【播客】绿色数据中心：提高灵活性和可再生能源利用

点此收听本期环境中国 - 绿色数据中心：提高灵活性和可再生能源利用

随着数据中心的能源消费量迅速上升，目前该领域的能耗已对环境和气候产生越来越大的影响。2018年，数据中心已经占到了全球能源消耗的1%。基于效率提升和信息技术行业的增长，一些研究预测，到2030年，数据中心可能占全球能源消耗的3-13%。

中德能源合作，推动数据中心绿色转型

在本期环境中国播客节目中，Anders同另外几位专家讨论了他们目前正在开展的中国和欧洲数据中心灵活性联合研究。该项研究项目在中德能源转型项目下框架下进行的，项目受德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）委托，在中国国家能源局的支持下，由德国国际合作机构（GIZ）以及受GIZ委托撰写本报告的德国能源署在内的多家中德能源智库和研究机构共同合作实施。

此项数据中心灵活性提升研究包括对行业专家和企业的采访，议题包括数据和冷却负荷的时间转移、负荷的实时地理转移、为提高冷却效率而将数据中心迁往寒冷气候的利弊，以及利用现场储能参与电力市场等。他们还讨论了数据中心运营商目前在灵活性提升方面的许多障碍是否有可能被克服——以及哪些政策会有所帮助。

播客内容要点：

• 数据中心是实现能源转型的重要环节，有利于促进电力系统的灵活性，进而更好的整合可再生能源。一些大型数据中心已经开始采取切实行动支持可再生能源利用和双碳目标，反之这也有助于提高公司ESG评级，获得更多融资。
• 负荷的时间和空间转移、提高冷却系统效率、优化储能系统和服务器动态化设置是实现数据中心灵活性的主要措施；超大规模的数据中心更可能实现负荷的时间和空间转移。
• 双控目标与双碳目标的结合与过渡，有助于激发数据中心进一步提高能效和灵活性的主观能动性。
• 数据中心的灵活性措施与能效措施可以有机结合并相互促进，运营商总会采用某种形式的能效措施和灵活性措施来提高整体运营绩效。

播客对话记录   

侯安德：

• 欢迎来到环境中国，这是北京能源网络播客，我是主持人侯安德。
• 今天的特别采访与我正在开展的工作相关，采访对象是绿色和平组织东亚区的叶睿琪（Angel）女士、华北电力大学的张素芳教授和德国能源署（dena）的卡特琳娜·西穆女士，采访主题是“数据中心”。由于数据中心的能源消耗迅速上升，对环境和气候的影响越来越大。在本期节目中，我们首先谈谈数据中心运营商如何努力转向绿色发展（这是我们在2019年11月与Angel讨论过的话题），事实上环境中国播客是我们在这个话题上共同合作的起点，之后我们转向（电力系统）灵活性的探讨和联合研究。该研究是在中德能源转型项目框架下开展的，中德能源转型项目是德国国际合作机构（GIZ）受德国联邦经济和气候保护部（BMWK）委托、在中国国家能源局的支持下、由德国和中国的实施机构（包括数据中心研究报告的主要作者dena）共同实施的。
• 首先，Angel，欢迎回到环境中国！

