位于冀、蒙交界处的张北,一个充满古韵的高原县城,如今已成为拥有60万台服务器的世界级数据中心栖息地——阿里巴巴云数据中心便落户于此。

数千公里之外的贵州,群山峻岭之间,分布着苹果、华为、腾讯等多家公司的数据中心。无论身处何地,你手机云端的相片、朋友圈的视频、网盘里的资料,或许都存储于此。

主流数据中心不约而同地栖身偏远地区,这不是偶然。在提供海量数据服务的同时,数据中心自身也在消耗着大量能源。据记者了解,当前电费已经占到数据中心总运营成本的一半左右。“耗能过高,一直都是数据中心运营中的痛点。”华为技术有限公司能源产业发展首席专家马俊礼告诉记者,为降低能耗,数据中心从前期选址开始就要谨慎考虑。

随着5G、云计算等新兴技术的大规模推广应用,用户需求正呈几何级爆发之势,我国数据中心的数量随之急速攀升,相应的用电量也在急剧增加,已对电力供应提出新的挑战。

“它们就像一个个不冒烟的钢厂,创造经济价值的同时也带来高能耗”“预计未来几年数据中心的规模及能耗仍将保持30%以上的高速增长”

与传统能耗单元不同,数据中心24小时“连轴转”,昼夜不停的运行方式势必会增加能耗。数据中心的核心功能在于实现信息集中存储、传输、交换。它的基本单位是服务器,若干服务器又组成一个机架。需求不同,数据中心的机架数量各异。

根据工信部5月公布的《全国数据中心应用发展指引(2018)》数据显示,截至2017年底,我国在用数据中心的机架总规模为166万个,同比增长33.4%,其中大型、超大型数据中心的规模增速达到68%。

规模激增的背后是能耗的持续攀升。工信部今年2月公布的数据显示,截至2017年底,各类在用数据中心达28.5万个,全年耗电量超过1200亿千瓦时,约占我国全社会用电量的2%,超过全球单座发电量最高的三峡电站当年976.05亿千瓦时的发电量。与此同时,仅经营互联网业务的数据中心,规划在建机架到2017年底就达107万个,“预计未来几年数据中心的规模及能耗仍将保持30%以上的高速增长”。

而按照国家节能中心及中国电子节能技术协会数据中心节能技术委员会联合发布的统计数据,2012—2016年,我国数据中心的年耗电量增速始终维持在12%以上,最高达16.8%,并指出“数据中心的高能耗不仅给机构和企业带来了沉重负担,也造成了全社会能源的巨大浪费”。

值得注意的是,由于技术原因,数据中心的实际能耗往往高于统计数据。“按照用途,数据中心分为企业自建自用、以盈利为目的两大类。由于各种原因,自建部分很难全部统计进去,这意味着实际用电量比公开数据还要高。”中国电子节能技术协会数据中心节能技术委员会秘书长吕天文称。

在部分典型地区,数据中心的能耗增长更为突出。“比如,2010年时,北京的数据中心总耗电量为26.6亿千瓦时,到了2015年,这个数字已增至67亿千瓦时,占到北京全社会用电量的7%,去年更进一步,已经突破100亿千瓦时了。”中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会副主任委员曲海峰告诉记者,除了高增速,能耗密度高也是数据中心的特征之一。

与水泥、冶金等传统高耗能行业逐步进入平稳发展期、能耗难以再现飞跃形成鲜明对比的是,数据中心作为新兴产业,其用电量随着业务扩容而加速增长的趋势非常明显。“相比其他行业,无论单位产能用电量,还是单位建筑面积耗电量,数据中心均已位居前列。按照8—10年运行周期计算,能源成本已占到数据中心总成本的一半左右,电费甚至比机房本身还贵。它们就像一个个不冒烟的钢厂,创造经济价值的同时也带来高能耗。”曲海峰称。

“我国现存900—1000万台服务器,总体能耗至少比国际先进水平差了30%以上,与国际顶尖同行的差距甚至超过40%”“改造核心设备,好比给一辆行驶中的车更换发动机,谈何容易?”

