国内数据中心产业低碳技术在循环利用上有哪些革新？

循环利用

数据中心行业蓬勃发展，数据中心电能消耗日渐加大，其能源利用效率低、经济效益差等问题凸显，节能减排、提 高能源综合利用率成为我国数据中心行业低碳发展的重要 内容，二次能源循环利用成为提高能源利用效率的重要举措， 目前主流能源循环利用技术有余热回收应用和自然冷源应 用，其中余热回收应用近年来开始兴起，备受关注。

（1）余热回收应用 余热资源来源广泛、温度范围广、存在形式多样。余热 回收利用是指将生产过程产生的余热资源再次回收重新利 用。余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后 的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺 过程后所剩下的热量。我国余热资源丰富，广泛存在于各行 业生产过程中，余热资源约占其燃料消耗总量的 17%～ 67%， 其中可回收率达 60%，余热利用率提升空间大。按照温度品 位，一般分为 650℃以上的高品位余热，650～250℃的中品 味余热和 250℃以下的低品味余热三种。按照来源，又可分 为烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应热， 高温产品和炉渣余热，以及可燃废气、废料余热。

我国数据中心发展催生巨大的余热回收潜在市场。随着 数据中心部署向集约化、规模化发展，单个数据中心配置的 机架数量和算力规模不断增长，数据中心的能耗和费热规模 同比增长。根据工信部《2020 年全国数据中心应用发展指引》， 截至 2020 年初，我国在用数据中心机架规模约为 315 万架，平均单机架功率约为 4kW，机架平均上架率为 53.2%。经测算 可知，2020 年初，全国数据中心 IT 设备运行功率约 6700MW， 耗电约 587 亿度。据统计，数据中心消耗的电能中有近 90％ 会转化为热能，若回收利用率为 50%，则余热回收能力约为 3015MW。按照 42W/m2来测算9，我国在用数据中心余热可供采 暖面积约为 0.7 亿平方米。近五年来，全国数据中心规模增 速保持在 30%左右。若现有增速保持不变，到“十四五”末 期，我国可用机架规模将达到 1520 万架。基于平均功率、机 架利用率、余热回收率均不变进行测算，2025 年末数据中心 余热可供暖面积将高达 3.4 亿平方米。如果应用水源热泵等 成熟的余热回收技术，回收利用率会进一步提升，供热规模 也将不断扩大，数据中心余热回收潜在市场规模巨大。

欧美各国普遍进行数据中心余热利用，已形成固定回收 模式，国内目前尚处于起步阶段。早在 2010 年，欧美国家就 开始回收数据中心余热用于市政供暖，余热利用项目在瑞典、 芬兰、丹麦、加拿大等国均已展现出良好的经济效益。例如， 联合爱迪生公司销售的热量为 0.07 美元/千瓦时，其 1.2 MW 数据中心带来的年均余热收入约为 35 万美元，Apple Inc.、 IBM、亚马逊、Google、H&M 等公司运营的数据中心均有余热 回收的成功案例。目前，国内对余热进行回收并加以利用的 数据中心数据仍较少。

现阶段，我国数据中心余热回收应用主要还存在以下痛 点：第一，余热回收基础设施建设一次性投资成本较大，投 资回收期长，一般在 3～5 年或以上，且安装相应设备需要企 业部分停工停产，延长项目交付周期，影响数据中心交付周 期，进而可能影响整体经济效益。第二，我国大多数据中心 采用风冷降温，相较于液冷数据中心，风冷数据中心余热收 集及运输难度较大，成本较高。从技术角度看，风冷系统携 带热量介质为空气，存在余热流动缓慢、不适合长距离运输、 品味低等缺陷，需要铺设更大的管道，投资成本高，且回收 利用率低；液冷系统携带热量介质为冷却液，流动性强、品 味较高、方便运输，相对于风冷系统，投资成本较低，利用 率较高，更适合余热回收利用。第三，回收的余热理想化应 用场景主要为生活供热，而数据中心大多建设在离市区人口 密集区较远的地方，余热消纳应用场景不多，要建设长途运 输管道等设备又将加大投资成本。 目前，我国数据中心回收余热应用场景主要涉及建筑供 暖、生活热水、工艺、农业等，其中应用最广泛的是生活供 热。我国北方冬季为统一市政供暖，数据中心余热回收可替 代市政供热，节省采暖费用，减少能源消耗。例如，腾讯天津数据中心余热回收利用项目，利用 DC1 栋机房冷冻水余热 二次提温替代市政供热，节省采暖费用的同时降低冷却水系 统耗电量，且进一步增强机房冷却效果，减少煤炭或天然气 能源的消耗。其提取园区 1/40 热量即可满足办公楼采暖需 求，每年可节省采暖费 50 余万元，减少能耗标煤量达 1620 吨。相较国内余热回收应用场景，国外数据中心已有较多典 型的应用实践，除了为就近设施供热之外，还应用到锅炉给 水预热、生产冷却，吸附制冷、海水淡化、食品生产、转换 为电能等场景。

（2）自然冷源应用 自然冷源应用技术是指利用室外的自然环境冷源，当室 外空气温度低于室内温度一定程度时，通过相应的技术手段 将室外冷源引入机房内，把机房的热量带走，达到降低机房 温度的目的。据《国家工业节能技术应用指南与案例（2021）》 和《国家通信业节能技术产品应用指南与案例（2021）》梳理， 目前常见的自然冷源应用技术如下：

蒸发冷却技术：利用水蒸发吸热的效应来冷却空气或水， 按照技术形式可分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种形 式，按照产出介质分类又可分为风侧蒸发冷却与水侧蒸发冷 却两种形式。间接蒸发冷却冷水机组属于水侧间接蒸发冷却 技术，适用于新建和改造的数据中心以及低温、干燥、水资 源丰富的地区，能效比≥15，PUE 值可低至 1.1，应用优势较 明显，预计未来 5 年市场占有率可达到 35%。新疆某数据中心使用新疆华奕新能源科技有限公司产品，采用 33 台制冷 量为 230 千瓦的间接蒸发冷却冷水机组为全年主导冷源，与 压缩式冷水机组相比年节电 2130 万千瓦时。

氟泵双循环自然冷却技术：采用全变频技术、氟泵自然 冷技术和蒸发冷却技术的结合，最大限度利用自然冷源，实 现全年最优能效比。适用于新建和改造的数据中心。可以无 水应用，对使用区域没有限制。使用该产品机房 PUE 可实现 1.25，而采用传统制冷技术的机房优化后 PUE 可实现 1.4。 天津某数据中心共采用维缔技术 100 千瓦氟泵双循环自然冷 却机组 60 台，年节电 800 万千瓦时。预计未来 5 年市场占 有率可达到 20%以上。