北京節(jié)能環(huán)保中心專家呂天文就《中國綠色數(shù)據(jù)中心儲能研究》發(fā)表演講，以下為演講實錄：

很高興和大家分享一下數(shù)據(jù)中心儲能方面的應用研究，我是從2002年開始研究數(shù)據(jù)中心這個行業(yè)，一直也沒有出去過，所以還算是一直在從事這個領域的研究，也想借著這個機會和大家做一個交流。儲能是數(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題，但也有很多的機會，所以這樣也就促成了這樣一個能夠和大家溝通交流的機會。

我的介紹分為三個部分：整個數(shù)據(jù)中心的能耗現(xiàn)狀、儲能技術的演進路線和機構組織的運營狀況。

知道能耗的狀況才能知道儲能解決什么問題。我們調(diào)研的是整個數(shù)據(jù)中心的能耗，大概走訪了數(shù)百個數(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。我們是9月15號統(tǒng)計完畢的，2016年整體上是1100億千瓦時，而這個數(shù)據(jù)實際上是只少不多，所以數(shù)據(jù)中心這個行業(yè)的能耗現(xiàn)在已經(jīng)比較大了。我們在用信息的手段給一些工業(yè)類的行業(yè)節(jié)能的時候，走到現(xiàn)在信息內(nèi)的細分行業(yè)反而是比較耗能，已經(jīng)占到了整個國民用電的2%左右，而且按照這種趨勢發(fā)展的話，十年之后會占到整個國民總耗電量的8%，可想而知居民的總用電量占到了多少?已經(jīng)達到或者超過了整個北京市的總用電量，所以數(shù)據(jù)中心的能耗現(xiàn)在確實是比較大。

我們在課題上報的時候也給出了一個很重要的建議，因為現(xiàn)在大家都在談耗能要關停，其實這些都不對，還有一個重要的參考指標，就是每耗費單位能源的時候貢獻的是GDP。今年我們還做了另外一個課題，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)劃當中第一次把它單獨拿出來，所以北京市也非常重視。數(shù)據(jù)中心確實是很耗能的，要比傳統(tǒng)的商業(yè)建筑能耗大概會多10倍甚至更高，按照現(xiàn)在單位密度越來越高，單位面積已經(jīng)是傳統(tǒng)的商業(yè)建筑的10倍，甚至可以達到20-30倍?；ㄙM了同等能耗的時候這個貢獻值比整個北京市平均的貢獻值高了32%，所以它的能耗是值得的。

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

首先是單機柜密度和制冷的矛盾，2000年到2010年這個功率密度可以達到3千瓦左右，但是2010年到2015年的時候可以達到4-6千瓦，現(xiàn)在直接規(guī)劃達到了6-10千瓦之間不等。我們可以設定為3千瓦，但是按照傳統(tǒng)來講功率密度越來越高，單位能耗值也越來越高。這里有一個重要原因，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。其實有一個重要的原則，就是制冷如果越來越貼近熱源，并且有效的話就可以把它帶走，但如果功率密度越來越高，傳統(tǒng)的制冷效果就會受到制約，因此會有一個瓶頸。

其次是數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和需求量的矛盾，在中國有一個很有意思的地方，因為我們把中國分成兩塊：一塊是屬于政策型市場，就是政府的政策導向，但需求有沒有那么大?沒有，當?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)。另一塊是市場型經(jīng)濟，也就是我們的沿海地帶，比如京津冀、長三角、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重，剪刀差就比較大。

再就是新技術應用和標準滯后的矛盾，數(shù)據(jù)中心在中國發(fā)展了二三十年的樣子，但尤其是在2008年以后快速發(fā)展，導致了整個標準滯后或者嚴重缺失?，F(xiàn)在其實出現(xiàn)了很多新技術，但是這些技術必須通過設計院進行設計，沒有標準的話設計院很難在這個上面進行設計，這也是制約了它發(fā)展的地方。