叶睿琪：

• 大家好，很高兴回来！

侯安德：

• 欢迎华北电力大学的张素芳教授！

张素芳教授：

• 大家好，侯安德你好，睿琪你好！

侯安德：

• 卡特琳娜·西穆是dena的国际电网专家，支持德国能源伙伴关系在可再生能源与电网整合领域的项目实施。卡特琳娜，欢迎来到环境中国！

卡特琳娜-西穆：

• 谢谢你，侯安德，大家好！

侯安德：

• 睿琪，上次我们谈到了数据中心利用可再生能源的战略，但时至今日已经发生了很大变化，你能否先介绍一下最近的工作中关于数据中心提高能效和可再生能源利用方面的进展？

叶睿琪：

• 当然！我们最近的大部分工作都集中在云和数据中心领域，以及100%的可再生能源交易。事实上，自从习主席宣布双碳目标以来，已经取得了很大进展。
• 首先，我们看到在过去的6个月里，更多的企业承诺碳中和目标以及100%的可再生能源应用。就在几天前，中国顶级数据中心运营商GDS承诺，到2030年实现100%可再生能源利用和碳中和。GDS是中国最大的独立数据中心运营商，约占国内市场的1/5，去年GDS消耗了大约2800GWh的电力，几乎是腾讯公司的两倍。GDS的承诺标志着自2019年推出清洁能源项目以来，连续第三家数据中心承诺100%使用可再生能源，另外两家公司都是中国的数据中心，一个是Chindata集团，另一个是上海Athub。我们看到，新的气候保护承诺正在到来。
• 另外在市场机制方面，2021年9月，中国发布了新的绿电交易机制，涉及17个省的试点。据我们所知，科技公司是这次试点的主要买家，如阿里巴巴、Chindata、腾讯和GDS都有参与。我们看到GDS和中广核签署了10年的购电协议（PPAs），这些公司不仅仅是承诺，而是采取了切实的行动。另外，我还想分享一下我们今年出的两个报告，一个是2021年云计算旗舰排名，跟踪企业的可再生能源利用表现和云计算、数据中心的承诺；另一个是关于中国5G和数据中心2035年碳排放前景的研究。

侯安德：

• 我们将同以往一样在节目最后提供这两个报告的链接。睿琪，我可以追问一下推动数据中心走向绿色的主要动力是什么吗？你刚才已经提到了很多进展，但他们对购买可再生能源的兴趣点是什么？

叶睿琪：

• 我想说最大的驱动力是投资者对这些公司更加气候友好的期望。我们听说，承诺碳中和或100%可再生能源利用有助于公司提高ESG评级，获得更多融资。
• 另一方面，公司也意识到100%的可再生能源利用和采取可再生能源战略才是未来的长期战略，中国的净零排放转型要求能源使用从主要依靠煤炭转向可再生能源。一些公司想要提前尝试探索可再生能源交易。到目前为止，从试点项目经验来看，绿电PPA价格比煤炭基准价格要高，他们要支付溢价来购买绿电。这是公司释放的一个信号，他们看重的不仅仅是短期经济利益，而是长期战略，他们目前愿意投资绿电是为了在向绿色能源和更开放的电力市场的过渡中获得一些先机优势。

侯安德：

• 一方面有可能通过PPA从第三方购买可再生能源，另一方面数据中心有很多其他方式来实现绿色，其中之一就是提高能效，目前已经有很多国家级能效标准发布。
• 但还有一个选择就是让数据中心变得更加灵活，从而提高电网整合可再生能源后的稳定性。张素芳教授，你能谈谈为什么数据中心的灵活性对电网整合可再生能源如此重要吗？

张素芳教授：

• 近年来，由于急剧扩张导致了数据中心的电力消耗和碳排放的大幅增加，如果想要降低能源消耗量和减少碳排放，数据中心则必须高效而灵活地使用能源。中国政府呼吁建立一个以新能源为主导的新型电力系统，这表明未来中国的电力系统中，可变的太阳能光伏和风力发电的比例将显著增加，电力系统将需要更多的灵活性。因此数据中心的灵活性是非常重要的，可以为电力系统提供灵活的负荷，不仅能更好地实现节能减排，而且也有助于提高电力系统的灵活性，以应对高比例可再生能源利用的挑战。

侯安德：

• 数据中心运营商其实无法真正控制数据处理量，他们如何才能做到灵活？

张素芳教授：

• 我认为数据中心至少有四种策略可以实现灵活性，一是推迟那些不需要立即处理的工作负荷，例如可以把一些不是那么急迫的工作负荷推迟到可再生能源发电的高峰期进行处理：这就是时间转移；二是将一些工作负荷转移到可再生能源丰富的地区进行处理：这就是地理转移；三是改变冷却系统的温度，从而实现灵活性，很明显这对服务器的运行不会有太大的影响，短期内冷却系统在数据中心的总能耗中占比是很大的；四是利用UPS等设备优化储能系统的充电和放电时间，例如在新能源发电的高峰期充电，在电力负荷的高峰期放电，这也可以为电力系统提供储备和运行的灵活性。

