國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)促進(jìn)國(guó)家碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)

周鋼 梁海峰 張志斌 楊健 李雪松 肖海清 王崢

一、概述

為了深入貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于碳達(dá)峰、碳中和的決策部署，指導(dǎo)中央企業(yè)做好碳達(dá)峰、碳中和工作，國(guó)資委下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)中央企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做好碳達(dá)峰碳中和工作的指導(dǎo)意見》，明確了中央企業(yè)碳達(dá)峰、碳中和工作目標(biāo)和要求。雙碳工作需要各相關(guān)行業(yè)單位高度重視，也是中央企業(yè)要履行的社會(huì)責(zé)任。

隨著全球分布的數(shù)據(jù)中心大量部署和云計(jì)算服務(wù)需求激增，其高運(yùn)行能耗和碳污染問題日益嚴(yán)重。針對(duì)這種新興的高能耗負(fù)荷，如何緩和數(shù)據(jù)中心碳足跡的有害影響，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和"3060"目標(biāo)成為一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。建立綠色節(jié)能高能效的數(shù)據(jù)中心是提高能源利用效率、降低運(yùn)營(yíng)商能耗成本的根本解決途徑。從企業(yè)角度出發(fā)，電能開銷是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的重要成本之一，從環(huán)境角度出發(fā)，保護(hù)環(huán)境，降低能源消耗也是每個(gè)企業(yè)應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任。

數(shù)據(jù)中心是新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是促進(jìn)全社會(huì)降碳增效的有力抓手。近年來，我國(guó)數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷壯大，推進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色化轉(zhuǎn)型升級(jí)勢(shì)在必行。

近日，工信部等6部門公布2022年年度國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心名單，至此，我國(guó)已先后創(chuàng)建四批共計(jì)196家國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心，其中包括中國(guó)民航信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司后沙峪數(shù)據(jù)中心，是民航領(lǐng)域獲評(píng)的首個(gè)綠色數(shù)據(jù)中心。

作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的“底座”，近年來我國(guó)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。推動(dòng)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展，既有助于數(shù)字經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，也是新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。綠色數(shù)據(jù)中心長(zhǎng)什么樣？如何更好引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心走低碳高效的綠色發(fā)展道路？國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為我們指明了方向。本文將以中國(guó)航信綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)實(shí)踐展開分析討論。

二、數(shù)據(jù)中心高效利用技術(shù)

數(shù)據(jù)中心從建立之初就面臨著不斷擴(kuò)展的需求，為未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需求提供空間。其中，模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)逐漸發(fā)揮重要的作用。如新建數(shù)據(jù)中心，只用關(guān)心接水、接電和網(wǎng)絡(luò)接入，除此之外的軟件安裝和部署都采用自動(dòng)化的方式進(jìn)行，可以有效縮短整個(gè)部署的時(shí)間。為了提高效率，需要科學(xué)的分析數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)控及資源管理手段，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)企業(yè)必須分析對(duì)能耗有影響的因素，研究對(duì)這些因素具備持續(xù)跟蹤和分析調(diào)配的技術(shù)和研發(fā)系統(tǒng)，輔助數(shù)據(jù)中心進(jìn)行節(jié)能減排工作。

本章探討了民航建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心的控制策略和高效應(yīng)用模型，對(duì)軟件級(jí)能耗模型及節(jié)能方案進(jìn)行了改進(jìn)，主要內(nèi)容如下。

（一） 對(duì)暖通配電能源進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行

后沙峪數(shù)據(jù)中心采用變頻離心式水冷冷水機(jī)組。額定工況下能效比（COP）為6.5，運(yùn)行中能效比（COP）最高可達(dá)14.29。同時(shí)配置板式換熱器，當(dāng)環(huán)境濕球溫度較低時(shí)，通過板換進(jìn)行制冷，充分利用自然冷源。輸送系統(tǒng)采用二級(jí)泵變流量系統(tǒng)（機(jī)房側(cè)冷水機(jī)組定流量，負(fù)荷側(cè)變流量），二級(jí)泵采用變頻水泵，根據(jù)末端負(fù)荷變頻，滿足末端最不利管路壓差設(shè)定，節(jié)省泵耗。冷卻水泵采用變頻水泵，根據(jù)實(shí)際需要冷卻水流量自動(dòng)變頻。冷卻塔采用變頻風(fēng)機(jī)，根據(jù)設(shè)定的冷卻塔出水溫度變頻。

