“雙碳”目標下，“東數(shù)西算”節(jié)能新路徑

（CWW）近日，國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合復函，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏啟動建設國家算力樞紐節(jié)點，并規(guī)劃了張家口等10個國家數(shù)據(jù)中心集群。至此，全國一體化大數(shù)據(jù)中心體系完成總體規(guī)劃布局，“東數(shù)西算”工程全面啟動。針對上述國家政策，筆者結(jié)合中國數(shù)據(jù)中心發(fā)展的現(xiàn)狀，重點論述“雙碳”目標下，“東數(shù)西算”節(jié)能新路徑。

當前數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀分析

我國數(shù)據(jù)中心規(guī)模已達500萬標準機架（2.5kW為一個標準機架），算力達到130EFLOPS。伴隨數(shù)字經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，全社會對算力需求十分迫切，預計每年將以20%以上的速度快速增長。由此可見，算力已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎設施。加快推動算力建設，將有效激發(fā)數(shù)據(jù)要素創(chuàng)新活力，加速數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進程，催生新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式，支撐數(shù)字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展?！笆奈濉睍r期，數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展主要指標見表1。

表1 “十四五”時期數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展主要指標（數(shù)據(jù)來源：中國政府網(wǎng)站）

ICTresearch咨詢統(tǒng)計，2020年全國有數(shù)據(jù)中心8萬個左右，總耗電量為1660億千瓦時；根據(jù)中國能源局統(tǒng)計的2020年全社會用電量75110億千瓦時計算，數(shù)據(jù)中心的總用電量占全社會總用電量的比例為2.2%。根據(jù)我國生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院統(tǒng)計測算，2021年國內(nèi)數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模達到543.6萬架，同比增長27%；耗電量占到全社會用電量的2.6%，碳排放占到全國的1.14%左右。2025年，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模將達到759萬架，較2021年增長40%；能源消耗總量較2021年增加62%，約占全社會用電量4%，碳排放占全國的比重接近2%。

“十四五”期間，河北、廣東、江蘇、上海和浙江等省市機架規(guī)模、能耗總量和二氧化碳排放量最大，5個地區(qū)加和占全國一半左右。由于能耗本身同機架數(shù)量深度掛鉤，在供電側(cè)不容易調(diào)整的前提下，只能通過布局優(yōu)化等手段，在對存量進行整改的同時，盡量將數(shù)據(jù)中心布局在氣候適宜、綠色能源充沛等條件好的地區(qū)，以降低碳排放，“東數(shù)西算”的布局由此而來。

“東數(shù)西算”政策對數(shù)據(jù)中心的影響

數(shù)字時代正在召喚一張高效率的“算力網(wǎng)”?！皷|數(shù)西算”是把東部密集的算力需求有序引導到西部，使數(shù)據(jù)要素跨域流動。打通“數(shù)”動脈，織就全國算力一張網(wǎng)，既緩解了東部能源緊張的問題，也為西部開辟一條發(fā)展新路。與“東數(shù)西算”相關文件的主要政策文件見表2。

表2 與“東數(shù)西算”相關文件的主要政策（數(shù)據(jù)來源：國家改革發(fā)展委）

“東數(shù)西算”工程通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中心、云計算、大數(shù)據(jù)一體化的新型算力網(wǎng)絡體系，將東部算力需求有序引導到西部，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設布局，促進東西部協(xié)同聯(lián)動。簡單地說，就是讓西部的算力資源更充分地支撐東部數(shù)據(jù)的運算，更好為數(shù)字化發(fā)展賦能?！皷|數(shù)西算”中的“數(shù)”，指的是數(shù)據(jù)，“算”指的是算力，即對數(shù)據(jù)的處理能力。

實施“東數(shù)西算”工程，推動數(shù)據(jù)中心合理布局、綠色集約和互聯(lián)互通，具有多方面意義。

一是有利于提升國家整體算力水平。通過全國一體化的數(shù)據(jù)中心布局建設，擴大算力設施規(guī)模，提高算力使用效率，實現(xiàn)全國算力規(guī)?；?、集約化發(fā)展。

二是有利于促進綠色發(fā)展。加大數(shù)據(jù)中心在西部布局，將大幅提升綠色能源使用比例，就近消納西部綠色能源，同時通過技術創(chuàng)新、以大換小、低碳發(fā)展等措施，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能源使用效率。

三是有利于擴大有效投資。數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)鏈條長、投資規(guī)模大，帶動效應強。通過算力樞紐和數(shù)據(jù)中心集群建設，將有力帶動產(chǎn)業(yè)上下游投資。