侯安德：

• 其中一些策略正在中国实践，我们听说一些运营商已经在开始实施地理负荷转移，对吗？

张素芳教授：

• 是的。

侯安德：

• 卡特琳娜，为了开展研究，你们对德国和欧洲的数据中心运营商和研究人员进行了访谈，德国的情况如何？数据中心是否已经实施了灵活运行的措施？

卡特琳娜-西穆：

• 是的，去年我们做了几个关于数据中心的访谈，特别是针对德国。一些公司正在采取初步行动，尝试数据中心灵活运营的措施。
• 当然，还有很长的路要走，即使德国的数据中心是世界上最节能的数据中心之一，任何能效的提高都不能抵消数据中心对能源日益增长的需求。我们与受访的数据中心运营商和研究人员讨论了很多节能措施以及灵活性措施，有些措施收到了积极评价，但总的来说他们对这些措施还是犹豫的。
• 无论如何，德国有一些正在实施灵活性措施的正面案例，例如我们有一个数据中心使用电池存储作为备用电源，在电网失衡的时候能够向电网输电。一家能源贸易公司正在支持将这种措施推向市场，这可以为数据中心带来来自能源市场的额外收入。

侯安德：

• 卡特琳娜，我们刚才谈到在中国有可能进行地理上的负荷转移。你认为这对欧洲的数据中心来说是可行的吗？除了那种拥有多个大型数据中心和大型数据负荷的超大规模运营商外，你认为地理上的负荷转移对一般的数据中心也可行吗？

卡特琳娜-西穆：

• 这主要取决于数据中心的类型，超大规模的数据中心可以实现地理转移和负荷转移，或许还可以实现异地处理数据。但这对其他类型的数据中心，比如小型数据中心来说，可能不是一个好的选择，原因是并非所有的工作负荷都可以转移到异地，即使是看起来很小的工作负荷也需要检索大量的数据文件，尽管实际计算量很小。这种转移可能目前只有超大规模的数据中心可以做到。

侯安德：

• 对于数据中心来说，还有哪些可行的方案可以使其变得更加灵活？

卡特琳娜-西穆：

• 我们在与中国和德国专家的研讨会上也探讨了另一种可行方案，即冷却负荷的时间转移，但也包括信息技术（IT）负荷的时间转移。冷却负荷的时间转移更有效率，IT负荷的时间转移则更快。

侯安德：

• 你说的更快是指电网的响应更快吗？

卡特里安-西穆：

• 对，实现这种冷却负荷的转移需要一些冰或水的储存，但也需要一个较为完善的电网，可以消纳数据中心冷却负荷的余量。
• 对一些数据中心来说，如果服务器能够进行动态配置，不仅能最大程度地发挥作用，而且更节能，这是第二个灵活性选项。
• 另外，可以考虑在没有数据处理需求的时间段，利用数据中心的电池存储提供电力调节。这个方案并不会真的为数据中心带来巨额盈收，但它对电网运营商来说是非常有价值的，因为它可以加强电网的平衡。
• 但数据中心的类型和位置会决定数据中心最终适用哪种解决方案。

侯安德：

• 张素芳教授，对于中国的数据中心来说，这些灵活性的主要障碍是什么？

张素芳教授：

• 正如我刚才所说，从技术上来讲数据中心有可能变得更加灵活。然而，我们的研究结果显示，中国的大多数数据中心不太愿意提高其灵活性，这有四方面原因：一是数据中心运营商缺乏对灵活性的认识，他们担心工作负荷的时间转移和地理转移可能会破坏数据中心运行的可靠性，这反过来又会影响对客户的服务质量；其次，数据中心行业是一个高附加值行业，他们对参与电力市场需求响应带来的经济效益不太感兴趣；第三是中国的电力现货市场还不发达，价格信号还不能充分的引导电力负荷转移；最后是数据中心工作负荷的类型和数量均在增加，很难分析区分各种工作负荷的灵活性。

侯安德：

• 是的！我重复一下刚才张素芳教授关于电力市场的观点。
• 首先，中国还没有真正的现货市场，使数据中心能够轻易获得价格信号；其次，即使有这些价格信号，数据中心也担心与他们的主要业务（提供数据服务）相比价值会太小。
• 睿琪，如果这些问题能够得到解决，我们能想象出什么方法来解决这些问题？有一种说法是，由于需要可靠的数据服务，数据中心永远不会灵活，但除了现货市场这个问题之外，是否有一些政策可以在中国发挥作用？

