如何在高速發(fā)展的同時，實現(xiàn)碳中和目標，是數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)需要思考的問題。
真正的碳中和——清潔能源
即使不考慮疫情帶來的加速作用，全球范圍內(nèi)的數(shù)字化進程已經(jīng)勢不可擋，我國亦是如此。新基建、數(shù)字經(jīng)濟等，已成為未來很長階段內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展主動力。數(shù)據(jù)中心作為新基建的重點項目、數(shù)字經(jīng)濟的基礎設施，受到了從政府到行業(yè)的全面重視。
近年來，國家大力提倡數(shù)字新基建，并且提出了“全國一體化大數(shù)據(jù)中心”的構(gòu)想，推進打造“東數(shù)西算”的數(shù)據(jù)中心建設格局。
根據(jù)科智咨詢發(fā)布的《2020-2021 年中國 IDC 行業(yè)發(fā)展研究報告》顯示，受新基建政策和國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略利好帶動，2020年中國IDC行業(yè)快速發(fā)展，中國IDC業(yè)務市場總體規(guī)模達到2238.7億元，同比增長43.3%。
數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心規(guī)模、數(shù)量的日益增長，也注定數(shù)據(jù)中心的能耗也必將水漲船高。特別是在云計算、大型互聯(lián)網(wǎng)應用興起的今天，數(shù)據(jù)中心的用電結(jié)構(gòu)和用電模式已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。
對于云計算與大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)來說，數(shù)據(jù)中心不再是簡單的IT承載設備，已經(jīng)全面融入互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務體系中。因此，數(shù)據(jù)中心的高效利用，也成為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)控制成本的重要手段。特別在運營階段，做到滿負荷運轉(zhuǎn)是大企成本追求的極致。同時，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)更傾向于使用高密機架，單機柜功率往往在10kw甚至更高，是傳統(tǒng)機柜的數(shù)倍。
因此，為云計算和大型互聯(lián)網(wǎng)應用服務的數(shù)據(jù)中心耗電更加巨大。同時，因為各種節(jié)能技術(shù)的應用，這些數(shù)據(jù)中心的PUE值往往得到了較好的控制，極致情況下達到1.1都有可能。因此帶來的一個問題是通過節(jié)能、提升能效等方式減排相對于整體的發(fā)展趨勢來說，能減少的碳排放無異于杯水車薪。數(shù)據(jù)中心碳中和，必須尋找更加根本的解決方案。
要根本解決問題，就要探尋問題的本質(zhì)。與鋼鐵、制造業(yè)等不同，數(shù)據(jù)中心碳排放的來源十分單一，除了建造階段產(chǎn)生的碳排放和垃圾外，數(shù)據(jù)中心整個運營期間消耗的原料就只有電力。從某種角度講，數(shù)據(jù)中心的本質(zhì)就是將電力轉(zhuǎn)化為算力，因此，數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)碳中和也有獨有的捷徑——全面使用清潔能源。
對此，國家在政策方向上也多有引導。6月20日，國家能源局綜合司正式下發(fā)《關于報送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》，擬在全國組織開展整縣（市、 區(qū)）推進屋頂分布式光伏開發(fā)試點工作。數(shù)據(jù)中心作為一類耗電的大型建筑，十分適合使用分布式光伏發(fā)電來進行部分清潔能源替代。
不過，清潔能源替代，對數(shù)據(jù)中心來說并不是一項簡單的工作。一方面，清潔能源供給目前并不算穩(wěn)定，使用清潔能源的數(shù)據(jù)中心必須考量如何確保數(shù)據(jù)中心運營的可靠性。另一方，同樣出于可靠性考慮，數(shù)據(jù)中心往往配備有規(guī)模龐大的柴發(fā)設備，清潔能源又如何取代柴發(fā)的后備作用一樣是個難題。
這兩個問題的答案其實也很一致，就是“鋰電化”。
“鋰電池”有多適合數(shù)據(jù)中心
為什么數(shù)據(jù)中心作清潔能源替代一定要使用鋰離子電池（本文簡稱“鋰電池”）？首先要從鋰電池與傳統(tǒng)主流的鉛酸蓄電池區(qū)別說起。
首先從能量密度與占地面積看，鋰電池顯著優(yōu)于鉛酸電池。根據(jù)測算，同等容量下的鋰電池，其體積、重量只有鉛酸電池的1/3。數(shù)據(jù)中心出于穩(wěn)定供電考慮，往往會配置2N甚至更高標準的UPS及電池室。在這種情況下，使用鋰電池將比鉛酸電池節(jié)省大概一半的占地面積——對于寸土寸金的數(shù)據(jù)中心機房來說，這將是很大的一筆成本節(jié)約。
其次，鋰電池的使用壽命遠超鉛酸電池。一般的鉛酸電池極限壽命在6-8年左右，循環(huán)次數(shù)多為500-800次。而在數(shù)據(jù)中心嚴苛的使用條件和標準下，真正的報廢時限往往縮減到3-5年。而鋰電池普遍使用壽命在10年左右，循環(huán)次數(shù)可達數(shù)千次。即使以數(shù)據(jù)中心的嚴格標準要求，服役壽命也可以達到8年，甚至達到和數(shù)據(jù)中心以及配套UPS系統(tǒng)同等壽命。
最后是使用環(huán)境更寬泛。鋰電池的工作環(huán)境比鉛酸電池更廣泛，可以在30℃左右的環(huán)境下正常工作，同時也降低了運維管理的難度。
