低碳規(guī)劃設(shè)計Low-carbonPlanningandDesign“雙碳”目標(biāo)下新型綠色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展路徑探討高質(zhì)量發(fā)展路徑探討High-qualityDevelopmentPathofNewGreenDataCenterUnder"Dual-carbon"TargetWeiWenhao1，HanZhendong2，YangMeng2，WuShuai2(1.ChinaInformationTechnologyDesigning&ConsultingInstituteCo.，Ltd.，BeijingChinaChinaUnitedNetworkCommunicationsGroupCo.，Ltd.，Beijing100033，China)摘要：隨著新基建、東數(shù)西算國家戰(zhàn)略的持續(xù)賦能，新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)迎來新機遇，成為我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。隨著雙碳目標(biāo)推進(jìn)，新型數(shù)據(jù)中心作為高耗能行業(yè)，推動其碳排放的降低、逐步實現(xiàn)碳中和是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。從分析我國數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀和趨勢出發(fā)，結(jié)合雙碳目標(biāo)下面臨的挑位的色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展。Abstract：關(guān)鍵詞：文章編號：1007-3043(2022)12-0032-05開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識碼(OSID)：resourcesfromtheeasttothewesttheconstructionofnewtypeofdatacentershasusheredinnewopportunitiesandbe-nter.Keywords：0引言型數(shù)據(jù)中心逐漸成為數(shù)字化時代的“新基建”和拉動數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“助推器”，成為承載技術(shù)革新的重要底座，對新發(fā)展階段推動高質(zhì)量發(fā)展有著重要意義。一系列國家政策文件的陸續(xù)發(fā)布，“東數(shù)西算”工程的全面啟動，使我國數(shù)據(jù)中心的發(fā)展獲得了新動能，預(yù)測在“十四五”期間仍將保持快速增長。作為信息基礎(chǔ)設(shè)施中的耗能大戶，近10年數(shù)據(jù)中心的能源消耗以每年超過10%的速度遞增，隨數(shù)量和體量的不斷增長，其能源消耗和碳排放問題會越來越突出。2020年9月習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上提出了我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰下國家近期發(fā)布了《信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展行動322022/12/DTPT“雙碳”目標(biāo)下新型綠色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展路徑探討低碳規(guī)劃設(shè)計Low-carbonPlanningandDesign列文件，明確提出數(shù)據(jù)中心綠色可持續(xù)發(fā)展的行動計劃，因此面向雙碳，亟需順應(yīng)綠色節(jié)能、低碳可持續(xù)的發(fā)展趨勢，探索新型綠色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展路徑，1新形勢下數(shù)據(jù)中心發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢新基建的發(fā)展、東數(shù)西算工程的啟動、十四五規(guī)劃中數(shù)字中國建設(shè)目標(biāo)的提出，為我國數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了重要指導(dǎo)，我國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入新同發(fā)展的格局正在逐步形成。1.1數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模穩(wěn)步增長近年來我國數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模持續(xù)增長，其中大型以上數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模增長迅速。