严阵以待零碳未来白皮书：大型数据中心通过应用可再生能源，减少对化石燃料的依赖

维谛技术(Vertiv)白皮书 严阵以待零碳未来： 大型数据中心通过应用可再生能源，减少对化石燃料的依赖 执行摘要 中国宏观政策从“能耗双控”转向“碳排放双控”，这也导致大型数据中心的目标从节能减排向节碳改变。众多大型数据中心制定了激进的碳排放减少或消除目标。尽管可用性、安全性和可扩展性仍然是数据中心的核心要素，但现在必须以可持续发展为导向来实现这些目标。 为了实现碳排放的减少和最终消除，必须对数据中心的电力供应方式进行彻底变革，而且这一变革已经开始。 在过去的30年里，关键电力基础设施的效率稳步提高，可持续发展目标推动了一波创新，使大型数据中心在关键电力基础设施的利用和效率方面取得了重大进展。这些创新使得今天的电力系统能够实现接近100%的利用率和高达99%的效率，最大限度地提高了可用容量，同时将造成数据中心碳足迹的能源损耗最小化。 这一演变的下一步是推动本地可再生能源的发展，这需要燃料电池和氢气发电技术的不断进步。随着这两个领域的持续发展，该行业将迎来一个新的未来：本地可再生能源将为现场水解装置提供动力，使燃料电池能够从边缘到核心提供可靠和持续的电力。 要实现这个未来目标，需要整个价值链之间的紧密合作。目前，维谛技术（Vertiv）正在与主要的大型数据中心、燃料电池制造商和其他利益相关者密切合作，以确保关键的电力系统能够以最高的利用率和效率运行，同时还提供先进的能源管理能力，以支持实现零碳未来。 可持续发展的机遇 在过去的一年里，一些全球最大的数据中心已经承诺或加速了实现零碳或负碳运营的计划。 例如，谷歌已经设定了到2030年只使用零碳能源的目标。微软则更进一步，宣布计划到2030年实现负碳排放和水资源正向平衡，到2050年，该公司计划从环境中清除的碳将超过其自公司成立以来所排放的排放总量。脸书和苹果的2030年目标是实现其整个价值链的净零排放。 这些大规模的数据中心在推动零碳运营方面发挥了领导作用，但这一趋势不仅仅局限于它们。阿里巴巴、百度、腾讯、字节跳动、通用汽车、宜家、星巴克、联合利华和沃尔玛等大型企业也宣布在未来30年内实现碳中和目标，他们的数据中心运营必然也会纳入这些倡议中。随着越来越多的上市公司披露与气候有关的信息，未来势必会有更多的公司效仿。 这对于能够帮助这些组织实现其目标的大型数据中心来说是一个机会。大型数据中心将根据其是否能够支持这些雄心壮志的目标来选择合作伙伴，而一些企业可能会发现增加主机托管的投资是最简单且最具成本效益的方法来减少数据中心相关的碳排放，前提是大型数据中心能够提供碳中和的环境。 然而，要在不影响性能和可用性的情况下实现零碳运营，大型数据中心必须克服若干挑战。 实现零碳运营的方法 第一步，已经被许多组织采取，包括使用可再生能源来替代当前的能源来源。而第二步，也是最具颠覆性的 一步，涉及逐渐降低市电在数据中心电源中的比例。 第一步：使用外购清洁电力能源 近年来，可再生能源在电力网中的可用量有所增加。然而，在几乎所有地区，电力网都未能跟上数据中心对可再生能源的需求。在中国，2022年的发电装机容量为52%的火力发电和48%的新能源，其中水电、光电各占总容量的16%、风电14%、核电2%。即使是对可再生能源最乐观的支持者也认为，国家要实现100%使用可再生能源发电，最早也要到2050年。 欧洲在这方面领先于美国，可再生能源占电力输出的38%，而化石燃料则占37%。中国增加可再生能源容量的速度比美国和欧洲快，但能源消耗的增长也比其他地区快，煤炭仍然是该国的主要能源来源。 一些超大规模的公司和大型数据中心正在充分利用其规模来加速可再生能源的供应，以为数据中心提供电力，并试验项目，试图使用本地产生的可再生能源来为数据中心供电。尽管某些地区的个别数据中心已实现100%的可再生能源供电，但在许多地区，可再生能源供应能力仍然不足。大多数数据中心仍然依赖化石燃料作为主要和备用电源。 许多组织可以通过购买可再生能源证书和电力购买协议来实现100%使用可再生能源作为电力来源的目标。