叶睿琪：

• 我认为这得考虑与特定部门的碳排放控制目标和可再生能源消费目标相关的问题。现在，数据中心行业在所谓的双控目标方面有非常严格的规定，这些目标从中央政府到地方再到各个部门，双控目标指的是项目或企业层面的能源消耗和能源强度控制目标。
• 目前的双控体系强调的是能源消耗的总量，而不是既看能源量又看碳排放量。据我所知，政策监管机构正在将这种双控目标转向未来的双碳目标，即碳排放总量和碳强度目标，可见控制目标正在改变。如果这个政策体系理顺了，将是对企业的一种更大的激励，使其更愿意在不同的时间段使用可再生能源，进而有助于实现政策目标，这就是一个案例。
• 另一方面，现货市场仍在发展中，我认为中国正在推出政策，允许电力价格比以前有更大的浮动空间。最近的政策放宽了煤电基准价格，允许波动幅度从以前的10%上升到20%。他们特别提到，对于能源密集型行业，我们可能认为能源密集型行业仅指钢铁等行业，但是现在也应当包括数据中心，对于这些行业，电价上涨将没有上限，而是取决于当地省级电力市场。
• 我看到行业专家写了很多文章，讨论电力价格上涨给企业运营带来很大压力。这将成为另一个激励他们更好地管理他们的用电行为以降低成本的动力。在这种情况下，如果未来我们可以有完善的可再生能源渗透体系，这将反过来激励更灵活的能源使用和更灵活的可再生能源利用，这将为数据中心提供更多的激励。

侯安德：

• 关于双控目标，不是像目前碳排放交易那样只影响电力行业，而是指整个行业的企业在考虑规划扩张时，必须牢记各省和行业企业有排放和能源消耗上限，对吗？

叶睿琪：

• 这不仅仅是指某个具体的部门，这是对各省官员的行政指标，他们必须达到关键绩效指标（KPIs）。所以，在省、地方以及实操层面的控制非常严格。
• 因此，如果我们未来能将这些双控目标转移并与双碳目标联系起来，将可以看到更多的激励措施用来鼓励可再生能源的利用，进而实现这一行政目标。
• 除了电力市场或现货市场机制外，我还想提一下储能。VNET是一家中国数据中心，他们分享了最近利用峰谷电价差建立额外的储能能力的进展情况，他们实际上能够盈利，而且在广东电力市场的试点中获得了经济激励。

侯安德：

• 2021年秋季个别地区出现拉闸限电后，一些省份出台了有序用电政策是什么情况？数据中心是否受到这些政策的影响，并受到激励而更多地利用可再生能源了吗？

叶睿琪：

• 是的，数据中心肯定会受到影响。我们听说河北有数据中心因为这个有序用电的规定而多次被关闭，他们也在努力地解决这个问题。就像我之前提到的，当他们选择关闭谁，留下什么负荷时，仍然没有与碳排放挂钩。因此，我认为当更多的关联双碳的时候，我们才能有更好的法规和激励措施，以激励数据中心利用可再生能源。

侯安德：

• 是的！卡特琳娜，我想问一下能效和灵活性之间的潜在矛盾。我们知道，很多数据中心已经选址在较为凉爽的气候区域，以便降低其冷却负荷，同时也是利用外部环境作为吸纳其冷却负荷的一种方式。
• 我想知道，如果数据中心保持非常高的利用率，冷却负荷也是恒定的，这种提高整体能效或电力使用效率（PUE）的策略，是否与数据中心提高灵活性以便支持电网灵活性并适应一天中不断变化的电力价格的想法相矛盾？

卡特琳娜-西穆：

• 是的，特别是在你提到的情况下，能效和灵活性之间可能会有一些矛盾。数据中心目前还缺乏同时满足能源效率和灵活性措施的好办法，没有一个放之四海而皆准的解决方案，特别是因为数据中心的类别也是千差万别的。不过，我相信这些不同类型的数据中心最终会通过不同的途径来提高他们的灵活性和能源效率的。
• 比如说代管类数据中心或大学内的小型数据中心，可能更容易实施灵活性解决方案，因为他们更注重IT负荷。但对于超大规模的数据中心来说，这是不可能的。超大型数据中心最为关注的是确保数据中心稳定运行，从这个角度来说，能效措施比灵活性措施更有价值，因为实施能效措施不会对数据中心的运行造成太多干扰。
• 数据中心的选址也很重要。例如在德国，如果数据中心位于人口稠密的地区，可能会面临用电瓶颈；如果数据中心位于更偏远的地区，则会面临电网连接或带宽连接的问题。
• 重要的是，数据中心运营商迟早要采用某种形式的能效或灵活性措施，而且灵活性措施可以很好的与能效措施相协调。我们以优化服务器利用率来举例，如果能够调整服务器使其更加动态的工作，而不是一直满负荷运行，就可以帮助数据中心降低电力消耗，这种情况下灵活性和能效之间没有矛盾。

