绿色数据机房建设现状及发展策略研究

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　　摘 要：随着时代的不断发展，数据中心作为云计算、大数据等新技术的重要基础，已经成为全球关注的重要产业。本篇文章从绿色数据中心建设的必要性、国内外新机房案例、国家政策等方面分析绿色数据机房建设的未来走向以及发展中存在的问题，并提出自己的看法。
　　关键词：数据中心;绿色;节能;监管
　　随着互联网、云计算和大数据所代表的信息经济的快速发展，数据中心已成为信息社会重要的基础设施，迎来了快速发展期。有数据显示，2016年中国大数据市场规模为168亿元，预计2017年至2020年将保持30%以上的增长率。大数据行业带来的是优化产业布局，吸引高科技人才，推动社会经济转型发展的好处显而易见，因此各地对争取顶级企业的大数据中心落地，也可谓是下足了功夫。全国各地各个行业大大小小的数据中心如雨后春笋般纷纷涌现，随之而来的数据机房低效率、高能耗问题也成为困扰持续发展的难题，建设绿色数据机房，势在必行。
　　1 绿色数据机房建设的必要性
　　自2000年以来，我国开始在各地区建设大数据中心。截至2019年5月，全国各地的大数据中心数量已经超过国家大部分部门数量，总量达40万个。这些大数据中心平均每年所消耗的电量超过全国总发电量的1.5%。随着互联网普及率的提升以及互联网用户数量的持续增长，越来越多的数据得到记录，数据源范围也不断扩大，全球的数据量出现爆炸式增长，对大容量存储需求越来越强。
　　根据IDC（国际数据公司）监测统计数据，2011年全球总数据已达到1.8 ZB，按照目前每两年翻一番的增长速度，到2020年，全球数据总量将达到35ZB。与2011年相比，数据量将增加近20倍。换句话说，过去两年产生的数据总量相当于人类历史上所有数据的总和。
　　随着机房的数量、规模越来越大，IT、存储、服务器设备数量越来越多，机房的耗电量也越来越高。尤其是大型数据中心，在一、二线城市规划者眼中，已经从一开始的香馍馍变成了高能耗的“拖油瓶”。据不完全统计，供电局提供给数据中心机房内的用电量，只有30%是用于IT设备上的，其他的70%用在机房散热和机房环境基础设施上。大数据中心成本的50%-70%成本一般被电力成本占，而其中制冷过程消耗的电能又占数据中心所有功耗的40%。这是因为，一座数据中心会由数万台服务器组成，一般都是由电力提供动力，并且大量的服务器运转时温度会升高，其散热、降温也是借助耗电的空调来完成的，所以高耗能成本成为大数据中心的一大特点。
　　目前，全球发电量的3%用来提供数据中心日常运行，而这一数字不会下降，只会缓慢上升。并且这种电力来源不一定清洁：根据联合国的说法，信息和通信技术（ICT）部门在很大程度上由数据中心提供，它们带来的温室气体排放量跟航空部门相同。虽然信息通信技术已关闭旧的低效数据中心，控制电力消费增长，但这种策略只能在互联网消费和数据生产增加的情况下实现。展望未来，数据中心有两种减少排放的关键方法：数据中心内的能源使用更加高效，并确保所使用的能源是清洁的。因此，采用各项绿色节能技术手段建设绿色数据机房，成为数据中心机房发展的必然选择。
　　2 国内外绿色数据机房建设经验
　　为了提高数据中心设备的效率，降低机房能耗，实现绿色数据中心建设，在过去漫长的时光里，许多数据中心知名的技术专家进行了诸多的实验和探索，比如提供更为高效的供电系统、制冷系统，对机房进行更为合理的规划与布局，采用更为流畅的气流组织走向和更有效的机房保温材料等等。这些试验取得了一定的成效，但不可否认的是，今天的許多数据中心依然存在效率不高、能耗过大等问题，从大型科技公司到托管服务提供商的数据中心运营商，都在努力从各方面进行探索。
　　将数据中心机房建设在远离一线城市的廉价供电站附近就是减少能耗的成功探索之一。如美国苹果公司在2013年年底即在俄勒冈州中部购买了一个水电站，就是为了以更加环保的方式给其在普莱恩维尔市的数据机房就近提供廉价的电力，减少传输上的损耗。这个数据机房与采用常规制冷系统的数据中心相比，用水量节约了70%。
　　除了廉价的供电站附近，很多拥有丰富的可再生资源且气候凉爽，发生地质灾害几率小的偏远地区也成为数据中心机房建设的可靠选择。例如，中国的阿里数据港张北数据中心就位于张北县小峨台镇，数据中心房间100%基于绿色能源，整体结构覆盖太阳能电池板，极大的减少了机房运行的能耗。美国苹果公司将其位于中国的第一个大数据中心建在贵州省，就是因为贵州贵阳市全年平均温度低于15度甚至是10度，同时，它很少受到雾霾天气的影响，PM2.5处于良好水平，空气清新。这种空气可以直接过滤到机房，使用自然散热与少量空调相结合的方法，对设备进行冷却，大大降低了生产成本。
　　3 我国绿色数据机房建设推动政策
　　我国在数据中心的布局建设上不遗余力，从标准、规划以及鼓励扶持措施等方面提出相关政策。