我們來看制冷功率和手段之間的關系，因為密度越來越大，我們針對這個密度就要有不同的手段。原來的1.2KW的時候傳統(tǒng)風冷就可以了，而且我們可以用電風扇制冷，那個時候用一排電風扇，根本不是專業(yè)的機房空調(diào)，1.2-2.7KW的時候很多都是這個層級，2.7-7.5KW的時候其實就是現(xiàn)在，基本上是房間級風冷或者水冷，現(xiàn)在這種方式是比較普遍的。隨著現(xiàn)在的發(fā)展，國家出了很多的超算中心，大家也都知道前一段時間我們還公布了一個，就是超級計算機的五百強國家有206個，美國只有140個左右，我們大幅度地領先第二名。這個超算的密度基本上在18-30之間不等，但是天宮二號單個機柜大概是2米左右，基本上可以達到這個層級，而用傳統(tǒng)的風冷空調(diào)或者水冷空調(diào)，實際上已經(jīng)很難解決15KW以上的功率。剛才講過，這樣的機柜發(fā)熱量可以達到30KW，這個時候熱量很高。

當然，不是說用風冷不能解決，天宮二號用的其實就是風冷，但它的能耗很高，大部分的能耗被浪費了，就是一個機柜一臺空調(diào)，形成了一個環(huán)狀，其實這個比航空發(fā)動機的聲音還要大很多。風冷雖然也可以，但我們要用制冷方面花費的能量，如果越少，能夠解決掉同等的發(fā)熱量的話當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，因為它的使用效率可以是普通風冷的500-2000倍，單個的機柜理論上可以做到200KW，這是很可怕的數(shù)據(jù)。發(fā)熱源可以放到里面，因為用的不是水，而是冷卻液，里面有幾種主要的特性：就是無色、無味、無毒、低溫沸騰，還有常溫的時候是不冷固，高溫的時候不結晶，而且它和介質(zhì)之間的接觸不產(chǎn)生化學反應，或者它的化學反應是可控的。液冷非常易于抓取，這種抓取的效率可以達到70%-80%，只要稍微提升就可以做很多的處理。

未來的數(shù)據(jù)中心是什么樣子的?大家都說數(shù)據(jù)中心耗能，其實我認為未來的數(shù)據(jù)中心是不耗能的。所有的電通過電子元器件或者機械設備都會變成熱，而我們把熱抓取了出來，因為一邊是市場型經(jīng)濟，一邊是政策型市場，這樣也就不存在了，五到十年以后當5G已經(jīng)鋪設完畢，北斗系統(tǒng)也搭建完畢的時候這個問題就解決掉了。因為現(xiàn)在我們國家整個互聯(lián)網(wǎng)鋪設的城市一共只有十幾個，中西部城市一個也沒有，怎么解決帶寬的問題?不要說城市內(nèi)400G，出口是40G，全部都在這里排隊。因為我們和運營商關系非常緊密，經(jīng)常給他們做課題研究。明年9月份的時候標準的談判就結束了，明年年底就會試商用，2019年的時候會鋪開，但不會大面積地鋪開，實際上還是需求型的鋪開。只要大家了解一點的話，5G是什么?其實和移動的WiFi沒有區(qū)別，但是穿透力很差。一個薄薄的鐵板就不行了，所以它的衰減很厲害，因為它的頻段很高。一個50層的大樓要做申請的話，一層樓一個，也就是說墻外面會是密密麻麻的一片，大家不用擔心這樣會不會輻射很大，因為衰減得很厲害，只要隔一點東西就可以了。

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用的。我們國家很快就會完成組網(wǎng)，現(xiàn)在覆蓋的是整個亞洲區(qū)，以后組了網(wǎng)以后會提供到全球。覆蓋最密集的當然是我們國家的上空，可以很好地解決掉偏遠地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸問題，尤其是衛(wèi)星特殊的功能短報文，類似于衛(wèi)星短信，現(xiàn)在可以和短信一樣提供這些子集。未來全部組網(wǎng)完畢的話可以提供2000個子集的數(shù)據(jù)傳輸，這樣承擔了數(shù)據(jù)衛(wèi)星和導航衛(wèi)星的兩個職責。

