网讯:
摘要:“十四五”以来上海市在数据中心绿色低碳发展方面稳步开展工作,取得了一定成绩。政策方面,各部门陆续发布30余项相关政策,从建设规划、能效指标、全生命周期管理、分类施策、财政支持等各方面引导行业健康有序发展。标准方面,建设已经形成体系,标准层级梯次分布,涵盖数据中心全生命周期管理。现状方面,2023年数据中心数量131家,占上海市用电量比例已达2.50%,PUE、CPUE等能效指标逐年优化。实践方面,积极创建国家绿色数据中心、国家新型数据中心和上海零碳数据中心,涌现出余热利用、可再生能源、峰谷蓄电、错峰蓄冷、液冷和间接蒸发冷却等绿色低碳技术应用典型。
关键词:绿色数据中心;零碳数据中心;低碳
数据中心既是高能耗高碳排放的行业,又是新型基础设施的重要领域之一,是数字经济的基座,因此成为碳达峰碳中和工作重点关注的对象。如何实现数据中心行业的绿色低碳发展,锻造新质生产力,近年来上海在此方面稳步开展工作,取得了一定成绩。笔者将从政策、标准、现状及实践等方面对上海的做法进行研究,总结经验,为将来的工作打好基础。
1 政策
据不完全统计,2020年以来上海市及各委、办、局陆续发布了与数据中心行业相关的政策多达30余项。由于篇幅所限,本文无法一一列举,在此从每年仅选出1项进行梳理,以展现政策的关注重点、内容要求及变化趋势(见表1)。
表1 上海2020年以来与数据中心相关的政策梳理
关于上海市数据中心领域的政策及其变化趋势,有以下几点认识:
1)发文机构、数量和密度
数据中心作为典型的高能耗行业,同时又是新型基础设施的重要领域和数字经济的基座,行业受到的政策关注度高。发文单位从市级人民政府,到市发展改革委、市经济信息化委、市通信管理局等委、办、局。2020年以来,与数据中心相关的政策密集出台,主要原因一是处于“十三五”末、“十四五”初的承前启后时期,二是中国在2020年9月第75届联合国大会上向世界宣布“双碳”目标,全社会各行业“十四五”规划、“碳达峰”实施方案陆续出台。
2)政策变化趋势
由于数据中心高能耗高碳排的“两高”属性,“十三五”及以前属于限制发展的行业,规模严控。自2019年底新冠疫情暴发以来,全球各地包括我国的经济发展受到了影响,发展路线和政策也必然进行较大调整和转变。对于数据中心来说,作为传统意义上的能耗大户和新型基础设施的重要领域,其发展从当初的严格限制逐渐转变为适当倾斜和健康有序。2022年底、2023年初,随着对话聊天机器人ChatGPT推出,引爆了人工智能(AI)的需求,人们对于数据中心的关注焦点转向算力方面,带动相关政策陆续出台。
3)发文内容
上海对于数据中心行业绿色低碳发展的要求和支持,主要体现在五个方面:一是建设规划方面,形成枢纽型数据中心集群、城市数据中心集聚区、边缘数据中心梯次布局;二是能效指标方面,新建项目能源利用效率(PUE)控制在1.25以下,既有项目实施改造后PUE不高于1.4;三是全生命周期管理方面,发布新建数据中心建设导则,推动绿色低碳工艺升级和节能技术改造,鼓励液冷、光伏发电、储能等新技术,探索氢能源、水下等新型数据中心前沿项目试点,开展绿色电力交易、碳交易;四是分类施策方面,创建绿色零碳数据中心,开展产业结构调整限制和淘汰目录修订,研究制定差别电价电费管理办法、用能权交易、减量替代等政策;五是财政支持方面,有产业绿贷支持绿色新基建、节能减排专项扶持办法以及新型基础设施建设项目贴息。
2 标准
以标准为引领,与政策联动,并指导实践,是上海市推动数据中心行业绿色低碳发展的重要方式。上海市的数据中心标准建设已经形成体系,主要体现在两个方面:一是标准层级梯次分布,根据涉及内容的重要性及成熟度,分为地方强制性标准(1项)、地方推荐性标准(6项)、团体标准(2项)、地方规范性文件(1项);二是涵盖数据中心全生命周期管理,包括设计、建设、运行、改造等各阶段。表2列出了目前上海市数据中心相关标准规范共10项,具体内容已有类似文献论述,不再赘述[1]。
从绿色低碳的角度,着重介绍如下四个标准:
表2 上海市数据中心标准体系一览表
2.1 DB31652-2020《数据中心能源消耗限额》