　　2013年1月，工业和信息化部，国家发展和改革委员会，国土资源部，电力监管委员会和能源局联合发布了《关于数据中心建设的指导意见》，指出数据中心的建设和布局应以科学发展为基础，以加快发展方式转变为目标，以提高可持续发展能力，以市场为导向，注重资源节约和安全，要求遵循产业发展规律，发挥区域比较优势，引导市场参与者合理选址，长期规划，按需设计，规范建设，逐步形成技术先进，结构合理的新数据中心。
　　2015年3月，工业和信息化部，国家机关管理局和国家能源局共同发布了《国家绿色数据中心试点工作计划》，建议2017年在重点地区建立100个绿色数据中心试点，数据中心的能源效率平均提高8%或更多。制定了四项绿色数据中心国家标准，推广了40项绿色数据中心先进适用技术，产品和运行维护管理最佳实践，并制定了绿色数据中心建设指南。
　　2019年1月20日，工信部、国家机关事务管理局、国家能源局在联合印发的《加强绿色数据中心建设的指导意见》中指出，我国应该建立健全绿色数据中心标准体系，打造一批先进的绿色数据中心先进典型。 　　自2013年工业和信息化部五部委发布“数据中心建设指导意见”以来，中国数据中心产业已明确呈现出大规模、集中化、绿色化、布局合理化的趋势。已经形成了贵州贵安基地、河北张北基地、廊坊基地、呼和浩特基地等数据中心的产业集聚区。
　　数据中心机房是供电商的重要经济来源，目前许多国家也对数据中心机房的发展采取激励措施。比如2017年瑞典政府就对当地的数据中心进行减压，减少数据中心电力税的97%，2018年谷歌在俄亥俄州的一家大数据中心的销售税减免100%。目前我国也采用这种激励措施，优先给大数据中心提供稳定的供电、多路的市电进场等，并提供政府支持。比如在贵州、内蒙古、宁夏地区的政府对大数据中心机房的建设采取助力措施，最高可以补助到1000万元。
　　4 我国绿色数据机房建设存在的问题及建议
　　随着我国数据中心的不断发展，其产业规模越开越大，各行业技术人员不断开发节能环保的新技术，国家对数据中心的管理制度也越来越完善。综合我国数据中心发展历史可以看出，我国的数据中心产业保持着健康持续的发展路线，其发展前景无比的广阔。但是，机房的高能耗问题依旧是我国绿色数据发展的一大瓶颈。国内数据中心在探索和实践节能、节水、低碳等先进技术和管理方法提高能效方面，仍面临许多挑战。
　　4.1 中国数据中心的技术程度差异很大。
　　经过多年的发展，近几年新建的数据中心大多采用了时下最为先进的技术理念，PUE能效相对较低，但旧数据中心因为建设年代较久，很多采用的都是当年比较落后的技术，导致旧数据中心的PUE仍然很高。怎样将旧数据中心的技术更新换代是建设全面绿色中心的一个重要问题。
　　4.2 数据中心节能和资源再利用技术与国外仍存在较大差距。
　　国内数据中心使用的制冷设备，供配电设备和环控等系统大部分选自外国制造商。相关节能技术的基础薄弱，没有自己的核心技术，节能改进和设备软件控制水平有限。
　　4.3 数据中心设计要求和施工、运维技术不统一
　　在中国新数据中心的建设规划和设计阶段，设计PUE相对较低，但在数据中心开始建设时，有的施工技术人员因为个别原因，导致线路、管道不符合标准或者偏低，导致PUE能耗升高;在数据中心正式运行后，由于业务的增大，设备上架数量增加，导致机房能耗增加;并且运维操作和运维能力差，许多数据中心PUE未达到设计水平。
　　4.4 数据中心的地域分配不平衡
　　目前，许多数据中心建设在一线城市以及人员密集的地段，因为地域的问题，不能有效的利用自然环境，极大地增加了能耗的成本。
　　为了加快数据中心绿化的进程，建议可采取以下策略：
　　一是加大绿色数据中心节能减排技术的推广力度，发布优秀的数据中心案例，支持鼓励旧数据中心改造项目，对数据中心基础设施（空调、配电、新风）等进行评估。
　　二是大力支持数据中心冷却节能和新技术的研究和探索，一方面是加快液冷解决方案，目前液冷比较成熟的是芯片级液冷和浸泡式液冷，施耐德通过一系列的实验发现液冷可以减少大数据中心5%-15%的能耗;另一方面，寻找新能源，可回收能源，增加数据中心能源的回收利用效率，比如锂电池的发展。
　　三是对数据中心操作维护人员进行统一培训，提高运维人员的工作素养和技术水平。可以提前发现问题隐患并快速解决问题，减少不必要的损耗。
　　四是支持数据中心在偏远地区的建设，比如新疆北部地区、东北部地区、内蒙古地区等，这些地区有着气候适宜、发生地质灾难小且远离污染、还有充足的太阳能、风能、水源等各类资源，大大降低的数据中心的能耗。
　　在未来，绿色数据中心机房建设都会往同一个目标发展，在保证数据中心机房正常运行的前提下，实现高效、清洁、集约化和周期性数据中心的绿色发展道路，实现数据中心机房的可持续稳健发展。
　　参考文献：
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　　[2]侯智军.浅析绿色數据中心的标准要求与信息技术[J].电脑知识与技术.2011，（36）.
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