数据中心节能和优化布局研究

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文章编号：０９１３（０１０—０１０ １０—８１２１） ００—３ ３
◆本刊 专稿 ◆
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数 据 中心节 能和优 化 布局研 究
周伏秋 谷 立静 孟 辉 ， ，
（． １ 国家发展和改革委 员会 能源研 究所 ， 北京 １０ ３ ；． ０ ０ ８ ２ 低碳 经济技 术 中心 ， 北京 １０ ５ ） ０ ０ ３
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数据 中心节能和优化布局 的针对性政策建议 。 ｓ ｎｅ ｔ ｈｏ ｇ ｄｅｏｏ ｉ ， ｕ ａ ｓｕｃｓａｄｅｔ ｐｉ ｔ ｃ ，ｅ ｎｌ ｙａ ｃｎｍ ｃ ｈ ｍ ｎｒ ｏｒｅ ｎ ｎｅ ｒ ａ ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｓ 关键 词 ： 据 中心 ； 数 服务器 ； 节能 ； 需求侧 管理 ； 电能利用 ｅ’ ｉｉ ｎｓ， ｐ ｃ ｃｐｌ ｙ ｏ ｍ ｎ ａｏ ｓ ｎｐｏ ｏ ｎ ａ ｓ ｗｌｎ ｅｓＳ ｅｉ ｏｉ 砌ｃｍ ｅ ｄｔｎ ｒｍ ｔ ｇｄｔ ｌｇ ｉ ｆ ｃ ｉ ｏ ｉ ａ 效率 ｃｎ ｒ ｎｒ ｃ ｎ ｙ ｎ ｔ ｉｎ ｙｕ ｅ ｇｒｄ ｕ． ｅｔ ｅｇ ｅ ｉ ｃ ｄｏ ｉ ｚ ｇ ａｏｔ ｒｆｕｅ ｔ ｅｅ ｙ ｆ ｅ ａ ｐｍ ｉ ｌ ｉ ａ ｉ ｏ
中图 分类号： ０８Ｔ２４ Ｔ １；Ｐ７． Ｋ ２
文 献标志 ｃ 码：
用 电 ３ 分 组成 。Ｉ 设 备用 电约 占数据 中心总用 电 部 Ｔ 量 的 ５ ％， 中服 务器 占４ ％左 右 ， ０ 其 ０ 存储 设备 和 网络 通 信 设 备各 占 ５ ％左右 ； 空调 系统 用 电约 占 ４ ％； ０ 配 电系统用 电约 占 １％。 ０
摘 要 ： 量 分 析 和 预 测 了我 国 数 据 中心 能 耗 增 长 趋 势 与 定 Ａ ｓ ａｔＱ ａｔａｖ ｌｌ ｉａｄ ｏｅａｔｓ ａｅａ ｆ ａ ｂｔ ｃ ：ｕｎｉ ｔｅａ８ ８ ｎ ｒ ｓｉｍ ｄ ｓｏ ｄ ・ ｒ ｔｉ ｌ ｙ ８ ｆ ｃ ｒ
节能 潜力 ， 从电力资 源 、 基础设施 、 候条件 、 气 政策环境 、 技术 ｔ ｃｎｅｓ ｅｅｇ ｏｓｍｐｏ ｒ ｔ ｅ ｄａｄｅ ｅ ｙｓｖ ｇｐ — ａ ｅ ｔ ’ ｎｒｙｃｎｕ ｔｎｇ ｗｈｔ ｎ ｎ ｎｒ ｉ ｏ ｒ ｉ ｏ ｒ ｇ ａｎ 经济性 、 人力资源 、 企业 意愿 等多角度分析 了数据 中心优化布 ｔ ｔｌ Ｆａｉｉｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｏｔ ｆ ａａ ｅｔ ｄｐｔ ｔ ｌ ｎ ｅ ｉ ； ｅｓ ｌｙ ｆ ｐｉ ｌａ ｕ ｏ ｔ ｃｎ ｒ ｏｅ ｉ － ｎａ ｂ ｉ ｏ ｍ ｙ ｄ ｅ ａ ｎ ｎａｅ 局 的可行 性及可 能带 来的节能 和经济效益 ， 出了加强我 国 ｅｇ －ａｉｇｅｏｏ ｉ ｂｎｆｓａ ａ ｚｄ ｆ ｍ ｓｃ ｐｃ ｓ 提 ｒｙ ｓｖ ｃｎｍｃ ｅｅｔ ｒ ａ ｌ ｅ ｒ ｕｈ ａ ｅｔ ａ ｎ ｉ ｅｎ ｙ ｏ ｓ ｓ
技术。
