引言数据中心设备密集、能耗较高，我国数据中心年用电量占全社会用电的2%左右[1]。数据中心产业发展是数字经济发展的必然趋势，碳中和的实现是人类社会可持续发展的必然选择。因此，在数据中心的发展目标中，碳中和是数据中心可持续发展的必由之路。数据中心绿色低碳发展原则已成为全社会共识[2]。关于数据中心的能效评价指标，目前采用电能利用效率 (Power Usage Effectiveness，PUE) 值作为衡量数据中心能源使用效率的重要指标。PUE越接近于1，代表数据中心对电能的利用效率越高。自2019年三部门联合出台《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》，各地陆续出台相关政策。山东《关于山东省数字基础设施建设的指导意见》提出，自2020年起新建数据中心PUE值原则上不高于1.3；广东《关于明确全省数据中心能耗保障相关要求的通知》提出，以节能技术标准倒逼传统数据中心加快绿色节能技术改造（“十四五”期间PUE值需降至1.3以下）。四川制定的《四川省新型数据中心发展三年行动计划（2021~2023年）（征求意见稿）》指出，四川省新建大型、超大型数据中心的PUE值不高于1.3，成渝国家枢纽节点内新建大型、超大型数据中心的PUE原则上不高于1.25。随着国家政策对PUE值的要求越来越高，如何落实数据中心绿色发展越发紧迫。以数据中心节能审查咨询案例为基础，结合四川诚志节能科技有限公司的咨询经验，探讨如何落实数据中心的绿色发展。1案例分析1.1数据中心能耗分配数据中心耗能与IT设备直接相关，随着数据中心与信息技术(IT)设备耦合度增加，优化IT设备综合能效成为数据中心节能的关键。四川诚志节能科技有限公司（以下简称“本司”）承作的中国移动（四川成都）数据中心二期项目的IT设备能耗占总能耗的80.51%；立昂云数据（成都简阳）一号基地一期建设项目的IT设备能耗占比为80.43%；成都智算中心一期项目设备能耗占比达77.63%。对近期由本司承作的数据中心项目PUE值在1.3以下的项目进行分析，用电系统年电耗分布如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.019.T001表1用电系统年电耗分布用电系统电耗占比/%IT设备77.63~80.51制冷及空调13.89~15.80照明0.16~1.16插座0.03~0.13UPS损耗0.65~2.31输变电损耗2.91~5.34其他及不可预计0.99~4.78由表1可知，数据中心IT设备、制冷及空调能耗占比较高，是绿色减排的重点，通过IT系统能耗模型和制冷技术系统分析，综合利用AI技术可以实现节能目标。1.2数据中心项目PUE值通过分析中国移动数据中心项目可知，中国移动2021年42个大型数据中心平均运行PUE值为1.467。中国移动数据中心运行PUE与全国数据中心水平基本相当，但与我国PUE要求仍有差距。在双碳背景下，对中国移动新建数据中心进行研究，在通信运营商现有业务架构下，风冷/水冷方案通过采用更优的节能技术和设备，严寒和寒冷地区PUE可实现1.2以下，夏热冬冷地区PUE值可实现1.20~1.25；液冷方案不受气候条件限制，全国各气候区PUE均能降至1.2。成都属于夏热冬冷地区，综合考虑自然冷源利用、投资及运维安全等因素，本司承做的中国移动（四川成都）数据中心项目的中心机房楼空调冷源主要采用“10 kV高压离心式冷水机组+开式横流冷却塔+板式换热器”供冷方式，顶层两个机房采用间接蒸发冷却空调机组，电力用房及传输机房采用氟泵变频空调。冷却塔水量为1 500 m3/h，夏季冷却水供回水温度为32 ℃/38 ℃，冬季自然冷却工况冷却水供回水温度为16.5 ℃/21.5 ℃。经计算，待机房全部投产，机房建筑全年设计PUE值约为1.242。本司承做的立昂云数据（成都简阳）一号基地一期项目安装机架数量为5 622架。其中，3 kW机架共54架，6 kW机架共5 568架。本项目充分考虑IT设备、机架布局、制冷和散热系统、供配电系统及清洁能源利用系统等方面的绿色化设计，充分考虑动力环境系统与IT设备运行状态的精准适配，PUE值为1.243。