北京節(jié)能環(huán)保中心專(zhuān)家呂天文就《中國(guó)綠色數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能研究》發(fā)表演講，以下為演講實(shí)錄：

很高興和大家分享一下數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能方面的應(yīng)用研究，我是從2002年開(kāi)始研究數(shù)據(jù)中心這個(gè)行業(yè)，一直也沒(méi)有出去過(guò)，所以還算是一直在從事這個(gè)領(lǐng)域的研究，也想借著這個(gè)機(jī)會(huì)和大家做一個(gè)交流。儲(chǔ)能是數(shù)據(jù)中心最近幾年一直在探討和研究的，里面也存在很多的問(wèn)題，但也有很多的機(jī)會(huì)，所以這樣也就促成了這樣一個(gè)能夠和大家溝通交流的機(jī)會(huì)。

我的介紹分為三個(gè)部分：整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能耗現(xiàn)狀、儲(chǔ)能技術(shù)的演進(jìn)路線和機(jī)構(gòu)組織的運(yùn)營(yíng)狀況。

知道能耗的狀況才能知道儲(chǔ)能解決什么問(wèn)題。我們調(diào)研的是整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能耗，大概走訪了數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)中心，并且也取得了很多數(shù)據(jù)，然后做出了這樣的統(tǒng)計(jì)。我們是9月15號(hào)統(tǒng)計(jì)完畢的，2016年整體上是1100億千瓦時(shí)，而這個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)際上是只少不多，所以數(shù)據(jù)中心這個(gè)行業(yè)的能耗現(xiàn)在已經(jīng)比較大了。我們?cè)谟眯畔⒌氖侄谓o一些工業(yè)類(lèi)的行業(yè)節(jié)能的時(shí)候，走到現(xiàn)在信息內(nèi)的細(xì)分行業(yè)反而是比較耗能，已經(jīng)占到了整個(gè)國(guó)民用電的2%左右，而且按照這種趨勢(shì)發(fā)展的話，十年之后會(huì)占到整個(gè)國(guó)民總耗電量的8%，可想而知居民的總用電量占到了多少?已經(jīng)達(dá)到或者超過(guò)了整個(gè)北京市的總用電量，所以數(shù)據(jù)中心的能耗現(xiàn)在確實(shí)是比較大。

我們?cè)谡n題上報(bào)的時(shí)候也給出了一個(gè)很重要的建議，因?yàn)楝F(xiàn)在大家都在談耗能要關(guān)停，其實(shí)這些都不對(duì)，還有一個(gè)重要的參考指標(biāo)，就是每耗費(fèi)單位能源的時(shí)候貢獻(xiàn)的是GDP。今年我們還做了另外一個(gè)課題，就是給北京市發(fā)改委做的，就是北京市“十三五”數(shù)據(jù)中心的能耗研究，這是五年規(guī)劃當(dāng)中第一次把它單獨(dú)拿出來(lái)，所以北京市也非常重視。數(shù)據(jù)中心確實(shí)是很耗能的，要比傳統(tǒng)的商業(yè)建筑能耗大概會(huì)多10倍甚至更高，按照現(xiàn)在單位密度越來(lái)越高，單位面積已經(jīng)是傳統(tǒng)的商業(yè)建筑的10倍，甚至可以達(dá)到20-30倍?；ㄙM(fèi)了同等能耗的時(shí)候這個(gè)貢獻(xiàn)值比整個(gè)北京市平均的貢獻(xiàn)值高了32%，所以它的能耗是值得的。

我們也發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心是一個(gè)系統(tǒng)工程，隨著它的發(fā)展其實(shí)有幾組矛盾：

首先是單機(jī)柜密度和制冷的矛盾，2000年到2010年這個(gè)功率密度可以達(dá)到3千瓦左右，但是2010年到2015年的時(shí)候可以達(dá)到4-6千瓦，現(xiàn)在直接規(guī)劃達(dá)到了6-10千瓦之間不等。我們可以設(shè)定為3千瓦，但是按照傳統(tǒng)來(lái)講功率密度越來(lái)越高，單位能耗值也越來(lái)越高。這里有一個(gè)重要原因，就是保證它的可靠性和可用性，連續(xù)性要得到保障，安全性也要得到保障，產(chǎn)生了大量的熱以后要把它帶走。其實(shí)有一個(gè)重要的原則，就是制冷如果越來(lái)越貼近熱源，并且有效的話就可以把它帶走，但如果功率密度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的制冷效果就會(huì)受到制約，因此會(huì)有一個(gè)瓶頸。

