當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心行業(yè)能耗問題再次受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注。國(guó)網(wǎng)能源研究院的測(cè)算顯示：2020年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心用電量突破2000億千瓦時(shí)，約占用電總量的2.7%。2021年以來國(guó)家相關(guān)部門相繼出臺(tái)了《國(guó)家發(fā)展改革委等部門關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見》《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》等多項(xiàng)政策，首次把數(shù)據(jù)中心列為與傳統(tǒng)八大“雙高”行業(yè)并列的第九類行業(yè)，并要求到2023年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降到1.3以下。硬指標(biāo)與時(shí)間表的設(shè)定，進(jìn)一步加快了綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。

數(shù)據(jù)中心發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)中心政策環(huán)境

2021年10月26日，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出，加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降碳和用能管理，將年綜合能耗超過1萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的數(shù)據(jù)中心全部納入重點(diǎn)用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展能源計(jì)量審查。隨著我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，國(guó)家層面出臺(tái)多項(xiàng)政策促進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展。

目前，我國(guó)數(shù)據(jù)中心主要集中在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，但這些地區(qū)同時(shí)面臨算力資源需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)和能源指標(biāo)緊張的雙重困境。因此，整合優(yōu)化和提高能效成為東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)數(shù)據(jù)中心綠色高質(zhì)量發(fā)展的重點(diǎn)。

與此同時(shí)，我國(guó)西部地區(qū)清潔能源豐富、地質(zhì)條件穩(wěn)定、氣候環(huán)境適宜，成為大型、超大型綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的理想選擇地區(qū)。依靠數(shù)據(jù)中心對(duì)可再生能源的消納，以及西部地區(qū)干燥涼爽氣候條件帶來的數(shù)據(jù)中心散熱能耗下降，每年可大量降低碳排放。因此，科學(xué)規(guī)劃布局、可再生能源利用成為西部地區(qū)發(fā)展高質(zhì)量數(shù)據(jù)中心的重點(diǎn)。

數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模

2018年以來，受益于5G技術(shù)的日益成熟與普及、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展等，國(guó)內(nèi)IDC行業(yè)保持30%左右的年增速。隨著各地區(qū)、各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)收入將保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，如圖1所示。

圖1 中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模

數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量

中國(guó)信通院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書》表明，我國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模持續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)，大型以上數(shù)據(jù)中心規(guī)模增長(zhǎng)迅速。近年來，我國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，按照標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架2.5kW統(tǒng)計(jì)，截止到2021年年底，我國(guó)在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模達(dá)到520萬(wàn)架，預(yù)估到2022年達(dá)到670萬(wàn)架。其中，大型以上數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模增長(zhǎng)更為迅速，按照標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架2.5kW統(tǒng)計(jì)，2021年比2019年幾乎翻了一倍。如圖2所示。

圖2 中國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模

綠色數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)

近幾年，我國(guó)各級(jí)政府紛紛出臺(tái)推動(dòng)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展的相關(guān)政策，為“十四五”乃至更長(zhǎng)時(shí)期的數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

政策驅(qū)動(dòng)

自2021年以來，國(guó)家高度重視數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局及未來發(fā)展，當(dāng)年國(guó)務(wù)院政策文件庫(kù)中收錄了39份相關(guān)政策。工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等部門先后出臺(tái)《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》等政策文件，有效規(guī)范了我國(guó)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展并正式提出“東數(shù)西算”工程。尤其是在2022年上半年，已有超過20項(xiàng)相關(guān)政策出臺(tái)。

自2021年5月底發(fā)布《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》以來，“東數(shù)西算”工程受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注。2022年2月，國(guó)家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)通知，同意在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動(dòng)建設(shè)國(guó)家算力樞紐節(jié)點(diǎn)，并規(guī)劃了10個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心集群。奠定鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展的主基調(diào)。

從地方政策層面來看，2021—2022年各省市均提出鼓勵(lì)推薦大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，政策支持適度超前布局新型基礎(chǔ)設(shè)施，并下達(dá)具體的量化目標(biāo)。

圖3 2025年中國(guó)各地區(qū)IDC建設(shè)目標(biāo)