如圖1所示，按kW，我國數(shù)據(jù)中心在用機架規(guī)模已達(dá)520萬架，近5年復(fù)合年均增長率超過30%。其中大型以上數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模80%[1]。隨著東數(shù)西算等國家戰(zhàn)略的持續(xù)賦能，未來幾年數(shù)據(jù)中心規(guī)模仍將保持平穩(wěn)增長，預(yù)計2025年將1.2雙碳目標(biāo)下綠色低碳政策陸續(xù)出臺隨著雙碳戰(zhàn)略的縱深推進(jìn)，國家近期密集發(fā)布一系列綠色低碳政策，進(jìn)一步明確了數(shù)據(jù)中心的能效要綠色化：雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)離不開數(shù)據(jù)中心的綠色建設(shè)運營，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心向新型綠色數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型是大勢所趨，作為典型耗能大戶，綠色低碳已是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的基本要求，通過全生命周期的綠色化可以讓數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)最大能源效率，同時做到對環(huán)境影響最小。集約化：近期國家政策文件明確提出新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心原則上布局在國家樞紐節(jié)點集群范圍內(nèi)，推動集約化建設(shè)。集約化可以最大程度提高資源、能源、管理等多方面的效率，真正符合云時代的要求，是數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展的必然趨勢。敏捷化：信息通信行業(yè)是技術(shù)、業(yè)務(wù)變化最快的行業(yè)，作為信息通信基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心，需具備靈活彈性和快速交付的能力，以適應(yīng)未來業(yè)務(wù)的變化，實現(xiàn)對客戶的業(yè)務(wù)承諾，敏捷化是數(shù)據(jù)中心本身作為重資產(chǎn)的快速價值變現(xiàn)，也是企業(yè)在未來競爭中領(lǐng)跑的關(guān)鍵能力。智能化：數(shù)據(jù)中心運維從手工運維到自動化平臺運維，目前正朝智能運營發(fā)展，業(yè)界提出了“自動駕駛的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)中心大腦，有效提高運維效率，降低運營成本，提升運行可靠性。智能化則將是未來發(fā)展的關(guān)鍵?？倷C架數(shù)量/萬架大型規(guī)模以上機架數(shù)量/萬架總機架數(shù)量/萬架大型規(guī)模以上機架數(shù)量/萬架832261673152372019202020212022E年份圖1我國數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模[1]表1近期發(fā)布的政策文件發(fā)布時間文件名稱主要要求發(fā)布部門關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動重點領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率(PUE)不超過國家發(fā)改委、工信部、國家能源局等五部門深入開展公共機構(gòu)綠色低碳引領(lǐng)行動促進(jìn)碳達(dá)峰實施方案新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心全部達(dá)到綠色數(shù)據(jù)中心要求，國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部等四部門貫徹落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新興基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案1.25以下，綠色低碳等級達(dá)到4A級以上國家發(fā)改委、國家能源局工業(yè)能效提升行動計劃國家發(fā)改委、工信部等六部門 國家發(fā)改委、工信部、國家能源局等七部門郵電設(shè)計技術(shù)/2022/1233低碳規(guī)劃設(shè)計Low-carbonPlanningandDesign“雙碳”目標(biāo)下新型綠色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展路徑探討2雙碳目標(biāo)下數(shù)據(jù)中心發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)根據(jù)國際化標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)發(fā)布的ISO14064標(biāo)劃分為3個范圍：一是自身產(chǎn)生的碳排放，二是通過消耗電力能源產(chǎn)生的碳排放，三是產(chǎn)業(yè)價值鏈的碳排放。