在以“云、大物、智链”为代表的互联网技术助推数字经济快速发展的同时，将有海量的数据需要被感知、存储、加密、传输、调用、计算和存储。交易。此外，作为数字化基础设施的重要载体，新基建——数据中心的存储、计算和运行的“算力”将不断提升。
但随着“算力”的提升，数据中心的能耗和运营成本也将面临上涨的可能。例如，在发达国家数据中心集约化发展趋势下，2019年我国数据中心数量约为7.4万个，约占全球数据中心总数的23%，数据中心机架规模将达到227万个。有增加的趋势。
因此，如果没有顶层规划在全国范围内集约发展数据中心，以及先进供能技术和节能服务器的大规模应用，在我国经济快速发展的背景下数字经济和新基建，可以预见，数据中心的能源消耗比重将高于全球平均水平，我国数据中心“能耗大户”的帽子难以摘下在短期内。因此，我国乃至全球数据中心的节能减排和降低运营成本都面临着巨大的挑战。
再者，“用什么样的能源及其适配方式来满足数据中心的能源消耗”将成为数据中心乃至数字经济可持续发展面临的重要问题。作为能源互联网的践行者，除了关注“云、大物、智链”等信息技术对能源系统质量和效率的提升外，还需要运用方法论能源互联网视角下，关注未来“云、大物、智链”规模化应用后数据中心“提质增效”的能源问题。作为能量系统的典型形式，数据中心的能源系统也与能源互联网这一能源系统未来业态的发展趋势相得益彰。这样，数据中心能源系统质量和效率的提升也可以用能源互联网的方法论和视角进行解释和优化，旨在使数据中心更健康、更可持续地发展。
可再生能源——数据中心能源供应的必然趋势
能源互联网的一个重要标签是推动可再生能源的规模化利用，而数据中心作为能源消耗大户，在可再生能源利用方面具有主动和被动驱动力。
随着风电、光伏、水电等可再生能源发电技术的成熟和成本的下降，输电渠道和功率预测与控制技术的不断发展，我国电力市场交易机制的不断完善，可再生能源为数据中心供电的技术路线将不断成熟。
从全球范围来看，现有的利用可再生能源为数据中心供电的方式有自建可再生能源发电项目、直接向发电企业购买绿色电力、购买绿色电力证书、电力现货市场交易等方式。 . 然而，我国以煤为主的能源电力结构制约了数据中心可再生能源的使用。据测算，2018年我国数据中心可再生能源供电占数据中心总用电量的比例为22.95%，小于2018年可再生能源用电量占全国总用电量的比重。同一时期。
我国数据中心大多分布在可再生能源占全社会用电量比例较低的省市，如北京、广东、浙江、江苏等地。为提高数据中心清洁能源应用比重，2019年工信部等三部委联合印发《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》，明确提出：鼓励数据中心直接与可再生能源发电企业进行电力交易。购买可再生能源绿色电力证书，提高数据中心清洁能源应用比例。
又如我国贵州近年来“数字经济”的快速发展，与其“凉爽多水”的生态环境和能源资源优势密不可分，为数据中心的布局创造了得天独厚的优越条件. 一是贵州全年气温适中，夏季较为凉爽，可以降低数据中心空调的能耗和成本；二是水资源丰富，水电成本比外省便宜一半以上的优势是大数据和相关企业。开发降低了运营成本。
内蒙古拥有国家省级独立电网——蒙西电网，以及丰富的风能和太阳能资源。其输配电价可在电力市场直接交易。大幅节省数据中心的运营成本。
此外，为吸引数据中心落地，助推数字经济新动能发展，多地还对数据中心用电量进行补贴。根据补贴规则，拟建数据中心用电量可降至0.33元/千瓦时。
