北京节能环保中心吕天文：未来数据中心不耗能 贡献的GDP才是能耗衡量标准

 北京节能环保中心专家吕天文就《中国绿色数据中心储能研究》发表演讲，以下为演讲实录：

很高兴和大家分享一下数据中心储能方面的应用研究，我是从2002年开始研究数据中心这个行业，一直也没有出去过，所以还算是一直在从事这个领域的研究，也想借着这个机会和大家做一个交流。储能是数据中心最近几年一直在探讨和研究的，里面也存在很多的问题，但也有很多的机会，所以这样也就促成了这样一个能够和大家沟通交流的机会。

我的介绍分为三个部分：整个数据中心的能耗现状、储能技术的演进路线和机构组织的运营状况。

知道能耗的状况才能知道储能解决什么问题。我们调研的是整个数据中心的能耗，大概走访了数百个数据中心，并且也取得了很多数据，然后做出了这样的统计。我们是9月15号统计完毕的，2016年整体上是1100亿千瓦时，而这个数据实际上是只少不多，所以数据中心这个行业的能耗现在已经比较大了。我们在用信息的手段给一些工业类的行业节能的时候，走到现在信息内的细分行业反而是比较耗能，已经占到了整个国民用电的2%左右，而且按照这种趋势发展的话，十年之后会占到整个国民总耗电量的8%，可想而知居民的总用电量占到了多少?已经达到或者超过了整个北京市的总用电量，所以数据中心的能耗现在确实是比较大。

我们在课题上报的时候也给出了一个很重要的建议，因为现在大家都在谈耗能要关停，其实这些都不对，还有一个重要的参考指标，就是每耗费单位能源的时候贡献的是GDP。今年我们还做了另外一个课题，就是给北京市发改委做的，就是北京市“十三五”数据中心的能耗研究，这是五年规划当中第一次把它单独拿出来，所以北京市也非常重视。数据中心确实是很耗能的，要比传统的商业建筑能耗大概会多10倍甚至更高，按照现在单位密度越来越高，单位面积已经是传统的商业建筑的10倍，甚至可以达到20-30倍。花费了同等能耗的时候这个贡献值比整个北京市平均的贡献值高了32%，所以它的能耗是值得的。

我们也发现数据中心是一个系统工程，随着它的发展其实有几组矛盾：

首先是单机柜密度和制冷的矛盾，2000年到2010年这个功率密度可以达到3千瓦左右，但是2010年到2015年的时候可以达到4-6千瓦，现在直接规划达到了6-10千瓦之间不等。我们可以设定为3千瓦，但是按照传统来讲功率密度越来越高，单位能耗值也越来越高。这里有一个重要原因，就是保证它的可靠性和可用性，连续性要得到保障，安全性也要得到保障，产生了大量的热以后要把它带走。其实有一个重要的原则，就是制冷如果越来越贴近热源，并且有效的话就可以把它带走，但如果功率密度越来越高，传统的制冷效果就会受到制约，因此会有一个瓶颈。

其次是数据中心的规模和需求量的矛盾，在中国有一个很有意思的地方，因为我们把中国分成两块：一块是属于政策型市场，就是政府的政策导向，但需求有没有那么大?没有，当地政府就拼命地往这边走，给了企业很多的支持，比如中西部地区。另一块是市场型经济，也就是我们的沿海地带，比如京津冀、长三角、珠三角，这些都是很典型的。中东部是不存在这种矛盾的，但是中西部的矛盾就非常严重，剪刀差就比较大。

再就是新技术应用和标准滞后的矛盾，数据中心在中国发展了二三十年的样子，但尤其是在2008年以后快速发展，导致了整个标准滞后或者严重缺失。现在其实出现了很多新技术，但是这些技术必须通过设计院进行设计，没有标准的话设计院很难在这个上面进行设计，这也是制约了它发展的地方。

我们来看制冷功率和手段之间的关系，因为密度越来越大，我们针对这个密度就要有不同的手段。原来的1.2KW的时候传统风冷就可以了，而且我们可以用电风扇制冷，那个时候用一排电风扇，根本不是专业的机房空调，1.2-2.7KW的时候很多都是这个层级，2.7-7.5KW的时候其实就是现在，基本上是房间级风冷或者水冷，现在这种方式是比较普遍的。随着现在的发展，国家出了很多的超算中心，大家也都知道前一段时间我们还公布了一个，就是超级计算机的五百强国家有206个，美国只有140个左右，我们大幅度地领先第二名。这个超算的密度基本上在18-30之间不等，但是天宫二号单个机柜大概是2米左右，基本上可以达到这个层级，而用传统的风冷空调或者水冷空调，实际上已经很难解决15KW以上的功率。刚才讲过，这样的机柜发热量可以达到30KW，这个时候热量很高。

当然，不是说用风冷不能解决，天宫二号用的其实就是风冷，但它的能耗很高，大部分的能耗被浪费了，就是一个机柜一台空调，形成了一个环状，其实这个比航空发动机的声音还要大很多。风冷虽然也可以，但我们要用制冷方面花费的能量，如果越少，能够解决掉同等的发热量的话当然用这种耗能最少的方案，所以就要提液冷。液冷一种是间接式的，一种是直接式的，但是可以分为向变和非向变。业态式冷却也可以，因为它的使用效率可以是普通风冷的500-2000倍，单个的机柜理论上可以做到200KW，这是很可怕的数据。发热源可以放到里面，因为用的不是水，而是冷却液，里面有几种主要的特性：就是无色、无味、无毒、低温沸腾，还有常温的时候是不冷固，高温的时候不结晶，而且它和介质之间的接触不产生化学反应，或者它的化学反应是可控的。液冷非常易于抓取，这种抓取的效率可以达到70%-80%，只要稍微提升就可以做很多的处理。

