基于 "双碳目标"简析数据中心电气节能减排策略

基于 "双碳目标"简析数据中心电气节能减排策略

曾旭聪

东莞深证通信息技术有限公司  广东东莞 523682

摘要：在互联网技术不断升级优化的背景下，数据资源的数量也越来越多，而其中囊括的信息内容也得到了各方的高度重视。也正因如此，我国的数据中心发展速度得以提升。数据中心中涵盖了大量的数据信息，其中不乏巨大商业价值、研究价值的信息内容，鉴于此就应保证数据中心运用的安全性和可靠性。为确保数据中心电能供应的稳定性，应拟定、选用可靠性强、安全性高的供电方案，低压配电系统是数据中心中最为常见的配电办法。

关键词：双碳目标；数据中心；电气节能

1 数据中心节能降碳技术概述

为从源头上杜绝能源资源浪费，在数据中心方案设计阶段，应从数据中心建设整体规划角度考虑，主要通过应用自然冷源降低项目能耗，选用高密度、高能效主设备；采用液冷先进、热源快速冷却等措施；对不同方案进行技术经济测算比较，最终确定绿色、集约、经济适用的设计方案。从目前数据中心发展现状看，数据中心节能降碳技术发展趋势主要包括自然冷源利用、液冷技术应用、运营维护和模块化等。

1.1 数据中心自然冷源利用

数据中心为维持室内恒定的温湿度，消耗了巨额的电能资源，自然冷源的充分应用能够起到节能降碳的效果。目前，数据中心利用自然冷源方法主要有间接冷却和直接冷却两种。在气候适宜的地区，数据中心建设采用自然冷源，降低使用传统压缩机空调的时间，不仅实现高效散热降温，还大幅降低制冷能耗水平，从而减少由排放引起的大气污染。数据中心自然冷源利用已经得到了世界上各个国家和业内的普遍认可和实践，取得了优良的效果。

1.2 数据中心液冷技术应用

随着设备的不断增加，服务器越发的密集，研究发现传统风冷降温已经开始不能满足冷却需求，这个时候液冷技术得以发挥出自己的优势。所谓液冷技术，就是直接将液体冷却系统导入服务器内部散热，或者把服务器等需要散热的设备直接放入冷却液中，IT设备散热通过液冷方式传递给水循环，再通过室外冷却塔将热量散发到室外空气中。

Research And Markets数据显示，到2023年，全球液冷数据中心市场规模将达45.5亿美元，年复合增长率将达27.7%。国内外主流厂商都在推进液冷技术研究，除了美国的部分公司外，国内以曙光数创、阿里巴巴为代表的厂商也已经推出了系列液冷产品。

1.3 数据中心模块化

为了应对云计算、虚拟化、集中化、高密化等服务器发展的趋势，数据中心引入了模块化设计理念，最大程度地降低基础设施对数据中心环境耦合。模块化数据中心(MDC)相比传统数据中心集成度更高，各系统匹配运行更高效。模块化数据中心带来了高效快捷的可管理性，便捷的容量扩展可以随时解决数据中心的容量需求。模块化数据中心主要包括了一系列采用模块化设计的基础设施设备，如空调系统、UPS电源和电池、安全系统、供电单元、模块机架、安防系统等，通过相关模块的匹配组合形成一个完整的数据中心。模块化数据中心支持即插即用，数据中心只要10余周即可完成从设计到部署。与传统的数据中心项目进行比较，模块化数据中心所占面积最多可减少50%，相应节约30%的成本。

2 对数据中心电气系统节能设计的总结和展望

2.1 对数据中心电气系统节能设计的总结

绿色数据中心机房创建属于系统工程，随着大数据、云计算等高新技术的不断发展，机房工程建设速度也得到了明显提升，而这也对机房绿色节能设计提出了更高的要求，基于此，在未来节能设计发展中，选择节能材料、应用节能设备、优化IT运维系统等领域，都会有更多的创新技术涌现出来。

