綠色數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展策略研究

鄔丹華

摘 要：隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的重要基礎(chǔ)，已經(jīng)成為全球關(guān)注的重要產(chǎn)業(yè)。本篇文章從綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的必要性、國內(nèi)外新機(jī)房案例、國家政策等方面分析綠色數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)的未來走向以及發(fā)展中存在的問題，并提出自己的看法。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;綠色;節(jié)能;監(jiān)管

隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)所代表的信息經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心已成為信息社會(huì)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，迎來了快速發(fā)展期。有數(shù)據(jù)顯示，2016年中國大數(shù)據(jù)市場規(guī)模為168億元，預(yù)計(jì)2017年至2020年將保持30%以上的增長率。大數(shù)據(jù)行業(yè)帶來的是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，吸引高科技人才，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的好處顯而易見，因此各地對(duì)爭取頂級(jí)企業(yè)的大數(shù)據(jù)中心落地，也可謂是下足了功夫。全國各地各個(gè)行業(yè)大大小小的數(shù)據(jù)中心如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)，隨之而來的數(shù)據(jù)機(jī)房低效率、高能耗問題也成為困擾持續(xù)發(fā)展的難題，建設(shè)綠色數(shù)據(jù)機(jī)房，勢在必行。

1 綠色數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)的必要性

自2000年以來，我國開始在各地區(qū)建設(shè)大數(shù)據(jù)中心。截至2019年5月，全國各地的大數(shù)據(jù)中心數(shù)量已經(jīng)超過國家大部分部門數(shù)量，總量達(dá)40萬個(gè)。這些大數(shù)據(jù)中心平均每年所消耗的電量超過全國總發(fā)電量的1.5%。隨著互聯(lián)網(wǎng)普及率的提升以及互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的持續(xù)增長，越來越多的數(shù)據(jù)得到記錄，數(shù)據(jù)源范圍也不斷擴(kuò)大，全球的數(shù)據(jù)量出現(xiàn)爆炸式增長，對(duì)大容量存儲(chǔ)需求越來越強(qiáng)。

根據(jù)IDC（國際數(shù)據(jù)公司）監(jiān)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2011年全球總數(shù)據(jù)已達(dá)到1.8 ZB，按照目前每兩年翻一番的增長速度，到2020年，全球數(shù)據(jù)總量將達(dá)到35ZB。與2011年相比，數(shù)據(jù)量將增加近20倍。換句話說，過去兩年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量相當(dāng)于人類歷史上所有數(shù)據(jù)的總和。

隨著機(jī)房的數(shù)量、規(guī)模越來越大，IT、存儲(chǔ)、服務(wù)器設(shè)備數(shù)量越來越多，機(jī)房的耗電量也越來越高。尤其是大型數(shù)據(jù)中心，在一、二線城市規(guī)劃者眼中，已經(jīng)從一開始的香饃饃變成了高能耗的“拖油瓶”。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，供電局提供給數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)的用電量，只有30%是用于IT設(shè)備上的，其他的70%用在機(jī)房散熱和機(jī)房環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施上。大數(shù)據(jù)中心成本的50%-70%成本一般被電力成本占，而其中制冷過程消耗的電能又占數(shù)據(jù)中心所有功耗的40%。這是因?yàn)椋蛔鶖?shù)據(jù)中心會(huì)由數(shù)萬臺(tái)服務(wù)器組成，一般都是由電力提供動(dòng)力，并且大量的服務(wù)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度會(huì)升高，其散熱、降溫也是借助耗電的空調(diào)來完成的，所以高耗能成本成為大數(shù)據(jù)中心的一大特點(diǎn)。

目前，全球發(fā)電量的3%用來提供數(shù)據(jù)中心日常運(yùn)行，而這一數(shù)字不會(huì)下降，只會(huì)緩慢上升。并且這種電力來源不一定清潔：根據(jù)聯(lián)合國的說法，信息和通信技術(shù)（ICT）部門在很大程度上由數(shù)據(jù)中心提供，它們帶來的溫室氣體排放量跟航空部門相同。雖然信息通信技術(shù)已關(guān)閉舊的低效數(shù)據(jù)中心，控制電力消費(fèi)增長，但這種策略只能在互聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)和數(shù)據(jù)生產(chǎn)增加的情況下實(shí)現(xiàn)。展望未來，數(shù)據(jù)中心有兩種減少排放的關(guān)鍵方法：數(shù)據(jù)中心內(nèi)的能源使用更加高效，并確保所使用的能源是清潔的。因此，采用各項(xiàng)綠色節(jié)能技術(shù)手段建設(shè)綠色數(shù)據(jù)機(jī)房，成為數(shù)據(jù)中心機(jī)房發(fā)展的必然選擇。

