数据中心的建设和消耗在不断创历史新高的同时，也因为消耗大量的电和水而饱受诟病，并且排放温室气体，在垃圾填埋场产生废物，但不会排放有形产品，例如汽车、房屋和钢铁。但实际上，在我们的生产和生活中，无论是视频流、在线购物、在线社交、沉浸式视频会议，还是工业过程和生产控制等，都没有数据中心的输出。数字世界需要大量的处理和存储容量，这是数据中心呈指数级增长的驱动力。如何提高数据中心的能效，降低对环境的影响，对电源提出的挑战也成为当前备受关注的话题。作为全球领先的数据中心、基础设施建设和关键行业应用数字化服务的领导者，施耐德电气每年年初都会基于深刻的行业洞察和实践发布《看得见的未来—数据中心市场的新趋势与新突破》，揭示数据中心行业将发生哪些变化？新的一年。哪些趋势会影响数据中心行业未来的发展方向（这些趋势未来可能会持续数年），以及这些变化和趋势对数据中心运营商的价值和意义。以下是施耐德电气数据中心全球研究中心对2023年新兴趋势的预测。趋势一：数据中心将开始关注来自供应链的碳足迹越来越小。此时，建设运营阶段供应链（Scope3）的碳排放将成为数据中心碳排放的最大来源。然而，数据中心行业对范围3的理解和核算非常有限，主要是由于缺乏可靠的供应商数据、量化工具和核算方法。未来，scope3的量化评估将成为数据中心行业面临的最重要问题之一。施耐德电气此前发布了范围3相关的白皮书和权衡工具——数据中心生命周期碳足迹计算器，通过为“Insight”提供核算方法和量化工具，帮助数据中心行业评估范围3排放量优化决策，尽快实现碳净零排放。施耐德电气提出，供应商必须向数据中心运营商提供数据中心所用产品相关的Scope3排放数据，从而进一步推动整个行业的减排进程。范围三减??排的最佳实践包括延长服务器的生命周期、采购高效的绿色低碳产品、全面提高IT和物理基础设施的利用率。趋势二：数据中心的演进将加速采用替代备份技术作为长时间（如24小时）的备份电源。柴油发电机以其高可靠性一直是数据中心的首选。然而，随着环境问题的出现，越来越多的人希望它们可以被更可持续的解决方案所取代。但施耐德电气的研究发现，如果从投资成本、燃料成本、碳排放、可用性等多个维度进行综合权衡，目前还没有理想的替代方案。这些替代方案还需要进一步降低投资成本和燃料成本，以实现备用电源经济性。但与此同时，随着电网供电稳定性和IT系统灵活性的不断提高，对后备电源时延的要求明显降低（例如大部分电网的中断时间小于2小时）。此外，风能、风能、储能等分布式能源的采用为数据中心与电网之间的动态响应提供了更多降低能源成本和碳排放的机会。传统的依靠柴油发电机和UPS为关键负载提供优质电力的配电架构正在向储能系统转型。施耐德电气最新研究发现，上述三大数据中心的演进将使锂电池储能技术或氢燃料电池技术更具竞争力，从而推动其被业界采用作为柴油发动机的替代品。未来，数据中心的能源结构将更加多元化，备用电源方案、电网服务、配电架构将有更大的想象空间和发展空间。趋势三：多接入边缘计算（MEC）将出现在网络边缘为了支持数据密集型和超低延迟应用，例如高清流媒体、自动驾驶汽车、自动采矿和工业4.0，我们必须放置在网络的边缘，以确保这些资源更靠近数据源或数据消费者，从而消除从集中式核心云数据中心或区域边缘数据中心到边缘设备的延迟。此外，网络边缘数据中心和边缘设备之间也需要更快的网络通信，例如5G和Wi-Fi6。过去，电信行业和IT行业一直沿着各自的技术路线演进，如传统电信网络的云化、分布式云计算数据中心作为IT云的延伸等。今天，我们看到分布式云和传统电信数据中心的功能被合并到网络边缘的多接入边缘计算(MEC)数据中心。未来电信基站还可以提供软件定义服务（如网络功能虚拟化）；分布式云也将具有电信控制功能。施耐德电气认为MEC将赋能数字化转型（如智慧城市和智能制造），但其大规模部署也对配电、制冷、能效、管理和维护提出了独特的挑战。除了满足MEC设计中的弹性和性能目标外，运营商还必须将可持续发展作为企业的核心价值，以最大限度地减少能源使用、碳排放和废物产生。