其次是數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和需求量的矛盾，在中國(guó)有一個(gè)很有意思的地方，因?yàn)槲覀儼阎袊?guó)分成兩塊：一塊是屬于政策型市場(chǎng)，就是政府的政策導(dǎo)向，但需求有沒(méi)有那么大?沒(méi)有，當(dāng)?shù)卣推疵赝@邊走，給了企業(yè)很多的支持，比如中西部地區(qū)。另一塊是市場(chǎng)型經(jīng)濟(jì)，也就是我們的沿海地帶，比如京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角，這些都是很典型的。中東部是不存在這種矛盾的，但是中西部的矛盾就非常嚴(yán)重，剪刀差就比較大。

再就是新技術(shù)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)滯后的矛盾，數(shù)據(jù)中心在中國(guó)發(fā)展了二三十年的樣子，但尤其是在2008年以后快速發(fā)展，導(dǎo)致了整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滯后或者嚴(yán)重缺失。現(xiàn)在其實(shí)出現(xiàn)了很多新技術(shù)，但是這些技術(shù)必須通過(guò)設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的話設(shè)計(jì)院很難在這個(gè)上面進(jìn)行設(shè)計(jì)，這也是制約了它發(fā)展的地方。

我們來(lái)看制冷功率和手段之間的關(guān)系，因?yàn)槊芏仍絹?lái)越大，我們針對(duì)這個(gè)密度就要有不同的手段。原來(lái)的1.2KW的時(shí)候傳統(tǒng)風(fēng)冷就可以了，而且我們可以用電風(fēng)扇制冷，那個(gè)時(shí)候用一排電風(fēng)扇，根本不是專(zhuān)業(yè)的機(jī)房空調(diào)，1.2-2.7KW的時(shí)候很多都是這個(gè)層級(jí)，2.7-7.5KW的時(shí)候其實(shí)就是現(xiàn)在，基本上是房間級(jí)風(fēng)冷或者水冷，現(xiàn)在這種方式是比較普遍的。隨著現(xiàn)在的發(fā)展，國(guó)家出了很多的超算中心，大家也都知道前一段時(shí)間我們還公布了一個(gè)，就是超級(jí)計(jì)算機(jī)的五百?gòu)?qiáng)國(guó)家有206個(gè)，美國(guó)只有140個(gè)左右，我們大幅度地領(lǐng)先第二名。這個(gè)超算的密度基本上在18-30之間不等，但是天宮二號(hào)單個(gè)機(jī)柜大概是2米左右，基本上可以達(dá)到這個(gè)層級(jí)，而用傳統(tǒng)的風(fēng)冷空調(diào)或者水冷空調(diào)，實(shí)際上已經(jīng)很難解決15KW以上的功率。剛才講過(guò)，這樣的機(jī)柜發(fā)熱量可以達(dá)到30KW，這個(gè)時(shí)候熱量很高。

當(dāng)然，不是說(shuō)用風(fēng)冷不能解決，天宮二號(hào)用的其實(shí)就是風(fēng)冷，但它的能耗很高，大部分的能耗被浪費(fèi)了，就是一個(gè)機(jī)柜一臺(tái)空調(diào)，形成了一個(gè)環(huán)狀，其實(shí)這個(gè)比航空發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音還要大很多。風(fēng)冷雖然也可以，但我們要用制冷方面花費(fèi)的能量，如果越少，能夠解決掉同等的發(fā)熱量的話當(dāng)然用這種耗能最少的方案，所以就要提液冷。液冷一種是間接式的，一種是直接式的，但是可以分為向變和非向變。業(yè)態(tài)式冷卻也可以，因?yàn)樗氖褂眯士梢允瞧胀L(fēng)冷的500-2000倍，單個(gè)的機(jī)柜理論上可以做到200KW，這是很可怕的數(shù)據(jù)。發(fā)熱源可以放到里面，因?yàn)橛玫牟皇撬抢鋮s液，里面有幾種主要的特性：就是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、低溫沸騰，還有常溫的時(shí)候是不冷固，高溫的時(shí)候不結(jié)晶，而且它和介質(zhì)之間的接觸不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，或者它的化學(xué)反應(yīng)是可控的。液冷非常易于抓取，這種抓取的效率可以達(dá)到70%-80%，只要稍微提升就可以做很多的處理。