2 國內(nèi)外綠色數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

為了提高數(shù)據(jù)中心設(shè)備的效率，降低機(jī)房能耗，實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)，在過去漫長的時(shí)光里，許多數(shù)據(jù)中心知名的技術(shù)專家進(jìn)行了諸多的實(shí)驗(yàn)和探索，比如提供更為高效的供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)，對(duì)機(jī)房進(jìn)行更為合理的規(guī)劃與布局，采用更為流暢的氣流組織走向和更有效的機(jī)房保溫材料等等。這些試驗(yàn)取得了一定的成效，但不可否認(rèn)的是，今天的許多數(shù)據(jù)中心依然存在效率不高、能耗過大等問題，從大型科技公司到托管服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商，都在努力從各方面進(jìn)行探索。

將數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)在遠(yuǎn)離一線城市的廉價(jià)供電站附近就是減少能耗的成功探索之一。如美國蘋果公司在2013年年底即在俄勒岡州中部購買了一個(gè)水電站，就是為了以更加環(huán)保的方式給其在普萊恩維爾市的數(shù)據(jù)機(jī)房就近提供廉價(jià)的電力，減少傳輸上的損耗。這個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房與采用常規(guī)制冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比，用水量節(jié)約了70%。

除了廉價(jià)的供電站附近，很多擁有豐富的可再生資源且氣候涼爽，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害幾率小的偏遠(yuǎn)地區(qū)也成為數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)的可靠選擇。例如，中國的阿里數(shù)據(jù)港張北數(shù)據(jù)中心就位于張北縣小峨臺(tái)鎮(zhèn)，數(shù)據(jù)中心房間100%基于綠色能源，整體結(jié)構(gòu)覆蓋太陽能電池板，極大的減少了機(jī)房運(yùn)行的能耗。美國蘋果公司將其位于中國的第一個(gè)大數(shù)據(jù)中心建在貴州省，就是因?yàn)橘F州貴陽市全年平均溫度低于15度甚至是10度，同時(shí)，它很少受到霧霾天氣的影響，PM2.5處于良好水平，空氣清新。這種空氣可以直接過濾到機(jī)房，使用自然散熱與少量空調(diào)相結(jié)合的方法，對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻，大大降低了生產(chǎn)成本。

3 我國綠色數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)推動(dòng)政策

我國在數(shù)據(jù)中心的布局建設(shè)上不遺余力，從標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃以及鼓勵(lì)扶持措施等方面提出相關(guān)政策。

2013年1月，工業(yè)和信息化部，國家發(fā)展和改革委員會(huì)，國土資源部，電力監(jiān)管委員會(huì)和能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》，指出數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和布局應(yīng)以科學(xué)發(fā)展為基礎(chǔ)，以加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)，以提高可持續(xù)發(fā)展能力，以市場為導(dǎo)向，注重資源節(jié)約和安全，要求遵循產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，發(fā)揮區(qū)域比較優(yōu)勢，引導(dǎo)市場參與者合理選址，長期規(guī)劃，按需設(shè)計(jì)，規(guī)范建設(shè)，逐步形成技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理的新數(shù)據(jù)中心。

2015年3月，工業(yè)和信息化部，國家機(jī)關(guān)管理局和國家能源局共同發(fā)布了《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作計(jì)劃》，建議2017年在重點(diǎn)地區(qū)建立100個(gè)綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心的能源效率平均提高8%或更多。制定了四項(xiàng)綠色數(shù)據(jù)中心國家標(biāo)準(zhǔn)，推廣了40項(xiàng)綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)適用技術(shù)，產(chǎn)品和運(yùn)行維護(hù)管理最佳實(shí)踐，并制定了綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)指南。

2019年1月20日，工信部、國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國家能源局在聯(lián)合印發(fā)的《加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》中指出，我國應(yīng)該建立健全綠色數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)體系，打造一批先進(jìn)的綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)典型。

自2013年工業(yè)和信息化部五部委發(fā)布“數(shù)據(jù)中心建設(shè)指導(dǎo)意見”以來，中國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)已明確呈現(xiàn)出大規(guī)模、集中化、綠色化、布局合理化的趨勢。已經(jīng)形成了貴州貴安基地、河北張北基地、廊坊基地、呼和浩特基地等數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房是供電商的重要經(jīng)濟(jì)來源，目前許多國家也對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的發(fā)展采取激勵(lì)措施。比如2017年瑞典政府就對(duì)當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)中心進(jìn)行減壓，減少數(shù)據(jù)中心電力稅的97%，2018年谷歌在俄亥俄州的一家大數(shù)據(jù)中心的銷售稅減免100%。目前我國也采用這種激勵(lì)措施，優(yōu)先給大數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的供電、多路的市電進(jìn)場等，并提供政府支持。比如在貴州、內(nèi)蒙古、寧夏地區(qū)的政府對(duì)大數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)采取助力措施，最高可以補(bǔ)助到1000萬元。

