數據中心用電合規性及容量適配性評估分析

姜欣廷，楊子靖，侯辰夫，董 哲

（中國電信股份有限公司 北京分公司，北京 100010）

0 引 言

根據中國信息通信研究院發布的《數據中心白皮書（2022年）》，2021年我國數據中心市場收入規模已經達到約1 500億元，在數據中心產業高速增長的態勢下，服務提供商自主可把控的機房設計及建設指標日趨向《數據中心設計規范》（GB 50174—2017）中的A級機房標準對齊，在此方面與客戶的機房選址技術要求基本一致。隨著國家“雙碳”政策的不斷推進，數據中心用電手續合規的重要性不斷提升，同時確保相應供電容量的充足也尤為關鍵，在數據中心選址過程中需予以重點關注。

1 數據中心用電合規手續分析及容量可用性測算

1.1 節能審查

近年來，為了有效控制數據中心發展建設規模，降低數據中心電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE），國家及地方政府均出臺了大量的政策，從源頭上規范引導數據中心實現高質量發展。其中，固定資產投資項目節能審查意見已經成為判斷新建數據中心項目是否具備開工建設條件、能否竣工驗收并投產運營以及后續節能監察以何為標準的重要依據。

國家發改委2016年第44號令《固定資產投資項目節能審查辦法》中明確提出：對未按本辦法規定進行節能審查，或節能審查未獲通過，擅自開工建設或擅自投入生產、使用的固定資產投資項目，由節能審查機關責令停止建設或停止生產、使用，限期改造；不能改造或逾期不改造的生產性項目，由節能審查機關報請本級人民政府按照國務院規定的權限責令關閉；并依法追究有關責任人的責任[1]。北京市發改委發布的《關于進一步加強數據中心項目節能審查的若干規定》中也有類似規定，要求對未通過節能審查并擅自開工或投產的項目予以停工、停產、停用等處理[2]。

節能審查報告已經不僅是政府部門在項目規劃建設階段從根源上控制和引導數據中心高質量綠色發展的重要抓手，同時也是對已投產項目的能源使用情況進行后評估的重要手段。北京市節能監察大隊在2020年就開展了面向全市28家數據中心的節能監察，并對其中11家PUE超過1.4的數據中心單位下發了節能監察建議書，要求整改。廣東省能源局在2021年也發布了《關于明確全省數據中心能耗保障相關要求的通知》，其中明確提出對于已通過節能審查的數據中心，如果建設地點不在規劃集聚區且不同意向規劃集聚區轉移的數據中心項目，能耗由項目所在地市承擔。對已獲批能評的數據中心項目進行清理，對獲批兩年后仍未開工建設的項目一律不予辦理節能審查意見續期手續，依法依規取消項目節能審查意見。

1.2 容量可用性測算

數據中心節能審查意見往往篇幅不長，但其中包含了可進一步分析的重要信息。在北京地區，標準煤的噸位數值是以當量值來計算，每度電對應的標準煤為0.122 9 kg（當量值）。節能審查報告中關于標準煤的噸量本質上代表了整個項目的年批復耗電總量，通過此數值可以反向推算出項目能夠產出的機架規模。假設某數據中心機架總量為N架，單機柜功率為PkW，機柜同時系數為K，全年平均PUE為η平均，則數據中心年耗電總量為

折合標準煤當量值為

根據上述公式，在已知數據中心設計年平均PUE為1.3、年綜合耗費20 000 000 kg標準煤（當量值）的前提下，可以反向推算出該數據中心的IT平均瞬時總負荷為

假設單機柜設計功率為5 kW、機柜同時系數為0.9，可以進一步測算出能夠產出的機柜數量為

1.3 供電方案

數據中心為客戶托管服務器提供穩定的運行環境，電力資源充足是數據中心順利投產的決定性因素。節能審查報告從政府審批層面上保障了數據中心用電的合規性，但在具體的生產運營環節中，外市電的供給情況決定了數據中心何時能夠加載多少業務量。對于為客戶定制化建設的數據中心，數據中心服務提供商一般會先行提供由項目所在地國網電力公司提供的高壓供電方案，在高壓供電方案中會明確項目的規劃供電容量、供電線路數量以及供電來源（通常為110 kV變電站）。對于供電方案的解讀，需要重點關注其容量的充足性。需要注意的是，節能審查報告中所提到的PUE為數據中心全年平均PUE，北京地區的新建數據中心往往可以達到1.25以下，這也符合《北京市數據中心統籌發展實施方案（2021—2023年）》中要求的新建云數據中心PUE不應高于1.3、單機架功率不應低于6 kW[3]。但在數據中心實際運行過程中，存在冬季利用自然冷源導致數據中心實時PUE低、夏季制冷設備高負荷運轉導致PUE高的情況，冬季和夏季極端場景下的PUE差值可能達到0.5左右。基于此，在對數據中心外市電引入容量充足性的核算上要考慮極端情況[4]。假設η極端=1.6，則外市電引入容量需滿足：

代入上述數據可得：

在進行外市電引入容量充足性確認時，不能通過節能審查批復推算，要從機柜配置情況反向推算、確認。通過此測算過程可以看出，實際外市電引入容量大于節能審查報告批復容量是合理且必要的。

在供電方案確定后，數據中心建設單位會與供電公司共同開展工程方案設計、施工委托、設備采購、施工建設以及工程驗收等事宜[5]。數據中心正式投產前，服務提供商還需要提供正式的供電合同。在此過程中，作為客戶使用方，需要重點關注最終合同供電容量與較早期供電方案容量的一致性。在交付前的假負載測試過程中，也可以通過外市電高壓母聯投切等方式對線路實際承載能力進行驗證[6]。

2 數據中心負荷計算解讀

從機房使用者的角度來看，在數據中心選址的過程中不僅要確認機房的用電合規性手續，同時還要重點審查數據中心的電力供應與規劃機柜數量、容量的匹配性。前期的充分計算可以有效避免后續數據中心在負載較高時出現部分已建設機柜無法加電的情況，通常采用負荷計算書的方式進行相關計算、確認[7-9]。數據中心低壓側供配電負荷計算如表1所示。需要注意的是，各數據中心的需用系數、功率因數設計有所不同，實際測算中需要進行調整。

表1 數據中心低壓側負荷計算

根據表1，通過對IT設備、配套水泵、冷機以及空調等基礎設施用電量的計算，可以得到數據中心所需的低壓側外市電總容量。同時，將低壓側外市電總容量與變壓器損耗、高壓冷機容量相加可以得到外市電總容量S總。將S總與外市電引入總容量進行對比，可以得出總容量是否滿足的結論。除此之外，通過表1也可以測算相關變壓器、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）的負載率，確保每一級供電容量的充足性[10]。

3 結 論

綜上所述，數據中心將迎來規模化、綠色化發展的新階段，新建數據中心的政策合規性手續除節能審查外，還需要重點關注環境評價、立項以及消防驗收等的審批。在選址階段需做好各類文件的全面審核，有助于托管業務的長期、穩定運行。