綠色數(shù)據(jù)機房建設現(xiàn)狀及發(fā)展策略研究

鄔丹華

摘 要：隨著時代的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為云計算、大數(shù)據(jù)等新技術的重要基礎，已經(jīng)成為全球關注的重要產(chǎn)業(yè)。本篇文章從綠色數(shù)據(jù)中心建設的必要性、國內(nèi)外新機房案例、國家政策等方面分析綠色數(shù)據(jù)機房建設的未來走向以及發(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)、云計算和大數(shù)據(jù)所代表的信息經(jīng)濟的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心已成為信息社會重要的基礎設施，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，預計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，推動社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展的好處顯而易見，因此各地對爭取頂級企業(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，建設綠色數(shù)據(jù)機房，勢在必行。

1 綠色數(shù)據(jù)機房建設的必要性

自2000年以來，我國開始在各地區(qū)建設大數(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40萬個。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)源范圍也不斷擴大，全球的數(shù)據(jù)量出現(xiàn)爆炸式增長，對大容量存儲需求越來越強。

根據(jù)IDC（國際數(shù)據(jù)公司）監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年全球總數(shù)據(jù)已達到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)總量相當于人類歷史上所有數(shù)據(jù)的總和。

隨著機房的數(shù)量、規(guī)模越來越大，IT、存儲、服務器設備數(shù)量越來越多，機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，供電局提供給數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的用電量，只有30%是用于IT設備上的，其他的70%用在機房散熱和機房環(huán)境基礎設施上。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%。這是因為，一座數(shù)據(jù)中心會由數(shù)萬臺服務器組成，一般都是由電力提供動力，并且大量的服務器運轉(zhuǎn)時溫度會升高，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。

目前，全球發(fā)電量的3%用來提供數(shù)據(jù)中心日常運行，而這一數(shù)字不會下降，只會緩慢上升。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（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。雖然信息通信技術已關閉舊的低效數(shù)據(jù)中心，控制電力消費增長，但這種策略只能在互聯(lián)網(wǎng)消費和數(shù)據(jù)生產(chǎn)增加的情況下實現(xiàn)。展望未來，數(shù)據(jù)中心有兩種減少排放的關鍵方法：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，采用各項綠色節(jié)能技術手段建設綠色數(shù)據(jù)機房，成為數(shù)據(jù)中心機房發(fā)展的必然選擇。

2 國內(nèi)外綠色數(shù)據(jù)機房建設經(jīng)驗

為了提高數(shù)據(jù)中心設備的效率，降低機房能耗，實現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心建設，在過去漫長的時光里，許多數(shù)據(jù)中心知名的技術專家進行了諸多的實驗和探索，比如提供更為高效的供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)，對機房進行更為合理的規(guī)劃與布局，采用更為流暢的氣流組織走向和更有效的機房保溫材料等等。這些試驗取得了一定的成效，但不可否認的是，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提供商的數(shù)據(jù)中心運營商，都在努力從各方面進行探索。

將數(shù)據(jù)中心機房建設在遠離一線城市的廉價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)機房就近提供廉價的電力，減少傳輸上的損耗。這個數(shù)據(jù)機房與采用常規(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)災害幾率小的偏遠地區(qū)也成為數(shù)據(jù)中心機房建設的可靠選擇。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，極大的減少了機房運行的能耗。美國蘋果公司將其位于中國的第一個大數(shù)據(jù)中心建在貴州省，就是因為貴州貴陽市全年平均溫度低于15度甚至是10度，同時，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房，使用自然散熱與少量空調(diào)相結(jié)合的方法，對設備進行冷卻，大大降低了生產(chǎn)成本。

