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摘要：“十四五”以來上海市在數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展方面穩(wěn)步開展工作，取得了一定成績。政策方面，各部門陸續(xù)發(fā)布30余項相關政策，從建設規(guī)劃、能效指標、全生命周期管理、分類施策、財政支持等各方面引導行業(yè)健康有序發(fā)展。標準方面，建設已經(jīng)形成體系，標準層級梯次分布，涵蓋數(shù)據(jù)中心全生命周期管理?，F(xiàn)狀方面，2023年數(shù)據(jù)中心數(shù)量131家，占上海市用電量比例已達2.50%，PUE、CPUE等能效指標逐年優(yōu)化。實踐方面，積極創(chuàng)建國家綠色數(shù)據(jù)中心、國家新型數(shù)據(jù)中心和上海零碳數(shù)據(jù)中心，涌現(xiàn)出余熱利用、可再生能源、峰谷蓄電、錯峰蓄冷、液冷和間接蒸發(fā)冷卻等綠色低碳技術應用典型。
關鍵詞：綠色數(shù)據(jù)中心；零碳數(shù)據(jù)中心；低碳
數(shù)據(jù)中心既是高能耗高碳排放的行業(yè)，又是新型基礎設施的重要領域之一，是數(shù)字經(jīng)濟的基座，因此成為碳達峰碳中和工作重點關注的對象。如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的綠色低碳發(fā)展，鍛造新質(zhì)生產(chǎn)力，近年來上海在此方面穩(wěn)步開展工作，取得了一定成績。筆者將從政策、標準、現(xiàn)狀及實踐等方面對上海的做法進行研究，總結經(jīng)驗，為將來的工作打好基礎。
1 政策
據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年以來上海市及各委、辦、局陸續(xù)發(fā)布了與數(shù)據(jù)中心行業(yè)相關的政策多達30余項。由于篇幅所限，本文無法一一列舉，在此從每年僅選出1項進行梳理，以展現(xiàn)政策的關注重點、內(nèi)容要求及變化趨勢（見表1）。
表1 上海2020年以來與數(shù)據(jù)中心相關的政策梳理
關于上海市數(shù)據(jù)中心領域的政策及其變化趨勢，有以下幾點認識：
1）發(fā)文機構、數(shù)量和密度
數(shù)據(jù)中心作為典型的高能耗行業(yè)，同時又是新型基礎設施的重要領域和數(shù)字經(jīng)濟的基座，行業(yè)受到的政策關注度高。發(fā)文單位從市級人民政府，到市發(fā)展改革委、市經(jīng)濟信息化委、市通信管理局等委、辦、局。2020年以來，與數(shù)據(jù)中心相關的政策密集出臺，主要原因一是處于“十三五”末、“十四五”初的承前啟后時期，二是中國在2020年9月第75屆聯(lián)合國大會上向世界宣布“雙碳”目標，全社會各行業(yè)“十四五”規(guī)劃、“碳達峰”實施方案陸續(xù)出臺。
2）政策變化趨勢
由于數(shù)據(jù)中心高能耗高碳排的“兩高”屬性，“十三五”及以前屬于限制發(fā)展的行業(yè)，規(guī)模嚴控。自2019年底新冠疫情暴發(fā)以來，全球各地包括我國的經(jīng)濟發(fā)展受到了影響，發(fā)展路線和政策也必然進行較大調(diào)整和轉變。對于數(shù)據(jù)中心來說，作為傳統(tǒng)意義上的能耗大戶和新型基礎設施的重要領域，其發(fā)展從當初的嚴格限制逐漸轉變?yōu)檫m當傾斜和健康有序。2022年底、2023年初，隨著對話聊天機器人ChatGPT推出，引爆了人工智能（AI）的需求，人們對于數(shù)據(jù)中心的關注焦點轉向算力方面，帶動相關政策陸續(xù)出臺。
3）發(fā)文內(nèi)容
