2023数据中心节能改造实践案例.docx

《2023数据中心节能改造实践案例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023数据中心节能改造实践案例.docx（99页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、数据中心节能改造实践案例2023目录1 .数据中心发展现状和能效水平11.1 数据中心发展现状11.2 数据中心能源消费情况61.3 数据中心能效现状与问题102 .数据中心节能政策和标准体系132.1 国家和地方相关节能政策措施132.2 国家及地方相关节能标准规范183 .数据中心节能改造技术措施283.1 概述283.2 建筑与建筑热工303.3 信息系统313.4 通风及空调系统333.5 电气系统453.6 能耗管理514 .数据中心节能改造实践案例534.1 中国电建总部数据中心节能改造534.2 贵州省信息园数据中心智能新风系统554.3 黑龙江省某数据中心蒸发冷却改造574.4

2、 江苏省某互联网数据中心智能群控系统改造584.5 上海某数据中心制冷系统智慧节能案例614.6 数据中心节能改造实践经验635.数据中心节能工作面临的形势与对策分析645.1 面临的形势655.2 应对的策略68附件一：数据中心节能政策74附件二：数据中心节能标准规范75附件三：数据中心空调系统节能标准77附件四：国家绿色数据中心先进适用技术产品目录（2020）801.数据中心发展现状和能效水平数据中心是中国实现信息化进程的重要载体，在云计算、5G、人工智能等领域发挥着重要的作用。随着信息化和工业化的加快融合，数据中心不仅可以服务于互联网，而且可以服务于传统行业数字化转型,有效推动地方优势产

3、业转型升级和创新发展。经济发展、社会需求和技术变革推动中国数据中心飞速发展。“十三五”期间，全国数据中心机架数量增长超两倍，机架数量有望突破300万架，数据中心数量超过7.4万家。受规模提升的影响，全国数据中心耗电量增长率连续八年超过12%,远高于其他用能行业。数据中心的节能降耗工作显得尤为必要。在国家部委的政策引领下，在领头企业的探索中，中国数据中心正在逐渐向规模化、低能耗、绿色可持续发展的方向迈进，数据中心节能工作亦不断取得新突破。本章主要介绍中国数据中心发展现状、能耗情况，以及数据中心节能成效和存在的主要问题。1.l数据中心发展现状1.1.1 规模不断扩大数据中心是中国信息化基础设施建设

4、的重要内容，近年来，中国数据中心迎来蓬勃发展的历史机遇。据互联网数据中心发布的20202021年中国IDC产业发展研究报告显示，2020年中国数据中心业务市场总规模为2238.7亿元，同比增长43.3%1o图1-120152020中国数据中心市场规模（单位：亿元）2020年，以5G、大数据、物联网、人工智能等新技术、新应用为代表的新基建，在推进疫情防控和疫后经济复苏上发挥了重要作用，推动国内数据中心需求的激增。有机构预测，2021年中国数据中心市场规模将超过2700亿元，比2019年提高一倍。业务需求的持续扩大推动数据中心的迅速发展。“十三五”期间，中国数字中心的机架规模与占有面积实现双高速增

5、长。其中，数据中心机架数量从124万架增长到288万架，保有面积从1503万平方米增加到超过3000万平方米。2019年，中国在建数据中心机架规模约185万架，同比增长30%。随着在建数据中心的陆续投产，预计“十三五”期末，中国数据中心机架保有量将突破300万架。一车用机姿视标迎刎机典虹桥在用机典赵浦：%；图l-220162020全国数据中心机架规模及增速（单位：万架）21.1.2 结构持续优化根据工信部对数据中心的分类，按照机架数量，国内数据中心可分为三类：中小型数据中心、大型数据中心以及超大型数据中心3。中小型数据中心曾在中国数据中心中占绝主力，其数量一直占70%以上。原因是中国数据中心早

