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8万座数据中心余热大多直排!亟待重视回收
发布日期:2021/3/25 13:55:32


  2019年初,工业和信息化部等三部门在联合发布的《加快构建绿色数据中心的指导意见》中提出,应“鼓励数据中心在自有场所建设自有系统余热回收利用等清洁能源利用系统”。芬兰、瑞典和俄罗斯等国数据中心的余热利用已形成固定回收模式,并取得了良好的经济和环境效益。然而,我国在这方面的成熟案例依然较少,尚未形成规模。

 

  基于此,为实现我国2060年碳中和目标,积极推进数据中心的余热利用,引导数据中心走高效、低碳、集约、循环的绿色发展道路,就成为一种必然。

 

我国数据中心余热利用市场尚未充分开发,与欧美国家差距明显

 

  我国数据中心余热回收情况不理想,浪费巨大。数据中心的服务器在运行过程中,会释放出大量中低品位余热,这些余热易提取、产热稳定且热量大,是一种优质热源,可加热生活用水、供暖,或满足其他热需求。

 

  利用热泵技术将数据中心余热回收并用于区域供暖,在我国北方有着广阔的市场前景及节能意义,在帮助用户降低用热成本的同时,也可间接减少因使用化石燃料产生的二氧化碳。此外,余热回收的耗电量不计算在数据中心总电耗中,也会相应减少数据中心制冷系统的散热负荷,从而有效降低PUE值,有益于数据中心提升品牌价值。按现有数据中心规模计算,我国北方地区数据中心的可回收余热总量约10GW,理论上可支持3亿平方米建筑供暖。

 

  我国大约有8万座数据中心,多数余热直接排向大气,浪费巨大。目前,余热回收利用系统应用案例仅有阿里巴巴千岛湖数据中心、腾讯天津数据中心和中国电信重庆云计算基地等寥寥数家企业。现阶段我国数据中心行业的节能重点环节是空调系统和IT系统,余热回收利用往往被忽视。随着数据中心建设规模及数量的快速增长,政府对数据中心节能的要求越来越高,余热利用问题将引发更多关注。

 

  欧美各国普遍进行数据中心余热利用,已形成固定回收模式。早在2010年,欧美国家就开始回收数据中心余热用于市政供暖。特别是北欧国家,其余热回收利用产业链完整,拥有专业从事数据中心余热回收的节能服务公司,在取热效果、热能输送等方面具有全球领先的技术。余热利用项目在瑞典、芬兰、丹麦等国已展现出良好的经济效益,出售废热所得已成为一些数据中心运营商的固定收入来源。比如,联合爱迪生公司Con Edison销售的热量为0.07美元/千瓦时,其1.2 MW数据中心产生的余热可带来每年超过35万美元的收入,这对运营商而言是非常高的财务激励。Apple Inc.、IBM、Google、H&M等公司运营的数据中心均有余热利用的成功案例。

 

  相较风冷系统,液体冷却技术更有利于余热回收利用。随着数据中心IT负载的不断增长,传统风冷已无法满足高密度计算的发展需求,液冷逐渐成为数据中心制冷的新模式。制冷方式的变化将引发一系列变革,随之发生改变的还有余热回收装置设计。就技术角度而言,风冷系统携带热量的介质为空气,存在废热流动缓慢、品味较低、不适合长距离运输、体积较大等缺陷,需要铺设更大的管道。液冷系统则通过液体直接导向热源带走热量,换热效率高、便于运输、同等体积携带的热量更多。

 

  此外,余热利用设备在回收热量的同时,还可为数据中心供冷,成为系统空调的备用冷源。数据中心不需要投资任何费用,即可免费获得备用冷源一套,不但提升了机房品质,还实实在在节省了运行费用。就经济性而言,液冷技术规模化应用之后,只需在架构上设置冷却液回流机制,将携带废热的液体接入换热器,换热后的液体流入数据中心循环反复,可节约余热回收装置费用及冷却液费用。数据中心余热回收利用技术已经过学术界的模型研究和小规模验证,可复制性强,具有较高的推广价值。

 

我国数据中心余热利用未形成规模的原因

 

  2020年11月,通过对易华录信息技术股份有限公司、中国电信集团有限公司、太极计算机股份有限公司等数据中心建设企业的调研发现,我国数据中心余热利用技术推广难存在三大障碍:

