕機風(fēng)險不斷增高。
對于數據中心運營(yíng)者來(lái)說(shuō)，要不斷提升技術(shù)能力，充分研究、合理應用系列先進(jìn)的可落地的節能減排技術(shù)，從而最大限度地實(shí)現數據中心綠色、低碳、節能的運行，為未來(lái)數據中心實(shí)現“碳中和”的最終目標打下堅實(shí)的基礎。
01 整體節能技術(shù)。
● 全預制模塊化數據中心技術(shù)
預制模塊化數據中心采用全棧建設理念，融合數據中心土建工程及機電工程，功能區域采用全模塊化設計，結構系統、供配電系統、暖通系統、管理系統、消防系統、照明系統、防雷接地、綜合布線(xiàn)等子系統預集成于預制模塊內，所有預制模塊在工廠(chǎng)預制、預調測，同步現場(chǎng)站點(diǎn)進(jìn)行地基土建建設。交付過(guò)程，預制功能模塊從工廠(chǎng)運輸到站點(diǎn)現場(chǎng)，無(wú)需進(jìn)行大規模土建，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單吊裝、實(shí)現快速建設及部署，相比傳統方式上線(xiàn)時(shí)間提前50%。
● 高可靠性和高可用性保障的低PUE整體架構技術(shù)
技術(shù)方案在高可靠性和高可用性的基礎上實(shí)現可落地交付性和適用可行性。供配電系統采用模塊化預制化設計、密集母線(xiàn)、集中補償、新能效1級變壓器、高頻UPS、融合型智能電力模組。制冷系統充分利用自然冷源、冷熱通道隔離、全變頻氟泵、獨立加濕機和除濕機以及AI智能制冷等技術(shù)。
02 數據中心電氣節能技術(shù)
UPS智能在線(xiàn)模式
UPS智能在線(xiàn)是指在滿(mǎn)足GB/T 7260.3（IEC62040-3）中規定電網(wǎng)輸入條件下，UPS可以從VFI模式0ms切換到VFD/VI模式，并可以根據負載情況在VFD和VI模式之間實(shí)現0ms切換。當電網(wǎng)條件不滿(mǎn)足標準規定的電網(wǎng)輸入條件下，UPS可以從VFD/VI模式 0ms切換至VFI模式。
高效UPS
高效UPS雙變換效率最大可達到97%（R載），使用超高效UPS（97%效率）比普通UPS（94%效率）生命周期可減少二氧化碳排放。
固態(tài)變壓器
電力電子變壓器是一種通過(guò)電力電子技術(shù)實(shí)現能量傳遞和電力變換的新型變壓器，電力電子變壓器的本質(zhì)是通過(guò)電力電子器件將電能高頻化，以減小變壓器體積和成本，同時(shí)實(shí)現了能量的交流直流可控。
電力模塊技術(shù)
電力模塊是一種包含變壓器、低壓配電柜、無(wú)功補償、UPS及饋線(xiàn)柜、柜間銅排和監控系統的一體化集成、安全可靠的全新一代供配電產(chǎn)品，輸入為三相無(wú)中線(xiàn)+PE的10kV、50Hz的交流電源，輸出為380V三相四線(xiàn)+PE交流輸出。節省機房占地面積、提升供配電系統效率、安裝省時(shí)省力、提升供電系統的整體可靠性。
自備電溫控技術(shù)
溫控自備電技術(shù)是通過(guò)設備內部集成備電功能，從而可以取消動(dòng)力設備前端集中UPS和電池，簡(jiǎn)化溫控動(dòng)力設備供電鏈路，提高供電效率。在設備內部集成備電功能后，可以完全實(shí)現設備內風(fēng)機、壓縮機、水泵供電不間斷，真正意義上做到連續制冷。
供配電系統全功率鏈融合型智能電力模組技術(shù)