6、期多由企业或机构自建，服务于企业数据运算、存储和交换，为企业、客户及合作伙伴提供数据处理、数据访问等信息，比如银行、保险、政府、科研院所、医疗机构等。80k2014201520162017201820192020E超大型一大型中小型图l-320142020年全国各类型数据中心占比的变化2018年以来，随着国内移动互联的兴起和云计算的快速发展，阿里、腾讯、百度等大型互联网企业对海量数据的存储、处理等业务需求增大，大型和超大型的互联网数据中心激增，数量逐渐超过中小型数据中心。从国内三类数据中心占比变化情况看，2019年前后，中小型数据中心占比呈现断崖式下降，由2018年的50%迅速下降到26%o而

7、超大型数据中心占比则由20型年的17%,提高到37%4o无论从优化数据中心布局的宏观需求出发，还是从节能和提高能效的现实需要出发，大型化和集群化均是数据中心发展的大趋势。预计2020年，中国大型和超大型数据中心合计占比将超过80%,其中，超大型数据中心占比将达到43%,中小型数据中心占比将进一步压缩到17%左右。1.1.3 布局发生调整早期国内数据中心的布局主要受经济发展水平的影响。从存量上看，国内数据中心主要分布在环渤海、长三角、珠三角等经济发达地区。2019年，北京拥有数据中心机架14.1万架、上海拥有34.8万架，广东拥有34.3万架，北上广三大城市的在用机架数占全国的31.3%o从服务

8、对象上看，环渤海的数据中心主要为支撑云计算、软件业以及天津的制造业、物流产业等需求；长三角地区数据中心主要用于支撑科研单位、金融机构、信息产业和现代服务业的计算需求；珠三角地区以支撑现代通信与互联网产业为主。图14 2019年北上广机架数量及占全国比例近年来，由于经济发达地区的土地、电力等资源逾加紧张，在国家政策引导下，中国的数据中心建设逐渐向中西部地区转移。一方面，中西部地区电力资源相对丰富，环境冷量充沛利于降低数据中心冷却能耗；另一方面中西部地区为承接数据中心转移开出了大量优惠条件，如内蒙古乌兰察布市的数据中心享受0.28元/千瓦时的超低电价，远低于北京市0.81.2元/千瓦时的电价水平。

9、多种因素综合作用下，数据中心在中西部地区快速发展，建设规模不断扩大。如百度公司在山西阳泉市建设了6000台机架的超大型数据中心，中国移动公司在内蒙古呼和浩特市建设了10280台机架的超大型数据中心，中国联通在贵州省贵安新区建设了30800台机架的超大型数据中心。此外，在新疆、青海、陕西等地，也有新的数据中心布局。图1-5中国数据中心新增规划项目分布热力图$1.2 数据中心能源消费情况对于国内数据中心能源消费总量，目前尚无官方统计。但被大家普遍接受的观点是：数据中心能耗高、能耗增长快，占全国能源消费比重逐年提高。同时，数据中心的能耗消费较为集中，除了IT设备外，制冷系统等辅助设施能耗比例高。1

10、.2.1总用电量约占全国的12%由于在电力统计中，数据中心的实际耗电量常常被混合计入不同的行业范畴，因此，数据中心能耗统计困难，目前尚无得到权威认定的官方数据。中国电子学会在中国绿色数据中心发展报告(2020)中通过机柜样本调查的方法，测算中国数据中心2019年总用电量为600-700亿千瓦时，约占全社会用电总量的1.0%。2020年受疫情影响，中国数据中心总用电量规模持续扩大，据预测，数据中心电耗占全社会用电量比重将突破1.5%01.EED6数据中心顾问（中国）委员会在中国数据中心能源使用报告（2019）中通过统计中国各级别服务器数量、比例、PUE的方法，测算中国数据中心2018年总用电量为

11、613亿千瓦时，约占全社会用电量的1%。据绿色数据中心白皮书称，2018年中国三峡发电量、上海市用电量、数据中心总用电量分别为1016亿1567亿1609亿千瓦时，数据中心总用电量已超过上海市，相当于1.6个三峡发电站。绿色和平与华北电力大学联合发布的点亮绿色云端：中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究认为，2018年中国数据中心电力消费总量达到1608亿千瓦时，约占当年全社会用电量的2.3%o中国电子节能技术协会数据显示，目前中国数据中心的耗电量已连续八年以超过12%的速度增长，预计2020年总耗电量将达到2023亿千瓦时占2020年全社会用电量的2.7%。甚至有机构大胆预测，由于受到疫情