针对大型数据中心项目，本司承作的成都智算中心一期项目建设地为成都市郫都区，按A类数据中心设计，配置液冷AI机柜、液冷网络机柜、智脑平台机房机柜、数据机房机柜等共1 292台，PUE值为1.288。2022年8月，四川省发展和改革委员会等6部门关于印发《全国一体化算力网络成渝国家枢纽节点（四川）实施方案》的通知指出，截至2025年全省数据中心PUE值不高于1.3。PUE值需从业务需求与机架服务器的合理匹配、不同地区气候特点、不同机架功耗采用不同机电技术及建筑形式等方面，结合建设成本和运营成本综合考虑。1.3数据中心采用的主要节能措施（1）节能技术措施。数据中心能耗的节能技术措施需要从自控、工艺、建筑、电气、暖通、给排水等方面分析，采取有效、可行的节能措施降低能耗[3]。选用高效的节能设备。在满足机房需求或同样处理存储能力的设备中，选用低功率的设备是节能的关键。本司咨询项目选用高频和模块化UPS及高效节能型变压器，满足国标二级能效标准，最大限度地降低能源消耗。选用节能高效空调设备及制冷方式[4]。空调制冷方式不同时，消耗能源量不同，选择合适的制冷剂和运行模式能够产生可观的节能效果。本司咨询项目最大限度利用自然冷源，较多采用冷却塔+板换直接实现冷冻回水降温，采用间接蒸发高效制冷设备，采用闭式冷却塔节约水资源消耗，降低能耗。此外，工艺方面充分利用余热用于生活生产，实现能源的综合利用；自控方面可以采用智能化控制系统，实现对数据中心内各设备的统一实时监控与管理；建筑节能方面严格按照绿色节能设计相关标准执行。节能技术措施需综合考虑PUE值、成本、各专业系统统筹，科学合理地进行综合优化。（2）节能管理措施。节能管理措施需要从能源管理机构及人员配备、能源管理制度、能源计量及管理、能源统计及管理、主要设备设施定期维保、加强节能宣传、提高节能意识、建立能源在线监测管理系统等方面严格按照国家相关政策、标准规范执行。2数据中心绿色发展路径数据中心的PUE设计涉及多领域、多专业，是复杂的系统工程。因此，助力数据中心绿色发展需从顶层咨询、规划实施、管理运维入手，融合能效评估、电气治理、暖通治理、IT治理和智能运维技术手段，从数据中心的咨询、设计、施工、验证与运维多维度进行全生命周期的管理与服务，结合成本以及PUE设计，助力“双碳”目标实现。2.1数据中心项目选址数据中心项目选址是项目建设的关键环节。在自然条件优越的区域建立数据中心项目有助于降碳节能[5]。我国提出启动东数西算工程，部分中西部地区的自然条件具有独特优势，将有效助力数据中心降碳。本司中国移动数据中心项目选址成都市双流物联网产业园，年平均气温为15.6~16.9 ℃。采用自然冷却技术，空调系统可以实现全部或部分自然冷却的时长约为6 104 h，占全年空调运行时间的70%左右，极大地减少了能耗。2.2设计阶段系统综合考量数据中心的PUE设计需考虑机架、布线、配电、制冷、散热、服务器、处理器等因素。设计阶段主要针对机架设备、暖通系统、建筑结构方案、给排水方案、电气方案及空调通风方案等方面进行建设方案比选，并参考现行标准要求设计。本司中国移动数据中心项目在初设阶段采用多种节能技术，覆盖整个数据中心设计环节。在暖通环节，冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、末端风机等设备采用变频设计，以降低运行能耗；在智能化服务环节，采用人工智能算法对数据中心内各设备进行统一实时监控与智慧管理；在设备采购环节，优选低功耗、高集成度、高能效比的设备，减少单位用户通信设备占地面积；在设备散热环节，机柜前后门均为网孔门，可以保证良好的进风和散热效果，网孔通风率达到70%以上，同时保证门板厚度和硬度，避免变形。高密度机柜采用冷通道封闭设计，增设行间制冷设备，提高制冷效率。智能设计可以在很大限度上减少数据中心多方面的能耗。2.3实施建设阶段成都智算中心是“东数西算”国家一体化大数据中心成渝枢纽节点的样板工程。本司承作该项目的节能评估咨询，该项目是应用“预制模块化+钢构+土建”三种建设方案于一体的混合样板点，实现全流程数字化建设，预制模块化建设方案采用全预制、全模块化方式建设，项目交付简单，现场施工量最小化，建设周期缩短50%。