该标准创新性地提出了综合电能利用效率CPUE的概念,将可再生能源、峰谷蓄电、错峰蓄冷、液冷等绿色技术的应用使用扣减因子在PUE的基础上进行扣减,对外供能、利用工业废弃能源等涉及的能源则直接进行扣除,以此引导数据中心积极应用绿色低碳技术。
2.2 DB31/T1395-2023《绿色数据中心评价导则》
标准分为设计和运行两部分,分别对应新建数据中心和已建成运营数据中心。设计部分的评价着眼于方案技术先进性,重点关注设备选型及配置,淡化理论测算值。运行部分的评价在依据DB31/T1216-2020《数据中心节能评价方法》开展工作的基础上,与国家《绿色数据中心评价指标体系》相衔接,重点关注实际运行指标,相对淡化设备选型及配置[1]。
2.3 T/SEESA013-2022《零碳数据中心创建与评价技术规范》
在该标准编制前,数据中心领域的零碳标准都是基于如何计算数据中心的碳排放以及碳抵消,对其技术实现形式并没有规定。上海有着自己的观点,即在尽可能自身减排的基础上剩余部分再进行碳抵消,也就是零碳数据中心内含着对于高效和绿色的要求,是绿色数据中心的延伸。故在评价指标设计时,对CPUE提出了要求,并将影响其扣减因子的几项技术作为引导性指标,而将与碳排放直接相关的可再生能源作为约束性指标,提出量化要求。
2.4 T/SHSIC0201-2023《零碳数据中心策划技术与建设评价规范》
上述零碳数据中心团标适用于运行阶段,从全生命周期的角度,编制该标准用于设计及建设阶段。“零碳”的定位是在“绿色”的基础上进一步实现碳中和,由于DB31/T1395-2023《绿色数据中心评价导则》已经发布,故评价指标中对“绿色”的综合考核直接引用了该标准,而没有再区分错峰蓄冷、峰谷蓄电等具体技术方案,只是对可再生能源提出了量化要求。
3 现状
基于数据中心能源利用状况报告,形成了上海市数据中心数据库,目前涵盖130余家数据中心2018-2020年度以及2021年以来月度能耗数据,由此可以准确把握行业能效现状以及变化趋势。下面对数据中心数量、用电量、能效指标等关键数据现状及“十四五”以来的变化趋势进行简要分析。
3.1 数量
截至2023年底,上海市数据中心共有131家。“十四五”以来数据中心的数量变化如图1所示。数据中心数量2022年增长平缓,而2023年明显增多,主要是受疫情影响建设进度调整所致。2019年底以来,新建数据中心项目上海市统筹管理,截至目前已对四批共44个项目的用能指标予以支持。3.2用电量全行业2023年度总用电量46.22亿kWh,根据《2023年上海国民经济和社会发展统计公报》,全年上海市用电量1848.81亿kWh,数据中心占比已达2.50%。“十四五”以来,数据中心用电量在期初有明显增长,近两年保持平稳增长(见图2)。
图1 “十四五”以来数据中心数量变化
图2 “十四五”以来数据中心用电量变化
3.3 能效指标
3.3.1 PUE
PUE是目前行业公认的最核心的数据中心能效指标。上海持续关注行业能效提升工作,“十四五”以来PUE指标逐年下降,分别提升1.57%、2.15%、1.13%,较“十三五”期末总体提升4.77%,实现了健康有序发展(见图3)。
图3“十四五”以来数据中心PUE历年变化
3.3.2 CPUE
上海市在数据中心行业用能管理工作中,提升能效的同时,还注重绿色低碳发展,并创造性地提出综合电能利用效率(CPUE)这一概念,目的是鼓励企业开展余热利用、可再生能源、峰谷蓄电、错峰蓄冷、液冷等绿色低碳实践。
根据DB31652-2020《数据中心能源消耗限额》,已投运项目CPUE限额值应不大于1.7,新建项目准入值应不大于1.3,扩建或改建项目准入值应不大于1.4,数据中心CPUE先进值应不大于1.25。自地方标准发布以来,CPUE较同期PUE的降幅逐年提升,分别达到了0.27%、0.62%、0.99%和1.29%,可见数据中心越来越关注绿色低碳技术的应用,政策导向效果明显(见图4)。
图4“十四五”以来数据中心PUE与CPUE历年比较
4 实践
上海积极推荐能效水平高、绿色低碳发展的数据中心参加国家及上海市各项评优工作,选树行业标杆,形成比学赶超的良性氛围。下面对相关评优工作及上海参与情况进行介绍,并对绿色低碳专项技术典型案例进行展示。