市場(chǎng)需求

近年來各領(lǐng)域依托互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，各大企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)資源高度重視，越來越多的數(shù)據(jù)處理和托管依托于數(shù)據(jù)中心。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)的帶動(dòng)下，IDC行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模有望持續(xù)擴(kuò)大。如圖4所示，2021年，中國(guó)IDC業(yè)務(wù)市場(chǎng)總體規(guī)模突破3000億元，達(dá)到3012.7億元，同比增長(zhǎng)34.6%，與2020年相比，增速有所放緩;未來的市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步攀升，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到6122.5億元。

圖4 2017—2024年中國(guó)整體IDC業(yè)務(wù)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

技術(shù)創(chuàng)新

從數(shù)據(jù)中心的生命周期的視角，可以從設(shè)計(jì)、建設(shè)、使用和維護(hù)這4個(gè)階段探討綠色數(shù)據(jù)中心的技術(shù)發(fā)展。

●設(shè)計(jì)階段

由于數(shù)據(jù)中心投入大，建設(shè)周期長(zhǎng)，同時(shí)要考慮綠色節(jié)能的相關(guān)技術(shù)，從經(jīng)濟(jì)上考慮，可以使用數(shù)字孿生技術(shù)模擬系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài);由于數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力要求較高，為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)不斷增長(zhǎng)的需要，數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)還需要考慮擴(kuò)容性。

●建設(shè)階段

信息技術(shù)快速迭代、建筑環(huán)保、數(shù)據(jù)中心交付工期縮短等，使得數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式趨向預(yù)制模塊化。各模塊均在工廠預(yù)制、預(yù)調(diào)測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)同步搭建。交付時(shí)，預(yù)制功能模塊從工廠運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模土建，只要進(jìn)行簡(jiǎn)單吊裝及“樂高式”搭建，即可完成數(shù)據(jù)中心快速建設(shè)，相比傳統(tǒng)建設(shè)方式工期縮短一半，有效減少建設(shè)過程中的建筑垃圾、施工用水，同時(shí)在生命周期結(jié)束后材料回收率高于80%，具有全生命周期綠色低碳的優(yōu)勢(shì)。

●使用階段

數(shù)據(jù)中心在使用過程中采用多種節(jié)能技術(shù)，下面分別從IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)等方面進(jìn)行分析。

首先，數(shù)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備以路由器、交換機(jī)和服務(wù)器為主，虛擬化技術(shù)可以對(duì)多臺(tái)IT設(shè)備進(jìn)行資源復(fù)用，有效利用CPU和帶寬。

數(shù)據(jù)中心的路由器和交換機(jī)以框式設(shè)備居多，對(duì)板卡和設(shè)備進(jìn)行虛擬化可以有效增加邏輯接口，提升服務(wù)質(zhì)量，減少碳排放。

為了減輕機(jī)體重量、減少占用空間、提升電源和散熱系統(tǒng)的利用率、降低數(shù)據(jù)中心成本，越來越多的服務(wù)器廠商開始研發(fā)高密度的服務(wù)器。高密度服務(wù)器的電源和風(fēng)扇多以共享方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，位于同一機(jī)箱內(nèi)的多臺(tái)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)可以共享電源和風(fēng)扇。

其次，在數(shù)據(jù)中心總體能耗中，冷卻系統(tǒng)能耗占比僅次于IT設(shè)備。數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)是為了保證IT設(shè)備運(yùn)行所需溫、濕度環(huán)境而建立的配套設(shè)施。

高功率密度數(shù)據(jù)中心將逐漸替代低功率密度數(shù)據(jù)中心。隨著電子信息機(jī)房IT設(shè)備和供配電系統(tǒng)的高度集成化，傳統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)將面臨瓶頸，液冷技術(shù)為數(shù)據(jù)中心節(jié)能提供了新的解決方案。

最后，數(shù)據(jù)中心供電配電系統(tǒng)用于提供滿足設(shè)備使用的電壓和電流，并保證供電的安全性和可靠性。隨著我國(guó)信息化進(jìn)程的不斷加快，國(guó)家先后出臺(tái)了一系列引導(dǎo)和鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心利用可再生能源的政策。同時(shí)，隨著我國(guó)電力市場(chǎng)化交易機(jī)制的完善，企業(yè)可以通過綠色電力交易或認(rèn)購(gòu)可再生能源綠色電力證書等方式提高可再生能源利用比例。數(shù)據(jù)中心最大化利用可再生能源賦能數(shù)據(jù)中心發(fā)展，將是數(shù)據(jù)中心行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