供配電系統全功率鏈融合型智能電力模組技術(shù)是一種集成化系統級方案，供配電全功率鏈設備可做到工廠(chǎng)預制、系統聯(lián)調，與現場(chǎng)應用環(huán)境解耦，使得現場(chǎng)工程安裝部署工作大大簡(jiǎn)化，實(shí)現了高質(zhì)量、高標準的快速交付，具有極簡(jiǎn)、快速、可靠、節地、美觀(guān)以及節能等多方面技術(shù)優(yōu)勢，支持超高效率的UPS或HVDC產(chǎn)品集成，方便實(shí)現供配電系統預防性維護。
03 數據中心制冷節能技術(shù)
高溫冷凍水空調技術(shù)
高溫冷凍水空調系統由機房?jì)瓤照{末端和機房外部制冷機組組成，機房外部制冷機組分風(fēng)冷冷凍水系統與水冷冷凍水系統。高溫冷凍水空調通過(guò)提升冷凍水溫度，可有效提升制冷運行效率，降低運行PUE和OPEX，減少碳排量。
氟泵技術(shù)
氟泵系統代替傳統的壓縮機機械制冷系統進(jìn)行制冷，可以有效的節能降耗，實(shí)現碳排放的減少。搭載氟泵技術(shù)的制冷循環(huán)系統，在室外低溫的工況時(shí)不需要壓縮機壓縮氣態(tài)制冷劑以達到所需的冷凝壓力，此時(shí)采用氟泵就可克服系統阻力，驅動(dòng)整個(gè)制冷循環(huán)。在過(guò)渡季節，采用氟泵技術(shù)的混合模式提升了冷凝器后的液態(tài)制冷劑壓力，從而在相同的電子膨脹閥開(kāi)度的情況下，提升蒸發(fā)壓力，減少壓縮機做功，從而達到節能效果。
多聯(lián)空調技術(shù)
數據中心領(lǐng)域多聯(lián)系統組成：壓縮機、油分、冷凝器、蒸發(fā)器、節流裝置、氣分及管路組成，其中室外機模塊之間、室內機模塊之間采用分歧管進(jìn)行并聯(lián)連接，保證模塊間冷媒分配均勻，也可采用環(huán)網(wǎng)管道將內外機模塊進(jìn)行連接。制冷模式下，可以根據動(dòng)力系統分為純壓縮機模式、氟泵模式、混合模式三種。
相變蓄冷技術(shù)
相變蓄冷是利用材料在不同物態(tài)轉換過(guò)程中的熱力學(xué)狀態(tài)變化，實(shí)現冷量的存儲與釋放。夜間環(huán)境溫度較低，開(kāi)啟冷水機組機械冷卻模式，同時(shí)啟動(dòng)相變蓄冷（邊供冷邊蓄冷）。白天環(huán)境溫度升高，在高峰時(shí)段冷水機組關(guān)閉，啟動(dòng)蓄冷模式放冷，達到節能運行的目的。
冷板式液冷技術(shù)
冷板式液冷技術(shù)利用工作流體作為中間熱量傳輸的媒介，將熱量由熱區傳遞到遠處再進(jìn)行冷卻。在該技術(shù)中，工作液體與被冷卻對象分離，工作液體不與電子器件直接接觸，而是通過(guò)液冷板等高效熱傳導部件將被冷卻對象的熱量傳遞到冷媒中。由于液體比空氣的比熱大，散熱速度遠遠大于空氣，因此制冷效率遠高于風(fēng)冷散熱。該技術(shù)可有效解決高密度服務(wù)器的散熱問(wèn)題，降低冷卻系統能耗而且降低噪聲。
浸沒(méi)式液冷技術(shù)
數據中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)根據冷卻液換熱過(guò)程中是否發(fā)生相變可分為單相浸沒(méi)式液冷與兩相浸沒(méi)式液。數據中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)的能耗主要來(lái)源于促使液體循環(huán)的泵和室外冷卻設備。由于浸沒(méi)式液冷的室外側通常是高溫水，其室外冷卻設備往往可以利用自然冷源且不受選址區域的限制，從而起到節能減排的目的。
間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)
