算力设施绿色技术发展态势如何？

当前，面向 算力设施的绿色技术发展，主要围绕供配电系统、制冷散热系统、 储能系统三个部分展开。

1.绿电消费比例稳步提升，电能传输效率有效提高

电力是支撑算力发展的根本，数据中心作为传统的耗能大户， 电算转化的载体，其绿色低碳发展面临严峻挑战。稳步提升太阳能、 风能、水能等可再生能源电力在数据中心的应用，已是大势所趋。 现阶段我国大部分算力需求集中在数字经济发展较发达的东部沿海 地区，东部地区缺乏能源，电力以火电为主，使用石油、煤炭、天 然气等不可再生能源发电，造成的大气和环境污染问题已引起产业 各界的广泛关注，提升新能源使用比例、降低碳排放成为产业发展 的必选项。除了建立集中式绿电发电站供电外，鼓励分布式发电引 导就地消纳也是有效提高新能源供电量的手段。近几年，数据中心 在建筑屋顶及外立面铺设分布式光伏，在数据中心产业园区建立分 散式风电，通过大量的建设，大幅提升新能源的供电量，促进能源 的可持续发展、改善环境，树立绿色企业形象、提升自身的竞争力。 当前，包括京津冀、成渝、宁夏、内蒙古等在内的四个国家算力枢 纽节点均对可再生能源使用率提出了明确目标。

为确保“业务零中断”，数据中心 IT 负荷往往需要“365×24” 小时不间断运行。通过缩短电力传输路径、减少转换层级、提升电 力转换效率，实现传输线路的高效供电，是数据中心供配电系统的 技术热点。当前，新建的互联网数据中心广泛采用了“HVDC+市电直 供”相结合的模式，供电效率可提升到 94%-95%。规划以数据中心为 主要负荷的微电网、“源网荷储”新方案，实现在负荷侧就近建立 电源供电，有效缩短“源”“荷”距离，减少传输损耗。位于国家 枢纽节点集群起步区的吴江算力调度中心项目采用高效供电系统， 变压器优先选择一级能效干式变压器；优化供电半径，合理选择变 压器的容量、提高负荷率，使设备处于经济运行状态，降低电能损 耗；采用 240V 直流系统、10kV 交流输入的 240V 直流系统等损耗率 低的架构和设备。结合数据中心智慧管理系统设置能耗计量系统； 选用节能型光源和灯具，结合智慧园区进行智能控制；在可利用屋 面（例如指挥调度中心）设置光伏发电，用于建筑用电。通过以上 措施，节电量达到 158 万 kWh/年；可再生能源发电量约为 10.12 万 kWh/年。

2.储能部署方式多元可靠，储能设备环境友好效率高

对于数据中心而言，储能不可或缺。储能技术是推动算力在设 施侧实现绿色转型的重要因素，储能与供配电系统协调配合，输出 稳定电力，共同保障数据中心电力系统平稳运行。在算力领域，储 能可分为数据中心级储能和数据中心内储能，为高效存储和利用能源、减少温室气体排放提供保障。数据中心级储能指的是储能作为 数据中心的备用电源，同时参与市场电力市场调峰、辅助调频等辅 助服务，在提高数据中心供电可靠性的同时，也从电力市场服务中 获取收益补偿，是应对极端事件、保障能源安全、支撑数据中心电 力系统稳定运行的重要技术。数据中心内储能主要采用分布式结构， 包括机柜级分布式供电系统（DPS）和服务器级备用锂电池组（BBU） 等。DPS分布式电源采用高效率供电模块以及全锂电池备电系统，供 电系统效率高达 96%，整体寿命高达 10 年，配合能源管理系统可以 实现机柜级的能源管理并进行智能调度。分布式供电模式把属于传 统大型 UPS 的耗电划到了机柜内，极大地降低了 PUE 值。

储能有多种形式，包括电池储能、氢储能、压缩空气储能等。 绿色低碳产业趋势下的储能设备将具备安全可靠、生命周期内性价 比高、环境友好、循环寿命长等优点。氢能燃料电池是将氢气和氧 气的化学能直接转换成电能的发电装置，其主要优势是对环境无污 染、运行安静无噪声、发电效率高，当前业界已展开多项实验与测 试，证实了其作为数据中心电源的可行性。磷酸铁锂电池是指用磷 酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，该电池不含任何重金属与稀有 金属，无毒，无污染，为绿色型环保电池。数据中心在应用磷酸铁 电池时，可重点利用其能量密度较高和常温倍率性能良好的特点。 未来，为实现绿色算力，随着供配电系统、储能系统等多种模式融 合，可以实现绿电生产、平抑峰谷、降低排放等多重目标，形成完 整的能源发电体系，实现可持续发展。

3.自然冷却技术快速发展，液冷技术进入全面普及阶段

对于数据中心而言，制冷系统是影响节能表现的重要因素。在 选择整体设计方案时应充分综合考虑数据中心所在地区的气候特点、 水资源供应情况、数据中心规模以及 IT 功率密度。随着大型数据中 心规模持续增加，尽可能使用自然冷却技术，减少和避免使用机械 制冷成为数据中心减少能耗的关键。自然冷却技术可分为直接新风 自然冷却、间接空气自然冷却、自然冷源水自然冷却、蒸发式冷却 水自然冷却等。相比而言，直接新风自然冷却技术是路径最短的自 然冷却方式，也是散热效率最高的空气冷却方式。空气质量较差、 温湿度不合适的数据中心主要采用水系统自然冷却技术。针对风冷 冷却，宁畅研发蝶翼散热系统，CPU 散热器采用 8 热管直触 X 形高流 量散热器，散热面积增加 42%，最大支持 400W 风冷散热，并支持液 冷 CPU 风冷散热。联想开发八爪鱼式散热器，采用 8*D8 热管，前 4 后 4 的交叉排布的设计，大大提高了热管的传热效率，可以支持 500W-550W 的处理器风冷散热。