我們大致地看一下儲能，數(shù)據(jù)中心的成本構成很大的一塊就是制冷，為了保證業(yè)務的連續(xù)性要把這個降下來，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)中心的儲能就是利用晚上低谷的價格，白天的高峰就不用試電了，直接就用儲能。比如我們建一個1萬平米的數(shù)據(jù)中心，單機柜是4KW，白天8小時是儲能電站，實際上它的占地面積就有點大?？刹豢梢杂?可以用，但是要解決占地的問題，還要解決充電再放電整個系統(tǒng)之內(nèi)耗能的問題，大家有沒有想過，我們在做儲能的時候，如果我們的效率是100%，那么沒問題，但是這個過程當中要有30%左右的能源被浪費掉，雖然這個廠家交的錢少了，提供方也得到了收益，但實際上它是耗費了能源，所以是需要我們?nèi)ヌ接懞徒鉀Q的一個問題。

我們利用峰谷的價差，雖然總電量不變，但是在電費低谷時段用電比較多，如果是一個數(shù)據(jù)中心，一年的電費就要數(shù)千萬元，15%的話對用戶來講是有比較大的吸引力。當然，我們也有過一個測算，最好是峰谷價差大于0.7元是可以進行這方面的操作，如果大于1元就更好操作了，沒有大于0.7元但是用戶可以承擔一部分的話也是可以的。

我們來看數(shù)據(jù)中心儲能可行性的分析，我們不改變原有機房供配電的設計結構，因為我們要遵從它的設計標準，也就是50174，使用已經(jīng)采購的UPS設備和開關電源，原設計是30分鐘的后備量，現(xiàn)在沒有這么多，一般來說是15分鐘左右，也就是多于15分鐘的話，經(jīng)過測試是可以達到我們的要求，所以整體來講只要峰谷價差達到這個最基礎的要求，儲能電站是沒有問題的。數(shù)據(jù)中心的儲能空間非常巨大，可以達到數(shù)百億的規(guī)模，其實這個是很夸張的。剛才我們也提到每年電費的耗電量是1100億千瓦時，如果說占了1/3的話是多少?

如果這樣做的話，我們來看儲能運營方案的收益。一般來說，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。一般來講，10-15年屬于市政級別的固定資產(chǎn)投資，5-10年是企業(yè)級別的投資，按照所有客觀的數(shù)據(jù)給出這樣一個推算，IE值設定在10%，這樣算下來的話整個投資回收期大概是6年左右。

我們是做數(shù)據(jù)中心的成熟度和定價的業(yè)務，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。我們簽約了七八個國家級的金融租賃公司，比如建設銀行金融租賃公司、河北省金融租賃公司和民生銀行金融租賃公司。這是國家能源計量中心航天一起成立的數(shù)據(jù)中心能效等級驗證實驗室，也是一個國家級的實體實驗室，還有數(shù)據(jù)中心標準的規(guī)范制定。這個國標叫做數(shù)據(jù)中心基礎設施運行維護規(guī)范，大概是剛剛上報，明年應該會正式公布實施?，F(xiàn)在我們正在聯(lián)合中國建筑科學研究院一起做綠色數(shù)據(jù)中心評價標準，儲能和新能源的應用都會在這里作為加分項。當然，它們是很小的一部分，數(shù)據(jù)中心的評價其實非常復雜。

我們的實驗室一共是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)品的能效等級驗證，一塊是系統(tǒng)級別的能效等級驗證。這是我們聯(lián)合ICT為企業(yè)進行服務，也就是市場級別，除了傳統(tǒng)業(yè)務之外還有一些項目的可行性研究，每年我們會做10個以上1萬平米數(shù)據(jù)中心的可行性研究，也會輔導企業(yè)上市，行業(yè)內(nèi)的大部分企業(yè)都是出自我們之手，不能說是全部，60%-70%是比較保守的數(shù)字。