數據中心余熱回收—變“廢熱”為“負碳”

設備散熱作為數據中心電力消耗之一，也是數據中心PUE產(chǎn)生的根本源頭，降低設備熱功耗一直是眾多廠(chǎng)商努力研發(fā)的一個(gè)方向，但就目前技術(shù)而言，實(shí)現設備完全不散熱簡(jiǎn)直是“天方夜譚”。

作為數字經(jīng)濟重要的底層支撐，伴隨著(zhù)數字經(jīng)濟成為“十四五”規劃的重點(diǎn)發(fā)展方向，數據中心也迎來(lái)了發(fā)展的黃金時(shí)代，但數據中心是碳排放大戶(hù)，在“3060”雙碳戰略目標的背景下，如何構建低碳、零碳，甚至是“負碳”數據中心成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)上下游共同關(guān)注的焦點(diǎn)話(huà)題。

自2019年初，工信部等三部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《加快構建綠色數據中心的指導意見(jiàn)》以來(lái)，在發(fā)改委、工信部、能源局等多個(gè)部門(mén)發(fā)布的包括《關(guān)于進(jìn)一步加強數據中心項目節能審查的若干規定》《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導意見(jiàn)》《新型數據中心發(fā)展三年行動(dòng)計劃(2021-2023年)》等在內的多份全國性及地方性政策文件中均提及，要推進(jìn)綠色數據中心建設。

IDC上下游企業(yè)層面，無(wú)論是IDC服務(wù)商，還是設備廠(chǎng)商，都積極響應國家號召，投身綠色技術(shù)研發(fā)、應用，為“碳中和”盡一份力。

余熱回收的必要性

設備散熱作為數據中心消耗之一，也是數據中心PUE產(chǎn)生的根本源頭，降低設備熱功耗一直是眾多廠(chǎng)商努力研發(fā)的一個(gè)方向，但就目前技術(shù)而言，實(shí)現設備完全不散熱簡(jiǎn)直是“天方夜譚”。

基于此，如果能將設備產(chǎn)生的熱量回收，加以利用，進(jìn)而減少生活中供熱的碳排放，也可為“雙碳”宏偉目標貢獻一份力量。

可能看到這里您會(huì )覺(jué)得：我數據中心應用純綠電的話(huà)，已經(jīng)實(shí)現了“零碳”數據中心了，為何還要“多此一舉”利用余熱回收，變相降低“碳排放”呢?

即使數據中心已經(jīng)可以做到純綠電供電，筆者認為，還是有必要利用余熱回收，收集熱量。具體好處可總結為兩點(diǎn)。

一方面，回收的熱量可用作生活熱水、供暖等生活供熱，從而降低這些生活供熱的碳排放，為整個(gè)社會(huì )的碳中和作出貢獻，彰顯企業(yè)社會(huì )責任心;

另一方面，回收的熱量可以進(jìn)行銷(xiāo)售，平攤數據中心運營(yíng)成本，以現在數據中心逐漸規?；?，超大型數據中心逐步增多的趨勢看，甚至有可能為數據中心帶來(lái)盈利。

綜上，筆者認為，無(wú)論數據中心是否應用純綠電，是否已經(jīng)成為“零碳”數據中心，都應應用余熱回收技術(shù)，在“零碳”數據中心的基礎上，打造“負碳”數據中心，助力其他行業(yè)實(shí)現“碳中和”。

余熱利用市場(chǎng)前景廣闊

數據中心服務(wù)器在運行的過(guò)程中，產(chǎn)生大量的余熱，這些余熱有著(zhù)易提取、熱源充足等特點(diǎn)，利用熱泵技術(shù)將數據中心余熱回收利用，在數據中心有著(zhù)廣泛的應用前景，尤其是在我國北方地區，可有效幫助用戶(hù)降低用熱成本。據粗略統計，按現有數據中心規模計算，我國北方地區數據中心的可回收余熱總量約 10GW，理論上可支持3億平方米建筑供暖。

但目前來(lái)看，我國數據中心余熱回收利用情況并不理想。目前我國大約有8萬(wàn)座數據中心，絕大部分余熱直接排向空氣，浪費巨大。據統計，目前利用余熱回收技術(shù)回收余熱加以利用的數據中心僅有阿里巴巴千島湖數據中心、騰訊天津數據中心、中國電信重慶云計算基地、萬(wàn)國數據北京三號數據中心，以及即將投產(chǎn)的UCloud優(yōu)刻得烏蘭察布云計算中心等寥數家數據中心。

其中，據UCloud提供數據顯示，UCloud優(yōu)刻得烏蘭察布云計算中心項目每年可回收廢熱78000GJ，每年減少二氧化碳排放7380噸，相當于種植了40萬(wàn)棵樹(shù)。而據統計，騰訊天津數據中心，一期余熱回收項目，每年也可減少能耗標煤達525噸，相當于減少1310噸二氧化碳排放量，等效于種植7.2萬(wàn)棵樹(shù)。通過(guò)數據可以看出，利用余熱回收技術(shù)可實(shí)現的節能減排的體量，非?？捎^(guān)。

不過(guò)，現階段我國IDC行業(yè)的節能重點(diǎn)主要集中在“前端”上，如：綠電的應用、空調系統的節能減排、IT系統的降耗等方面，余熱回收利用往往被忽視。伴隨著(zhù)數字經(jīng)濟的發(fā)展，數據中心的規模和數量都呈現出快速增長(cháng)的趨勢。更大規模、更多數量的數據中心建設，將有更多的設備，產(chǎn)生更多的余熱，這些余熱如果能被加以利用，不僅推動(dòng)了數據中心“碳中和”進(jìn)程，還能為其他行業(yè)“碳中和”貢獻一份力量。