这些策略对推动可持续发展倡议至关重要；然而，要实现真正的零碳运营目标，最终需要减少对市电的依赖，逐渐过渡到本地清洁电力的使用。 第二步：改变数据中心的供电方式 为了使数据中心实现零碳化，目前依靠市电提供主电源，由UPS和发电机提供紧急备用电源的方法需要 12 改革。不仅市电提供可再生能源的能力有限，而且柴油和天然气发电机也是一种需要逐步淘汰的碳排放源。 不断进步的燃料电池技术将成为可能的替代选择。短期内，燃料电池提供了取代以碳为燃料的发电机作为备用电源的机会。例如，质子交换膜（PEM）燃料电池具有出色的功率密度，即使在低温下也能迅速启动，使其成为移动和备用电源应用的理想选择。目前，限制质子交换膜燃料电池作为备用电源的主要障碍包括氢气的成本（随着各行业对燃料电池的采用增加，氢气的成本将下降），以及储存足够数量的氢气以确保24或48小时备用电源的挑战。 最终，这第二个障碍将通过实施现场水解来解决，由可再生资源供电可产生足够的绿色氢气，使燃料电池不仅能作为备用电源，甚至成为数据中心的主要供电来源。 通过现场发电的风能或太阳能将为水解设备提供动力并为锂离子电池充电。锂离子电池储存短期备用电源的能量，而由水解设备产生的氢气则供给燃料电池作为数据中心的主要电源。当电池接近其运行时间的极限时，UPS将数据中心切换到电网供电，以保持持续运行。 基于当前技术状况，在基本负载应用中，固体氧化物燃料电池（SOFC）显示出比PEM燃料电池更有前景，因为它们具有更长的使用寿命，而且其较慢的启动速度在连续供电应用中也不是问题。目前，大多数使用的SOFC使用天然气作为燃料，并配有嵌入式重整器，但实践证明它们也可以使用更环保的氢气。 （了解详细氢燃料技术，请点击查看白皮书。） 燃料电池主电源：SOFC H2 O2 服务器和 辅助设备 H2存储NG电网 电网备用电源 UPS电池存储 在这种情况下，UPS除了提供电源调节和备用电源功能外，还能提供关键的能源管理能力。例如，对可再生能源和燃料电池进行投资的大型数据中心可能希望能够保存多余的能源供未来使用，或在其园区内使用，以抵消现有的基本负载。UPS可以对此进行协调。未来一代的UPS平台应加入智能能源管理功能。 这种转变代表了本世纪以来数据中心运营中最重大的变革之一。这可能会使一些人认为它永远无法实现。诚然，业界确实必须解决一些挑战；然而，目前有许多大型数据中心积极采用这种方法，实践证明这是实现真正零碳运营的最快和最可行的路径，也是该行业持续增长和成功的关键。随着可再生能源、燃料电池和水解技术的不断进步，这些技术将提高效率降低成本，最终的可行性只会越来越高。 零碳之外，额外增值 虽然数据中心电力系统发生的变化主要是由可持续发展驱动的，但它们也为大型数据中心带来了额外的好处，应该纳入决策过程： 持续扩大容量：如果大型数据中心能够提高关键电力系统的利用率，就可以扩大可用电力容量，从而抵消对新增容量的需求 中长期降低成本：通过电力系统优化，可以立即降低现有部署的运营成本。随着本地生产能源的成本下降，大型数据中心将能够根据能源成本以及空间、效率和占地面积进行更优化 选址更灵活：一些城市和电力部门已经开始限制向数据中心提供电力，未来这种趋势可能会增加，从而限制供应商在有需求的地方选址的能力。通过采用氢燃料技术实现自主发电，成为能源独立型企业，大型数据中心将更加灵活地在一级和二级市场选址，减少对当地电力供应的依赖 结论 减少对化石燃料的依赖在短期内是一种竞争优势，在长期内是一种不可避免的趋势。与像维谛技术（Vertiv）这样具有前瞻性和创新性的基础设施合作伙伴合作，将使您能够借助成熟的技术迈向未来，立足现在，应对零碳的未来。维谛技术（Vertiv）热烈欢迎与那些寻求减少或消除对碳能源依赖的公司合作。 34 维谛技术有限公司 Vertiv.com 售前电话：400-887-6526售后电话：400-887-6510 关注官微了解更多资讯 Vertiv和Vertiv标识是维谛技术的商品商标和服务商标。©维谛技术2023年版权所有。