數據中心節能降碳四大挑戰下節能技術一覽
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問題：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的挑戰。
風險：直接導致新建數據中心無法通過能評、無法拿到政府合法批文進行下一步的數據中心建設。
問題：客戶業務復雜性所帶來的技術架構和節能方案的選擇難度增大。
風險：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的高額罰款或被迫整改工作。
問題：外部電力資源利用效率低。
風險：直接導致數據中心的得電率低、出柜率低。
問題：IT設備算力的提高帶來的單機柜功率密度不斷增加。
風險：直接導致數據中心內部熱點難以消除，使得較嚴重的宕機風險不斷增高。
對于數據中心運營者來說，要不斷提升技術能力，充分研究、合理應用系列先進的可落地的節能減排技術，從而最大限度地實現數據中心綠色、低碳、節能的運行，為未來數據中心實現“碳中和”的最終目標打下堅實的基礎。
01 整體節能技術。
● 全預制模塊化數據中心技術
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、綜合布線等子系統預集成于預制模塊內，所有預制模塊在工廠預制、預調測，同步現場站點進行地基土建建設。交付過程，預制功能模塊從工廠運輸到站點現場，無需進行大規模土建，只需要進行簡單吊裝、實現快速建設及部署，相比傳統方式上線時間提前50%。
● 高可靠性和高可用性保障的低PUE整體架構技術
技術方案在高可靠性和高可用性的基礎上實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、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。
02 數據中心電氣節能技術
UPS智能在線模式
UPS智能在線是指在滿足GB/T 7260.3（IEC62040-3）中規定電網輸入條件下，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模式之間實現0ms切換。當電網條件不滿足標準規定的電網輸入條件下，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。
固態變壓器
電力電子變壓器是一種通過電力電子技術實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是通過電力電子器件將電能高頻化，以減小變壓器體積和成本，同時實現了能量的交流直流可控。
電力模塊技術
電力模塊是一種包含變壓器、低壓配電柜、無功補償、UPS及饋線柜、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品，輸入為三相無中線+PE的10kV、50Hz的交流電源，輸出為380V三相四線+PE交流輸出。節省機房占地面積、提升供配電系統效率、安裝省時省力、提升供電系統的整體可靠性。
自備電溫控技術
溫控自備電技術是通過設備內部集成備電功能，從而可以取消動力設備前端集中UPS和電池，簡化溫控動力設備供電鏈路，提高供電效率。在設備內部集成備電功能后，可以完全實現設備內風機、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
供配電系統全功率鏈融合型智能電力模組技術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預制、系統聯調，與現場應用環境解耦，使得現場工程安裝部署工作大大簡化，實現了高質量、高標準的快速交付，具有極簡、快速、可靠、節地、美觀以及節能等多方面技術優勢，支持超高效率的UPS或HVDC產品集成，方便實現供配電系統預防性維護。
03 數據中心制冷節能技術
高溫冷凍水空調技術
高溫冷凍水空調系統由機房內空調末端和機房外部制冷機組組成，機房外部制冷機組分風冷冷凍水系統與水冷冷凍水系統。高溫冷凍水空調通過提升冷凍水溫度，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
氟泵系統代替傳統的壓縮機機械制冷系統進行制冷，可以有效的節能降耗，實現碳排放的減少。搭載氟泵技術的制冷循環系統，在室外低溫的工況時不需要壓縮機壓縮氣態制冷劑以達到所需的冷凝壓力，此時采用氟泵就可克服系統阻力，驅動整個制冷循環。在過渡季節，采用氟泵技術的混合模式提升了冷凝器后的液態制冷劑壓力，從而在相同的電子膨脹閥開度的情況下，提升蒸發壓力，減少壓縮機做功，從而達到節能效果。
多聯空調技術
數據中心領域多聯系統組成：壓縮機、油分、冷凝器、蒸發器、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行并聯連接，保證模塊間冷媒分配均勻，也可采用環網管道將內外機模塊進行連接。制冷模式下，可以根據動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
相變蓄冷是利用材料在不同物態轉換過程中的熱力學狀態變化，實現冷量的存儲與釋放。夜間環境溫度較低，開啟冷水機組機械冷卻模式，同時啟動相變蓄冷（邊供冷邊蓄冷）。白天環境溫度升高，在高峰時段冷水機組關閉，啟動蓄冷模式放冷，達到節能運行的目的。
冷板式液冷技術
冷板式液冷技術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行冷卻。在該技術中，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冷散熱。該技術可有效解決高密度服務器的散熱問題，降低冷卻系統能耗而且降低噪聲。