這些優(yōu)勢不僅讓鋰電池比鉛酸電池更加適合目前數(shù)據(jù)中心的技術(shù)需求，還能夠為數(shù)據(jù)中心帶來進一步的好處——增加數(shù)據(jù)中心清潔能源替代的可行性。
能量密度大、循環(huán)次數(shù)多的特性，使得鋰電池具備了常年“充電-放電”循環(huán)的可能性。當數(shù)據(jù)中心使用清潔能源，特別是就近使用風、光等具有波動性的綠色電力時，可以通過鋰電池在電網(wǎng)供電能力強的時候存儲電力，在供電能力下降時釋放出來供給給數(shù)據(jù)中心使用，從而保證了清潔能源供給的穩(wěn)定性。這一功能，在鉛酸電池的體系下，幾乎是不可能完成的任務。
這一特性，也常常被用作數(shù)據(jù)中心企業(yè)平衡“峰谷電價”之用——在電網(wǎng)用電低谷期、階梯電價較低的時段用鋰電池蓄電。在用電高峰期、階梯電價較高的時段通過鋰電池放電減少電網(wǎng)直供電量，進而降低用電成本。
鋰電普及還待行業(yè)發(fā)力
雖然有如上種種好處，但鋰電池在數(shù)據(jù)中心行業(yè)的普及度卻并不如預想。根據(jù)Frost & Sullivan發(fā)布的《全球數(shù)據(jù)中心鋰離子電池分析報告》顯示，2020年，鋰離子電池占全球數(shù)據(jù)中心電池市場的份額僅為15%。預計需要到2025年，這一比例才能顯著上升至38.5%。
目前來講，影響鋰電池在數(shù)據(jù)中心應用的主要因素有兩個：成本與安全。
成本上，鋰離子電池通常比鉛酸電池貴1.3到2倍，不過這一情況正在好轉(zhuǎn)。Frost & Sullivan預計，鋰離子電池價格可能會穩(wěn)步下降，到2028年，電池價格將低于$100/kWh。這一趨勢將抵消對初始成本的擔憂。此外，鋰電池的高密度、低體積、長壽命、易運維等特性，也大幅降低了全生命周期的使用成本，抵消了初始成本投入。
另一個阻礙就是用戶對鋰電池安全性的擔憂。由于電動汽車、電動自行車、儲能站對鋰電池的大規(guī)模應用，也讓鋰電池熱失控引起的起火甚至爆炸新聞屢見報端，讓大眾甚至行業(yè)人士都對鋰電池的安全性持懷疑態(tài)度。
毋庸置疑，目前來講，鋰電池的安全事故確實頻發(fā)。不過從根源看，鋰電池安全問題更是一個系統(tǒng)性的問題。謹慎選擇鋰電池種類，購買優(yōu)質(zhì)的鋰電池產(chǎn)品，并且在UPS設計、電池管理、日常運維等方面協(xié)同發(fā)力，就可以很好地解決鋰電池安全問題。
“鋰進鉛退”進行時
雖然在生產(chǎn)過程、報廢處理等方面還是受到了一些環(huán)保方面的質(zhì)疑，但數(shù)據(jù)中心行業(yè)要實現(xiàn)綠色能源的應用和普及，實現(xiàn)真正的碳中和，最終還是需要鋰電池體系的支撐。產(chǎn)業(yè)內(nèi)有遠見的引領企業(yè)也一直在做相關的探索。
2020年底，谷歌宣布在比利時的超大數(shù)據(jù)中心安裝首個基于鋰電池的電力系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的策略不僅僅是簡單的取代鉛酸電池，還將用于取代傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機，徹底實現(xiàn)清潔能源的替代。谷歌宣布，這是其走向零碳數(shù)據(jù)中心的第一步。
在國內(nèi)，華為則一直在鋰電UPS領域進行著耕耘，并且更加重視通過自身技術(shù)能力夯實“數(shù)字底座”，研發(fā)更適合新基建、碳中和時代需求的產(chǎn)品并且賦能行業(yè)，來實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)的進步。
據(jù)華為方面透露，目前華為在國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心UPS業(yè)務中，客戶選用智能鋰電UPS的比例已經(jīng)高達30%，遠超市場15%的占比。
華為智能鋰電UPS（SmartLi UPS）以鋰電特性為核心進行全面設計，為目前業(yè)界最高密度UPS，充分發(fā)揮鋰電池的高密度、低體積的優(yōu)勢。采用華為智能鋰電UPS的數(shù)據(jù)中心，相比同功率但采用鉛酸電池UPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心可提高10%的出柜率。
在安全方面，華為智能鋰電UPS在材料上采用最穩(wěn)定、安全的磷酸鐵鋰電芯，確保熱失控的情況下不起火，不產(chǎn)生氧氣。并自帶完整的三級iBMS管理單元和多重保護單元，電池模塊冗余設計進一步提升可用性。此外，搭載智能化特性iPower，基于AI大數(shù)據(jù)分析，可預測風扇，電容和開關壽命，輕載下預測母排溫度，變被動告警為AI預測性維護，可有效規(guī)避熱失控發(fā)生。
在可用性方面，華為智能鋰電UPS采用了鋰電智能均壓技術(shù)，新舊電池可以混用，支持分期部署，降低成本的同時增加了部署靈活性。同時在柜內(nèi)實現(xiàn)N+1的可靠容錯，增加了UPS整體的可靠性。
今年4月，華為智能鋰電UPS憑借業(yè)界超高可靠性、超高功率密度、超高效率、超強智能特性，榮獲InteropTokyo 2021特別獎。
相信隨著華為等領跑者企業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新和努力探索，鋰電UPS及鋰電池將迅速普及到數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)中，惠及互聯(lián)網(wǎng)基礎設施。隨著“鋰進鉛退”進程的加速，數(shù)據(jù)中心清潔能源替代也將進入加速期，助力數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)碳中和的早日實現(xiàn)，為我國碳達峰碳中和目標實現(xiàn)作出積極貢獻。
本文轉(zhuǎn)載自 IDC圈