未来的数据中心是什么样子的?大家都说数据中心耗能，其实我认为未来的数据中心是不耗能的。所有的电通过电子元器件或者机械设备都会变成热，而我们把热抓取了出来，因为一边是市场型经济，一边是政策型市场，这样也就不存在了，五到十年以后当5G已经铺设完毕，北斗系统也搭建完毕的时候这个问题就解决掉了。因为现在我们国家整个互联网铺设的城市一共只有十几个，中西部城市一个也没有，怎么解决带宽的问题?不要说城市内400G，出口是40G，全部都在这里排队。因为我们和运营商关系非常紧密，经常给他们做课题研究。明年9月份的时候标准的谈判就结束了，明年年底就会试商用，2019年的时候会铺开，但不会大面积地铺开，实际上还是需求型的铺开。只要大家了解一点的话，5G是什么?其实和移动的WiFi没有区别，但是穿透力很差。一个薄薄的铁板就不行了，所以它的衰减很厉害，因为它的频段很高。一个50层的大楼要做申请的话，一层楼一个，也就是说墙外面会是密密麻麻的一片，大家不用担心这样会不会辐射很大，因为衰减得很厉害，只要隔一点东西就可以了。

我们和北斗五院的联系也很紧密，尤其是数据中心有的还真的挺实用的。我们国家很快就会完成组网，现在覆盖的是整个亚洲区，以后组了网以后会提供到全球。覆盖最密集的当然是我们国家的上空，可以很好地解决掉偏远地区的数据传输问题，尤其是卫星特殊的功能短报文，类似于卫星短信，现在可以和短信一样提供这些子集。未来全部组网完毕的话可以提供2000个子集的数据传输，这样承担了数据卫星和导航卫星的两个职责。

我们大致地看一下储能，数据中心的成本构成很大的一块就是制冷，为了保证业务的连续性要把这个降下来，一般情况下工业用电或者商业用电都是有峰谷平的，所以数据中心的储能就是利用晚上低谷的价格，白天的高峰就不用试电了，直接就用储能。比如我们建一个1万平米的数据中心，单机柜是4KW，白天8小时是储能电站，实际上它的占地面积就有点大。可不可以用?可以用，但是要解决占地的问题，还要解决充电再放电整个系统之内耗能的问题，大家有没有想过，我们在做储能的时候，如果我们的效率是100%，那么没问题，但是这个过程当中要有30%左右的能源被浪费掉，虽然这个厂家交的钱少了，提供方也得到了收益，但实际上它是耗费了能源，所以是需要我们去探讨和解决的一个问题。

我们利用峰谷的价差，虽然总电量不变，但是在电费低谷时段用电比较多，如果是一个数据中心，一年的电费就要数千万元，15%的话对用户来讲是有比较大的吸引力。当然，我们也有过一个测算，最好是峰谷价差大于0.7元是可以进行这方面的操作，如果大于1元就更好操作了，没有大于0.7元但是用户可以承担一部分的话也是可以的。

我们来看数据中心储能可行性的分析，我们不改变原有机房供配电的设计结构，因为我们要遵从它的设计标准，也就是50174，使用已经采购的UPS设备和开关电源，原设计是30分钟的后备量，现在没有这么多，一般来说是15分钟左右，也就是多于15分钟的话，经过测试是可以达到我们的要求，所以整体来讲只要峰谷价差达到这个最基础的要求，储能电站是没有问题的。数据中心的储能空间非常巨大，可以达到数百亿的规模，其实这个是很夸张的。刚才我们也提到每年电费的耗电量是1100亿千瓦时，如果说占了1/3的话是多少?

如果这样做的话，我们来看储能运营方案的收益。一般来说，固定资产的收入是在5-10年之内是比较优秀的，10-15年是可接受的，15年以上可能就要考虑其它的了。一般来讲，10-15年属于市政级别的固定资产投资，5-10年是企业级别的投资，按照所有客观的数据给出这样一个推算，IE值设定在10%，这样算下来的话整个投资回收期大概是6年左右。

我们是做数据中心的成熟度和定价的业务，联合工信部的第五研究所做数据中心成熟度的研究，联合ICT  Research做数据中心的规划业务。我们签约了七八个国家级的金融租赁公司，比如建设银行金融租赁公司、河北省金融租赁公司和民生银行金融租赁公司。这是国家能源计量中心航天一起成立的数据中心能效等级验证实验室，也是一个国家级的实体实验室，还有数据中心标准的规范制定。这个国标叫做数据中心基础设施运行维护规范，大概是刚刚上报，明年应该会正式公布实施。现在我们正在联合中国建筑科学研究院一起做绿色数据中心评价标准，储能和新能源的应用都会在这里作为加分项。当然，它们是很小的一部分，数据中心的评价其实非常复杂。

我们的实验室一共是1200平米，位于火箭研究院，也就是航天第一研究院里面。我们做了两块内容：一块是产品的能效等级验证，一块是系统级别的能效等级验证。这是我们联合ICT为企业进行服务，也就是市场级别，除了传统业务之外还有一些项目的可行性研究，每年我们会做10个以上1万平米数据中心的可行性研究，也会辅导企业上市，行业内的大部分企业都是出自我们之手，不能说是全部，60%-70%是比较保守的数字。

以上内容根据会议现场整理，并未经过本人确认