位于冀、蒙交界處的張北，一個(gè)充滿古韻的高原縣城，如今已成為擁有60萬臺(tái)服務(wù)器的世界級數(shù)據(jù)中心棲息地——阿里巴巴云數(shù)據(jù)中心便落戶于此。
數(shù)千公里之外的貴州，群山峻嶺之間，分布著蘋果、華為、騰訊等多家公司的數(shù)據(jù)中心。無論身處何地，你手機(jī)云端的相片、朋友圈的視頻、網(wǎng)盤里的資料，或許都存儲(chǔ)于此。
主流數(shù)據(jù)中心不約而同地棲身偏遠(yuǎn)地區(qū)，這不是偶然。在提供海量數(shù)據(jù)服務(wù)的同時(shí)，數(shù)據(jù)中心自身也在消耗著大量能源。據(jù)記者了解，當(dāng)前電費(fèi)已經(jīng)占到數(shù)據(jù)中心總運(yùn)營成本的一半左右。“耗能過高，一直都是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營中的痛點(diǎn)。”華為技術(shù)有限公司能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展首席專家馬俊禮告訴記者，為降低能耗，數(shù)據(jù)中心從前期選址開始就要謹(jǐn)慎考慮。
隨著5G、云計(jì)算等新興技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，用戶需求正呈幾何級爆發(fā)之勢，我國數(shù)據(jù)中心的數(shù)量隨之急速攀升，相應(yīng)的用電量也在急劇增加，已對電力供應(yīng)提出新的挑戰(zhàn)。
“它們就像一個(gè)個(gè)不冒煙的鋼廠，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)也帶來高能耗”“預(yù)計(jì)未來幾年數(shù)據(jù)中心的規(guī)模及能耗仍將保持30%以上的高速增長”
與傳統(tǒng)能耗單元不同，數(shù)據(jù)中心24小時(shí)“連軸轉(zhuǎn)”，晝夜不停的運(yùn)行方式勢必會(huì)增加能耗。數(shù)據(jù)中心的核心功能在于實(shí)現(xiàn)信息集中存儲(chǔ)、傳輸、交換。它的基本單位是服務(wù)器，若干服務(wù)器又組成一個(gè)機(jī)架。需求不同，數(shù)據(jù)中心的機(jī)架數(shù)量各異。
根據(jù)工信部5月公布的《全國數(shù)據(jù)中心應(yīng)用發(fā)展指引(2018)》數(shù)據(jù)顯示，截至2017年底，我國在用數(shù)據(jù)中心的機(jī)架總規(guī)模為166萬個(gè)，同比增長33.4%，其中大型、超大型數(shù)據(jù)中心的規(guī)模增速達(dá)到68%。
規(guī)模激增的背后是能耗的持續(xù)攀升。工信部今年2月公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2017年底，各類在用數(shù)據(jù)中心達(dá)28.5萬個(gè)，全年耗電量超過1200億千瓦時(shí)，約占我國全社會(huì)用電量的2%，超過全球單座發(fā)電量最高的三峽電站當(dāng)年976.05億千瓦時(shí)的發(fā)電量。與此同時(shí)，僅經(jīng)營互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中心，規(guī)劃在建機(jī)架到2017年底就達(dá)107萬個(gè)，“預(yù)計(jì)未來幾年數(shù)據(jù)中心的規(guī)模及能耗仍將保持30%以上的高速增長”。
而按照國家節(jié)能中心及中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2012—2016年，我國數(shù)據(jù)中心的年耗電量增速始終維持在12%以上，最高達(dá)16.8%，并指出“數(shù)據(jù)中心的高能耗不僅給機(jī)構(gòu)和企業(yè)帶來了沉重負(fù)擔(dān)，也造成了全社會(huì)能源的巨大浪費(fèi)”。
值得注意的是，由于技術(shù)原因，數(shù)據(jù)中心的實(shí)際能耗往往高于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。“按照用途，數(shù)據(jù)中心分為企業(yè)自建自用、以盈利為目的兩大類。由于各種原因，自建部分很難全部統(tǒng)計(jì)進(jìn)去，這意味著實(shí)際用電量比公開數(shù)據(jù)還要高。”中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)委員會(huì)秘書長呂天文稱。