然而，数据中心电源的绿色化并不意味着数据中心的低能耗。对于绿色能源的使用，虽然可以降低数据中心服务商的成本，但也有利于绿色数据中心的建设。但从节能的角度来看，数据中心的能耗和能效并没有发生实质性的变化。甚至，对于计算节点而言，由于过度使用绿色能源，还可能导致供能系统的冗余设计以及随之而来的高能耗，降低部分计算节点的可靠性。因此，在保证数据中心最大限度利用绿色能源的同时，供能系统的能效优化和节点的可靠性也是数据中心设计和调度策略必须考虑的因素之一。另一方面，100%可再生能源利用的初期投资和运维成本较大。
因此，可再生能源在数据中心的使用需要考虑多种能源的协同组合，这也是未来可再生能源在数据中心应用的重要挑战；随着配电技术的发展和直流用电设备的成熟，直流数据中心模式将对数据中心的能效产生积极影响，也将有利于数据中心对内外可再生能源的利用。地点。
天然气——数据中心电源的后备补充
能源互联网的定义是以电为核心，整合冷、热、电、气等多种能源，提高系统整体能源效率。那么，数据中心的能源供应要因地制宜，也要以提高能源系统的整体效率为目标。
为了更贴近用户，提高服务质量，以及带宽资源的限制，部分数据中心仍需建设在经济发达地区。但如前所述，经济发达地区往往没有本地可再生能源资源，而经济发达地区的城市相对成熟，往往电力资源紧张，电网增量有限，如粤港澳大湾区、长三角地区、新兴经济带等。因此，需要一些替代能源来缓解数据中心供电紧张的局面。
天然气分布式能源系统综合能源利用率高，系统输出的热电比匹配数据中心终端需求的冷电比负载特性，从而优化设备联合供能系统和数据中心系统的利用率。效率。
事实上，在2017年国家能源局发布的《关于加快推进天然气利用的意见》中，就提出要鼓励在工业园区、交通枢纽、医院和数据中心应用天然气。同时，由于节能环保要求，非居民用天然气价格下降，一批天然气分布式能源与数据中心相结合的项目正在建设或已建成在中国，如北京21世纪互联数据中心和廊坊经济技术开发区数据中心、上海腾讯青浦数据中心、中国联通(5.030, 0.00, 0.00%)德清数据中心和广州超算中心等。其中，
然而，由于气价波动、供气不足、运行设计和系统规划不足，加之对天然气分布式能源系统（如天然气冷热电联供系统， 1m?天然气可折合4~10kwh电，具体需根据热电联产系统的具体形式确定，对热电联产系统的热经济评价有重大影响），实际一些项目的运营效益也受到了一些争议。例如，在数据中心，由于气价波动，规划不合理，导致设备利用率低，系统经济效益不佳。
因此，天然气热电联产系统的设计需要根据数据中心的负荷特点，避免因“大马拉大车”等设计不合理的问题而导致设备利用率低、经济效益差等问题。我国高度依赖国外天然气。从国际天然气市场和南海可燃冰开发情况看，天然气资源和供应仍存在较大不确定性。因此，要因地制宜、因时制宜。结合当地资源禀赋和负荷特点，合理构建以天然气联供和优质电力为基础的数据中心多能互补综合能源系统，实现数据中心高效、低成本的能源供应。和清洁。
产消者视角——构建融合数据中心的综合能源系统
除了能源梯次利用，能源互联网还为能源商业化提供了广阔的舞台。在消耗能量的同时，它还具有供给能量的能力。那么，数据中心是什么样的产消者呢？
对于有条件的地区，数据中心综合能源系统的顶层设计应从“产消者”的角度进行。数据中心可视为具有能源生产和消费双重身份的“产消者”。一方面，作为能源消耗者，数据中心节能降耗的首要任务是降低负载侧的能耗。具体措施包括采用更节能的机架、服务器和运营策略，优化配电系统和空调系统，甚至使用自然或免费冷却源等。