海量电耗从何而来?据吕天文介绍,数据中心既包括服务器等核心设备,即能源消耗的主体,也有不间断电源、照明、冷却等辅助设备。

“就像电脑需要散热一样,数据中心对环境要求极高,往往依赖空调、冷水机等设备来降温,冷却部分的用能占到辅助设施用能的60%以上。这也是张北、贵州等非用户中心区域备受各大数据中心青睐的原因,因为这些地区平均温度相对较低,冷却的用能成本也会相应降低。”吕天文说。

在此背景下,我国专门推出了一项衡量数据中心能效水平的评价指标——电能使用效率值(PUE)。该指标由数据中心设备总能耗除以信息设备能耗得出,基准值为2,数值越接近1意味着能源利用效率越高。今年2月,工信部、国家机关事务管理局、国家能源局出台《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,要求到2022年,“数据中心平均能耗基本达到国际先进水平,新建大型、超大型数据中心的PUE达到1.4以下”。

目前我国数据中心的PUE距离1.4有多远?工信部数据显示,我国在用超大型、大型数据中心的平均PUE分别为1.63、1.54,规划在建数据中心的平均设计PUE在1.5左右,只有一小部分新建数据中心PUE可做到1.4以下。

曲海峰指出:“我国现存900—1000万台服务器,总体能耗至少比国际先进水平差了30%以上,与国际顶尖同行的差距甚至超过40%。对此不得不想办法改造。”

但改造并非易事。“对数据中心而言,信息设备能耗属于无法压减的能耗,因为早在购买服务器时就已确定基础能耗,只有通过更先进的制造工艺才能实现节电。”国网冀北电力科信部智能处处长徐彭亮表示。

来自阿里、腾讯等公司的相关团队也证实,现有措施更适用于冷却等辅助环节的降耗,核心设备的降耗手段极为有限。“以百万台服务器规模的数据中心为例,PUE降低0.1,每年可节约亿元级电费,但哪怕是降个0.1也绝非易事。”腾讯数据中心专家工程师李典林称。

“通过一定的节能手段、改变粗放管理方式,可带来10%—20%的能效提升。但因数据中心全天候不间断运行,改造核心设备,好比给一辆行驶中的车更换发动机,谈何容易?”曲海峰称。

“能耗问题已成为阻碍数据中心产业发展的主要矛盾”“通过以新代旧、以大代小逐步实现升级反倒是一种更好的选择,但这项工作光靠信息产业一个行业力量远远不够”

数据中心激增的能耗已引发多方关注。早在2013年,国家发改委、工信部、国家能源局等部门就联合发布《关于数据中心建设布局的指导意见》,着手监管能耗问题。此后,《关于进一步加强通信业节能减排工作的指导意见》《关于国家绿色数据中心试点工作方案》等相继出台。

在地方层面,北京、上海、深圳等地数据中心密集地纷纷出台政策控制其能耗——或在中心城区全面禁止新建和扩建数据中心;或要求新建数据中心PUE值须限制在1.3以下;或实施鼓励政策,对PUE值低于1.25的数据中心,新增能源消费可给予实际替代量40%以上等支持。

不过,多位业内人士坦言,由于现有措施未能触及核心,节能降耗的实际效果相当有限。北京市经济和信息化局局长助理王兰近日就公开表示:“数据中心基础设施高耗能的属性,受到日益严峻的电力资源、水资源及土地资源制约,能耗问题已成为阻碍数据中心产业发展的主要矛盾。”

“新兴用电大户的出现对整体电力需求一定是有冲击的。现阶段,数据中心的耗电量还不足以影响整个电力系统,但长远看需要高度重视。”厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强指出。

在曲海峰看来,相比改造,直接对老旧服务器实施关停、更新是更可取的节能手段。“好比电厂‘上大压小’工程,通过以新代旧、以大代小逐步实现升级反倒是一种更好的选择,但这项工作光靠信息产业一个行业力量远远不够。”

曲海峰认为:“数据中心运营周期动辄8—10年,能耗管理不是一朝一夕的事,就像车辆年检一样,需按照一整套流程进行跟踪、测评。”而目前,对于能耗的事前评估、事中监测及事后审计,尚无专门的主管部门负责,审核机制也是一片空白;哪怕是“最懂能耗”的能源行业,目前也未真正参与进来,对数据中心特性、运营并不够了解,“更多还只是站在行业外看问题”。

吕天文也指出,数据中心能源管理岗位、人才缺失也是目前面临的一大问题,这也是有的数据中心设计优秀,但实际运营能耗水平远达不到理论值的重要原因。“现有运维人员,大多单纯从事巡检工作,发现耗能问题才去解决,能源管理的概念及意识相对薄弱。但在此过程中已经产生大量浪费。建议让专业的人做专业的事,可引入专业的能源管理人才或通过综合能源服务商来填补空缺。”

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