内蒙古 、 青海 、 宁夏。 （ ） 节 能 和成 本 方 面 比较 有 优 势 的地 区 ， ３ 在 在 政策环境 、 础设施等方面较差 ， 基 反之 亦 然 。综 合 条 件 较 好 的省 份 是 黑 龙 江 和甘 肃 。 如 果 国 家 近 期 开 展优 化布 局试 点 ， 建议 优先 考虑 这 ２ 地 区。 个 （ ）内蒙古客观 优势 明显 ， ４ 国家可 以考虑 给予政 策倾斜 ， 引导数 据 中心 向该地 区布 局 。青海 、 夏客 宁 观优 势也 比较 明显 ， 但基 础设 施 、 产业 发展方 面较 为 滞后 ， 以在其 发 展较好 的城 市加 快 配套设 施 建设 ， 可 为 承接数 据 中心优 化布 局 奠定基 础 。陕两 具 备一定 的成 本 优 势 ， 软 硬 环境 较 好 ， 于数 据 中 心 服 务 且 对 商、 网络服务 商来说 ， 是较好 的备选地 Ｉ 也 又。
配套 产 业 、 力 资 源 、 人 企业 意 愿 、 会稳 定 等 诸 多 【 社 大 Ｊ 素 。综 合 考 虑 上述 因 素 ， 取 重 庆 、 选 四川 、 西 、 陕 青 海、 夏、 肃 、 宁 甘 内蒙古 和 黑龙 江 ８ 省 （ 、 ） 个 市 进行 了优 化 布局 的可行 性分 析 。分 析结果 表 明 ： （ ） 接 数 据 中心 转 移 布局 客 观 条 件 （ １承 电力 资 源 、 候 条 件 、 力价 格 、 地 价 格 ） 气 电 土 比较 好 的 省 份 依次是 ： 内蒙古 、 青海 、 宁夏 、 龙 江 、 肃 、 两 、 黑 甘 陕 四 川 和重 庆 。 （ ） 接 数 据 中心 转 移 布 局 软硬 环境 （ 策 环 ２承 政 境 、 础 设 施 、 力 资 源 、 息 服 务产 业 发展 ） 基 人 信 比较 好 的 省 份依 次 是 ： 庆 、 西 、 Ｉ、 龙 江 、 重 陕 四ＪＩ黑 甘肃 、
数据 中心节能技术可分为 Ｉ设备节能技术 、 Ｔ 空 调 系 统节 能技 术和 配 电系统 节能 技术 ３ 大类 。 （ ）Ｔ设备节 能技术 包括节 能型 服务器 、 １Ｉ 刀片式 服务器 、 服务器 的虚拟化技 术 、 虚拟化技 术 、 存储 自动 精简配置技术 、 重复数据 删除技术 、 网络构架节能 。 （ ）空 调 系 统 节 能 技 术 众 多 ， 体 可 分 为 ５ ２ 大 类 。① 利 用 自然 冷 源 的节 能 技 术 ， 如 ： 管 空 调 例 热 技 术 、 气 侧节 能 装 置 、 端节 能 器 ； 空 调形 式 节 空 水 ② 能 ， ： 央空气处理装置 、 如 中 直接 液 冷 空 调 、 架 式 机 空 调 、 热 密 度 空 调 等 ； 节 能 空 调设 备 ， ： 效 高 ③ 如 高 冷水 机 组 和 高效 机 房 空 调 ； 气 流组 织 优 化 ； 智 ④ ⑤ 能控 制 技 术 ， ： 调 系统 虚 拟 运行 技 术 、 度 控制 如 空 湿
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１ 数 据 巾心 概 述
数据 中心 是 一个 聚集 了大量 服务 器 、 存储设 备 、 网络设 备 等 Ｉ设 备 的场所 ， 实 现数 据 信 息 的集 中 Ｔ 是 处理 、 存储 、 输 、 传 交换 、 理等业 务 的服务 平 台 。从 管
心总用 电量与 Ｉ设备用电量之比） Ｔ 这一指标来评价
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家发 展和改 员会能 究所能 统分析 革委 源研 源系 研究中 任。 心主