另一方面，作为能源生产者，数据中心也可以提供能源。事实上，数据中心的微处理器、内存、逆变器、主板和风扇的散热温度都在85°C到30°C之间，高性能数据中心的散热强度甚至可以高达/ ㎡，即数据中心的温度 散热产生的废热可占数据中心总功耗的40%以上。因此，从热工的角度来看，余热若能得到有效利用，无疑是一个巨大的低品位热源。
近年来，随着压缩热泵、高效换热（翅片换热器、热管）、相变储能、水能等中低品位热能高效回收利用技术的发展存储、数据中心余热回收成为可能。例如，在一些北欧国家，已经应用热泵技术从数据中心的低品位热源中回收大量余热，用于周边建筑物的供暖、生活热水或游泳池的加热。水。这样一来，在节省建筑供暖成本的同时，还可以降低数据中心的散热量。能源消耗。再比如，根据现有数据中心的规模，我国北方数据中心可回收余热总量约10GW。减排约1000万吨。
但作为“产消者”的数据中心，不仅要考虑自身能效的提升，还要考虑上下游能源的供需，比如上游能源资源功率和价格波动的特点，以及可以使用的能源类型和数量；下游需要考虑负荷类型、波动、能源成本和可靠性、社会和环境效益等，其节能减排措施将变得复杂。但从全局优化的角度来看，产消者视角下的数据中心综合能源系统效率将得到大幅提升，运营成本也将得到优化。同时，能与周围的能源供应和消耗形成良好的互动关系，实现上下游能源系统的节能。减排双赢。
因此，建议在有条件的地区，将数据中心能源系统规划提前纳入园区基础设施综合建设规划或城建供热规划中，统一出台政策。实施的。这不仅有利于提供更好的综合能源和服务，解决数据中心能耗高、能效低的问题，也对促进城市建设投资和发展起到积极作用。
完善评价体系——构建数据中心能源体系的指导原则
作为典型的能源系统，数据中心与能源互联网无异。对更精细、更全面的能源系统进行多目标优化和评估，才是“能源不可能三角”约束下数据中心提质增效的应有之义。
在数据中心综合能源系统综合评价方面，电能利用效率（PUE）、电能利用效率（EEUE）或基础设施效率（DCiE）是数据中心能耗水平的主要评价指标，但它们只停留在热力学水平。从一定规律的角度，目前还没有从熵和?的角度对数据中心能源系统的能源效率进行分析和挖掘。而且PUE衡量的只是IT设备能耗输入与数据中心总输入能耗之间的关系，并不能综合比较数据中心能源系统有效输出与总输入能耗之间的关系。系统。同时数据中心能耗管理，数据中心的PUE评估不考虑数据中心的碳排放，而新制定的CUE标准只考虑碳排放，不涉及数据中心的能效。此外，/Watt或/Watt指标分别评价数据中心单位能耗所提供的性能和效益。
同时，数据中心在兼顾高效、经济运行的同时，应尽量实现绿色运行。这样，不同的属性评价和优化指标之间就会存在权衡问题。例如，数据中心能耗优化目标一般包括：最大化可再生能源利用率、最小化能源成本、最小化碳排放，而这三者之间往往存在一定的关联和矛盾。此外，虽然“数据中心绿色等级认证”从能效、节能技术、绿色管理等维度综合评价数据中心，
此外，经过几十年的发展，我国的数据中心也逐渐形成了数据中心的标准体系。现有数据中心能效的相关标准包括：数据中心能源管理效果评价指南、数据中心能源利用计量与评价规范、云计算数据中心能效评价方法、数据中心能源管理体系实施指南、数据中心能效限值、能效与排放技术要求与评价方法、数据中心制冷与空调设计标准、数据中心资源利用第3部分：电能效要求与测量方法、电信互联网数据中心（IDC）能耗评价方法,
但与数据中心的快速建设和信息通信技术的更新迭代速度相比，数据中心“能效”的标准还相对不足，尤其是数据中心能效的国家和行业标准尚不完善。还比较欠缺，跟不上数据中心IT设备的更新速度。因此，有必要建立和完善数据中心能耗优化评价指标，以及分层次、分气候区域的数据中心能效评价标准。
顶层规划——数据中心提质增效的必要环节