4.1 国家绿色数据中心
2015年3月,工业和信息化部等三部门发布《关于印发国家绿色数据中心试点工作方案的通知》(工信部联节〔2015〕82号),决定开展绿色数据中心试点工作,并于同年9月和12月公布了14个试点地区和84个试点单位。经过两年创建期,2017年6月三部门联合开展了绿色数据中心试点单位评价工作,并于2018年1月公布了第一批49家国家绿色数据中心。此后,从2020年开始工业和信息化部等六部门连续四年组织开展国家绿色数据中心推荐工作,并于次年分别公布了60家、44家、43家和50家国家绿色数据中心,已经形成年度化工作机制。据统计,目前国家绿色数据中心总数为246家,其中来自上海的有16家(见表3)。
表3 上海历年“国家绿色数据中心”获评情况统计表
4.2 家新型数据中心
2021年7月,工业和信息化部发布《关于印发<新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)>的通知》(工信部通信〔2021〕76号),并分别于2021年和2022年组织了两批典型案例征集工作,经企业申报、地方推荐、专家评审、网上公示等环节,77家数据中心入选最终名单,其中上海有4家上榜(见表4)。
表4 上海历年“国家新型数据中心”获评情况统计表
4.3 上海零碳数据中心
为树立零碳创建示范,助力碳达峰碳中和目标实现,上海市经济和信息化委员会从2022年开始,每年开展征集零碳示范单位(工厂、园区、数据中心)工作。就数据中心来说,对于“零碳”上海有着自己的理解和探索,按照T/SEESA013《零碳数据中心创建与评价技术规范》,在尽可能自身减排的基础上,即通过先进产品应用、节能技术改造、智慧完善管理实现内生性的能效提升并追求极致PUE,剩余部分排放量通过绿电、绿证、碳汇等方式抵消。截至目前已创建万国数据上海四号和秉升信息安晓云两家上海零碳数据中心,其零碳举措及亮点简介如下:
1)万国数据上海四号
万国数据上海四号数据中心零碳举措及亮点一是制定“双碳”发展战略规划,即“三侧一链”战略,在供能侧持续优化能源结构,在用能侧不断提高能效水平,在抵消侧积极践行碳抵消策略,同时构建低碳产业链。二是2021年度综合电能利用效率CPUE1.264,设备先进,运维高效,处于行业前列。三是建设了总规模为156kW的分布式光伏系统,总面积超过800m2。四是SmartDC交付模式将整个数据中心预制化的“颗粒度”收敛到了“方舱”级别。五是ECP(ElasticComputingPlat-form)平台既可以满足单个客户的弹性需求,又可以满足整个平台的扩容需求。六是储能电站规模为370kW/1.11MWh,利用峰谷电价差实现收益。七是采用绿色电力交易与购买国际绿证I-REC的方式,实现上海首家零碳数据中心,碳抵消比例100%。
2)秉升信息安晓云
秉升信息安晓云数据中心零碳举措及亮点一是制度完善、机制创新,在ISO9001质量管理体系框架下,以年度PUE为考核内容,与客户商定电费奖励机制,激励运维人员不断提升能效水平。二是设备先进、技术领先、监控完备,采用的近3年国家绿色数据中心先进适用技术产品目录所推荐节能技术产品达到了9种,智能电量计量器具全覆盖,重要变配电设备(如变压器、UPS等)均为输入输出双侧计量。三是精细化运维,追求极致能效,通过大量测试实验,结合气候变化以及IT负荷增减情况调整系统内各设备的运行参数,2022年度PUE1.217,拔得行业头筹。四是上架率100%,系统利用率高,所有机柜已全部出租并上电,IT设备负荷使用率65.84%,由此提升了变配电、制冷空调等辅助系统的利用率。五是“国际绿证”碳抵消,通过购买国际绿证的方式实现零碳排放,在高能耗高碳排的数据中心行业达到“碳中和”目标,起到了示范引领作用。
4.4 绿色低碳专项技术应用
上述国家绿色数据中心、国家新型数据中心和上海零碳数据中心是对于数据中心绿色低碳发展的整体评价,在现实中数据中心往往在某一绿色低碳领域有典型的应用。根据DB31652-2020《数据中心能源消耗限额》中关于CPUE扣减因子的设定以及近年来新建数据中心项目发展趋势,结合多年来数据中心用能管理经验,本文梳理出余热利用、可再生能源、峰谷蓄电、错峰蓄冷、液冷以及间接蒸发冷却等6项绿色低碳应用典型案例,这些案例均是目前上海相关领域应用规模最大或者时间最早,可谓单项冠军。