 

  经济性尚不明显。一是余热利用基础设施建设一次性投资成本较高且回报周期长,这也是目前应用案例较少的最主要原因。进行余热利用,需单独设置热泵机组、采购热交换器和回收设备、增设辅助热源以达到一般居民供热系统的供水温度,且投资回收期在5年以上。调研中,多数企业反映其可承受的节能技改投资回收期在18个月左右。二是安装余热利用设施需要企业部分停工停产、延长项目交付时间,会影响到经济效益。三是间接和直接融资渠道不畅,融资需求得不到满足。金融机构对数据中心节能技术了解有限,对余热利用的商业模式和投资效益难以把握,在一定程度上放大了投资风险,部分有潜力的项目难以得到及时支持。

 

  技术不够成熟。一是标准不健全。目前国内尚未出台数据中心行业余热利用设计标准、余热利用设备及运维标准,余热利用产品的质量和规格参差不齐,在客观上进一步加大了技术推广难度。二是余热回收设备对IT系统性能可能产生负面影响,而数据中心的首要目标是满足用户算力需求,设计者普遍不会采用影响IT系统功能的节能技术。比如,数据中心的冷冻水往往含有腐蚀性物质,是余热设备长期安全稳定运行的隐患。把热量从数据中心转移至热用户时必须采用特制的钛管换热管或其他抗腐蚀材料并合理布置换热器结构。三是缺乏余热利用配套基础设施。余热利用的首要条件是居民区要拥有区域供热系统,其次是数据中心要有一个大型管道与市政供热系统相连接。

 

  节能技术供需两端信息不对称。数据中心余热利用技术在技术原理、应用条件等方面存在着复杂性,涉及多个子系统,专业性较强。多数技术人员对余热利用技术产品缺乏系统全面的认知与辨识,在决策时缺乏足够的示范案例作为参考。

 

几点建议

 

  多手段提升余热利用技术的经济性。一是研究设立工业节能技术推广基金、数据中心节能技改专项资金的可行性,对积极探索新节能技术、首次使用新技术的企业予以奖励或补贴,进一步激发其内生动力。二是加大金融支持。丰富绿色金融产品,为采用常规融资手段困难的企业提供“节能贷”、“特许经营权贷”或“合同能源管理未来收益权质押贷款”等创新产品。三是在“国家绿色数据中心”评选中向采用余热利用的企业倾斜。对《国家绿色数据中心先进适用技术产品目录》实施动态更新,将最新的余热利用技术和产品纳入其中。增加余热利用技术在《绿色数据中心评价指标体系》中的得分权重。四是利用数据中心能效专项监察、强制性标准《数据中心能源消耗限额》和节能设计标的制修订等工作,对违规用能企业进行限期整改,倒逼企业依法依规加大节能技术改造力度。

 

  完善标准体系及鼓励技术研发,推动技术成熟。一是制定完备的数据中心余热利用标准体系。尽快建立和完善数据中心余热利用技术的产品质量标准,以及覆盖设计、施工、验收和使用维护全过程的建设标准规范。例如,将周边是否有热用户、与废热处理厂距离、是否便于接入区域供热管道网等有利于开展余热利用的因素,纳入数据中心选址考量条件。在制冷系统上留有余热回收接口,方便日后接入区域供热系统等。二是加大对数据中心余热利用技术的研发。联合数据中心用户、余热利用解决方案提供商和行业协会等成立数据中心余热利用技术工作组。探索成熟的余热利用技术整体解决方案,推动解决数据中心余热利用技术发展中的痛点问题,特别是水源热泵技术的研发与攻关。

 

  持续完善数据中心节能技术推广机制。一是建立余热利用示范推广中心,制定技术推广路线图和实施方案等,向社会宣传节能效果显著、经济适用、技术成熟的优秀典型案例。二是组织开展现场推广活动,搭建节能技术产品供需对接桥梁。邀请施工企业、设备方案及服务提供商、设计院、运营商、绿色金融机构,以及检验检测机构、行业协会、媒体等参与技术推广对接会,展示数据中心行业节能技术创新成果,交流数据中心节能应用经验。

  文章作者:谭力

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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