整体解决方案更节能，PUE值降低17%，运维成本降低30%以上。2.4提升可再生能源比率，优化储能提升可再生能源比率，优化储能，对绿色低碳发展具有直接影响。数据中心的能源使用结构会直接影响其碳排放量。《中国数字基建的脱碳之路：数据中心与5G减碳潜力与挑战（2020~2035年）》指出，加速向100%可再生能源转型可以从根本上帮助数字基础设施产业减少碳排放，是迈向碳中和的优先路径。在新能源方面，位于成都市高新产业西部园区的万国数据中心通过利用当地优质的水电资源，已实现100%的绿电使用。成都金茂绿建智慧能源中心采用浅层地热为主的可再生能源技术与数据中心融合技术、高效机房技术、自由冷却技术、光伏技术，结合智慧化管理平台，该项目达到绿色数据中5A级标准和国标A级标准。在储能方面，科华数据研发数据中心后备储能管理系统，通过新能源及综合智慧能源管理，打造“源、网、荷、储”一体化系统，推进数据中心等细分场景的低碳优化建设与运营。2.5智能化提升运维能效智能运维利用“数据智能”替换或强化“人工经验”，可实现无人值守到无人管理的转变。将人工智能AI技术和其他高级分析技术应用于运维管理，提高运维能效。成都智算中心项目提供1 000 P Flops (FP16)的峰值计算能力，AI算力基础硬件底座采用液冷、高密度集成化机柜交付，运维实现了可视化管理及无人值守，采用智能化运维有效提升了运维质量和效率。通过自动资源管理，检测空间、制冷、供配电，资源利用率提升20%。通过AI实时寻优，可以获得数据中心机房精密空调温度的群控策略、冷水机组和水泵等制冷系统的最优控制策略，实现数据中心总体能耗最优的智慧运行。中国移动数据中心运维管理系统与动环监控系统、网管系统等数据联动，及时掌握机房内各个机柜和设备的运行状况，自动调整空调温湿度等参数。AI控制技术能够在全年范围内匹配最佳节能运行模式，达到节能目的[6]。华为推出iCooling解决方案，融入大数据、人工智能技术，能效优化技术帮助数据中心自动进行能效调优，可以按需制冷、精确制冷，实现制冷到“智冷”的转变，有效降低数据中心PUE约8%~15%。3完善配套体系3.1完善数据中心监管体系2012年《数据中心能效测评指南》定义电能利用效率、局部PUE、制冷/供电负载系数和可再生能源利用率共4个能效指标，并提出具体的测量方法和测量数据的发布要求等。2021年工信部发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021~2023年）》明确指出，建立绿色数据中心全生命周期评价机制，完善能效监测体系，实时监测电能利用效率、水资源利用效率等指标。根据《数据中心碳核算指南2022》，将碳使用效率、碳排放强度、碳减排量比例作为评估数据中心绿色低碳水平的相关量化指标。为了深入开展数据中心能效专项监察，除通过绿色电价、节能监察、环保监督执法等手段加大落实政策外，也出现第三方服务机构。机构主要向数据中心提供咨询、检测、评价、审计等服务，创新了绿色评价及服务模式。目前，已有多家数据中心自主利用第三方服务机构开展绿色评测，并依据评测结果开展有实效的绿色技术改造和运维优化。3.2借助市场、资本助力绿色发展市场在数据中心绿色发展后端扮演重要角色。无论是碳排放权交易市场还是绿电交易市场，数据中心均积极参与其中以降低能耗。万国数据计划在未来10年内向中广核新能源采购绿色电力，采购电量不低于20×108 kWh。同时双方将就绿电交易、绿证交易、新能源投资、“源网荷储”一体化等服务及相关领域展开深度合作[7]。此外，金融机构及资本需根据绿色政策进行合理的投融资、借贷款、利率调整等资源配置行为，打造绿色金融产品以助推数据中心绿色化发展。4结语在“双碳”目标及东数西算背景下，咨询公司为数据中心项目提供咨询服务，其涉及的行业较广、专业性较强，须将常规建筑节能和最新信息技术发展要求相结合，对数据中心服务器、存储器等IT设备、空调设备及制冷方式等设计要点进行系统分析，综合考量其应用条件和场景，纵观数据中心全生命周期各项能耗指标结合建设和运营成本，采用切实有效的节能措施，为数据中心项目作好智力支持，推进数据中心绿色化发展，助力“双碳”目标。