在部分典型地區(qū)，數(shù)據(jù)中心的能耗增長更為突出。“比如，2010年時(shí)，北京的數(shù)據(jù)中心總耗電量為26.6億千瓦時(shí)，到了2015年，這個(gè)數(shù)字已增至67億千瓦時(shí)，占到北京全社會(huì)用電量的7%，去年更進(jìn)一步，已經(jīng)突破100億千瓦時(shí)了。”中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)信息通信專業(yè)委員會(huì)副主任委員曲海峰告訴記者，除了高增速，能耗密度高也是數(shù)據(jù)中心的特征之一。
與水泥、冶金等傳統(tǒng)高耗能行業(yè)逐步進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展期、能耗難以再現(xiàn)飛躍形成鮮明對比的是，數(shù)據(jù)中心作為新興產(chǎn)業(yè)，其用電量隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)容而加速增長的趨勢非常明顯。“相比其他行業(yè)，無論單位產(chǎn)能用電量，還是單位建筑面積耗電量，數(shù)據(jù)中心均已位居前列。按照8—10年運(yùn)行周期計(jì)算，能源成本已占到數(shù)據(jù)中心總成本的一半左右，電費(fèi)甚至比機(jī)房本身還貴。它們就像一個(gè)個(gè)不冒煙的鋼廠，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)也帶來高能耗。”曲海峰稱。
“我國現(xiàn)存900—1000萬臺(tái)服務(wù)器，總體能耗至少比國際先進(jìn)水平差了30%以上，與國際頂尖同行的差距甚至超過40%” “改造核心設(shè)備，好比給一輛行駛中的車更換發(fā)動(dòng)機(jī)，談何容易?”
海量電耗從何而來?據(jù)呂天文介紹，數(shù)據(jù)中心既包括服務(wù)器等核心設(shè)備，即能源消耗的主體，也有不間斷電源、照明、冷卻等輔助設(shè)備。
“就像電腦需要散熱一樣，數(shù)據(jù)中心對環(huán)境要求極高，往往依賴空調(diào)、冷水機(jī)等設(shè)備來降溫，冷卻部分的用能占到輔助設(shè)施用能的60%以上。這也是張北、貴州等非用戶中心區(qū)域備受各大數(shù)據(jù)中心青睞的原因，因?yàn)檫@些地區(qū)平均溫度相對較低，冷卻的用能成本也會(huì)相應(yīng)降低。”呂天文說。
在此背景下，我國專門推出了一項(xiàng)衡量數(shù)據(jù)中心能效水平的評價(jià)指標(biāo)——電能使用效率值(PUE)。該指標(biāo)由數(shù)據(jù)中心設(shè)備總能耗除以信息設(shè)備能耗得出，基準(zhǔn)值為2，數(shù)值越接近1意味著能源利用效率越高。今年2月，工信部、國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國家能源局出臺(tái)《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》，要求到2022年，“數(shù)據(jù)中心平均能耗基本達(dá)到國際先進(jìn)水平，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的PUE達(dá)到1.4以下”。
目前我國數(shù)據(jù)中心的PUE距離1.4有多遠(yuǎn)?工信部數(shù)據(jù)顯示，我國在用超大型、大型數(shù)據(jù)中心的平均PUE分別為1.63、1.54，規(guī)劃在建數(shù)據(jù)中心的平均設(shè)計(jì)PUE在1.5左右，只有一小部分新建數(shù)據(jù)中心PUE可做到1.4以下。
曲海峰指出：“我國現(xiàn)存900—1000萬臺(tái)服務(wù)器，總體能耗至少比國際先進(jìn)水平差了30%以上，與國際頂尖同行的差距甚至超過40%。對此不得不想辦法改造。”
但改造并非易事。“對數(shù)據(jù)中心而言，信息設(shè)備能耗屬于無法壓減的能耗，因?yàn)樵缭谫徺I服務(wù)器時(shí)就已確定基礎(chǔ)能耗，只有通過更先進(jìn)的制造工藝才能實(shí)現(xiàn)節(jié)電。”國網(wǎng)冀北電力科信部智能處處長徐彭亮表示。
來自阿里、騰訊等公司的相關(guān)團(tuán)隊(duì)也證實(shí)，現(xiàn)有措施更適用于冷卻等輔助環(huán)節(jié)的降耗，核心設(shè)備的降耗手段極為有限。“以百萬臺(tái)服務(wù)器規(guī)模的數(shù)據(jù)中心為例，PUE降低0.1，每年可節(jié)約億元級電費(fèi)，但哪怕是降個(gè)0.1也絕非易事。”騰訊數(shù)據(jù)中心專家工程師李典林稱。