1)余热利用
光环新网(上海)嘉定数据中心DC1楼余热利用项目,采用一台克莱门特螺杆式水源热泵机组,额定热回收量1224.1kW,2023年实际回收并对外供应的能量约250万MJ,折合等效电69.33万kWhEE。该项目利用园区DC1楼机房约19℃冷冻水回水(低品位热源),通过逆卡诺循环(制冷循环)在冷却水侧输出45℃左右的热水(较高品位),替代传统空调供暖,并进一步增强机房冷却效果,减少能源消耗的同时节省了费用。
2)可再生能源
有孚临港云产业创新基地(一期)分布式光伏发电项目,在基地5栋楼屋顶共安装光伏面板1740块,装机容量800kWp,规划面积约9000m2。根据所发电能的特性,接入基地及数据中心的0.4kV动力侧。项目采用EPC(EngineeringProcurementConstruction)总承包模式,通过招投标形式综合评估各家投标人整体方案优劣来确定最终总承包实施单位。2023年5月正式开始统计光伏发电量,当年发电64.91万kWh。
3)峰谷蓄电
上海科技网松江大数据计算中心电储能(峰谷蓄电)项目,部署2个规格为500kW/1605kWh的集装箱式磷酸铁锂储能系统,总装机容量1MW。电储能系统由能量管理系统(EMS)、电池管理系统(BMS)、电池、储能变流器(PCS)及配电系统组成。充电时,电网通过PCS将交流电转换成直流电存储到电池内。放电时,电池通过PCS将直流电转换为与电网电压同频率、同相位的交流电,最后通过变压器隔离后并入数据中心的动力供电系统,主要负荷设备为空调、水泵等辅助设备。
4)错峰蓄冷
闵云科技颛桥云数据中心错峰蓄冷项目,园区现有3座开式蓄冷罐,容积分别为15000、15000、11000m3,总容积41000m3,IT负荷满载情况下可连续供冷8h。以1个冷冻站一天为例,上午8:00至晚上8:00,全天有12h运行放冷模式,所有制冷单元(制冷机组、一次冷冻泵、冷却泵及冷却塔)停止运行,通过二次冷冻泵将蓄冷罐的冷量输送至末端机房,为保持斜温层不受破坏,此时蓄冷罐内冷冻水的流向为上进下出。晚上8:00至10:00,启动2套制冷单元进行电制冷。晚上10:00至第二天6:00,再开启2套制冷单元对蓄冷罐进行充冷,此时蓄冷罐内冷冻水的流向为下进上出。第二天6:00至8:00,运行2套制冷单元进行电制冷。
5)液冷
网宿科技嘉定云计算数据产业园液冷项目,部署504个高密度浸没式液冷机柜,单机柜功率11kW,IT设备设计总功率5544kW。2022年实测数据显示,制冷因子CLF为0.09。6台液冷机柜与2台液冷主机(CDU)通过环形管路连接,组成一套液冷系统单元,液冷主机2N冗余配置,一个数据中心包含多套相同的液冷单元。冷源为4台冷却塔(3用1备),单台冷却塔夏季工况制冷量大于3500kW,配套风机功率为30kW,进出水温度分别为37和32℃。
6)间接蒸发冷却
优刻得青浦数据中心间接蒸发冷却项目,A栋数据中心楼顶层2个机房采用间接蒸发冷却,每个机房制冷量1200kW,合计2400kW。间接蒸发冷却,是利用外界空气的显热及喷淋水的潜热通过空-空换热器对机房空气进行冷却。间接蒸发冷却之所以节能,是因为它充分利用了外界环境的冷量(自然冷源)来对机房进行冷却,减少了制冷空调系统能耗。
5 结语
展望未来,时间来到“十四五”期末,相关工作正在有条不紊地开展,具体来说,政策方面:根据社会经济发展需要,适时出台相关政策,如上海市产业结构调整限制和淘汰新版目录、智算中心建设导则;标准方面:进一步完善标准体系建设,如发布与碳配额管理相关的行业方法学地方标准以及零碳数据中心地方标准;现状方面:升级数据获取方式,推动数据中心接入市级能耗在线监测平台全覆盖;实践方面:扩大既有技术应用的规模,发掘新技术增长点,如光伏建筑一体化(BIPV)、LNG接收站冷能应用。我们相信,虽然数据中心行业发展起起伏伏,社会关注焦点也在不断变化,但只要数字经济持续推进,对于数据中心的需求就会持续,行业的绿色低碳发展未来大有可为。