趋势四：数据中心电能利用率和质量的衡量将更加全面准确指南和分析方法将对数据中心的建设、运维起到积极的指导作用。未来，对于新建和扩建的数据中心，电能利用效率（PUE）需要满足规范规定的三级能效指标要求，并进行实时在线监测。监测应使用符合精度要求的计量器具、仪表（如：1级电能表、0.5级电流互感器、0.5级功率表等）。对附属设施用电量进行计量。此外，更多地采用可再生能源对电力质量的影响可能导致数据中心电力系统频繁发生故障。对于托管服务提供商而言，如何界定责任和分析故障根源变得尤为关键。这时就需要使用高精度仪器对电能质量进行实时在线监测和分析。施耐德电气认为，用于电能质量管理的高精度仪器和数字化工具将受到数据中心运营商的青睐。一方面可以满足监管部门对PUE的要求；另一方面，他们可以监控和分析电能质量以实现预测性维护，也是责任定义和根本原因洞察的有效工具。趋势五：新电力系统对配电网稳定性的影响备受关注。随着更多分布式清洁能源（如：风能、太阳能等）的应用，数据中心在享受能源成本优化和碳足迹减少的同时，也面临间歇性能源对能源消耗的冲击。传统电网的稳定性。部分数据中心因电压波动较大或电能质量差（超出UPS的控制能力）而发生停机事故，造成重大经济损失。“源-网-荷-储”一体化能源系统管理的微电网技术将成为保障供电可靠性、连续性和稳定性的关键。数据中心需要在设计和运维阶段使用数字化工具，实现微电网系统的设计和管理，确保电能质量满足要求。微网配电架构需要同时支持并网和离网运行模式，控制负荷和储能，自适应调整继电保护定值，实现新能源发电预测和运维。施耐德电气认为，有必要利用数字化工具对系统稳定性、暂态稳定性、潮流方向、弧闪、短路分析、过流保护选择性和配电网过电压等进行仿真计算，因此，以确保设计的准确性。合理性，进而实现数据中心供电的可靠性、连续性和稳定性。趋势六：数据中心扩容设计方案将受到青睐。为了支持关键负载，数据中心通常采用2N冗余设计并预留较大的安全余量。这导致物理基础设施容量没有得到充分利用，导致大量容量搁浅，同时也造成了投资成本和电网容量的严重浪费。过去，数据中心行业一直在讨论如何优化架构，比如用分布式冗余（DR）或共享冗余（BR）代替2N冗余，以释放闲置容量，提高系统负载率。即在市电容量相同的情况下支持更多的IT负载，同时提高供配电系统的能效。然而，新架构对运维人员的更高要求一直阻碍着这一进程。尤其是在市电容量申请难度越来越大的情况下，数据中心运营商希望通过创新的设计方案释放搁浅的物理基础设施容量，在相同市电容量下最大化IT容量或机柜数量的输出，同时也有必要确保系统的可用性不受影响。施耐德电气创新的扩容设计方案，采用UPS的调峰功能（市电与电池联合供电），充分利用闲置的柴油发电机组和冷库储冷，保证数据的配电中心在发生故障的情况下。系统和制冷系统可用性要求。研究发现，在市电容量相同的情况下，创新的扩容解决方案可将IT容量提升35%，每瓦IT投资成本降低16%。该参考设计可以解决数据中心运营商市电申请难、投资浪费等痛点，实现商业价值最大化。趋势七：数据中心在不断创新的同时，更加注重设备的安全性和可靠性。能效、容量等规格一直是数据中心行业设备选型的主要参考，并在过去几年推动行业不断进步。但是，随着这些设备参数被提升到更高的水平，持续优化给用户带来的边际收益会越来越小。同时，UPS、电网与柴油发电机之间的转换开关、柴油发电机故障是电力系统故障的主要来源，给数据中心运营商带来巨大损失。因此，设备的安全性和可靠性将提高到一个新的水平。设备的安全可靠性与能效一样难以量化，主要依靠设备制造商在设计阶段对设备进行充分的失效模式影响分析（FMEA）实验，在制造阶段严格控制产品质量。同时，更多地采用数字化技术、模块化设计理念、在线插件技术，提高设备的可靠性和可维护性，还可以实现“边生长边部署”，从而降低设备初期投资。施耐德电气认为，行业在创新的同时，必须始终坚持对产品安全性和可靠性的高标准、高要求。数据中心运营商在选择设备时，最好选择经过第三方独立权威认证机构（如UL、TüV、Tell）认证的设备。以保证设备的可靠运行，同时在使用和维护过程中不会给运维人员带来安全隐患。