綠色數據機房建設現狀及發展策略研究

鄔丹華

摘 要：隨著時代的不斷發展，數據中心作為云計算、大數據等新技術的重要基礎，已經成為全球關注的重要產業。本篇文章從綠色數據中心建設的必要性、國內外新機房案例、國家政策等方面分析綠色數據機房建設的未來走向以及發展中存在的問題，并提出自己的看法。

關鍵詞：數據中心;綠色;節能;監管

隨著互聯網、云計算和大數據所代表的信息經濟的快速發展，數據中心已成為信息社會重要的基礎設施，迎來了快速發展期。有數據顯示，2016年中國大數據市場規模為168億元，預計2017年至2020年將保持30%以上的增長率。大數據行業帶來的是優化產業布局，吸引高科技人才，推動社會經濟轉型發展的好處顯而易見，因此各地對爭取頂級企業的大數據中心落地，也可謂是下足了功夫。全國各地各個行業大大小小的數據中心如雨后春筍般紛紛涌現，隨之而來的數據機房低效率、高能耗問題也成為困擾持續發展的難題，建設綠色數據機房，勢在必行。

1 綠色數據機房建設的必要性

自2000年以來，我國開始在各地區建設大數據中心。截至2019年5月，全國各地的大數據中心數量已經超過國家大部分部門數量，總量達40萬個。這些大數據中心平均每年所消耗的電量超過全國總發電量的1.5%。隨著互聯網普及率的提升以及互聯網用戶數量的持續增長，越來越多的數據得到記錄，數據源范圍也不斷擴大，全球的數據量出現爆炸式增長，對大容量存儲需求越來越強。

根據IDC（國際數據公司）監測統計數據，2011年全球總數據已達到1.8 ZB，按照目前每兩年翻一番的增長速度，到2020年，全球數據總量將達到35ZB。與2011年相比，數據量將增加近20倍。換句話說，過去兩年產生的數據總量相當于人類歷史上所有數據的總和。

隨著機房的數量、規模越來越大，IT、存儲、服務器設備數量越來越多，機房的耗電量也越來越高。尤其是大型數據中心，在一、二線城市規劃者眼中，已經從一開始的香饃饃變成了高能耗的“拖油瓶”。據不完全統計，供電局提供給數據中心機房內的用電量，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境基礎設施上。大數據中心成本的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據中心所有功耗的40%。這是因為，一座數據中心會由數萬臺服務器組成，一般都是由電力提供動力，并且大量的服務器運轉時溫度會升高，其散熱、降溫也是借助耗電的空調來完成的，所以高耗能成本成為大數據中心的一大特點。

目前，全球發電量的3%用來提供數據中心日常運行，而這一數字不會下降，只會緩慢上升。并且這種電力來源不一定清潔：根據聯合國的說法，信息和通信技術（ICT）部門在很大程度上由數據中心提供，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據中心，控制電力消費增長，但這種策略只能在互聯網消費和數據生產增加的情況下實現。展望未來，數據中心有兩種減少排放的關鍵方法：數據中心內的能源使用更加高效，并確保所使用的能源是清潔的。因此，采用各項綠色節能技術手段建設綠色數據機房，成為數據中心機房發展的必然選擇。

2 國內外綠色數據機房建設經驗

為了提高數據中心設備的效率，降低機房能耗，實現綠色數據中心建設，在過去漫長的時光里，許多數據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、制冷系統，對機房進行更為合理的規劃與布局，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，今天的許多數據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據中心運營商，都在努力從各方面進行探索。

將數據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，就是為了以更加環保的方式給其在普萊恩維爾市的數據機房就近提供廉價的電力，減少傳輸上的損耗。這個數據機房與采用常規制冷系統的數據中心相比，用水量節約了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，發生地質災害幾率小的偏遠地區也成為數據中心機房建設的可靠選擇。例如，中國的阿里數據港張北數據中心就位于張北縣小峨臺鎮，數據中心房間100%基于綠色能源，整體結構覆蓋太陽能電池板，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據中心建在貴州省，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相結合的方法，對設備進行冷卻，大大降低了生產成本。