數(shù)據(jù)中心90%以上的碳排放屬于范圍二。由于當(dāng)前中國發(fā)電量70%以上仍為燃煤發(fā)電，發(fā)電同時伴隨著大量溫室氣體及其他污染物排放，因此數(shù)據(jù)中心既是高耗能產(chǎn)業(yè)，也是高業(yè)[4]。據(jù)統(tǒng)計，2021年全國數(shù)據(jù)中心能源消耗約2166間，數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模將繼續(xù)穩(wěn)步增長，其能源消耗也將快速增長，預(yù)計十四五末，全國數(shù)據(jù)中心能源消54%，全國占比接近2%；十五五末能源消耗總量將達(dá)億kWh，占全社會用電量的5%以上，二氧化碳3%[5]。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，數(shù)據(jù)中心二氧化碳排放量與機架規(guī)模、電力消耗緊密掛鉤，短時間較難扭轉(zhuǎn)其碳排放增長的態(tài)勢，如果不改變大量消耗化石能源、高耗能、高排放的傳統(tǒng)發(fā)展模式，數(shù)據(jù)中心行業(yè)2030年實現(xiàn)碳達(dá)峰的難度很大，必須進(jìn)行綠色轉(zhuǎn)型才能實現(xiàn)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，逐步達(dá)到碳中和目標(biāo)。3新型綠色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展實施路徑面向雙碳目標(biāo)，新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)貫徹綠色發(fā)展理念，全方位全過程推進(jìn)綠色規(guī)劃、綠色設(shè)計、綠色建造、綠色運維、綠色用能等，使發(fā)展建立在高效利用資源、嚴(yán)格保護(hù)環(huán)境、有效控制碳排放的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)全面降碳和高質(zhì)量發(fā)展。3.1綠色規(guī)劃規(guī)劃是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的源頭，科學(xué)規(guī)劃、合理布局對數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展來說至關(guān)重要，數(shù)據(jù)中心規(guī)劃應(yīng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、電力等方面，綜合考慮政策導(dǎo)目前東數(shù)西算工程已全面啟動，國家一體化大數(shù)據(jù)中心體系總體布局形成了八大樞紐節(jié)點、十大集群342022/12/DTPT和十二個起步區(qū)，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心綠色集約化布局，近 中心統(tǒng)籌布局，推進(jìn)東數(shù)西算工程，引導(dǎo)承載高時延業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中心優(yōu)先向氣候適宜、可再生能源富集的國家算力樞紐節(jié)點布局”“新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心原則上布局在國家樞紐節(jié)點數(shù)據(jù)中心集群范圍內(nèi)”等要求，進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)據(jù)中心的集約化布局。因此，數(shù)據(jù)中心規(guī)劃選址應(yīng)以國家政策為指引，充分考慮樞紐集群布局、充分考慮當(dāng)?shù)啬茉垂?yīng)情況，充分考慮當(dāng)?shù)鼐G電資源、可再生能源分布情況，優(yōu)先選擇氣候條件適宜、綠電供應(yīng)充足的地區(qū)，從規(guī)劃的源頭實現(xiàn)綠色低碳。3.2綠色設(shè)計綠色設(shè)計主要從綠色園區(qū)、綠色建筑、綠色機電幾個維度出發(fā)，由大到小、由表及里，依據(jù)《綠色數(shù)據(jù)中心建筑評價技術(shù)細(xì)則》《數(shù)據(jù)中心綠色分級評估技術(shù)方法》《綠色數(shù)據(jù)中心評價指標(biāo)體系》等要求，通過降到國家、地方標(biāo)準(zhǔn)以下，綠色低碳等級達(dá)到4A級以上，實現(xiàn)全方位的節(jié)能降碳。綠色園區(qū)數(shù)據(jù)中心綠色園區(qū)重點從海綿園區(qū)、綠色灌溉、雨水回收、再生水利用、余熱回收、冷卻水回收等方面著手，提升能源綜合利用效率，最大限度降低碳排放，實現(xiàn)園區(qū)的綠色可持續(xù)發(fā)展。