侯安德：

• 张素芳教授，睿琪，作为研究的一部分，你们采访了一些数据中心运营商，并组织了一些研讨会听取了业界的意见，在这个过程中，你觉得有什么内容让你印象深刻吗？我知道你们已经致力于这个议题多年，但也许在过去几个月的研究中，你们又看到了一些新的思路，或者一些大于预期的挑战？

张素芳教授：

• 有一位专家提出了一个非常有意思的观点，是关于如何激励数据中心的灵活性，以便更好的将可再生能源纳入电力系统中。这位专家认为，如果能将用能权与双碳目标结合起来将会更加有效，数据中心更关心用能权。就像刚才睿琪提到的，由于电力有序使用规则而导致一些数据中心关闭了。这是一个非常有价值的建议，对数据中心来说是一个非常好的激励措施。

叶睿琪：

• 对，我绝对同意张素芳教授的观点，这也正是我之前提到的一个措施，我们需要从能源双控目标过渡到双碳目标。因为在目前的双控目标体系中，数据中心的用能权是依据能源消耗总量和他们带来的GDP价值核算的，即使它可能是一个零排放的数据中心，也无法获得额外的用能许可。
• 而对我个人来说，最大的发现是带宽对于中国数据中心实现地理转移的重要性。很多数据中心公司都提到，中国的带宽提速相当昂贵。目前我还没有做过太多与其他国家的比较分析，首先是价格，其次是从城市到中国西部地区的网络连接不够。因此，如果我们想做负荷转移，必须要有更便宜的、连接更好的、更高速的互联网来予以支持。
• 幸运的是我们看到一个新的政策出台了，中国已经确定了一些数据中心集群，并希望在未来加快其发展，并将努力增加这些数据中心集群周边的带宽容量。

侯安德：

• 卡特琳娜，对你来说，研究中最有什么惊喜？

卡特琳娜-西穆：

• 一年前刚开始做这个研究的时候，做访谈之前，我认为大多数欧洲受访者在数据中心实施灵活性措施时不会那么犹豫。我脑海里有这样的想法：预期的结果是德国的访谈将与中国的访谈相矛盾，我们也许能在研究中比较这两种相反的观点。最终，情况并非如此，在提高灵活性方面，德国或多或少面临着与中国相同的犹豫不决。
• 但最终证实这是一个非常好的研究讨论的基础，因为双方可以共同确定所有的挑战和解决方案，并对未来几年切实可行的方案进行建设性的讨论。
• 现在很清楚的是，数据中心未来将在需求侧承担核心作用，也将成为能源转型的一个组成部分。在研究中，我们发现可以选择应用的灵活性和能效解决方案非常广泛，数据中心最终总是有可能选择应用至少一个方案。
• 德国和中国的能源转型应该共同努力，并囊括尽可能多的参与者，这样才能取得成功，而数据中心应该被纳入这一进程中。

侯安德：

• 是的，我同意。欧洲和中国在面对灵活性的时候有着相似的阻力和困难，然而数据中心行业已经在认真努力地整合可再生能源，并已经在冷却负荷方面变得更加灵活，尽管这对许多行业和学术研究者来说似乎很难，但确实正在取得进展，所以数据中心同时变得更加灵活和更加高效并非不可能。

卡特琳娜-西穆：

• 正是如此。

侯安德：

• 好了，这就是今天所有的内容，我们已经覆盖了很多内容。感谢三位专家的参与！

相关文献资料请查看：

• “中国5G和数据中心碳排放展望2035,” 绿色和平组织东亚区, 2021, at https://www.greenpeace.org/eastasia/press/6608/electricity-consumption-from-chinas-digital-sector-on-track-to-increase/.
• “清洁云2021,” 绿色和平组织东亚区, 2021, at www.greenpeace.org/static/planet4-eastasia-stateless/2021/04/03a3ce1a-clean-cloud-english-briefing.pdf.