上海對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)綠色低碳發(fā)展的要求和支持，主要體現(xiàn)在五個方面：一是建設規(guī)劃方面，形成樞紐型數(shù)據(jù)中心集群、城市數(shù)據(jù)中心集聚區(qū)、邊緣數(shù)據(jù)中心梯次布局；二是能效指標方面，新建項目能源利用效率（PUE）控制在1.25以下，既有項目實施改造后PUE不高于1.4；三是全生命周期管理方面，發(fā)布新建數(shù)據(jù)中心建設導則，推動綠色低碳工藝升級和節(jié)能技術改造，鼓勵液冷、光伏發(fā)電、儲能等新技術，探索氫能源、水下等新型數(shù)據(jù)中心前沿項目試點，開展綠色電力交易、碳交易；四是分類施策方面，創(chuàng)建綠色零碳數(shù)據(jù)中心，開展產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整限制和淘汰目錄修訂，研究制定差別電價電費管理辦法、用能權交易、減量替代等政策；五是財政支持方面，有產(chǎn)業(yè)綠貸支持綠色新基建、節(jié)能減排專項扶持辦法以及新型基礎設施建設項目貼息。
2 標準
以標準為引領，與政策聯(lián)動，并指導實踐，是上海市推動數(shù)據(jù)中心行業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要方式。上海市的數(shù)據(jù)中心標準建設已經(jīng)形成體系，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是標準層級梯次分布，根據(jù)涉及內(nèi)容的重要性及成熟度，分為地方強制性標準（1項）、地方推薦性標準（6項）、團體標準（2項）、地方規(guī)范性文件（1項）；二是涵蓋數(shù)據(jù)中心全生命周期管理，包括設計、建設、運行、改造等各階段。表2列出了目前上海市數(shù)據(jù)中心相關標準規(guī)范共10項，具體內(nèi)容已有類似文獻論述，不再贅述［1］。
從綠色低碳的角度，著重介紹如下四個標準：
表2 上海市數(shù)據(jù)中心標準體系一覽表
2.1 DB31652-2020《數(shù)據(jù)中心能源消耗限額》
該標準創(chuàng)新性地提出了綜合電能利用效率CPUE的概念，將可再生能源、峰谷蓄電、錯峰蓄冷、液冷等綠色技術的應用使用扣減因子在PUE的基礎上進行扣減，對外供能、利用工業(yè)廢棄能源等涉及的能源則直接進行扣除，以此引導數(shù)據(jù)中心積極應用綠色低碳技術。
2.2 DB31/T1395-2023《綠色數(shù)據(jù)中心評價導則》
標準分為設計和運行兩部分，分別對應新建數(shù)據(jù)中心和已建成運營數(shù)據(jù)中心。設計部分的評價著眼于方案技術先進性，重點關注設備選型及配置，淡化理論測算值。運行部分的評價在依據(jù)DB31/T1216-2020《數(shù)據(jù)中心節(jié)能評價方法》開展工作的基礎上，與國家《綠色數(shù)據(jù)中心評價指標體系》相銜接，重點關注實際運行指標，相對淡化設備選型及配置［1］。
2.3 T/SEESA013-2022《零碳數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建與評價技術規(guī)范》
在該標準編制前，數(shù)據(jù)中心領域的零碳標準都是基于如何計算數(shù)據(jù)中心的碳排放以及碳抵消，對其技術實現(xiàn)形式并沒有規(guī)定。上海有著自己的觀點，即在盡可能自身減排的基礎上剩余部分再進行碳抵消，也就是零碳數(shù)據(jù)中心內(nèi)含著對于高效和綠色的要求，是綠色數(shù)據(jù)中心的延伸。故在評價指標設計時，對CPUE提出了要求，并將影響其扣減因子的幾項技術作為引導性指標，而將與碳排放直接相關的可再生能源作為約束性指標，提出量化要求。