2.2 对数据中心电气系统节能设计的展望

结合现状来看，现代化信息技术的发展速度不断提升，这也预示着各类网络设备功耗也会不断增大，由此可知数据中心的能源消耗也会逐渐增多。就实际情况来看，当下电气系统节能设计仅能满足当下需求，存在无法适应未来高耗能的问题，鉴于此，在建设数据中心时，就应将能耗作为重要思考因素，提高对制冷系统、配电系统耗能较大问题的重视力度，通过对其电气系统的优化，提高数据中心节能设计的效果。

为了进一步强化数据中心的能耗水准，创建绿色低碳的数据中心，未来数据中心节能研究可以从以下几个角度入手：

①以我国丰富的可再生资源为基础，分析如何将可再生资源视为稳定可靠的能源，将其运用到数据中心耗能中。

②在数据中心运行使用过程中，分析如何科学地对数据中IT系统制冷需求进行预测，结合预测结果对制冷系统进行反馈监控，并科学把控其制冷系统的输出冷量。

③在液冷技术的不断发展下，全浸没液冷技术将成为数据中心制冷的全新技术，故而也应从该项技术角度进行分析探究。

2.3 高效供电技术

通常来讲，数据中心采用UPS+后备电池方案来解决IT设备的供电安全和电能质量问题。伴随着社会各界对数据中心能效和可用性的要求也越来越高，原有方案所固有的能效水平低和适用性差等缺陷逐渐凸显，而HVDC供电系统在数据中心领域的兴起为优化供电架构提供了新的思路。

传统高压直流供电系统主要是由外部电网10k V市电须经过中压配电柜、变压器、低压配电柜、HVDC、列头柜进而进入数据中心使用。目前，已有基础设施厂商研发了10k V转240V/336V直流供电系统，该系统实现了集成化部署和配置，高压市电经过10k V转240V/336V直流供电系统，输出后直接可为数据中心服务器供电，其在投资成本、空间占用、功率损耗方面具备优势。

新型UPS智能调控“三工况”的应用迎来全新发展。UPS通过对与输入电网和输出负载质量相关的主要参数进行实时功率跟踪，并引入AI智能算法，对一段时间以来电网和负载的历史数据进行主动学习和分析。UPS能够准确区分不同类型的干扰（电网故障，负载故障，冲击性负载接入）和下游设备类型（包括服务器、变压器、STS或机械负载），来决定激活VFI（整流+逆变双变换），VI（逆变+旁通动态在线），VFD（旁路）三种模式中最佳的运行模式，并做到自适应无缝切换，平均效率98.5%。

2.4制冷节能技术—氟泵空调

所谓“自然冷却”，是指当室外温度低于机房内（回风）温度时，通过某些换热技术或设备，把热量传递到室外环境，通过减少制冷系统压缩机的使用来降低制冷系统能耗。机房空调行业在室外环境温度较低的“自然冷却技术”能够有效降低数据中心项目PUE，例如“氟泵自然冷却”技术产品已经成熟并得到市场验证。近年来氟泵空调在北方地区逐步推广，其带来的PUE降低效果明显。所谓的氟泵双循环空调系统，是采用智能双循环设计，能够在冬季或春秋过渡季（室外温度较低）时，采用氟泵对制冷剂进行室外循环换热，在制冷季时，再采用压缩机进行循环换热；上述智能双循环系统能够尽量降低压缩机开启时间，产生节能降碳效果，也称之为智能双循环氟泵节能空调，依据其特点，简称为“氟泵空调”，在同一台制冷机组中可实现压缩机制冷、氟泵系统制冷、压缩机和氟泵混合制冷以及重力热管制冷四套循环系统，同时可实现间接蒸发功能，进一步降低PUE。

4 结语

在大数据产业发展速度不断加快的当下，数据中心发展的速度也有着极大地提升，数据中心中包含着大量的数据资料，这也对配电系统的安全性提出了更高的要求。低压配电系统作为数据中心安全平稳运行的重要前提，应经由系统、全面、科学的设计以及严谨的调试，全面提升其运行稳定性，以此确保可以达成低压配电系统建设的目标，为数据中心安全平稳运行打下坚实基础。

参考文献

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