未來(lái)的數(shù)據(jù)中心是什么樣子的?大家都說(shuō)數(shù)據(jù)中心耗能，其實(shí)我認(rèn)為未來(lái)的數(shù)據(jù)中心是不耗能的。所有的電通過(guò)電子元器件或者機(jī)械設(shè)備都會(huì)變成熱，而我們把熱抓取了出來(lái)，因?yàn)橐贿吺鞘袌?chǎng)型經(jīng)濟(jì)，一邊是政策型市場(chǎng)，這樣也就不存在了，五到十年以后當(dāng)5G已經(jīng)鋪設(shè)完畢，北斗系統(tǒng)也搭建完畢的時(shí)候這個(gè)問(wèn)題就解決掉了。因?yàn)楝F(xiàn)在我們國(guó)家整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)鋪設(shè)的城市一共只有十幾個(gè)，中西部城市一個(gè)也沒(méi)有，怎么解決帶寬的問(wèn)題?不要說(shuō)城市內(nèi)400G，出口是40G，全部都在這里排隊(duì)。因?yàn)槲覀兒瓦\(yùn)營(yíng)商關(guān)系非常緊密，經(jīng)常給他們做課題研究。明年9月份的時(shí)候標(biāo)準(zhǔn)的談判就結(jié)束了，明年年底就會(huì)試商用，2019年的時(shí)候會(huì)鋪開(kāi)，但不會(huì)大面積地鋪開(kāi)，實(shí)際上還是需求型的鋪開(kāi)。只要大家了解一點(diǎn)的話，5G是什么?其實(shí)和移動(dòng)的WiFi沒(méi)有區(qū)別，但是穿透力很差。一個(gè)薄薄的鐵板就不行了，所以它的衰減很厲害，因?yàn)樗念l段很高。一個(gè)50層的大樓要做申請(qǐng)的話，一層樓一個(gè)，也就是說(shuō)墻外面會(huì)是密密麻麻的一片，大家不用擔(dān)心這樣會(huì)不會(huì)輻射很大，因?yàn)樗p得很厲害，只要隔一點(diǎn)東西就可以了。

我們和北斗五院的聯(lián)系也很緊密，尤其是數(shù)據(jù)中心有的還真的挺實(shí)用的。我們國(guó)家很快就會(huì)完成組網(wǎng)，現(xiàn)在覆蓋的是整個(gè)亞洲區(qū)，以后組了網(wǎng)以后會(huì)提供到全球。覆蓋最密集的當(dāng)然是我們國(guó)家的上空，可以很好地解決掉偏遠(yuǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，尤其是衛(wèi)星特殊的功能短報(bào)文，類(lèi)似于衛(wèi)星短信，現(xiàn)在可以和短信一樣提供這些子集。未來(lái)全部組網(wǎng)完畢的話可以提供2000個(gè)子集的數(shù)據(jù)傳輸，這樣承擔(dān)了數(shù)據(jù)衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星的兩個(gè)職責(zé)。

我們大致地看一下儲(chǔ)能，數(shù)據(jù)中心的成本構(gòu)成很大的一塊就是制冷，為了保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性要把這個(gè)降下來(lái)，一般情況下工業(yè)用電或者商業(yè)用電都是有峰谷平的，所以數(shù)據(jù)中心的儲(chǔ)能就是利用晚上低谷的價(jià)格，白天的高峰就不用試電了，直接就用儲(chǔ)能。比如我們建一個(gè)1萬(wàn)平米的數(shù)據(jù)中心，單機(jī)柜是4KW，白天8小時(shí)是儲(chǔ)能電站，實(shí)際上它的占地面積就有點(diǎn)大?？刹豢梢杂?可以用，但是要解決占地的問(wèn)題，還要解決充電再放電整個(gè)系統(tǒng)之內(nèi)耗能的問(wèn)題，大家有沒(méi)有想過(guò)，我們?cè)谧鰞?chǔ)能的時(shí)候，如果我們的效率是100%，那么沒(méi)問(wèn)題，但是這個(gè)過(guò)程當(dāng)中要有30%左右的能源被浪費(fèi)掉，雖然這個(gè)廠家交的錢(qián)少了，提供方也得到了收益，但實(shí)際上它是耗費(fèi)了能源，所以是需要我們?nèi)ヌ接懞徒鉀Q的一個(gè)問(wèn)題。