3 我國綠色數據機房建設推動政策

我國在數據中心的布局建設上不遺余力，從標準、規劃以及鼓勵扶持措施等方面提出相關政策。

2013年1月，工業和信息化部，國家發展和改革委員會，國土資源部，電力監管委員會和能源局聯合發布了《關于數據中心建設的指導意見》，指出數據中心的建設和布局應以科學發展為基礎，以加快發展方式轉變為目標，以提高可持續發展能力，以市場為導向，注重資源節約和安全，要求遵循產業發展規律，發揮區域比較優勢，引導市場參與者合理選址，長期規劃，按需設計，規范建設，逐步形成技術先進，結構合理的新數據中心。

2015年3月，工業和信息化部，國家機關管理局和國家能源局共同發布了《國家綠色數據中心試點工作計劃》，建議2017年在重點地區建立100個綠色數據中心試點，數據中心的能源效率平均提高8%或更多。制定了四項綠色數據中心國家標準，推廣了40項綠色數據中心先進適用技術，產品和運行維護管理最佳實踐，并制定了綠色數據中心建設指南。

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

自2013年工業和信息化部五部委發布“數據中心建設指導意見”以來，中國數據中心產業已明確呈現出大規模、集中化、綠色化、布局合理化的趨勢。已經形成了貴州貴安基地、河北張北基地、廊坊基地、呼和浩特基地等數據中心的產業集聚區。

數據中心機房是供電商的重要經濟來源，目前許多國家也對數據中心機房的發展采取激勵措施。比如2017年瑞典政府就對當地的數據中心進行減壓，減少數據中心電力稅的97%，2018年谷歌在俄亥俄州的一家大數據中心的銷售稅減免100%。目前我國也采用這種激勵措施，優先給大數據中心提供穩定的供電、多路的市電進場等，并提供政府支持。比如在貴州、內蒙古、寧夏地區的政府對大數據中心機房的建設采取助力措施，最高可以補助到1000萬元。

4 我國綠色數據機房建設存在的問題及建議

隨著我國數據中心的不斷發展，其產業規模越開越大，各行業技術人員不斷開發節能環保的新技術，國家對數據中心的管理制度也越來越完善。綜合我國數據中心發展歷史可以看出，我國的數據中心產業保持著健康持續的發展路線，其發展前景無比的廣闊。但是，機房的高能耗問題依舊是我國綠色數據發展的一大瓶頸。國內數據中心在探索和實踐節能、節水、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。

4.1 中國數據中心的技術程度差異很大。

經過多年的發展，近幾年新建的數據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，但舊數據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，導致舊數據中心的PUE仍然很高。怎樣將舊數據中心的技術更新換代是建設全面綠色中心的一個重要問題。

4.2 數據中心節能和資源再利用技術與國外仍存在較大差距。

國內數據中心使用的制冷設備，供配電設備和環控等系統大部分選自外國制造商。相關節能技術的基礎薄弱，沒有自己的核心技術，節能改進和設備軟件控制水平有限。

4.3 數據中心設計要求和施工、運維技術不統一

在中國新數據中心的建設規劃和設計階段，設計PUE相對較低，但在數據中心開始建設時，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;在數據中心正式運行后，由于業務的增大，設備上架數量增加，導致機房能耗增加;并且運維操作和運維能力差，許多數據中心PUE未達到設計水平。

4.4 數據中心的地域分配不平衡

目前，許多數據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境，極大地增加了能耗的成本。

為了加快數據中心綠化的進程，建議可采取以下策略：

一是加大綠色數據中心節能減排技術的推廣力度，發布優秀的數據中心案例，支持鼓勵舊數據中心改造項目，對數據中心基礎設施（空調、配電、新風）等進行評估。

二是大力支持數據中心冷卻節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現液冷可以減少大數據中心5%-15%的能耗;另一方面，尋找新能源，可回收能源，增加數據中心能源的回收利用效率，比如鋰電池的發展。

三是對數據中心操作維護人員進行統一培訓，提高運維人員的工作素養和技術水平。可以提前發現問題隱患并快速解決問題，減少不必要的損耗。

四是支持數據中心在偏遠地區的建設，比如新疆北部地區、東北部地區、內蒙古地區等，這些地區有著氣候適宜、發生地質災難小且遠離污染、還有充足的太陽能、風能、水源等各類資源，大大降低的數據中心的能耗。

在未來，綠色數據中心機房建設都會往同一個目標發展，在保證數據中心機房正常運行的前提下，實現高效、清潔、集約化和周期性數據中心的綠色發展道路，實現數據中心機房的可持續穩健發展。

參考文獻：

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