2.4 T/SHSIC0201-2023《零碳數(shù)據(jù)中心策劃技術與建設評價規(guī)范》
上述零碳數(shù)據(jù)中心團標適用于運行階段，從全生命周期的角度，編制該標準用于設計及建設階段?！傲闾肌钡亩ㄎ皇窃凇熬G色”的基礎上進一步實現(xiàn)碳中和，由于DB31/T1395-2023《綠色數(shù)據(jù)中心評價導則》已經(jīng)發(fā)布，故評價指標中對“綠色”的綜合考核直接引用了該標準，而沒有再區(qū)分錯峰蓄冷、峰谷蓄電等具體技術方案，只是對可再生能源提出了量化要求。
3 現(xiàn)狀
基于數(shù)據(jù)中心能源利用狀況報告，形成了上海市數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫，目前涵蓋130余家數(shù)據(jù)中心2018-2020年度以及2021年以來月度能耗數(shù)據(jù)，由此可以準確把握行業(yè)能效現(xiàn)狀以及變化趨勢。下面對數(shù)據(jù)中心數(shù)量、用電量、能效指標等關鍵數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及“十四五”以來的變化趨勢進行簡要分析。
3.1 數(shù)量
截至2023年底，上海市數(shù)據(jù)中心共有131家。“十四五”以來數(shù)據(jù)中心的數(shù)量變化如圖1所示。數(shù)據(jù)中心數(shù)量2022年增長平緩，而2023年明顯增多，主要是受疫情影響建設進度調(diào)整所致。2019年底以來，新建數(shù)據(jù)中心項目上海市統(tǒng)籌管理，截至目前已對四批共44個項目的用能指標予以支持。3.2用電量全行業(yè)2023年度總用電量46.22億kWh，根據(jù)《2023年上海國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，全年上海市用電量1848.81億kWh，數(shù)據(jù)中心占比已達2.50%?！笆奈濉币詠?，數(shù)據(jù)中心用電量在期初有明顯增長，近兩年保持平穩(wěn)增長（見圖2）。
圖1 “十四五”以來數(shù)據(jù)中心數(shù)量變化
圖2 “十四五”以來數(shù)據(jù)中心用電量變化
3.3 能效指標
3.3.1 PUE
PUE是目前行業(yè)公認的最核心的數(shù)據(jù)中心能效指標。上海持續(xù)關注行業(yè)能效提升工作，“十四五”以來PUE指標逐年下降，分別提升1.57%、2.15%、1.13%，較“十三五”期末總體提升4.77%，實現(xiàn)了健康有序發(fā)展（見圖3）。
圖3“十四五”以來數(shù)據(jù)中心PUE歷年變化
3.3.2 CPUE
上海市在數(shù)據(jù)中心行業(yè)用能管理工作中，提升能效的同時，還注重綠色低碳發(fā)展，并創(chuàng)造性地提出綜合電能利用效率（CPUE）這一概念，目的是鼓勵企業(yè)開展余熱利用、可再生能源、峰谷蓄電、錯峰蓄冷、液冷等綠色低碳實踐。
根據(jù)DB31652-2020《數(shù)據(jù)中心能源消耗限額》，已投運項目CPUE限額值應不大于1.7，新建項目準入值應不大于1.3，擴建或改建項目準入值應不大于1.4，數(shù)據(jù)中心CPUE先進值應不大于1.25。自地方標準發(fā)布以來，CPUE較同期PUE的降幅逐年提升，分別達到了0.27%、0.62%、0.99%和1.29%，可見數(shù)據(jù)中心越來越關注綠色低碳技術的應用，政策導向效果明顯（見圖4）。
圖4“十四五”以來數(shù)據(jù)中心PUE與CPUE歷年比較
4 實踐
上海積極推薦能效水平高、綠色低碳發(fā)展的數(shù)據(jù)中心參加國家及上海市各項評優(yōu)工作，選樹行業(yè)標桿，形成比學趕超的良性氛圍。下面對相關評優(yōu)工作及上海參與情況進行介紹，并對綠色低碳專項技術典型案例進行展示。