綠色建筑綠色建筑應(yīng)結(jié)合規(guī)劃條件對綠建等級的要求及國家“綠色低碳等級達(dá)到4A級以上”的要求進(jìn)行設(shè)計，從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材入手，采用部分或全預(yù)制裝配式產(chǎn)品或方案提升建設(shè)效率、節(jié)約資源，通過充分利用自然采光和通風(fēng)、維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱等被動式建筑設(shè)計最大幅度降低建筑供暖、空調(diào)、照明需求，通過采用高能效等級設(shè)備產(chǎn)品、樓宇自控等主動技術(shù)措施最大幅度提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，實現(xiàn)低能耗綠色建筑。綠色機電數(shù)據(jù)中心的能耗主要來自于IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和其他輔助設(shè)施(見圖2)。IT設(shè)備包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等數(shù)據(jù)中心的核心設(shè)備，是最主要的耗能大戶；制冷系統(tǒng)作為保障IT設(shè)備穩(wěn)定運行的環(huán)境控制系統(tǒng)，在非IT設(shè)備中能耗占比最大，其次是“雙碳”目標(biāo)下新型綠色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展路徑探討低碳規(guī)劃設(shè)計Low-carbonPlanningandDesign供電負(fù)載供電負(fù)載制冷負(fù)載制冷負(fù)載IT備IT負(fù)載制冷負(fù)載供電負(fù)載其他負(fù)載圖2數(shù)據(jù)中心能耗主要組成作為動力心臟的供配電系統(tǒng)，照明、安消防系統(tǒng)等其他輔助設(shè)施占比最小。因此，為實現(xiàn)節(jié)能減碳，綠色機電設(shè)計應(yīng)重點從IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)的高效節(jié)能入手，不斷提升能效水平。IT節(jié)能作為數(shù)據(jù)中心的核心，充分發(fā)揮IT設(shè)備的節(jié)能潛是采用有自動休眠功能的IT設(shè)備，降低閑時能耗；二是采用服務(wù)器節(jié)能電源模塊、風(fēng)扇節(jié)能等技術(shù)，在保證處理能力的同時降低設(shè)備能耗；三是采用云計算和系統(tǒng)資源共享技術(shù)，通過優(yōu)化調(diào)度提高服務(wù)器資源利用效率，降低能耗[6]。數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備應(yīng)重點關(guān)注服務(wù)器的節(jié)能，結(jié)合行業(yè)新技術(shù)發(fā)展演進(jìn)，積極采用節(jié)能高效服務(wù)器，如新型液冷服務(wù)器、高溫型服務(wù)器、高密度集成服務(wù)器等，實現(xiàn)IT設(shè)備的高效能效。3.2.3.2制冷系統(tǒng)高效節(jié)能制冷系統(tǒng)是PUE貢獻(xiàn)占比最大的影響因素，其電能消耗受氣候、制冷方案、設(shè)備性能、運維精細(xì)度等影響，浮動范圍較大，是數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳的關(guān)鍵點，制冷系統(tǒng)節(jié)能主要從充分利用自然冷源、提高產(chǎn)品效3個方面著手，重點關(guān)注節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用，因地制宜的選用制冷解決方案。充分利用自然冷源方面，應(yīng)結(jié)合建筑規(guī)模、空調(diào)負(fù)荷、氣候條件、PUE目標(biāo)等因素合理選擇冷水機組+常規(guī)冷卻塔/間接蒸發(fā)冷卻塔、蒸發(fā)冷卻冷水機組+新風(fēng)補冷、風(fēng)冷間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)、風(fēng)冷氟泵相變空調(diào)系統(tǒng)等方案，并輔以提高供回水溫度和大溫差等手術(shù)，實現(xiàn)高效節(jié)能。提高產(chǎn)品效率方面，可積極選用全變頻氟泵空調(diào)(智能雙循環(huán)多聯(lián)模塊化空調(diào)VRM等)、磁懸浮變頻離心機組，節(jié)能節(jié)水型冷卻塔、集成冷站、直流變頻行級空調(diào)、高效末端等，以實現(xiàn)設(shè)備節(jié)能。優(yōu)化運行控制方面，可采用智能控制手段如AI調(diào)優(yōu)技術(shù)，提高與IT設(shè)備運行狀態(tài)的動態(tài)適配性，實現(xiàn)最優(yōu)PUE。通過以上措施，PUE的制冷負(fù)載因子可降解決超高熱流密度的散熱問題，在全國大部分地區(qū)實現(xiàn)自然冷卻，隨其成熟應(yīng)用可積極采用液冷技術(shù)或與3.2.3.3供配電系統(tǒng)高效節(jié)能供配電系統(tǒng)作為PUE第二大影響因素，其電能消耗主要由電能輸送、交直流變換和電壓電流變換所產(chǎn)生，與供電線路、各級轉(zhuǎn)換設(shè)備、配電設(shè)備及變壓器的能效息息相關(guān)，因此其節(jié)能主要從優(yōu)化配電結(jié)構(gòu)、應(yīng)能3個方面出發(fā)，重點關(guān)注電源系統(tǒng)效率的提升，降低電源設(shè)備和線路損耗。