（二）建立基礎(chǔ)設(shè)施能耗管理平臺(tái)，利用數(shù)字化手段提升運(yùn)維效率

自主研發(fā)建立的基礎(chǔ)設(shè)施能耗管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)/日/月級(jí)電能利用效率（PUE）、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和能耗分布可視化，對(duì)底層動(dòng)環(huán)、樓宇自控（BA）、蓄電池監(jiān)控、電力監(jiān)控、柴發(fā)監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一提取和整合分析，指導(dǎo)能耗團(tuán)隊(duì)進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)運(yùn)維向數(shù)字化運(yùn)維的轉(zhuǎn)型。

（三） 通過對(duì)暖通系統(tǒng)控制邏輯升級(jí)及運(yùn)行策略優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)PUE的跨越式降低

通過升級(jí)暖通樓宇自控（BA）系統(tǒng)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)冷源系統(tǒng)全自動(dòng)高效運(yùn)行，電制冷、預(yù)冷、自然冷卻3種運(yùn)行模式無縫切換，冷源系統(tǒng)全變頻運(yùn)行。結(jié)合運(yùn)行策略優(yōu)化，合理設(shè)定冷凍水溫度、空調(diào)風(fēng)速，充分利用制冷系統(tǒng)冗余，暖通設(shè)備始終運(yùn)行在高效區(qū)間。一次泵能耗降低58%，冷卻塔電加熱能耗降低90%以上，冷源系統(tǒng)能耗下降33%，每年自然冷源使用時(shí)間接近9個(gè)月。

（四） 民航PUE計(jì)算

中航信后沙峪新數(shù)據(jù)中心通過采用自然冷卻和熱回收等多種節(jié)能手段降低PUE。同時(shí)根據(jù)綠色I(xiàn)T系統(tǒng)的節(jié)能減排要求以及軟件層的特殊要求，在傳統(tǒng)的IT設(shè)備節(jié)能形式之外，進(jìn)行了能耗評(píng)價(jià)模型的設(shè)計(jì)，提高了能耗評(píng)價(jià)體系的整體性以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的有效性。實(shí)現(xiàn)了公共云服務(wù)平臺(tái)所在模塊PUE穩(wěn)定在1.3的目標(biāo)。

三、能源資源綠色管理技術(shù)

（一）能源統(tǒng)計(jì)和分析

后沙峪數(shù)據(jù)中心能源消耗主要為電力和柴油，重視能源計(jì)量器具配備的管理，電能分項(xiàng)計(jì)量滿足 GB/ T32910.3-2016要求。制定了相適應(yīng)的能源管理制度，明確了能源管理的組織機(jī)構(gòu)和崗位責(zé)任制，明確了相關(guān)的電、水、油等在使用、計(jì)量、統(tǒng)計(jì)報(bào)告、消耗成本等方面的管理要求或標(biāo)準(zhǔn)。能耗管理中規(guī)定了數(shù)據(jù)中心對(duì)每月電、水、油的消耗情況導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)報(bào)表作為能耗分析的依據(jù)。數(shù)據(jù)中心每月、每季度、每年會(huì)對(duì)能源資源的統(tǒng)計(jì)報(bào)表進(jìn)行分析，形成基礎(chǔ)設(shè)施資源分析報(bào)告。

（二）運(yùn)行管理

圍繞節(jié)電和節(jié)水綜合利用等方面發(fā)展目標(biāo)，研究制定了后沙峪數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗管理策略，用以指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行工作，并在工作中不斷改進(jìn)。節(jié)能策略包括：空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能策略、暖通設(shè)備的節(jié)能策略、機(jī)房模塊氣流組織的優(yōu)化管理策略、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心冷卻方案、變壓器節(jié)能策略、UPS節(jié)能策略、水套加熱器節(jié)能策略、中壓柜二次電源節(jié)能策略、中壓柜加熱器節(jié)能策略、生產(chǎn)區(qū)照明節(jié)能策略等。定期對(duì)暖通設(shè)備、配電設(shè)備等進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、巡視檢查、調(diào)優(yōu)運(yùn)行，一線值班組記錄保存維護(hù)保養(yǎng)、巡視檢查和調(diào)優(yōu)運(yùn)行情況。數(shù)據(jù)中心重點(diǎn)設(shè)備一般由設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，維護(hù)完工后數(shù)據(jù)中心留存維護(hù)完工報(bào)告。