我們利用峰谷的價(jià)差，雖然總電量不變，但是在電費(fèi)低谷時(shí)段用電比較多，如果是一個(gè)數(shù)據(jù)中心，一年的電費(fèi)就要數(shù)千萬(wàn)元，15%的話對(duì)用戶來(lái)講是有比較大的吸引力。當(dāng)然，我們也有過(guò)一個(gè)測(cè)算，最好是峰谷價(jià)差大于0.7元是可以進(jìn)行這方面的操作，如果大于1元就更好操作了，沒(méi)有大于0.7元但是用戶可以承擔(dān)一部分的話也是可以的。

我們來(lái)看數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能可行性的分析，我們不改變?cè)袡C(jī)房供配電的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲覀円駨乃脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也就是50174，使用已經(jīng)采購(gòu)的UPS設(shè)備和開(kāi)關(guān)電源，原設(shè)計(jì)是30分鐘的后備量，現(xiàn)在沒(méi)有這么多，一般來(lái)說(shuō)是15分鐘左右，也就是多于15分鐘的話，經(jīng)過(guò)測(cè)試是可以達(dá)到我們的要求，所以整體來(lái)講只要峰谷價(jià)差達(dá)到這個(gè)最基礎(chǔ)的要求，儲(chǔ)能電站是沒(méi)有問(wèn)題的。數(shù)據(jù)中心的儲(chǔ)能空間非常巨大，可以達(dá)到數(shù)百億的規(guī)模，其實(shí)這個(gè)是很夸張的。剛才我們也提到每年電費(fèi)的耗電量是1100億千瓦時(shí)，如果說(shuō)占了1/3的話是多少?

如果這樣做的話，我們來(lái)看儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)方案的收益。一般來(lái)說(shuō)，固定資產(chǎn)的收入是在5-10年之內(nèi)是比較優(yōu)秀的，10-15年是可接受的，15年以上可能就要考慮其它的了。一般來(lái)講，10-15年屬于市政級(jí)別的固定資產(chǎn)投資，5-10年是企業(yè)級(jí)別的投資，按照所有客觀的數(shù)據(jù)給出這樣一個(gè)推算，IE值設(shè)定在10%，這樣算下來(lái)的話整個(gè)投資回收期大概是6年左右。

我們是做數(shù)據(jù)中心的成熟度和定價(jià)的業(yè)務(wù)，聯(lián)合工信部的第五研究所做數(shù)據(jù)中心成熟度的研究，聯(lián)合ICT Research做數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃業(yè)務(wù)。我們簽約了七八個(gè)國(guó)家級(jí)的金融租賃公司，比如建設(shè)銀行金融租賃公司、河北省金融租賃公司和民生銀行金融租賃公司。這是國(guó)家能源計(jì)量中心航天一起成立的數(shù)據(jù)中心能效等級(jí)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室，也是一個(gè)國(guó)家級(jí)的實(shí)體實(shí)驗(yàn)室，還有數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范制定。這個(gè)國(guó)標(biāo)叫做數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行維護(hù)規(guī)范，大概是剛剛上報(bào)，明年應(yīng)該會(huì)正式公布實(shí)施。現(xiàn)在我們正在聯(lián)合中國(guó)建筑科學(xué)研究院一起做綠色數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)能和新能源的應(yīng)用都會(huì)在這里作為加分項(xiàng)。當(dāng)然，它們是很小的一部分，數(shù)據(jù)中心的評(píng)價(jià)其實(shí)非常復(fù)雜。

我們的實(shí)驗(yàn)室一共是1200平米，位于火箭研究院，也就是航天第一研究院里面。我們做了兩塊內(nèi)容：一塊是產(chǎn)品的能效等級(jí)驗(yàn)證，一塊是系統(tǒng)級(jí)別的能效等級(jí)驗(yàn)證。這是我們聯(lián)合ICT為企業(yè)進(jìn)行服務(wù)，也就是市場(chǎng)級(jí)別，除了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)之外還有一些項(xiàng)目的可行性研究，每年我們會(huì)做10個(gè)以上1萬(wàn)平米數(shù)據(jù)中心的可行性研究，也會(huì)輔導(dǎo)企業(yè)上市，行業(yè)內(nèi)的大部分企業(yè)都是出自我們之手，不能說(shuō)是全部，60%-70%是比較保守的數(shù)字。