優(yōu)化配電結(jié)構(gòu)可從簡化配電環(huán)節(jié)出發(fā)，一是通過平面布局的優(yōu)化實現(xiàn)供電路由的簡捷化、變壓器深入負(fù)荷中心、提升高電壓等級線路占比，盡可能降低線路損耗；二是采用預(yù)裝式一體化電源系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的獨立變配電系統(tǒng)，縮短供電距離，減少配電開關(guān)級數(shù)，節(jié)約占地面積，實現(xiàn)利用率的提升和能耗的降低。應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品可積極選用節(jié)能型變壓器，高壓油機、新倍率蓄電池等。運行節(jié)能可從改變運行模式出發(fā)，一是將UPS系統(tǒng)從傳統(tǒng)的在線雙變換模式調(diào)整為ECO模式、智能在線模式等高效運行模式，實現(xiàn)大部分時間的市電直供，提升運行效率；二是可采用高壓直流系統(tǒng)代替UPS系統(tǒng)，提升可靠性和系統(tǒng)效率。通過以3.3綠色建造綠色建造主要從綠色采購和綠色施工出發(fā)，在工程建設(shè)的各個環(huán)節(jié)追求綠色。采購階段加大對網(wǎng)絡(luò)、 命等要求，強化環(huán)境管理體系認(rèn)證要求，引導(dǎo)供應(yīng)鏈綠色生產(chǎn)，采用綠色建材、綠色部品部件及《國家綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)適用技術(shù)產(chǎn)品目錄》中的產(chǎn)品等。施工階段采用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、機器人等智能建造手段，應(yīng)用綠色施工新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備，積極應(yīng)用郵電設(shè)計技術(shù)/2022/1235低碳規(guī)劃設(shè)計Low-carbonPlanningandDesign“雙碳”目標(biāo)下新型綠色數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展路徑探討棄物高效處理與再利用，實現(xiàn)建設(shè)階段低消耗、低排放和高效益。3.4綠色運維數(shù)據(jù)中心運維階段是其全生命周期歷時最長、耗能最多、節(jié)能空間最大的階段，強化運維階段的綠色管理能力，對數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳至關(guān)重要。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生技術(shù)的快速發(fā)展，基于數(shù)字孿生和AI技術(shù)的數(shù)字化智慧運營平臺成為數(shù)據(jù)中心持續(xù)節(jié)能的有效手段。通過基礎(chǔ)設(shè)施、傳感器及算法算力的支持，收集負(fù)載、溫濕度及能耗等參數(shù)，利用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成模型，并在算法學(xué)習(xí)中持續(xù)升級迭同時通過健康管理及多場景驗證實現(xiàn)“基于規(guī)則的故利用率、運維效率和整體效能的提升，由自動化走向智能智慧化的綠色運維。3.5綠色用能實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，還應(yīng)從可再生能源利用、儲能及外購綠電等綠色用能模式上優(yōu)化用能。一是開發(fā)利用清潔可再生能源?？衫霉夥l(fā)電或風(fēng)力發(fā)電的方式自備清潔可再生電廠，自發(fā)自用，降低碳排放。最新建筑節(jié)能規(guī)范已明確提出新建建筑應(yīng)安裝太陽能系統(tǒng)，因此建設(shè)中可充分發(fā)掘屋面及園區(qū)空余場地，部署分布式光伏發(fā)電，從供電側(cè)最大限度開發(fā)利用清潔可再生能源，就地消納新能源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與可再生能源的深度融合。二是儲能系統(tǒng)。儲能作為靈活性調(diào)節(jié)資源，是優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)、最大化清潔能源利用、提高供電可靠性的強有力手段，并可與供配電技術(shù)融合應(yīng)用，如儲能系統(tǒng)替代柴油發(fā)電機，取消蓄冷罐等，有效減少碳排放和污染物排放。對于峰谷電價差較大的地區(qū)，可采用儲能節(jié)能技術(shù)和冷水儲能節(jié)能技術(shù)，削峰填谷，降低運營成本。三是市場化手段。隨著電力系統(tǒng)市場機制的完善，可通過綠電交易或認(rèn)購綠電證書等手