4.1 國家綠色數(shù)據(jù)中心
2015年3月，工業(yè)和信息化部等三部門發(fā)布《關于印發(fā)國家綠色數(shù)據(jù)中心試點工作方案的通知》（工信部聯(lián)節(jié)〔2015〕82號），決定開展綠色數(shù)據(jù)中心試點工作，并于同年9月和12月公布了14個試點地區(qū)和84個試點單位。經(jīng)過兩年創(chuàng)建期，2017年6月三部門聯(lián)合開展了綠色數(shù)據(jù)中心試點單位評價工作，并于2018年1月公布了第一批49家國家綠色數(shù)據(jù)中心。此后，從2020年開始工業(yè)和信息化部等六部門連續(xù)四年組織開展國家綠色數(shù)據(jù)中心推薦工作，并于次年分別公布了60家、44家、43家和50家國家綠色數(shù)據(jù)中心，已經(jīng)形成年度化工作機制。據(jù)統(tǒng)計，目前國家綠色數(shù)據(jù)中心總數(shù)為246家，其中來自上海的有16家（見表3）。
表3 上海歷年“國家綠色數(shù)據(jù)中心”獲評情況統(tǒng)計表
4.2 家新型數(shù)據(jù)中心
2021年7月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關于印發(fā)<新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）>的通知》（工信部通信〔2021〕76號），并分別于2021年和2022年組織了兩批典型案例征集工作，經(jīng)企業(yè)申報、地方推薦、專家評審、網(wǎng)上公示等環(huán)節(jié)，77家數(shù)據(jù)中心入選最終名單，其中上海有4家上榜（見表4）。
表4 上海歷年“國家新型數(shù)據(jù)中心”獲評情況統(tǒng)計表
4.3 上海零碳數(shù)據(jù)中心
為樹立零碳創(chuàng)建示范，助力碳達峰碳中和目標實現(xiàn)，上海市經(jīng)濟和信息化委員會從2022年開始，每年開展征集零碳示范單位（工廠、園區(qū)、數(shù)據(jù)中心）工作。就數(shù)據(jù)中心來說，對于“零碳”上海有著自己的理解和探索，按照T/SEESA013《零碳數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建與評價技術規(guī)范》，在盡可能自身減排的基礎上，即通過先進產(chǎn)品應用、節(jié)能技術改造、智慧完善管理實現(xiàn)內(nèi)生性的能效提升并追求極致PUE，剩余部分排放量通過綠電、綠證、碳匯等方式抵消。截至目前已創(chuàng)建萬國數(shù)據(jù)上海四號和秉升信息安曉云兩家上海零碳數(shù)據(jù)中心，其零碳舉措及亮點簡介如下：
1）萬國數(shù)據(jù)上海四號
萬國數(shù)據(jù)上海四號數(shù)據(jù)中心零碳舉措及亮點一是制定“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，即“三側一鏈”戰(zhàn)略，在供能側持續(xù)優(yōu)化能源結構，在用能側不斷提高能效水平，在抵消側積極踐行碳抵消策略，同時構建低碳產(chǎn)業(yè)鏈。二是2021年度綜合電能利用效率CPUE1.264，設備先進，運維高效，處于行業(yè)前列。三是建設了總規(guī)模為156kW的分布式光伏系統(tǒng)，總面積超過800m2。四是SmartDC交付模式將整個數(shù)據(jù)中心預制化的“顆粒度”收斂到了“方艙”級別。五是ECP（ElasticComputingPlat-form）平臺既可以滿足單個客戶的彈性需求，又可以滿足整個平臺的擴容需求。六是儲能電站規(guī)模為370kW/1.11MWh，利用峰谷電價差實現(xiàn)收益。七是采用綠色電力交易與購買國際綠證I-REC的方式，實現(xiàn)上海首家零碳數(shù)據(jù)中心，碳抵消比例100%。
