在數(shù)字經(jīng)濟時代，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術應用的廣泛普及，數(shù)據(jù)中心的地位正在從信息基礎設施的邊緣邁向核心，并成為承載和驅動千行百業(yè)數(shù)字化轉型的重要基座。

　　一、背景介紹

　　國家“十四五”規(guī)劃和2035目標綱要中，對我國加快發(fā)展數(shù)字化，建設數(shù)字中國的內(nèi)容占了一篇（四章）的篇幅，作為國家“新基建”戰(zhàn)略的七大領域之一的數(shù)據(jù)中心領域，正是推進我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的關鍵基礎設施，是推動我國經(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月國務院印發(fā)了《2030年前碳達峰行動方案》。碳達峰是指我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后逐步降低。碳中和則是通過節(jié)能減排、能源替代、產(chǎn)業(yè)調(diào)整等，讓排出的二氧化碳被回收，最終實現(xiàn)“零排放”的目的。據(jù)統(tǒng)計，2021年中國數(shù)據(jù)中心總用電量為2166億千瓦時，到2025年中國數(shù)據(jù)中心總用電量預計將增長至近4000億千瓦時。數(shù)據(jù)中心總用電量占全國用電量比重將從2021年的2.7%增長至2025年的5.8%。

　　可以看出數(shù)據(jù)中心作為全社會“能耗大戶”，對實現(xiàn)碳達峰碳中和起著重要影響。數(shù)據(jù)中心能耗主要由兩部分構成，分別是IT設備和基礎設施，IT設備主要由服務器、存儲和網(wǎng)絡設備構成，為企業(yè)和用戶提供服務，是數(shù)據(jù)中心核心設備?；A設施主要由供配電、UPS電源、高壓直流、空調(diào)、照明、辦公、消防等各系統(tǒng)構成，是確保IT設備穩(wěn)定運行的基礎保障設施。近年來，數(shù)據(jù)中心行業(yè)快速發(fā)展，能源消耗加速增長，面對國家“雙碳”戰(zhàn)略，數(shù)據(jù)中心進行綠色發(fā)展，逐步降低碳排放，實現(xiàn)碳中和是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展必然選擇。

　　二、數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能解決方案

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

要實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)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(diào)、供電等配套設備設施能耗，同時優(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(diào)峰、新型儲能等在內(nèi)一系列機制，數(shù)據(jù)中心將從單純用能系統(tǒng)逐漸演變?yōu)榫C合能源系統(tǒng)，自建自用綠色能源；在必要時，通過綠電交易、碳交易等手段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心碳抵消，確保數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)溫室氣體“零排放”。

　　1、高效能制冷

　　空調(diào)系統(tǒng)的能耗占數(shù)據(jù)中心整體能耗的很大一部分，是降低數(shù)據(jù)中心PUE值的關鍵環(huán)節(jié)，可采用如下節(jié)能降碳措施。

　?。?/span>1）根據(jù)當?shù)貧夂驐l件，充分利用自然冷源。經(jīng)調(diào)查研究分析，水冷型數(shù)據(jù)中心在對自然冷源的利用上明顯高于風冷型數(shù)據(jù)中心，值得注意的是，水冷系統(tǒng)構成、建設實施和運行維護較為復雜，適用于大型數(shù)據(jù)中心；

　?。?/span>2）制冷末端逐漸向熱源靠近。采用高溫服務器結合浸沒式液冷可進一步降低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

　　隨著供電設備的技術發(fā)展與更新?lián)Q代，提高效率、降低能耗成為關注重點，可采用如下節(jié)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(tǒng)從雙變換模式調(diào)整為ECO節(jié)能模式或動態(tài)在線等高效運行模式，使IT設備在大部分時間內(nèi)工作在市電直供狀態(tài)；

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

　　（4）采用鋰電池或新型儲能備電。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)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(shù)字化智能運維

　　基于數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀及管理中存在的問題，依靠數(shù)字化手段引入智能化技術，結合大數(shù)據(jù)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(diào)度方面進行智能運維，部署大量傳感器收集各種設備、環(huán)境參數(shù)，應用AI和大數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)供電、供冷設備隨業(yè)務負載動態(tài)調(diào)度，達到最優(yōu)工作狀態(tài)，提升數(shù)據(jù)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，服務器能耗占比最高，服務器的節(jié)能策略一般分為以下兩類。

　　?（1）基于硬件性能的能效優(yōu)化。會在一定程度上降低系統(tǒng)的實時性。

　?。?/span>2）基于負載調(diào)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)務處理質量并產(chǎn)生局部熱點；集中低負載主機上的虛擬機，將部分主機關閉或休眠從而降低能耗。

　　目前數(shù)據(jù)中心行業(yè)采取的方式主要從IT設備軟硬件層面來降低功耗。IT基礎架構方面，從應用優(yōu)化、架構規(guī)劃/優(yōu)化、產(chǎn)品選型進行整體優(yōu)化，平衡降耗與提效，例如用AI技術來進行數(shù)據(jù)的分時調(diào)度，實現(xiàn)智能預測，對服務器設備進行合理的擴容和縮容，優(yōu)化計算資源的分配，提升服務器的利用率。

　　5、打造綠色園區(qū)

　　數(shù)據(jù)中心的建筑和園區(qū)也要實施綠色節(jié)能的設計和措施，如機房余熱回收為辦公和生活用房供暖，采用太陽能照明和太陽能熱水器，雨水回收和再生水項目，建筑綠化等。通過協(xié)同互動、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(tǒng)、冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、風機系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、智慧管控系統(tǒng)等。多能互補面向終端用戶冷、熱、電等多種用能需求，有利于實現(xiàn)園區(qū)的多能協(xié)同供應和能源綜合梯級利用。

　　三、數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能未來展望

　　碳中和數(shù)據(jù)中心是建立在集成應用各種創(chuàng)新低碳技術和創(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冷量資源、節(jié)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(shù)據(jù)中心選址布局，統(tǒng)籌圍繞國家重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，根據(jù)能源結構、產(chǎn)業(yè)布局、市場發(fā)展、氣候環(huán)境等，適時在自然冷源豐富、電力資源充足的地區(qū)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(tǒng)，利用電力交易市場購入綠電，組合使用電化學儲能、制氫儲能等手段來實現(xiàn)“零碳排”。

　　在數(shù)字經(jīng)濟時代，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術應用的廣泛普及，數(shù)據(jù)中心的地位正在從信息基礎設施的邊緣邁向核心，并成為承載和驅動千行百業(yè)數(shù)字化轉型的重要底座。我們必須結合國家“雙碳”戰(zhàn)略，穩(wěn)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，共同推動數(shù)據(jù)中心的綠色、低碳、高質量可持續(xù)發(fā)展。