四是有利于推動區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。算力設施由東向西布局，帶動相關產(chǎn)業(yè)有效轉(zhuǎn)移，促進東西部數(shù)據(jù)流通、價值傳遞，延展東部發(fā)展空間，推進西部大開發(fā)形成新格局。

我國數(shù)據(jù)中心大多分布在東部地區(qū)，由于土地、能源等資源日趨緊張，在東部大規(guī)模發(fā)展數(shù)據(jù)中心難以為繼。而西部地區(qū)資源充裕，特別是可再生能源豐富，具備發(fā)展數(shù)據(jù)中心、承接東部算力需求的潛力?！皷|數(shù)西算”有利于推動數(shù)據(jù)中心合理布局、優(yōu)化供需，提升國家整體算力水平，擴大有效投資，推動區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，具有多方面多層次重要意義。我國算力網(wǎng)絡各類樞紐節(jié)點定位及發(fā)展思路見表3。本次“東數(shù)西算”的全面啟動，疊加數(shù)字經(jīng)濟確定的發(fā)展方向，對于整個數(shù)通側(cè)將是確定性大機會，算力、流量持續(xù)高速增長是必然趨勢，配套基礎設施持續(xù)建設擴容是剛性需求，未來3~5年具有高確定性。

表3 我國算力網(wǎng)絡各類樞紐節(jié)點定位及發(fā)展思路（數(shù)據(jù)來源：《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》）

數(shù)據(jù)中心四大節(jié)能技術應用

近幾年來，作為“新基建”的代表產(chǎn)業(yè)，數(shù)據(jù)中心為5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了重要支撐，已經(jīng)成為推進數(shù)字經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵物理基礎設施。但是隨著數(shù)據(jù)中心的單位功率密度大幅度提升，整體能耗水平也呈現(xiàn)指數(shù)級增長。為了應對能耗增長過快的問題，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能技術如雨后春筍般涌現(xiàn)，當前主要的技術分為以下幾類。

充分利用自然冷源

為維持恒定的機房溫度需要不間斷為其降溫，由此帶來了數(shù)據(jù)中心巨額的耗電量。當過渡季節(jié)室外溫度低于室內(nèi)溫度時，自然界存在著豐富的冷源，如何利用大自然的冷源進行冷卻是機房空調(diào)節(jié)能減排的重點問題。自然冷源冷卻策略主要有以下方法。

一是間接空氣交換。外部空氣通過熱交換器進入室內(nèi)并實現(xiàn)熱交換，熱交換器將數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的空氣與外部較冷的空氣分開。這種方法可以防止顆粒物進入數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域，并有助于控制濕度水平。

二是直接空氣交換。外部空氣通過蒸發(fā)冷卻器后，再通過過濾器直接進入數(shù)據(jù)中心的冷通道。當外部溫度過低時，系統(tǒng)將外部空氣與回風的熱空氣混合，以達到設備的冷卻降溫。

高密度數(shù)據(jù)中心可以考慮液冷

根據(jù)統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心液冷技術與傳統(tǒng)風冷技術相比，系統(tǒng)耗電量約節(jié)省30%以上，應用液冷技術的數(shù)據(jù)中心機房整體能效同時得到30%的提升。并且隨著數(shù)據(jù)中心單機柜功率密度不斷提高，液冷技術能帶來更為直接的散熱優(yōu)勢。數(shù)據(jù)中心使用液冷與風冷技術的比較分析見表4，數(shù)據(jù)中心的制冷模式分析見表5。

表4 數(shù)據(jù)中心使用液冷與風冷技術的比較分析（數(shù)據(jù)來源：ICTresearch）

表5 數(shù)據(jù)中心制冷的模式分析（數(shù)據(jù)來源：ICTresearch）

盡量利用可再生清潔能源

數(shù)據(jù)中心的能耗問題已經(jīng)引起了全球的廣泛關注，對計算機系統(tǒng)可持續(xù)能力的設計已不可避免。雖然可再生能源具有間歇不穩(wěn)定的特點，但建設可再生能源驅(qū)動的數(shù)據(jù)中心除了可以降低的碳排放外，還有許多其他的好處。

可再生能源發(fā)電是高度模塊化的，可以逐漸增加發(fā)電容量以匹配負載的增長。如此，可減小數(shù)據(jù)中心因電力系統(tǒng)超額配置的損失，因為服務器負載需要很長一段時間才能增長到升級的配置容量。此外，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)籌建時間要比傳統(tǒng)的發(fā)電廠短得多，降低了投資和監(jiān)管的風險。而且，可再生能源的價格和可用性相對平穩(wěn)，使IT公司的長遠規(guī)劃變得簡單。