4 我國綠色數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)存在的問題及建議

隨著我國數(shù)據(jù)中心的不斷發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模越開越大，各行業(yè)技術(shù)人員不斷開發(fā)節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)，國家對(duì)數(shù)據(jù)中心的管理制度也越來越完善。綜合我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展歷史可以看出，我國的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)保持著健康持續(xù)的發(fā)展路線，其發(fā)展前景無比的廣闊。但是，機(jī)房的高能耗問題依舊是我國綠色數(shù)據(jù)發(fā)展的一大瓶頸。國內(nèi)數(shù)據(jù)中心在探索和實(shí)踐節(jié)能、節(jié)水、低碳等先進(jìn)技術(shù)和管理方法提高能效方面，仍面臨許多挑戰(zhàn)。

4.1 中國數(shù)據(jù)中心的技術(shù)程度差異很大。

經(jīng)過多年的發(fā)展，近幾年新建的數(shù)據(jù)中心大多采用了時(shí)下最為先進(jìn)的技術(shù)理念，PUE能效相對(duì)較低，但舊數(shù)據(jù)中心因?yàn)榻ㄔO(shè)年代較久，很多采用的都是當(dāng)年比較落后的技術(shù)，導(dǎo)致舊數(shù)據(jù)中心的PUE仍然很高。怎樣將舊數(shù)據(jù)中心的技術(shù)更新?lián)Q代是建設(shè)全面綠色中心的一個(gè)重要問題。

4.2 數(shù)據(jù)中心節(jié)能和資源再利用技術(shù)與國外仍存在較大差距。

國內(nèi)數(shù)據(jù)中心使用的制冷設(shè)備，供配電設(shè)備和環(huán)控等系統(tǒng)大部分選自外國制造商。相關(guān)節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)薄弱，沒有自己的核心技術(shù)，節(jié)能改進(jìn)和設(shè)備軟件控制水平有限。

4.3 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)要求和施工、運(yùn)維技術(shù)不統(tǒng)一

在中國新數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)PUE相對(duì)較低，但在數(shù)據(jù)中心開始建設(shè)時(shí)，有的施工技術(shù)人員因?yàn)閭€(gè)別原因，導(dǎo)致線路、管道不符合標(biāo)準(zhǔn)或者偏低，導(dǎo)致PUE能耗升高;在數(shù)據(jù)中心正式運(yùn)行后，由于業(yè)務(wù)的增大，設(shè)備上架數(shù)量增加，導(dǎo)致機(jī)房能耗增加;并且運(yùn)維操作和運(yùn)維能力差，許多數(shù)據(jù)中心PUE未達(dá)到設(shè)計(jì)水平。

4.4 數(shù)據(jù)中心的地域分配不平衡

目前，許多數(shù)據(jù)中心建設(shè)在一線城市以及人員密集的地段，因?yàn)榈赜虻膯栴}，不能有效的利用自然環(huán)境，極大地增加了能耗的成本。

為了加快數(shù)據(jù)中心綠化的進(jìn)程，建議可采取以下策略：

一是加大綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排技術(shù)的推廣力度，發(fā)布優(yōu)秀的數(shù)據(jù)中心案例，支持鼓勵(lì)舊數(shù)據(jù)中心改造項(xiàng)目，對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施（空調(diào)、配電、新風(fēng)）等進(jìn)行評(píng)估。

二是大力支持?jǐn)?shù)據(jù)中心冷卻節(jié)能和新技術(shù)的研究和探索，一方面是加快液冷解決方案，目前液冷比較成熟的是芯片級(jí)液冷和浸泡式液冷，施耐德通過一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液冷可以減少大數(shù)據(jù)中心5%-15%的能耗;另一方面，尋找新能源，可回收能源，增加數(shù)據(jù)中心能源的回收利用效率，比如鋰電池的發(fā)展。

三是對(duì)數(shù)據(jù)中心操作維護(hù)人員進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)，提高運(yùn)維人員的工作素養(yǎng)和技術(shù)水平?？梢蕴崆鞍l(fā)現(xiàn)問題隱患并快速解決問題，減少不必要的損耗。

四是支持?jǐn)?shù)據(jù)中心在偏遠(yuǎn)地區(qū)的建設(shè)，比如新疆北部地區(qū)、東北部地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)等，這些地區(qū)有著氣候適宜、發(fā)生地質(zhì)災(zāi)難小且遠(yuǎn)離污染、還有充足的太陽能、風(fēng)能、水源等各類資源，大大降低的數(shù)據(jù)中心的能耗。

在未來，綠色數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)都會(huì)往同一個(gè)目標(biāo)發(fā)展，在保證數(shù)據(jù)中心機(jī)房正常運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)高效、清潔、集約化和周期性數(shù)據(jù)中心的綠色發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的可持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展。

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