浸沒式液冷技術
數據中心浸沒式液冷技術根據冷卻液換熱過程中是否發生相變可分為單相浸沒式液冷與兩相浸沒式液。數據中心浸沒式液冷技術的能耗主要來源于促使液體循環的泵和室外冷卻設備。由于浸沒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。
間接蒸發冷卻技術
間接蒸發冷卻技術是指利用干濕球溫度差，通過非接觸式換熱器將直接蒸發冷卻得到的濕空氣冷量傳遞給需要處理的熱空氣從而實現等濕降溫的過程。間接蒸發冷卻系統由單體大冷量的間接蒸發冷設備直接對數據中心進行制冷，其冷量來自于室外低溫空氣；當室外氣溫較高時，通過蒸發噴淋或壓縮機機械制冷輔助，全年運行時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自然冷的無水極致節能氟泵技術
預制式全變頻及全時自然冷技術是以風冷全變頻風冷氟泵精密空調系統為基礎，通過實時的全自動控制實現對室外自然冷源的實時、充分利用，全面滿足數據中心制冷系統的低初投資、低運行成本、運維簡便、高可靠性、快速交付等核心需求。可以跟隨室外氣候環境溫度的變化實現全自動調節，實現最佳匹配節能，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濟運行模式等三種自動切換的運行模式。
AI節能自控技術
數據中心AI節能自控技術，機器學習精準節能，采用AI挖掘和分析更多數據去適應數據中心復雜情況，從而實現穩定控制溫度、消除局部熱點、降低PUE等功能，縮小實際能效與設計能效的 差距，起到輔助優化作用。
相變冷卻技術
相變冷卻技術將無油概念引入到制冷循環系統，實現極致逆卡諾循環，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
污水回收技術
將排污廢水經過超濾、脫鹽等處理，產出符合要求的冷卻水，再進入數據中心內制冷系統循環利用，大幅度提高水資源的循環使用效率。
老舊設備替代
舊設備能耗遠遠高于同類新設備，技術上也不能滿足軟件化、智能化發展需要，技術持續迭代推動的產品更新換代加速，加快數據中心的升級改造，提高整體能效。
熱回收技術
數據中心內大量的電能最終是以服務器發熱的形式損耗掉，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地，即可以幫助整個社會節能減排，還能減少數據中心的能源消耗一舉兩得。
冷卻蒸發水回收
水冷型的數據中心每天都需要蒸發掉大量的水，可考慮進行冷卻蒸發水的回收，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，無須再添加化學藥劑進入水系統中，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廢棄物，加強固體廢物、危險廢物管理，防止其在貯存、處置過程中造成二次污染。
05 其他節能技術
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。
光伏發電
隨著光伏技術發展、以及政府支持清潔能源發展的政策不斷落地，光伏發電的成本在不斷降低。隨著廣泛的運用，帶來的節能減排效果顯而易見。數據中心可以利用屋面、園區空閑面積建立光伏發電站，推動降低數據中心碳排放量。
IT服務器節能減排的技術
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，降低IT設備的能耗，未來IT設備從多個方面進行優化。
量子計算機
量子計算機是一種使用量子邏輯進行通用計算的設備，在已經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于傳統計算機，會以更低的碳排放提供更高的算力。
專有處理器芯片
推出適合于AI和云計算業務的專有處理器芯片，以代替現有的CPU和GPU架構。在云計算市場，使得CPU的核能全部釋放出來用于計算，能釋放更多有效計算性能，有明顯的性能與能耗優勢。解決數據中心多節點服務器互聯效率
問題，提升節點間的通訊效率，降低TCP/IP時延，從而達到降低流量的功耗和成本。
多系統協同
數據中心通過CPU等核心器件定制，服務器系統架構設計，動力環境基礎設施高效化，運營運維智能化，實現數據中心服務器集群，暖通空調系統，供電系統的全系統協同節能降耗。在同等算力情況下，數據中心整體節能可達到達65%。逐步實現數據中心全系統數字化建模，全生命周期智能統籌聯動，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，又稱為碳封存或碳收集及儲存等（簡稱CCS），是指收集從點源污染（如火力發電廠）產生的二氧化碳，將它們運輸至儲存地點并長期與空氣隔離的技術過程。此項技術的主要目的是防止在發電過程中或其他行業使用化石燃料而釋放大量二氧化碳至大氣層，同時是一種潛在手段以減輕因為使用化石燃料時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，結合了碳捕獲和儲存和生物質的使用，能夠創造負碳排放。以生物質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）這個技術能夠攔截二氧化碳釋放到大氣中，并把它重定向到地質儲存地點。
氫燃料電池
利用氫燃料電池代替柴油發電機進行發電的應用，實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行現場供電。
文章來源：CDCC《零碳中國·數據中心》
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