在數字經(jīng)濟時(shí)代，隨著(zhù)大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區塊鏈等新一代數字技術(shù)應用的廣泛普及，數據中心的地位正在從信息基礎設施的邊緣邁向核心，并成為承載和驅動(dòng)千行百業(yè)數字化轉型的重要基座。

　　一、背景介紹

　　國家“十四五”規劃和2035目標綱要中，對我國加快發(fā)展數字化，建設數字中國的內容占了一篇（四章）的篇幅，作為國家“新基建”戰略的七大領(lǐng)域之一的數據中心領(lǐng)域，正是推進(jìn)我國數字經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的關(guān)鍵基礎設施，是推動(dòng)我國經(jīng)濟轉型的重要抓手，也是構建智慧城市核心競爭力的重要載體。

　　2021年10月國務(wù)院印發(fā)了《2030年前碳達峰行動(dòng)方案》。碳達峰是指我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長(cháng)，達到峰值之后逐步降低。碳中和則是通過(guò)節能減排、能源替代、產(chǎn)業(yè)調整等，讓排出的二氧化碳被回收，最終實(shí)現“零排放”的目的。據統計，2021年中國數據中心總用電量為2166億千瓦時(shí)，到2025年中國數據中心總用電量預計將增長(cháng)至近4000億千瓦時(shí)。數據中心總用電量占全國用電量比重將從2021年的2.7%增長(cháng)至2025年的5.8%。

　　可以看出數據中心作為全社會(huì )“能耗大戶(hù)”，對實(shí)現碳達峰碳中和起著(zhù)重要影響。數據中心能耗主要由兩部分構成，分別是IT設備和基礎設施，IT設備主要由服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò )設備構成，為企業(yè)和用戶(hù)提供服務(wù)，是數據中心核心設備?；A設施主要由供配電、UPS電源、高壓直流、空調、照明、辦公、消防等各系統構成，是確保IT設備穩定運行的基礎保障設施。近年來(lái)，數據中心行業(yè)快速發(fā)展，能源消耗加速增長(cháng)，面對國家“雙碳”戰略，數據中心進(jìn)行綠色發(fā)展，逐步降低碳排放，實(shí)現碳中和是行業(yè)可持續發(fā)展必然選擇。

　　二、數據中心綠色節能解決方案

　　近兩年國家和地方持續出臺一系列政策，對數據中心PUE值（PowerUsageEffectiveness，PUE=數據中心總能耗/IT設備能耗）提出了明確指標?！敦瀼芈鋵?shí)碳達峰碳中和目標要求推動(dòng)數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》中提出新建大型、超大型數據中心PUE值降到1.3以下，國家樞紐節點(diǎn)降到1.25以下。北上廣深為首的核心一線(xiàn)城市也紛紛推出節能減排政策，針對數據中心的PUE值提出了要求。

要實(shí)現數據中心的綠色節能發(fā)展，必須多管齊下，首先，需要提升能效指標，最大限度降低空調、供電等配套設備設施能耗，同時(shí)優(yōu)化IT設備能效；其次，應充分發(fā)掘利用清潔能源，包括靈活調峰、新型儲能等在內一系列機制，數據中心將從單純用能系統逐漸演變?yōu)榫C合能源系統，自建自用綠色能源；在必要時(shí)，通過(guò)綠電交易、碳交易等手段，實(shí)現數據中心碳抵消，確保數據中心實(shí)現溫室氣體“零排放”。

　　1、高效能制冷

　　空調系統的能耗占數據中心整體能耗的很大一部分，是降低數據中心PUE值的關(guān)鍵環(huán)節，可采用如下節能降碳措施。

　?。?/span>1）根據當地氣候條件，充分利用自然冷源。經(jīng)調查研究分析，水冷型數據中心在對自然冷源的利用上明顯高于風(fēng)冷型數據中心，值得注意的是，水冷系統構成、建設實(shí)施和運行維護較為復雜，適用于大型數據中心；

　?。?/span>2）制冷末端逐漸向熱源靠近。采用高溫服務(wù)器結合浸沒(méi)式液冷可進(jìn)一步降低PUE，但是這種方式需要改變IT機架的整體結構，適合超高功率機架采用，目前需求量較低。

　　2、高效能供電

　　隨著(zhù)供電設備的技術(shù)發(fā)展與更新?lián)Q代，提高效率、降低能耗成為關(guān)注重點(diǎn)，可采用如下節能降碳措施。

　?。?/span>1）提升設備效率。選用效率高且覆蓋負載范圍寬的金武士UPS電源設備或高壓直流設備等；

　?。?/span>2）改變運行方式。將UPS電源系統從雙變換模式調整為ECO節能模式或動(dòng)態(tài)在線(xiàn)等高效運行模式，使IT設備在大部分時(shí)間內工作在市電直供狀態(tài)；