2）秉升信息安曉云
秉升信息安曉云數(shù)據(jù)中心零碳舉措及亮點一是制度完善、機制創(chuàng)新，在ISO9001質(zhì)量管理體系框架下，以年度PUE為考核內(nèi)容，與客戶商定電費獎勵機制，激勵運維人員不斷提升能效水平。二是設備先進、技術領先、監(jiān)控完備，采用的近3年國家綠色數(shù)據(jù)中心先進適用技術產(chǎn)品目錄所推薦節(jié)能技術產(chǎn)品達到了9種，智能電量計量器具全覆蓋，重要變配電設備（如變壓器、UPS等）均為輸入輸出雙側計量。三是精細化運維，追求極致能效，通過大量測試實驗，結合氣候變化以及IT負荷增減情況調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)各設備的運行參數(shù)，2022年度PUE1.217，拔得行業(yè)頭籌。四是上架率100%，系統(tǒng)利用率高，所有機柜已全部出租并上電，IT設備負荷使用率65.84%，由此提升了變配電、制冷空調(diào)等輔助系統(tǒng)的利用率。五是“國際綠證”碳抵消，通過購買國際綠證的方式實現(xiàn)零碳排放，在高能耗高碳排的數(shù)據(jù)中心行業(yè)達到“碳中和”目標，起到了示范引領作用。
4.4 綠色低碳專項技術應用
上述國家綠色數(shù)據(jù)中心、國家新型數(shù)據(jù)中心和上海零碳數(shù)據(jù)中心是對于數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展的整體評價，在現(xiàn)實中數(shù)據(jù)中心往往在某一綠色低碳領域有典型的應用。根據(jù)DB31652-2020《數(shù)據(jù)中心能源消耗限額》中關于CPUE扣減因子的設定以及近年來新建數(shù)據(jù)中心項目發(fā)展趨勢，結合多年來數(shù)據(jù)中心用能管理經(jīng)驗，本文梳理出余熱利用、可再生能源、峰谷蓄電、錯峰蓄冷、液冷以及間接蒸發(fā)冷卻等6項綠色低碳應用典型案例，這些案例均是目前上海相關領域應用規(guī)模最大或者時間最早，可謂單項冠軍。
1）余熱利用
光環(huán)新網(wǎng)（上海）嘉定數(shù)據(jù)中心DC1樓余熱利用項目，采用一臺克萊門特螺桿式水源熱泵機組，額定熱回收量1224.1kW，2023年實際回收并對外供應的能量約250萬MJ，折合等效電69.33萬kWhEE。該項目利用園區(qū)DC1樓機房約19℃冷凍水回水（低品位熱源），通過逆卡諾循環(huán)（制冷循環(huán)）在冷卻水側輸出45℃左右的熱水（較高品位），替代傳統(tǒng)空調(diào)供暖，并進一步增強機房冷卻效果，減少能源消耗的同時節(jié)省了費用。
2）可再生能源
有孚臨港云產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地（一期）分布式光伏發(fā)電項目，在基地5棟樓屋頂共安裝光伏面板1740塊，裝機容量800kWp，規(guī)劃面積約9000m2。根據(jù)所發(fā)電能的特性，接入基地及數(shù)據(jù)中心的0.4kV動力側。項目采用EPC（EngineeringProcurementConstruction）總承包模式，通過招投標形式綜合評估各家投標人整體方案優(yōu)劣來確定最終總承包實施單位。2023年5月正式開始統(tǒng)計光伏發(fā)電量，當年發(fā)電64.91萬kWh。
3）峰谷蓄電