近年来 ， 随着 国民经济和社会信息化的快速推 进 ， 国 数 据 中 心 电耗 迅 速 增 长 。研 究 结 果 表 明 ： 我 ２０ 年 ， 国服 务器 保有 量 约为 ３６ 台 ， 据 中心 ０９ 我 ６万 数 总耗 电 量 约 为 ３４ ｋ ， ６ 亿 Ｗｈ 占全社 会 用 电量 的 １ ％。 预测 结 果 表 明 ： 来 １ 年里 ， 国数 据 中心 很 可 能 未 ０ 我 呈 现 爆 发式 增 长 。倘 若 未来 数 据 中 心 电 能利 用 效 率 仍 维持 在 目前 的水平 ，０５ 我 国数 据 中心用 电 ２１年 量将达到 １ ０ 亿 ｋ 左右 ， ０ ０ Ｗｈ 大体 相 当 于 三峡 电站 一年的发 电量 ，００ ２２ 年将超过 ２ ０ 亿 ｋ 。 目前 ， ０ ｗｈ ５ 我 国数据 中心大多集 中于北京 、 上海 、 广东等 电力 资源紧缺 、 电价较高 、 室外 温度较高 的地区 ， 一方 面 加 大 了 当地供 电压 力 ， 加 了运 行成 本 ， 一 方 面 ， 增 另 布 局 过 于 集 中也 埋 下 了安 全 隐 患 。加 强 数 据 中心 节能和需求侧 管理 ， 合理优化布局 ， 是建设资源节 约型社 会 的现 实和迫 切需 要 。
应运而生， 并将成为数据中心新的 发展方向。 ２ 我同数据ｌ心川电迅速增长且布局不尽合理 ｆ ｌ
数据中心用电由Ｉ 设备 、 Ｔ 空调系统和配电系统
３ 数据 ｒ心具有 可观的 电潜 力 ｝ １ ３ 数据中 ． １ 心总体节能潜力
Ｉ Ｔ行业 通 常用 “ 电能利用 效 率 ”Ｐ Ｅ， 数 据 中 （Ｕ 指
物理层次看 ， 数据中心主要 由Ｉ 设备 、 Ｔ 配电系统和空 调系统 ３ 部分构 成 。Ｉ设备 用 于数 据处 理 （ 务器 ） Ｔ 服 、 数据存储（ 存储 设 备 ） 以及 通 信 （ 网络设 备 ）是实 现 ， 数 据 中心 功能 的核 心部 分 。配 电和空调 系 统用 以保 障Ｉ Ｔ设备 系统 的正 常运行 。配 电系统 用于 直流 与交 流 转换 ， 并确 保 为 Ｉ设 备 提 供 可靠 的 电源 。空 调 系 Ｔ 统保 证 Ｉ Ｔ设备在 正常 的温度和 湿度下工 作 。 数 据 中心 的发 展 大致 经 历 了几 个 阶段 。早 期 ， 计算机领域巨大的计算机房是数据中心的雏形 。２ ０ 世纪 ９ 年代 ， ０ 客户端， 务器 的计算模式逐步普及 ， 月 艮 服务器开始被单独放置 ， 数据中心开始流行 。２ 世 １ 纪初 ， 随着 互 联 网的发 展 ， 联 网数 据 中心 （ｎｅｎｔ 互 Ｉｔ ｅ ｒ Ｄ ｔ Ｃ ｎｅ，Ｄ 快速 兴起 ， 能提供 的服 务不 断升 ａ ｅｔｒ ＩＣ） ａ 所 级 。近年来 ， 气候变暖 、 能源紧张等问题 ， 使数据 中 心 面 临着 降低 能耗 、 约成本 的严 峻挑 战 ， 据 中心 节 数 节 能 受 到前 所 未 有 的关 注 ，绿 色 数 据 中心 ” “ 的概 念
了节 电技术措施 的降至 １ ～１ ， 明我 国数据 中 ． ．表 ６ ８
Ｖ １ ３ Ｎ ． Ｍａ 。０ ｏ． ， ｏ３ ｙ ２ １ ＰＯＷ ＥＲ ＤＳＭ Ｉ １ １ １
心 用 电具有 可 观 的节 电潜 力 采用 情景分 析方法 ， 冻结情景 、 对 趋势照 常情景 、 优化 布局情景 、 佳实践情景 、 沿科技情景 ５ 最 前 种情景 下 我 国数据 中心 能耗增长 趋势 、十二五 ” 间总体节 “ 期 能 潜 力的分析 和测 算结果 表 明 ： 种相关 节 电技 术 如各 措 施 能 及时 、 普遍 推广 应用 ， 且合 理优 化数 据 中心 布 局 ， 前沿 科技 情景 下 ，０ ５ 在 ２ ｌ 年全 国数据 中心 总 电耗 可减少 至 ３７Ｌｋ ， ７ ４ Ｗｈ即可节 电６ ０ ｋ 以上 ， ０ 亿 Ｗｈ 相当 于节 约半 个 峡 电站 的年 发 电量 ， 中 ， 其 优化 布局 对 实现上述节 电潜力 的贡献率约 为 ２％。 ０ ３２ 数据 中心技 术节 能潜 力 ．