行业领域

数字基础设施节能环保

需求背景

随着数字经济高速发展，数据中心作为 “数字底座”，规模与能耗同步激增。据统计，我国现有数据中心超 2.7 万个，年均耗电量占全国总用电量的 2.5% 以上，其中大型数据中心 PUE（能源使用效率）普遍在 1.5-2.0 之间（国际先进水平已低于 1.1），散热系统能耗占总能耗的 30%-40%，不仅造成巨大能源浪费，还导致碳排放强度居高不下（单座中型数据中心年碳排放超 1 万吨）。从政策层面看，《“十四五” 数字经济发展规划》《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023 年）》明确要求，到 2025 年，全国新建大型、超大型数据中心 PUE 需降至 1.3 以下，国家枢纽节点降至 1.2 以下，可再生能源占比达到 80% 以上，数据中心整体能效水平较 2020 年提升 30%。但当前数据中心绿色运营面临多重瓶颈：一是散热效率低，传统风冷系统受环境温度影响大（夏季 PUE 飙升至 1.8 以上），液冷技术虽能效高但成本高（较风冷高 30%-50%）且兼容性差；二是能源结构不合理，多数数据中心依赖火电供电，太阳能、风能等清洁能源因间歇性难以稳定接入，储能技术（如锂电池储能）容量不足、寿命短（3-5 年）；三是算力与能耗不匹配，存在 “重算力投入、轻能耗管控” 现象，闲置服务器待机能耗占比超 15%，缺乏算力动态调度与能耗优化联动机制；四是余热回收难，数据中心服务器散热产生的中低温余热（30-50℃）未有效利用，多直接排放至环境，造成能量浪费。经科技查新，国内外现有数据中心节能技术多聚焦单一环节（如风冷变频、液冷改造），尚未形成 “高效散热 - 清洁能源集成 - 算力能耗协同 - 余热回收利用” 一体化的绿色低碳方案。因此，研发一套适配数据中心的绿色低碳运营与高效节能系统，既能降低 PUE 与碳排放，又能提升能源利用率、降低运营成本，对推动数字基础设施绿色转型、助力 “东数西算” 工程与 “双碳” 目标实现具有重要意义。

需解决的主要技术难题

1. 高效散热与 PUE 优化难题：数据中心服务器高密度部署（单机柜功率超 50kW）导致局部热聚集，传统风冷系统散热不均（局部温度超 35℃），液冷系统（如冷板式、浸没式）存在设备兼容性差（需定制服务器）、维护难度大、成本高的问题；且散热系统与环境温度联动不足，夏季高温时需额外投入空调能耗，导致 PUE 升高，需研发 “风冷 + 液冷” 混合散热技术与智能温控算法，在保障服务器稳定运行（温度≤32℃）的前提下，将 PUE 降至 1.2 以下。2. 清洁能源稳定集成难题：数据中心对供电稳定性要求极高（断电容忍时间≤200ms），太阳能、风能发电存在昼夜波动、季节变化等问题，直接并网易导致供电中断；现有储能技术容量不足（无法满足数据中心小时级备用电源需求）、充放电效率低（≤85%），需研发 “清洁能源 + 长时储能 + 市电备份” 互补供电系统，结合 AI 能源调度算法，实现清洁能源占比≥80% 且供电稳定率≥99.999%。3. 算力 - 能耗协同调度难题：数据中心算力需求动态变化（如白天峰值算力是夜间的 2-3 倍），现有系统未根据算力负荷调整能耗输出（如闲置服务器仍满负荷供电），且不同业务（如离线计算、实时交互）对算力与能耗敏感度差异大，需研发基于算力需求预测的动态调度模型，实现 “高算力高供能、低算力低耗能、闲时节能待机”，降低闲置能耗占比。4. 余热高效回收难题：数据中心服务器散热产生的中低温余热（30-50℃）能量密度低、分布分散，现有余热回收技术（如热泵回收）效率低（≤60%）、回收成本高，且余热利用场景有限（多局限于供暖），需研发低品位余热高效回收与梯级利用技术，将余热转化为生活热水、建筑供暖或辅助散热系统能源，提升余热利用率≥70%。

期望实现的主要技术目标

a. 能效与 PUE 优化：系统适配后，大型数据中心 PUE 稳定降至 1.2 以下（国家枢纽节点降至 1.15 以下），其中散热系统能耗占比降低至 20% 以下；单机柜功率密度提升至 80kW 以上，服务器运行温度控制精度 ±1℃，全年温度稳定在 22-32℃。b. 清洁能源与供电：太阳能、风能等清洁能源在数据中心总能耗中的占比≥80%；长时储能系统（如液流电池储能）充放电效率≥90%，备用供电时长≥4 小时，供电稳定率≥99.999%（年断电时间≤5 分钟）；碳排放量降低≥60%，年减排二氧化碳≥8000 吨 / 万 kW 数据中心。c. 算力 - 能耗调度：算力需求预测准确率≥95%（未来 4 小时算力），闲置服务器能耗降低≥80%（待机功率≤5% 额定功率）；不同业务算力匹配率≥98%，实时交互业务响应延迟≤50ms，离线计算能耗降低≥25%。d. 余热回收利用：中低温余热回收效率≥70%，回收能量可满足数据中心 50% 以上的生活热水需求或 30% 以上的建筑供暖需求；余热回收系统自身能耗占回收能量的比例≤15%，无二次污染排放。e. 智能管控与指标：实现能耗（监测精度 ±0.5%）、PUE（监测精度 ±0.01）、算力负荷（监测精度 ±1%）、服务器温度（监测精度 ±0.5℃）实时监测；能源调度响应时间≤100ms，故障预警准确率≥98%，支持远程运维与无人值守。f. 经济与适配：单座万 kW 数据中心改造投资回收期≤5 年，年运营成本降低≥25%（电费成本 + 散热成本）；系统适配大型、超大型数据中心及边缘数据中心等 3 类以上场景，兼容主流服务器品牌（如华为、浪潮、戴尔）与供电架构。