間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)是指利用干濕球溫度差，通過(guò)非接觸式換熱器將直接蒸發(fā)冷卻得到的濕空氣冷量傳遞給需要處理的熱空氣從而實(shí)現等濕降溫的過(guò)程。間接蒸發(fā)冷卻系統由單體大冷量的間接蒸發(fā)冷設備直接對數據中心進(jìn)行制冷，其冷量來(lái)自于室外低溫空氣；當室外氣溫較高時(shí)，通過(guò)蒸發(fā)噴淋或壓縮機機械制冷輔助，全年運行時(shí)其具備三種運行模式：干工況、濕工況和混合工況。
預制式全變頻及全時(shí)自然冷的無(wú)水極致節能氟泵技術(shù)
預制式全變頻及全時(shí)自然冷技術(shù)是以風(fēng)冷全變頻風(fēng)冷氟泵精密空調系統為基礎，通過(guò)實(shí)時(shí)的全自動(dòng)控制實(shí)現對室外自然冷源的實(shí)時(shí)、充分利用，全面滿(mǎn)足數據中心制冷系統的低初投資、低運行成本、運維簡(jiǎn)便、高可靠性、快速交付等核心需求?？梢愿S室外氣候環(huán)境溫度的變化實(shí)現全自動(dòng)調節，實(shí)現最佳匹配節能，并且全程不需要任何水處理，大大降低了維護的工作量。在不同室外氣候環(huán)境溫度下，空調機組運行具備全變頻壓縮機模式、部分混合模式和完全經(jīng)濟運行模式等三種自動(dòng)切換的運行模式。
AI節能自控技術(shù)
數據中心AI節能自控技術(shù)，機器學(xué)習精準節能，采用AI挖掘和分析更多數據去適應數據中心復雜情況，從而實(shí)現穩定控制溫度、消除局部熱點(diǎn)、降低PUE等功能，縮小實(shí)際能效與設計能效的 差距，起到輔助優(yōu)化作用。
相變冷卻技術(shù)
相變冷卻技術(shù)將無(wú)油概念引入到制冷循環(huán)系統，實(shí)現極致逆卡諾循環(huán)，相較傳統冷凍水系統能效大幅提升。
04 數據中心資源回收技術(shù)
污水回收技術(shù)
將排污廢水經(jīng)過(guò)超濾、脫鹽等處理，產(chǎn)出符合要求的冷卻水，再進(jìn)入數據中心內制冷系統循環(huán)利用，大幅度提高水資源的循環(huán)使用效率。
老舊設備替代
舊設備能耗遠遠高于同類(lèi)新設備，技術(shù)上也不能滿(mǎn)足軟件化、智能化發(fā)展需要，技術(shù)持續迭代推動(dòng)的產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，加快數據中心的升級改造，提高整體能效。
熱回收技術(shù)
數據中心內大量的電能最終是以服務(wù)器發(fā)熱的形式損耗掉，大量的熱源浪費是節能減排的巨大浪費，將數據中心巨大的熱量輸送給有需要的場(chǎng)地，即可以幫助整個(gè)社會(huì )節能減排，還能減少數據中心的能源消耗一舉兩得。
冷卻蒸發(fā)水回收
水冷型的數據中心每天都需要蒸發(fā)掉大量的水，可考慮進(jìn)行冷卻蒸發(fā)水的回收，同樣是目前比較綠色的措施。
電子脈沖節水
采用電子脈沖除垢技術(shù)，無(wú)須再添加化學(xué)藥劑進(jìn)入水系統中，還能提高水處理的效率，也是很好的減排措施。
廢舊設備處理
妥善處理數據中心內淘汰的各類(lèi)廢棄物，加強固體廢物、危險廢物管理，防止其在貯存、處置過(guò)程中造成二次污染。
05 其他節能技術(shù)
智能照明系統
采用智能照明系統，做到人走燈滅，盡可能降低人為的用電損耗。
光伏發(fā)電