趋势八：数字化工具的应用将贯穿数据中心的整个生命周期。过去，数字化软件主要用于数据中心的运维阶段，以实现数据中心的高效运行。随着数据中心能源供应的多样化，可持续发展和高可用性的需求迫使数据中心从设计、建设到运维都需要数字化软件的支持。在设计阶段，数字化工具（如BIM、ETAP、CFD）可以优化数据中心空间设计，并使用仿真来确保电气和冷却系统的性能。在施工阶段，数字化工具（如数字孪生，MTWO）可以帮助建设者选择低碳环保的建筑材料和低碳设备。在运维阶段，数字化工具（如ResourceAdvisor、MicrogridAdvisor）可视化数据中心的能源和资源使用情况，可以实现持续改进运营，提高能源效率和可持续性。施耐德电气认为，新一代数据中心管理工具需要实现监测、测量、管理、控制、规划和仿真等功能，并能实现定制化解决方案和系统集成，更多依赖AI仿真优化和大数据智能数据中心为数据中心赋能，实现弹性、安全和可持续发展。趋势九：预制化模块化解决方案将在全球进一步推广随着数字化转型升级的快速推进，我们对算力的需求越来越多、越来越快。实现数据中心的快速部署已经成为互联网巨头和托管服务商的核心竞争力之一。数据中心预制模块化解决方案通过预定制和标准化，在工厂环境中进行预组装、集成和测试，缩短部署周期，提高性能、质量和成本的可预见性。预制模块化实现现场安装去工程化，边生长边部署优化投资成本，减少施工过程中废弃物的产生。尤其是在近年来供应链短缺的情况下，预制模块化还可以解决跨地区/国家的长途运输等问题，从而解决当地供应链短缺带来的挑战。施耐德电气认为，在享受预制化带来的诸多好处的同时，业界需要特别关注系统设计的可靠性和安全性，尤其是供配电系统。由于高集成度缩短了中低压与终端配电之间的路径和空间，容易造成短路电流增大、散热不均匀等不良影响。因此，在设计过程中，需要严格检查系统的短路故障等级、开关/柜的分断/耐受等级，以及上下游开关/其他保护元件的选择性配合，避免电气系统故障对整个数据中心可用性的影响。影响。趋势十：再生设计理念开始融入更多数据中心再生数据中心是一个开创性的概念，意味着数据中心可以实现资源的自给自足。诸如在现场生产自己的可再生能源，收集雨水和废水以获取其消耗的所有水，以及回收其建筑材料、配电和冷却系统中的所有硬件等事情。数据中心必须在干旱、风平浪静和黑暗时期运行，需要多种形式的现场可再生能源或大量现场储能。从价格和性能的角度来看，电池存储正变得越来越有吸引力。如果风能、太阳能或水力发电的可再生能源产能过剩，这些能源可以储存在电池中或制成绿色氢。燃料电池将是实现绿色氢能转化为电能的最佳选择。在工厂建造并运往现场的小型模块化核反应堆(SMR)也已开始获得监管设计批准，但仍需要经过严格的测试。它们似乎更适合支持可再生数据中心，但第一代要到2030年之后才会建成。施耐德电气将数据中心可持续发展计划的最终目标视为再生数据中心的重要起点，但这还不够.我们的最终目标不应只是控制碳排放、减少用水量和废物产生量。相反，其结果是一个自给自足的数据中心，具有现场可再生能源发电、水资源独立和使用100%回收材料以消除废物产生的特点。进入2023年，数据中心行业的重点仍将是可持续发展、安全可靠。通过采用数字工具、提高能效和供应链脱碳，我们将推动可持续发展并提高数据中心的可用性。数据中心供电和制冷系统也将继续朝着可持续发展和软件定义的方向发展。以上对新兴趋势的预测，来自于1990年代成立的施耐德电气数据中心全球研究中心。科研中心一直以“探索数据中心行业技术与发展趋势，倡导最佳实践”为团队使命，通过发布通俗易懂的白皮书和权衡工具来帮助数据中心用户提高可用性和优化能效，实现数据中心的可持续发展，最大化数据中心的商业价值。截至2022年，施耐德电气研发中心团队共发布白皮书220多篇，每年下载量超过40万次；28款权衡工具，每年超过2万用户在线使用。所有的白皮书和权衡工具都是免费提供给整个行业学习和使用的。在推动数据中心行业发展的同时，也印证了施耐德电气作为数据中心行业思想领袖的地位。