顶层规划既是能源互联网和综合能源体系的必要组成部分，也是新基建数据中心快速发展下提质增效的重要内容。数据中心顶层规划应与能源系统顶层设计统筹考虑。
据统计，与发达国家相比，我国大部分数据中心的资源利用率较低。主要原因可以归结为，为了追求高性能、保证服务质量和可靠性，数据中心通常采用冗余设计和运行策略。因此，无论当前负载如何，大多数服务器都将处于冗余、备用运行状态。再者，再加上国家层面数据中心发展建设不平衡，我国数据中心的资源利用率低下，造成了巨大的资源浪费，同时也会增加支撑绩效数据中心冷却系统和配电设备等设备。因此，
因此，要提高数据中心能源供应的质量和效率，首先要解决数据中心的利用率问题，而提高数据中心利用率的关键是做好全面合理的数据中心规划。
一方面，随着新基建的发展和实施，数据中心建设势必在全国快速启动。因此，有必要做好数据中心建设的顶层规划。在满足市场有效需求的前提下，积极协调合理控制各地数据中心的数量和规模，尽可能优化数据中心可承载的带宽和资源容量，避免数据中心结构性过剩。数据中心和不平衡的业务量尽可能多。问题，确保全国数据中心平均利用率的提高。
另一方面，要做好数据中心“算力”、“能效”、“成本”的同步优化。过去，由于强调“算力”，数据中心的优化往往基于IT负载调度供电系统的优化，即局部单目标优化，很可能降低其他子系统的性能。例如，简单地优化数据中心的计算系统，通常是在支持设备冗余保证的情况下，这无疑会导致冷却设备等配套设施的超大设计，增加运营成本。
其次，数据中心的建设必须协调集中式与分布式并存。随着全国数据服务需求的爆发式增长，尤其是5G和边缘计算技术的发展，数据中心也在从集中式向分布式转变。基于地域分布的数据中心结构布局，可以更好地匹配区域电价的时空差异、不同数据中心计算能力和带宽的差异、服务请求的时延差异等，可以为用户提供提供安全可靠的计算服务。同时，通过数据中心“算力”的合理布局，需求侧响应调度机制的应用，以及未来数据中心“算力”的削峰填谷、互联共享等市场化手段，可以从宏观上有效优化数据。计算中心能耗，提高数据中心能效水平和利用率。
此外，国家电网公司倡导的面向社会服务的“多站一体化”建设运营模式，也为数据中心全生命周期“提质增效”提供了新途径。
多站融合就是将变电站、充换电站、储能站、数据中心等进行融合，实现共建共享、共治共赢。随着分布式电网的建设和发展，变电站的功能将包括储能、电能转换等功能，能量的传输由单向向双向转变。急剧增加。因此，在储能站的基础上，还可以配合数据中心的建设。同时，数据中心不仅可以服务于电网自身的能源分配和控制，还可以作为数字经济的基础设施，实现其他行业的数据服务。
致谢：感谢中国世界贸易组织研究会高级工程师林成真对本文的指导。
节能降耗不仅与工业生产部门和交通运输部门有关。随着城市建筑总量的不断增加和居住舒适度的提高，建筑背后的能源消耗数字也是惊人的。世界三大“能源消费大国”。与推倒重建旧建筑以实现低碳城市目标相比，既有建筑节能改造成为更现实可行的选择。
“过去5-10年，建筑存量市场越来越大，建筑设备的生命周期也到了更新换代的时候。5-10年是维修的关键期，15-20年是关键期。”转型的关键节点。” 江森自控中国区服务与变革管理总经理施文近日接受澎湃新闻采访时表示，现在中国很多建筑都出现老化，故障频发，低碳绿色建筑的国家标准也在不断完善. 既有建筑有机更新与节能改造的投资与回报如何平衡？通过什么手段和技术改造？这是建筑管理者普遍关心的问题。