隨著(zhù)光伏技術(shù)發(fā)展、以及政府支持清潔能源發(fā)展的政策不斷落地，光伏發(fā)電的成本在不斷降低。隨著(zhù)廣泛的運用，帶來(lái)的節能減排效果顯而易見(jiàn)。數據中心可以利用屋面、園區空閑面積建立光伏發(fā)電站，推動(dòng)降低數據中心碳排放量。
IT服務(wù)器節能減排的技術(shù)
數據中心總能耗是指維持數據中心正常運行的所有耗電，包括IT設備、制冷設備、供配電系統和其他設施的耗電的總和。在保證IT設備算力、穩定性的同時(shí)，降低IT設備的能耗，未來(lái)IT設備從多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。
量子計算機
量子計算機是一種使用量子邏輯進(jìn)行通用計算的設備，在已經(jīng)有提出速算的量子算法情況下運算速度比傳統計算機快數億倍，量子計算對傳統計算作了極大的擴充，其最本質(zhì)的特征為量子疊加性和量子相干性。量子計算機的處理器雖然自身功耗很小，只有不到1微瓦，但由于需要工作在絕對零度溫度附近，因此制冷系統的功耗巨大。盡管如此，量子計算機的單位能耗提供的計算能力仍大幅優(yōu)于傳統計算機，會(huì )以更低的碳排放提供更高的算力。
專(zhuān)有處理器芯片
推出適合于A(yíng)I和云計算業(yè)務(wù)的專(zhuān)有處理器芯片，以代替現有的CPU和GPU架構。在云計算市場(chǎng)，使得CPU的核能全部釋放出來(lái)用于計算，能釋放更多有效計算性能，有明顯的性能與能耗優(yōu)勢。解決數據中心多節點(diǎn)服務(wù)器互聯(lián)效率
問(wèn)題，提升節點(diǎn)間的通訊效率，降低TCP/IP時(shí)延，從而達到降低流量的功耗和成本。
多系統協(xié)同
數據中心通過(guò)CPU等核心器件定制，服務(wù)器系統架構設計，動(dòng)力環(huán)境基礎設施高效化，運營(yíng)運維智能化，實(shí)現數據中心服務(wù)器集群，暖通空調系統，供電系統的全系統協(xié)同節能降耗。在同等算力情況下，數據中心整體節能可達到達65%。逐步實(shí)現數據中心全系統數字化建模，全生命周期智能統籌聯(lián)動(dòng)，根據算力需求直接控制能量輸入。
碳捕獲利用封存
碳捕集與封存，又稱(chēng)為碳封存或碳收集及儲存等（簡(jiǎn)稱(chēng)CCS），是指收集從點(diǎn)源污染（如火力發(fā)電廠(chǎng)）產(chǎn)生的二氧化碳，將它們運輸至儲存地點(diǎn)并長(cháng)期與空氣隔離的技術(shù)過(guò)程。此項技術(shù)的主要目的是防止在發(fā)電過(guò)程中或其他行業(yè)使用化石燃料而釋放大量二氧化碳至大氣層，同時(shí)是一種潛在手段以減輕因為使用化石燃料時(shí)所釋出的排放物而造成的全球暖化及海洋酸化。
生物能源與碳捕獲和儲存
生物能源與碳捕獲和儲存（BECCS）是一種溫室氣體減排技術(shù)，結合了碳捕獲和儲存和生物質(zhì)的使用，能夠創(chuàng )造負碳排放。以生物質(zhì)能源捕獲二氧化碳能夠有效地從大氣中清除二氧化碳。碳捕獲和儲存（CCS）這個(gè)技術(shù)能夠攔截二氧化碳釋放到大氣中，并把它重定向到地質(zhì)儲存地點(diǎn)。
氫燃料電池
利用氫燃料電池代替柴油發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電的應用，實(shí)現真正意義上的零碳排放，配合UPS不間斷電源和后備鋰電池對數據中心進(jìn)行現場(chǎng)供電。
文章來(lái)源：CDCC《零碳中國·數據中心》
評論