3 我國綠色數(shù)據(jù)機房建設推動政策

我國在數(shù)據(jù)中心的布局建設上不遺余力，從標準、規(guī)劃以及鼓勵扶持措施等方面提出相關政策。

2013年1月，工業(yè)和信息化部，國家發(fā)展和改革委員會，國土資源部，電力監(jiān)管委員會和能源局聯(lián)合發(fā)布了《關于數(shù)據(jù)中心建設的指導意見》，指出數(shù)據(jù)中心的建設和布局應以科學發(fā)展為基礎，以加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕耍蕴岣呖沙掷m(xù)發(fā)展能力，以市場為導向，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，引導市場參與者合理選址，長期規(guī)劃，按需設計，規(guī)范建設，逐步形成技術先進，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，國家機關管理局和國家能源局共同發(fā)布了《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點工作計劃》，建議2017年在重點地區(qū)建立100個綠色數(shù)據(jù)中心試點，數(shù)據(jù)中心的能源效率平均提高8%或更多。制定了四項綠色數(shù)據(jù)中心國家標準，推廣了40項綠色數(shù)據(jù)中心先進適用技術，產(chǎn)品和運行維護管理最佳實踐，并制定了綠色數(shù)據(jù)中心建設指南。

2019年1月20日，工信部、國家機關事務管理局、國家能源局在聯(lián)合印發(fā)的《加強綠色數(shù)據(jù)中心建設的指導意見》中指出，我國應該建立健全綠色數(shù)據(jù)中心標準體系，打造一批先進的綠色數(shù)據(jù)中心先進典型。

自2013年工業(yè)和信息化部五部委發(fā)布“數(shù)據(jù)中心建設指導意見”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)中心機房是供電商的重要經(jīng)濟來源，目前許多國家也對數(shù)據(jù)中心機房的發(fā)展采取激勵措施。比如2017年瑞典政府就對當?shù)氐臄?shù)據(jù)中心進行減壓，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)的政府對大數(shù)據(jù)中心機房的建設采取助力措施，最高可以補助到1000萬元。

4 我國綠色數(shù)據(jù)機房建設存在的問題及建議

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)技術人員不斷開發(fā)節(jié)能環(huán)保的新技術，國家對數(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)中心在探索和實踐節(jié)能、節(jié)水、低碳等先進技術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)中心大多采用了時下最為先進的技術理念，PUE能效相對較低，但舊數(shù)據(jù)中心因為建設年代較久，很多采用的都是當年比較落后的技術，導致舊數(shù)據(jù)中心的PUE仍然很高。怎樣將舊數(shù)據(jù)中心的技術更新?lián)Q代是建設全面綠色中心的一個重要問題。

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

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

4.3 數(shù)據(jù)中心設計要求和施工、運維技術不統(tǒng)一

在中國新數(shù)據(jù)中心的建設規(guī)劃和設計階段，設計PUE相對較低，但在數(shù)據(jù)中心開始建設時，有的施工技術人員因為個別原因，導致線路、管道不符合標準或者偏低，導致PUE能耗升高;在數(shù)據(jù)中心正式運行后，由于業(yè)務的增大，設備上架數(shù)量增加，導致機房能耗增加;并且運維操作和運維能力差，許多數(shù)據(jù)中心PUE未達到設計水平。

4.4 數(shù)據(jù)中心的地域分配不平衡

目前，許多數(shù)據(jù)中心建設在一線城市以及人員密集的地段，因為地域的問題，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)能減排技術的推廣力度，發(fā)布優(yōu)秀的數(shù)據(jù)中心案例，支持鼓勵舊數(shù)據(jù)中心改造項目，對數(shù)據(jù)中心基礎設施（空調(diào)、配電、新風）等進行評估。

二是大力支持數(shù)據(jù)中心冷卻節(jié)能和新技術的研究和探索，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液冷和浸泡式液冷，施耐德通過一系列的實驗發(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。

三是對數(shù)據(jù)中心操作維護人員進行統(tǒng)一培訓，提高運維人員的工作素養(yǎng)和技術水平。可以提前發(fā)現(xiàn)問題隱患并快速解決問題，減少不必要的損耗。

四是支持數(shù)據(jù)中心在偏遠地區(qū)的建設，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)災難小且遠離污染、還有充足的太陽能、風能、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)中心機房建設都會往同一個目標發(fā)展，在保證數(shù)據(jù)中心機房正常運行的前提下，實現(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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機房的可持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展。

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