注重數(shù)據(jù)中心的余熱利用

當前數(shù)據(jù)中心主要回收冷凍水回水對余熱進行二次利用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)市政供熱設施，為園區(qū)的辦公場所提供冬季熱源，從而達到減少煤炭等燃料的燃燒，達到控制二氧化碳排放的目的。數(shù)據(jù)中心余熱回收的流程并不復雜，但是其核心關鍵點在于：如何在支持數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定安全運行的前提下，實現(xiàn)余熱的科學回收。在此過程中，需對施工安裝中可能發(fā)生的安全風險提前做好應急預案，對可能影響數(shù)據(jù)中心安全運行的故障點做好隔離，并對如何確保冬季供暖及數(shù)據(jù)中心運行雙向安全的基本目標提前規(guī)劃出備份系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心發(fā)展四大建議

規(guī)模以上數(shù)據(jù)中心設立監(jiān)管平臺

數(shù)據(jù)中心節(jié)能工作是跨學科、多領域的技術創(chuàng)新工程和跨部門、多行業(yè)的標準化推進工程，要改變當前耗能大、技術落后和無專門機構(gòu)管理和參與的局面，就需要在政府及信息產(chǎn)業(yè)主管部門支持下，對新產(chǎn)品應用、新技術研究、新標準制定與推廣、產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境等方面加以引導及協(xié)調(diào)。

較為有效的方式是設立數(shù)據(jù)中心能耗管控平臺，針對已建、新建、改擴建、節(jié)能改造的數(shù)據(jù)中心安裝整體的能耗監(jiān)測軟件，與國家或省市的數(shù)據(jù)中心能耗管控平臺對接，可以實時掌握數(shù)據(jù)中心能耗情況，以便制定相應的政策和監(jiān)管措施。利用能耗管控平臺，實現(xiàn)對規(guī)模以上數(shù)據(jù)中心每年例行能效評價和監(jiān)測。

設置相關的能源管理崗位

數(shù)據(jù)中心能源管理崗位人員是指從事數(shù)據(jù)中心能源管理工作的專業(yè)人員，是數(shù)據(jù)中心管理人才的重要組成部分。能源管理崗位人員應具有良好的職業(yè)素養(yǎng)，具備相應的行業(yè)知識，掌握現(xiàn)代企業(yè)管理方法，精通企業(yè)能源管理工作。

數(shù)據(jù)中心行業(yè)能源管理崗位人員培養(yǎng)體系的建立，可有效保障能源的合理使用，提高能源利用水平，降低成本，減少污染排放，為國家節(jié)能減排事業(yè)發(fā)展作貢獻。

落實國家標準和先進技術標準

針對數(shù)據(jù)中心節(jié)能標準缺失的現(xiàn)狀，要盡快啟動制定節(jié)能設計、節(jié)能運維等標準。提高對數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排工作重要性和緊迫性的認識，堅持把節(jié)能減排作為“調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式”的重要抓手，抓好數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排重大科技研發(fā)和推廣應用，加強企業(yè)節(jié)能減排技術改造和重點領域節(jié)能減排，強化目標責任加強監(jiān)督執(zhí)法，綜合運用市場、法律、標準手段推進節(jié)能減排。

盡快制定數(shù)據(jù)中心碳中和路徑圖

針對數(shù)據(jù)中心能耗高問題，設定未來10年的數(shù)據(jù)中心碳中和路線圖?？俊澳芎奶旎ò濉狈绞竭M行監(jiān)控，對數(shù)據(jù)中心整體碳排放進行峰值設置，同時考慮不同區(qū)域的峰值，最終達到數(shù)據(jù)中心規(guī)模增長而能耗不顯著增長。

要合理、合規(guī)、有效地對老舊數(shù)據(jù)中心進行節(jié)能改造，對新數(shù)據(jù)中心進行節(jié)能設計，同時要引導存量數(shù)據(jù)中心的節(jié)能運維。通過各方努力，爭取在2025年前數(shù)據(jù)中心能源使用出現(xiàn)拐點。

對增量和存量數(shù)據(jù)中心的能耗要求要加以區(qū)分，按照到達拐點的時間進度設置能耗走勢路線圖，控制市場準入門檻。同時各類標準要及時到位，避免標準滯后的現(xiàn)象發(fā)生，加快地方標準和團體標準出臺；各個省市的標準要符合國家的要求，但也要與地方實際情況結(jié)合起來。

關鍵詞： 通信世界網(wǎng) 東數(shù)西算 數(shù)據(jù)中心