“通過一定的節(jié)能手段、改變粗放管理方式，可帶來10%—20%的能效提升。但因數(shù)據(jù)中心全天候不間斷運(yùn)行，改造核心設(shè)備，好比給一輛行駛中的車更換發(fā)動(dòng)機(jī)，談何容易?”曲海峰稱。
“能耗問題已成為阻礙數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要矛盾”“通過以新代舊、以大代小逐步實(shí)現(xiàn)升級反倒是一種更好的選擇，但這項(xiàng)工作光靠信息產(chǎn)業(yè)一個(gè)行業(yè)力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠”
數(shù)據(jù)中心激增的能耗已引發(fā)多方關(guān)注。早在2013年，國家發(fā)改委、工信部、國家能源局等部門就聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的指導(dǎo)意見》，著手監(jiān)管能耗問題。此后，《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)通信業(yè)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》《關(guān)于國家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案》等相繼出臺(tái)。
在地方層面，北京、上海、深圳等地?cái)?shù)據(jù)中心密集地紛紛出臺(tái)政策控制其能耗——或在中心城區(qū)全面禁止新建和擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心;或要求新建數(shù)據(jù)中心PUE值須限制在1.3以下;或?qū)嵤┕膭?lì)政策，對PUE值低于1.25的數(shù)據(jù)中心，新增能源消費(fèi)可給予實(shí)際替代量40%以上等支持。
不過，多位業(yè)內(nèi)人士坦言，由于現(xiàn)有措施未能觸及核心，節(jié)能降耗的實(shí)際效果相當(dāng)有限。北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局局長助理王蘭近日就公開表示：“數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施高耗能的屬性，受到日益嚴(yán)峻的電力資源、水資源及土地資源制約，能耗問題已成為阻礙數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要矛盾。”
“新興用電大戶的出現(xiàn)對整體電力需求一定是有沖擊的。現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)中心的耗電量還不足以影響整個(gè)電力系統(tǒng)，但長遠(yuǎn)看需要高度重視。”廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長林伯強(qiáng)指出。
在曲海峰看來，相比改造，直接對老舊服務(wù)器實(shí)施關(guān)停、更新是更可取的節(jié)能手段。“好比電廠‘上大壓小’工程，通過以新代舊、以大代小逐步實(shí)現(xiàn)升級反倒是一種更好的選擇，但這項(xiàng)工作光靠信息產(chǎn)業(yè)一個(gè)行業(yè)力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”
曲海峰認(rèn)為：“數(shù)據(jù)中心運(yùn)營周期動(dòng)輒8—10年，能耗管理不是一朝一夕的事，就像車輛年檢一樣，需按照一整套流程進(jìn)行跟蹤、測評。”而目前，對于能耗的事前評估、事中監(jiān)測及事后審計(jì)，尚無專門的主管部門負(fù)責(zé)，審核機(jī)制也是一片空白;哪怕是“最懂能耗”的能源行業(yè)，目前也未真正參與進(jìn)來，對數(shù)據(jù)中心特性、運(yùn)營并不夠了解，“更多還只是站在行業(yè)外看問題”。
呂天文也指出，數(shù)據(jù)中心能源管理崗位、人才缺失也是目前面臨的一大問題，這也是有的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)優(yōu)秀，但實(shí)際運(yùn)營能耗水平遠(yuǎn)達(dá)不到理論值的重要原因。“現(xiàn)有運(yùn)維人員，大多單純從事巡檢工作，發(fā)現(xiàn)耗能問題才去解決，能源管理的概念及意識相對薄弱。但在此過程中已經(jīng)產(chǎn)生大量浪費(fèi)。建議讓專業(yè)的人做專業(yè)的事，可引入專業(yè)的能源管理人才或通過綜合能源服務(wù)商來填補(bǔ)空缺。”