　?。?/span>3）優(yōu)化供電架構。將傳統的獨立變配電系統、獨立UPS電源系統合并成一套一體化供電系統，減少配電開(kāi)關(guān)級數，縮短供電距離，降低供配電損耗；

　?。?/span>4）采用鋰電池或新型儲能備電。傳統數據中心的備電方案采用鉛酸電池，體積大、重量大、壽命短，3～5年就需要更換。鋰電池的能量密度和大電流放電能力遠高于鉛酸電池，安裝面積是鉛酸電池的1/3，循環(huán)壽命是鉛酸電池的10倍。

　　3、數字化智能運維

　　基于數據中心能耗現狀及管理中存在的問(wèn)題，依靠數字化手段引入智能化技術(shù)，結合大數據分析與人工智能算法，將從智能運維管理平臺優(yōu)化和能源的智能管理調度方面進(jìn)行智能運維，部署大量傳感器收集各種設備、環(huán)境參數，應用AI和大數據技術(shù)，實(shí)現供電、供冷設備隨業(yè)務(wù)負載動(dòng)態(tài)調度，達到最優(yōu)工作狀態(tài)，提升數據中心的資源利用率和整體能效。

　　4、優(yōu)化IT設備能效

　　在IT設備中，服務(wù)器能耗占比最高，服務(wù)器的節能策略一般分為以下兩類(lèi)。

　　?（1）基于硬件性能的能效優(yōu)化。會(huì )在一定程度上降低系統的實(shí)時(shí)性。

　?。?/span>2）基于負載調度的能效優(yōu)化。均衡各主機負載，防止部分主機由于負載率高而影響業(yè)務(wù)處理質(zhì)量并產(chǎn)生局部熱點(diǎn)；集中低負載主機上的虛擬機，將部分主機關(guān)閉或休眠從而降低能耗。

　　目前數據中心行業(yè)采取的方式主要從IT設備軟硬件層面來(lái)降低功耗。IT基礎架構方面，從應用優(yōu)化、架構規劃/優(yōu)化、產(chǎn)品選型進(jìn)行整體優(yōu)化，平衡降耗與提效，例如用AI技術(shù)來(lái)進(jìn)行數據的分時(shí)調度，實(shí)現智能預測，對服務(wù)器設備進(jìn)行合理的擴容和縮容，優(yōu)化計算資源的分配，提升服務(wù)器的利用率。

　　5、打造綠色園區

　　數據中心的建筑和園區也要實(shí)施綠色節能的設計和措施，如機房余熱回收為辦公和生活用房供暖，采用太陽(yáng)能照明和太陽(yáng)能熱水器，雨水回收和再生水項目，建筑綠化等。通過(guò)協(xié)同互動(dòng)、智能低碳方式，充分提高能源綜合利用效率。物理構成包括供配電系統、冷熱電三聯(lián)供系統、光伏系統、風(fēng)機系統、儲能系統、充電系統、智慧管控系統等。多能互補面向終端用戶(hù)冷、熱、電等多種用能需求，有利于實(shí)現園區的多能協(xié)同供應和能源綜合梯級利用。

　　三、數據中心綠色節能未來(lái)展望

　　碳中和數據中心是建立在集成應用各種創(chuàng )新低碳技術(shù)和創(chuàng )新商業(yè)模式基礎上的。

　?。?/span>1）從“用能側”入手，最大限度地使用各類(lèi)冷量資源、節能設備，最大限度提升能源利用效率，有效利用余熱。

　?。?/span>2）從選址布局入手，優(yōu)化數據中心選址布局，統籌圍繞國家重大區域發(fā)展戰略，根據能源結構、產(chǎn)業(yè)布局、市場(chǎng)發(fā)展、氣候環(huán)境等，適時(shí)在自然冷源豐富、電力資源充足的地區合理布局，從源頭上解決綠電引入難題。

　?。?/span>3）從“供能側”入手，充分挖掘自身資源，自建或合建分布式清潔可再生發(fā)電系統，利用電力交易市場(chǎng)購入綠電，組合使用電化學(xué)儲能、制氫儲能等手段來(lái)實(shí)現“零碳排”。

　　在數字經(jīng)濟時(shí)代，隨著(zhù)大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區塊鏈等新一代數字技術(shù)應用的廣泛普及，數據中心的地位正在從信息基礎設施的邊緣邁向核心，并成為承載和驅動(dòng)千行百業(yè)數字化轉型的重要底座。我們必須結合國家“雙碳”戰略，穩步提高能效水平，逐步降低PUE值，合理利用能源，逐步提高可再生能源的利用率，把握行業(yè)發(fā)展趨勢，共同推動(dòng)數據中心的綠色、低碳、高質(zhì)量可持續發(fā)展。