130多年前，江森自控创始人 发明了电动室内恒温器，催生了庞大的建筑温控产业。时至今日，这家百年老店依旧以老本行为主。不同的是，江森自控的楼宇技术已经覆盖了楼宇的方方面面，从暖通空调、制冷，到楼宇控制、安防、消防等，是智能楼宇技术和解决方案的提供商。
施文分析，既有建筑节能改造存在几大难点。首先，没有基准。既有建筑的能效与使用条件有关。它是设备的整体集成。很难确定能效是否达标。但积极的进展是，近两年，国家相关技术机构正在推动计量和操作的标准化，通过收集数据，推出一些从垂直行业入手的基准。
建筑改造的投资回报率无疑是业主最关心的问题。江森自控的一项市场调研显示，除了企业对建筑能耗问题背后的原因认识不足外，投资过大、项目周期长也是阻碍企业开展节能工作的主要因素之一。装修。
对于以上担忧，施文认为，节能改造首先需要研究和成本；二是不断更新改造方案。除了设备更新，还包括数字化、智能化等概念的引入，投资回报需要较长时间。解决上述问题，需要从政府的角度进行一些政策激励。从供应商的角度来看，需要扩展服务范围以包括能源评估，以实现有序的改造。
目前，我国政府主要通过两种主要方式推动既有建筑节能改造：一是完善绿色建筑评级体系，二是通过相应的财政政策直接刺激企业行动。调查发现，熟悉激励政策的企业更愿意在节能改造上投入更多的资金和精力。
建筑改造并不仅限于在旧建筑上安装互联的数字智能硬件设备。改造完成后，需要同时加强运维管理，对后期运维进行监督，确保实施效果落地。
改造建筑物以提高能源效率不仅仅是一种披着绿色时尚外衣的商业理论，它本身具有相当大的经济可行性。江森自控对美国地标建筑之一的帝国大厦进行节能改造后，这座102层的摩天大楼能耗降低了38.4%，制冷设备的运行减少了33台%，每年平均节省 400 万美元的能源成本。减少的碳排放量相当于纽约市道路上每年减少 20,000 辆汽车。在中国，江森自控还参与了环球金融中心等标志性建筑的节能改造项目。
另一个不容忽视、节能潜力巨大的隐形能源消耗体是数据中心。
日常移动支付、“双十一”网购销售额连年破纪录，海量云数据存储，互联网世界的平稳高速运行离不开数据中心的持续运转。数据中心作为“新基建之基石”，2020年新建扩容将按下快进键。然而，在提供海量数据服务的同时，布满服务器、制冷设备、电气设备的数据中心也消耗了大量的资源。很多能量。据统计，目前数据中心的平均耗电量是大型商业写字楼的百倍以上。
工信部数据显示，2019年，我国在用数据中心机架总数超过226万个，用电量超过1300亿千瓦时，约占全国用电量的2%。整个社会。电力占数据中心运维总成本的一半以上。
史文表示，疫情期间远程办公需求激增，直接刺激了数据中心、服务器等底层资源需求的上升。用户对网络容量和稳定性提出了更高的要求，许多大公司已经开始大规模部署数据中心。建设绿色数据中心，提升整体运营效率，是数字基础设施时代提升数据中心弹性的关键。
数据中心的能效利用率主要通过电源使用效率值（PUE）来体现。PUE值越接近1，数据中心的绿色度越高。2018年全国超大型和大型数据中心平均PUE分别为1.63和1.54，与工信部发布的《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》相差甚远数据中心能耗管理，国家机关事务管理局、国家能源局。，超大型数据中心的PUE要达到1.4以下的目标，还有很长的路要走。
江森自控是最早布局数据中心领域的外资企业之一。施文建议，数据中心的高效运营需要注重全生命周期管理，从建设规划阶段就将运维意识融入其中。江森自控数据中心解决方案从自然降温、专业空调、定制化终端、设施及能效管理、安防消防，到融合AIoT的综合运维平台，打破各类基础设施之间的“孤岛”状态，从而降低数据中心PUE，提高可用性。