上?？萍季W(wǎng)松江大數(shù)據(jù)計算中心電儲能（峰谷蓄電）項目，部署2個規(guī)格為500kW/1605kWh的集裝箱式磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)，總裝機容量1MW。電儲能系統(tǒng)由能量管理系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電池、儲能變流器（PCS）及配電系統(tǒng)組成。充電時，電網(wǎng)通過PCS將交流電轉換成直流電存儲到電池內(nèi)。放電時，電池通過PCS將直流電轉換為與電網(wǎng)電壓同頻率、同相位的交流電，最后通過變壓器隔離后并入數(shù)據(jù)中心的動力供電系統(tǒng)，主要負荷設備為空調(diào)、水泵等輔助設備。
4）錯峰蓄冷
閔云科技顓橋云數(shù)據(jù)中心錯峰蓄冷項目，園區(qū)現(xiàn)有3座開式蓄冷罐，容積分別為15000、15000、11000m3，總容積41000m3，IT負荷滿載情況下可連續(xù)供冷8h。以1個冷凍站一天為例，上午8:00至晚上8:00，全天有12h運行放冷模式，所有制冷單元（制冷機組、一次冷凍泵、冷卻泵及冷卻塔）停止運行，通過二次冷凍泵將蓄冷罐的冷量輸送至末端機房，為保持斜溫層不受破壞，此時蓄冷罐內(nèi)冷凍水的流向為上進下出。晚上8:00至10:00，啟動2套制冷單元進行電制冷。晚上10:00至第二天6:00，再開啟2套制冷單元對蓄冷罐進行充冷，此時蓄冷罐內(nèi)冷凍水的流向為下進上出。第二天6:00至8:00，運行2套制冷單元進行電制冷。
5）液冷
網(wǎng)宿科技嘉定云計算數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園液冷項目，部署504個高密度浸沒式液冷機柜，單機柜功率11kW，IT設備設計總功率5544kW。2022年實測數(shù)據(jù)顯示，制冷因子CLF為0.09。6臺液冷機柜與2臺液冷主機（CDU）通過環(huán)形管路連接，組成一套液冷系統(tǒng)單元，液冷主機2N冗余配置，一個數(shù)據(jù)中心包含多套相同的液冷單元。冷源為4臺冷卻塔（3用1備），單臺冷卻塔夏季工況制冷量大于3500kW，配套風機功率為30kW，進出水溫度分別為37和32℃。
6）間接蒸發(fā)冷卻
優(yōu)刻得青浦數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻項目，A棟數(shù)據(jù)中心樓頂層2個機房采用間接蒸發(fā)冷卻，每個機房制冷量1200kW，合計2400kW。間接蒸發(fā)冷卻，是利用外界空氣的顯熱及噴淋水的潛熱通過空-空換熱器對機房空氣進行冷卻。間接蒸發(fā)冷卻之所以節(jié)能，是因為它充分利用了外界環(huán)境的冷量（自然冷源）來對機房進行冷卻，減少了制冷空調(diào)系統(tǒng)能耗。
5 結語
展望未來，時間來到“十四五”期末，相關工作正在有條不紊地開展，具體來說，政策方面：根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展需要，適時出臺相關政策，如上海市產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整限制和淘汰新版目錄、智算中心建設導則；標準方面：進一步完善標準體系建設，如發(fā)布與碳配額管理相關的行業(yè)方法學地方標準以及零碳數(shù)據(jù)中心地方標準；現(xiàn)狀方面：升級數(shù)據(jù)獲取方式，推動數(shù)據(jù)中心接入市級能耗在線監(jiān)測平臺全覆蓋；實踐方面：擴大既有技術應用的規(guī)模，發(fā)掘新技術增長點，如光伏建筑一體化（BIPV）、LNG接收站冷能應用。我們相信，雖然數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展起起伏伏，社會關注焦點也在不斷變化，但只要數(shù)字經(jīng)濟持續(xù)推進，對于數(shù)據(jù)中心的需求就會持續(xù)，行業(yè)的綠色低碳發(fā)展未來大有可為。