從近期出臺的眾多政策性文件不難看出，國家對數據中心的節能要求定會(huì )越來(lái)越高，筆者關(guān)注到，北京市發(fā)展和改革委員會(huì )(簡(jiǎn)稱(chēng)北京發(fā)改委)近期發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強數據中心項目節能審查的若干規定》(簡(jiǎn)稱(chēng)《規定》)中指出，“數據中心應當充分利用自然冷源，通過(guò)自用、對外供熱等方式加強余熱資源利用。”不僅于此，在對《規定》的解讀中，北京發(fā)改委更是明確指出了“鼓勵數據中心充分利用機柜余熱等技術(shù)。”就數據中心而言，余熱回收作為之前并不被行業(yè)重視的一個(gè)“碳中和”手段，在政策大趨勢的引導下，將獲得更多關(guān)注，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。

余熱回收任重道遠

現階段，我國數據中心余熱回收之所以應用不算廣泛主要可以從兩個(gè)方面來(lái)看：

觀(guān)念層面，就像前文提到的，現階段，大多國內數據中心產(chǎn)業(yè)研究方向還主要集中在制冷設備性能能效提升、冷熱源技術(shù)方案優(yōu)化、可再生能源及自然冷源利用等方面。且在政策層面，我國尚未發(fā)布數據中心余熱利用相關(guān)的規范及指導方案，數據中心余熱利用的質(zhì)量和規格參差不齊，這也一定程度上增加了余熱回收在數據中心普及的難度。

應用層面。首先，現階段余熱回收利用基礎設施建設一次性投資成本較大，投資回收期長(cháng)，一般在3-5年以上，且安裝相應設備需要企業(yè)部分停工停產(chǎn)，延長(cháng)項目交付周期，影響數據中心交付周期，進(jìn)而可能影響經(jīng)濟效益。

其次，余熱回收系統安全運維較復雜。對數據中心安全穩定性要求較高的行業(yè)(如金融行業(yè))來(lái)說(shuō)，增加數據中心余熱回收設備，不僅對此業(yè)務(wù)部署沒(méi)有益處，反而還有可能提升出現故障的概率，故障損失修復帶來(lái)的影響足以抵消長(cháng)期節能帶來(lái)的收益。

再次，回收的余熱理想化應用場(chǎng)景主要為生活供熱，而數據中心大多建設在離市區人口密集區較遠的地方，余熱消納應用場(chǎng)景不多，要建設長(cháng)途運輸管道等設備又將加大投資成本，這也是現階段我國數據中心為普及余熱回收利用技術(shù)的一大原因。

同時(shí)，值得注意的是，現階段大多數據中心采用風(fēng)冷降溫，相較于液冷數據中心，風(fēng)冷數據中心余熱收集及運輸難度較大，成本較高。從技術(shù)角度看，風(fēng)冷系統攜帶熱量介質(zhì)為空氣，存在余熱流動(dòng)緩慢、不適合長(cháng)距離運輸、品味低等缺陷，需要鋪設更大的管道，投資成本高，且回收利用率低;液冷系統攜帶熱量介質(zhì)為冷卻液，流動(dòng)性強、品味較高、方便運輸，相對于風(fēng)冷系統，投資成本較低，利用率較高，更適合余熱回收利用。

放眼國際，歐美各國數據中心余熱回收利用的成功經(jīng)驗或許可為我國數據中心余熱回收提供些許經(jīng)驗。歐美各國在數據中心余熱回收利用方面已有“固定模式”。早在2010年，歐美地區就有國家開(kāi)始回收數據中心余熱用于市政供暖，特別是氣候較冷的北歐國家，如瑞典、丹麥、芬蘭等國，其余熱回收利用產(chǎn)業(yè)鏈完整，擁有專(zhuān)業(yè)從事數據中心余熱回收的節能服務(wù)公司，在取熱效果、熱能輸送等方面具有全球領(lǐng)先的技術(shù)，已展現出良好的經(jīng)濟效益。出售余熱甚至成為某些IDC運營(yíng)商的固定收入來(lái)源，比如，聯(lián)合愛(ài)迪生公司銷(xiāo)售的熱量為0.07美元/千瓦時(shí)，其 1.2 mw數據中心產(chǎn)生的余熱可帶來(lái)每年超過(guò)35萬(wàn)美元的收入，這對運營(yíng)商而言是非常高的財務(wù)激勵。除此之外，像蘋(píng)果、IBN、谷歌等歐美巨頭公司運營(yíng)的數據中心也均有余熱回收利用的成功案例供我國IDC運營(yíng)商參考借鑒。

總體而言，雖然現階段我國數據中心余熱回收利用相應政策文件較少，但筆者相信，隨著(zhù)數據中心碳中和進(jìn)程的推進(jìn)，政策方面定會(huì )有相應的傾斜(如增加余熱利用技術(shù)在《綠色數據中心評價(jià)指標體系》中的得分權重;將最新的余熱利用技術(shù)和產(chǎn)品納入國家綠色數據中心先進(jìn)適用技術(shù)產(chǎn)品目錄》中;對投資建設余熱回收設備的數據中心予以相應的資金、補貼支持等)。

技術(shù)層面，隨著(zhù)余熱回收技術(shù)不斷更迭，系統穩定性、建設成本等方面不斷優(yōu)化，筆者相信，會(huì )有越來(lái)越多的數據中心運營(yíng)商關(guān)注余熱回收技術(shù)，而這些運營(yíng)商的關(guān)注也會(huì )促進(jìn)余熱回收技術(shù)廠(chǎng)商進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)改良，為數據中心“量身定制”一套專(zhuān)用的余熱回收系統，形成“良性循環(huán)”。

最后，用一句話(huà)總結我國數據中心余熱回收技術(shù)應用：“道阻且長(cháng)，行則將至。”