（三） 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)節(jié)能措施

后沙峪數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓共2個(gè)冷凍站，每個(gè)冷凍站獨(dú)立為本棟數(shù)據(jù)機(jī)房提供冷凍水，每個(gè)冷凍站設(shè)計(jì)采用1100RT（3867kW）變頻離心式水冷冷水機(jī)組5+1臺(tái)，每個(gè)冷凍站均設(shè)有蓄冷裝置，以保證數(shù)據(jù)中心對(duì)連續(xù)制冷的要求。冷凍水供應(yīng)采用二次泵系統(tǒng)，一次泵定流量運(yùn)行，與冷水機(jī)組一對(duì)一配置，二次泵變流量運(yùn)行，根據(jù)末端壓差調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)節(jié)約能源的目的。每套不間斷供冷系統(tǒng)由蓄冷罐、冷水機(jī)組、冷凍水一次泵、冷凍水二次泵（水冷冷水機(jī)組系統(tǒng)還包括冷卻水泵、冷卻塔）自然冷卻用板式換熱器、機(jī)房空調(diào)機(jī)組組成。冷凍水的供水溫度為11.5℃，回水溫度為18℃。制定了空調(diào)冷源系統(tǒng)利用自然冷源供冷技術(shù)、選用高效冷源和輸送設(shè)備根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行變頻調(diào)速、提升冷凍水溫度加大供回水溫差、提高送風(fēng)溫度，加大送回風(fēng)溫差等12條綠色節(jié)能措施。

（四）水資源管理

為加強(qiáng)用水管理，制定了節(jié)水制度、節(jié)水方案以及目標(biāo)，設(shè)置了雨水回收系統(tǒng)，為園區(qū)提供綠化、沖洗地面的水源。當(dāng)用水量突變，與歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的用量或趨勢(shì)差別較大時(shí)，分析突變?cè)?，并查找問題，若屬非正常變化，通過運(yùn)維管理調(diào)整至正常值；采用機(jī)電一體化實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)對(duì)水處理站和空調(diào)水系統(tǒng)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)備根據(jù)水質(zhì)自動(dòng)運(yùn)行處理，減少非必要人工干預(yù)；機(jī)房濕度精確控制，避免反復(fù)過度的除濕加濕；場(chǎng)地現(xiàn)在負(fù)荷較輕，還有多套設(shè)備冗余，將閑置用水設(shè)備的水排空，減少補(bǔ)水量。例如冬季將冗余制冷單元屋面以上的冷卻塔的所有水排空。設(shè)有水處理站，中水經(jīng)過過濾和反滲透裝置處理合格后，為空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻水補(bǔ)水。不同來源、不同使用功能的用水分別設(shè)計(jì)量裝置，進(jìn)行用量管理和統(tǒng)計(jì)。

后沙峪數(shù)據(jù)中心根據(jù)自身情況合理制定了節(jié)約用水目標(biāo)，提高循環(huán)用水率，用水綜合漏失率低于3%；在能夠滿足需求的情況下，盡量減少用水量，每年節(jié)水率爭(zhēng)取達(dá)2%以上。

四、數(shù)據(jù)中心智能運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)后沙峪數(shù)據(jù)中心智能化精細(xì)化控制，研發(fā)了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)底層動(dòng)環(huán)、BA、蓄電池監(jiān)控、電力監(jiān)控、柴發(fā)監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一提取和整合分析。系統(tǒng)可以完成基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)可視化，通過直觀的方式完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，對(duì)操作結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)確認(rèn)，完成設(shè)備的精細(xì)化管理，提升運(yùn)行安全、降低能耗、提升工作效率。同時(shí)配置管理數(shù)據(jù)庫中保存并更新設(shè)備臺(tái)賬。

數(shù)據(jù)中心智能運(yùn)維系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)中心運(yùn)維在數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。系統(tǒng)功能層面上實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維、運(yùn)營(yíng)、人員、質(zhì)量的集中統(tǒng)一管理，按照業(yè)務(wù)功能分為采集層、處理層、管理層、展示層、決策層共5層。管理層又分為運(yùn)營(yíng)管理、運(yùn)維管理、可視化管理三方面；運(yùn)營(yíng)管理是對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行成本、容量、能源、資產(chǎn)等進(jìn)行管理；運(yùn)維管理是管理數(shù)據(jù)中心日常運(yùn)營(yíng)操作，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維；可視化管理是數(shù)據(jù)中心三維可視化、二維可視化，建立動(dòng)態(tài)模型。在技術(shù)架構(gòu)層面上，引入了緩存機(jī)制，系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議與外部系統(tǒng)交互，為了提升數(shù)據(jù)訪問壓能力，支撐大型數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的智能化管理。

五、結(jié)語

本文探討了民航建設(shè)國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能控制策略和應(yīng)用模型，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的主要能耗來源及降耗的不足，對(duì)軟件級(jí)能耗模型及節(jié)能方案進(jìn)行了改進(jìn)，為滿足綠色新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)要求，研究采用數(shù)據(jù)中心能源高效利用技術(shù)和能源資源綠色管理等多種綠色節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)PUE穩(wěn)定在1.3的目標(biāo)。綠色I(xiàn)T是新一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主旋律，建立綠色節(jié)能高能效的數(shù)據(jù)中心是提高能源利用效率、降低運(yùn)營(yíng)商能耗成本的根本解決途徑。