随着生成式人工智能、大模型计算的需求带动 GPU、FPGA 等发 热量大的元件应用发展，高功率机柜逐渐增多。实现高功率机柜的 有效散热成为数据中心关注的重点问题。根据机柜的热密度等级， 依次可选择的冷却方式有房间空调、列间空调、机架内部冷却、液 冷冷却等。相比而言，液冷技术具有制冷能效高、节约机房空间的 优势，可分为直接冷却和间接冷却两种。目前，间接冷却以冷板式液冷技术为主，直接冷却以浸没式液冷技术为主。液冷技术是使用 液体作为热量传输的媒介，可直接导向热源带走热量，其突破了气 候条件和地域的限制，可以在全国任何地区进行应用，即使是华南、 华东等温度高的地区也可以应用液冷技术进行冷却，最终促使数据 中心的制冷电力消耗大幅度降低。

具体而言，冷板式液冷是通过与装有液体的冷板直接接触来散 热，或者由导热部件将热量传导到冷板上，然后通过冷板内部液体 循环带走热量。随着冷板技术的逐渐成熟，提高冷板效率、降低冷 板成本的需求也越来越强烈。传统的铜冷板也受到了一些限制，例 如：整体冷板的重量限制，铲齿 Fin 厚度的制造限制，流阻的限制 等等。联想开发了新型铝材料冷板作为核心换热部件，利用 3DVC 技 术，增强了铝冷板的均温性，流阻值比传统铜冷板减少了 30%，实现 水冷板热性能提升 10%，成本优化 20%以上，突破了冷板换热极限。 联想全覆盖海神水冷技术能够实现单机柜高密度水冷节点支持 72 个， 单机柜功率 100kW 以上，实现高效的算力冷却。宁畅采用铜铝结合 冷板，实现铜高效导热、铝减轻重量、无电化学反应风险。聚焦漏 液安全，在冷板接头采用宝塔倒刺+螺纹，两级防漏液机制，漏液风 险降低 80%。采用四级漏液检测机制，0.05ml 漏液量即可精准监控， 1 秒内即可完成漏液报警。新华三采用全焊接+高耐压 EPDM 管设计， 冷板耐压能力提升50%以上，冷板可靠性大幅提升。此外，新华三设 计的 GPU 液冷冷板模组，冷头水嘴采用极简等流三通设计，不增加 管路复杂度的基础上，实现流量均分的并联设计，散热能力提升20%，流阻降低30%。中国移动设计院研发解耦型冷板式液冷机柜产品，推 动液冷基础设施侧与 IT 设备侧解耦，推进机柜与服务器接口标准化， 液冷机柜可用于通算、智算、超算、异构算力等多业务场景，采用 着解耦盲插、风液融合的设计理念，可与多种类型服务器适配，赋 能算力基础设施绿色低碳化转型。浸没式液冷是将发热的电子元件 浸没在冷媒（冷却液）中，依靠液体流动循环带走热量。宁畅 B7000 液冷 TANK 在浸没液冷技术之上，独创开孔及液体流道设计，进一步 提高散热效率，PUE 可低至 1.05。新华三 H3C Uniserver Cube 机架 箱式浸没液冷系统，将单服务器作为一个密封浸没液冷系统，并采 用融合架构，实现了冷板式和浸没式两种路线的优势融合，解决了 机房空间利用率低，液冷散热占比小，以及冷却液用量大成本高等 问题。相比而言，浸没式液冷的平均 PUE 更低，散热效率更高，是 未来数据中心算力设施建设的发展方向。据 IDC 数据显示，2023 上 半年中国液冷服务器市场规模达到 6.6 亿美元，同比增长 283.3%。 宁畅、联想、新华三、浪潮等主流 IT 设备厂商纷纷发力液冷产品研 发，覆盖风液冷混合、冷板液冷、浸没式液冷等主流液冷技术，布 局全栈数据中心液冷产品，提供从服务器、机柜、机房到数据中心 的全系统液冷解决方案，实现全应用场景下差异化节能降耗。

此外，服务器在运行的过程中，产生大量的余热，这些余热有 着易提取、热源充足等特点，利用热泵技术将余热回收利用，有着 广泛的应用前景，尤其是在我国北方地区，可有效帮助用户降低用 热成本。随着更大规模、更多数量的数据中心建设，将有更多的设备，产生更多的余热，这些余热如果能被加以利用，可以加速“碳 中和”进程。联想在关注散热效率和能源效率提升的同时，聚焦能 源再利用效率。通过综合能源效率 PUE 和能源再利用效率 ERE 平衡 设计，采用热回收技术，对废热回收利用。联想研发的温水水冷技 术可实现温水液冷和数据中心热能回收，既可以提升 5%的算力，还 可以降低 42%的能耗，并创造高达 90%热能的回收再利用。新华三把 液冷服务器中高温回水和热回收技术相结合，实现数据中心热能高 效回收和利用，可实现园区的生活供热。