12、影响，2020年中国数据中心耗电量将突破2200亿千瓦时，占全国用电量的比重将超过3%o303.30%3.50%图1-6 2010-2020中国数据中心耗电量及增速8虽然不同的行业协会和研究机构对于国内数据中心能耗总量存在一定争议，但不可否认的是，数据中心能耗高、能源密度大、增速快，是节能重点领域。122能源消费较为集中数据中心包括IT设备和软件以及配套的辅助基础设施，辅助设施包括制冷系统、供配电系统等。从能耗构成看，数据中心能耗集中在这三大领域，其中，IT设备和软件耗电量最大，其次是制冷系统，电气系统能耗占比较小。图1-72019年中国数据中心分系统能耗占比92 I)IT设备和软件能耗IT设

13、备承担数据计算、存储和交换等任务，运行时间长，耗电量最大,能耗占比约42%OIT系统主要包括CPU、存储器等，影响IT系统能耗的主要因素有电源输入模块与设备专业组件。大量的服务器、存储设备、交换机以及千亿级别的芯片在运行过程中消耗大量能源。目前，国内主流的机柜功率以4-6kW为主，6kW及以上的机柜占比为32%1o国内拥有超过3000个机架，总功率1.5万kW的大型数据中心超过300个，华为、阿里等通信和互联网巨头的超大型数据中心机架数甚至超过1万个，运行能耗惊人L(2)制冷系统能耗由于IT系统运行电阻的存在，计算过程中能源消耗大部分以热的形式耗散到环境中，需要建设高效制冷系统对IT设备进行散

14、热。同时，为保障IT设备稳定运行，数据中心对环境温度和湿度要求较高，往往依赖空调、冷水机等设备来降温，这是数据中心制冷系统大量存在和能耗高的原因。数据中心制冷系统包括空调压缩机、冷却水系统、冷冻水系统、冷却塔以及冷却工质等，能耗占比约40%o影响制冷系统能耗的因素有:各类设备的发热、建筑围护设备传热、新鲜空气系统传热、太阳辐射热、系统能效比、气流组织、空调运行时间等，可概括为设备因素与环境因素。由于制冷系统是数据中心能耗最大的辅助设备，数据中心节能改造通常以提高制冷系统效率和减低冷量损耗为主，制冷系统能效提升对于数据中心节能意义重大。(3)电气系统电气系统是主要是为了保障IT设备和软件运行所需

15、的电源和电压。电气系统能耗占比约18%,影响供配电系统耗电量的主要因素有：照明设置、不间断电源系统、变压器等。其中，不间断电源(UPS)能耗最高。1.3 数据中心能效现状与问题1.3.1 能效提升显著但总体水平不高表征数据中心能效的主要指标为PUE,PUE是数据中心总能耗/IT设备能耗的比值。PUE值越低，表明数据中心能源利用效率越高。近年来，随着国内对数据中心节能工作的不断重视，节能改造和绿色数据中心建设，以及超大型数据中心带来的规模效应，共同促进了中国数据中心能效明显提升。从能效水平上看，从2016-2018年，大型数据中心PUE平均值从1.8下降到1.55左右，超大型数据中心PUE平均值从1.5下降到L3左右。从结构上看，从2012年到2019年，PUE值大于2.0的数据中心占比从34.6%下降到2%,PUE小于1.5的数据中心占比从2.7%上升到了12.9%；虽然近年来国内数据中心的PUE值下降明显，但与全球平均水平相比（目前全球数据中心PUE平均值为1.65）,国内仍有大量的数据中心PUE值在1.6以上，能效水平仍然不高特别是中小型数据中心，PUE值很多在2.0以上，仍有较大的节能改造空间。1.3.2不同类型数据中心的能效