●維護(hù)階段

通過智能運(yùn)維可以有效提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)維的流程化和標(biāo)準(zhǔn)化，提升管理效率，縮短響應(yīng)時(shí)間，降低人力成本。智能運(yùn)維以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以算法為支撐、以場(chǎng)景為導(dǎo)向，為運(yùn)維管理提供了智能化解決方案, 實(shí)現(xiàn)問題的實(shí)時(shí)分析和處理，并能夠?qū)收霞捌涑梢蜻M(jìn)行分析。

綠色數(shù)據(jù)中心發(fā)展建議

政策層面

從宏觀層面，用政策規(guī)范和引導(dǎo)綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，提高新建數(shù)據(jù)中心的能效標(biāo)準(zhǔn)，完善綠色獎(jiǎng)勵(lì)制度，推動(dòng)?xùn)|數(shù)西算降低數(shù)據(jù)中心發(fā)展的不平衡。

同時(shí)推進(jìn)對(duì)存量數(shù)據(jù)中心的關(guān)停改造。《北京市數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌發(fā)展實(shí)施方案(2021—2023)》已明確提出，要按照“四個(gè)一批”的總體思路推進(jìn)數(shù)據(jù)中心的存量?jī)?yōu)化和新增前瞻布局。

產(chǎn)業(yè)層面

《Uptime全球數(shù)據(jù)中心報(bào)告2021》指出，除了用電效率(PUE)、制冷負(fù)載系數(shù)(CLF)、配電負(fù)載系數(shù)(PLF)和可再生能源利用率(RER)，用水效率(WUE)、資源效率(GUE)、環(huán)保效率(CUE)等指標(biāo)也至關(guān)重要，將成為衡量數(shù)據(jù)中心能耗綜合管理能力及綠色程度的嶄新評(píng)價(jià)體系。

可以看出業(yè)界數(shù)據(jù)中心評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)指標(biāo)各異，亟需完善數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)體系和監(jiān)測(cè)體系。2021年5月發(fā)布的《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》提出，要完善數(shù)據(jù)中心綜合節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，不僅包括傳統(tǒng)的電能使用效率標(biāo)準(zhǔn)，還包括算力使用效率和可再生能源利用率等多項(xiàng)指標(biāo)，多維度提高數(shù)據(jù)中心能效利用率。

明確數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)鏈上下游環(huán)節(jié)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，打造數(shù)據(jù)中心綠色產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

技術(shù)層面

根據(jù)中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：2020年全國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量超1600億千瓦時(shí)。典型數(shù)據(jù)中心能耗排名前三的是IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)，分別采用技術(shù)創(chuàng)新推進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心健康發(fā)展，達(dá)到1+1+1>3的效果。

針對(duì)IT設(shè)備，云計(jì)算、AI等技術(shù)將數(shù)據(jù)中心資源池化、虛擬化，大幅提高相同能耗水平下服務(wù)器的利用率，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心空間布局。

針對(duì)制冷系統(tǒng)，間接蒸發(fā)冷卻、液冷等新技術(shù)已逐漸成熟，可根據(jù)需要在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行大規(guī)模部署。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，采集和分析數(shù)據(jù)中心溫度、濕度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中戲綠色低碳。

針對(duì)供配電系統(tǒng)，模塊化UPS、高壓直流供電、市電直供等技術(shù)的有效應(yīng)用，將降低供配電系統(tǒng)的電能損耗。結(jié)合人工智能技術(shù)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)管控(例如：中國(guó)移動(dòng)信息港采用機(jī)器人室內(nèi)運(yùn)維和無(wú)人機(jī)戶外巡檢)，可有效降低數(shù)據(jù)中心能耗。數(shù)據(jù)中心與可再生能源深度融合，將進(jìn)一步推動(dòng)綠色數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)發(fā)展。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，隨著云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的廣泛普及，數(shù)據(jù)中心的地位正在從信息基礎(chǔ)設(shè)施的邊緣邁向核心，并成為承載和牽動(dòng)技術(shù)革新的重要底座。未來3～5年，仍將是數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展期。

在碳中和目標(biāo)和新基建政策的驅(qū)動(dòng)下，綠色數(shù)據(jù)中心成為必然趨勢(shì)，可以看出我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)在時(shí)代的背景下處于挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的局面，我國(guó)綠色數(shù)據(jù)中心將迎來更大的技術(shù)變革，市場(chǎng)規(guī)模仍保持持續(xù)增長(zhǎng)。