提升信息基础设施能效 推进绿色新基建

闫金光 刘佳佳

加快新型基础设施建设是稳定经济运行、推动创新发展的重大举措。2020年3月4日，中共中央政治局常务委员会会议强调要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度;5月22日，《2020国务院政府工作报告》将加强新型基础设施建设作为“两新一重”建设内容，强调要发展新一代信息网络，拓展5G应用，建设数据中心等。加快推进“新基建”，不仅是立足当前，应对疫情冲击、促消费、稳增长的有效手段，更是面向长远、促进经济转型、培育新动能的“长远之计”。“新基建”的快速发展，对以数据中心、通信基站等为代表的算力基础设施也提出了更高的要求。我国数据中心、通信基站等信息通信技术（ICT）基础设施发展快、能耗大、能效低，存在巨大节能潜力，“新基建”过程中亟需加大节能工作力度，提高能效水平，促进信息化建设与经济社会发展相协调，增强绿色发展能力。

一、“新基建”融合数字技术将带动信息基础设施快速发展，也带来能耗量的快速增长

信息基础设施是ICT行业最重要的组成部分，一般认为包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。新基建数字技术设备都由电力驱动，最大的耗电量来自于数据中心、5G基站等信息基础设施。

“新基建”背景下，数据中心不只是传统意义上的存放计算、存储及网络设备的机房，更多是体现创新、绿色等新发展理念的公共算力基础设施的组成部分，是促进5G、人工智能、工业互联网、云计算等新一代信息技术发展的基础中枢，是“新基建”的基础。数据中心能耗量大，一个超大型云计算数据中心每年的耗电量近亿度。据测算，近年来我国数据中心年能耗量超1.5亿千瓦时，年增速超过10%，约占全社会用电总量的2%;全世界数据中心的耗电规模为205亿千瓦时，占全世界耗电规模的1%。

此外，5G网络建设同样面临能耗剧增的挑战。虽然5G网络每比特数据能耗仅为4G的十分之一，但由于5G站点数量是4G的2—3倍，同时拥有更大流量，单设备功耗将是4G的3—3.5倍。同时，随着5G和人工智能等新技术应用落地，云计算和大数据将加速发展，并向医疗、教育、金融、能源等领域不断扩散，数据中心、通信基站、边缘计算中心等需求量激增，将推动数据中心向超大规模发展，能源消耗也将保持快速增长。专家预计2021年中国人均移动数据流量比2015年将增长18倍，2025年全球数据量将会从2016年的16ZB上升至163ZB。到2030年，全球数据中心耗电量将达到4000多亿千瓦时，比当前增长20倍，面临巨大的能源保障问题。

二、提升数据中心能效、推进绿色“新基建”面临多项挑战和任务

“新基建”中，无论是5G通信还是互联网、大数据、人工智能等技术的深度应用，都离不开数据中心的支撑，数据中心自身的节能降耗问题已引起了全社会的高度重视。2016年国务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》提出“推动信息数据中心、通信机房和基站节能改造”。《2020国务院政府工作报告》强调加快新型基础设施建设进度，构建“智能”“绿色”“安全”基础设施体系。随着有关部门推进绿色数据中心建设，制定标准规范，国内数据中心逐步向市场驱动的规模化、标准化、高密度、绿色节能方向发展。但是，由于短期内数据中心建设规模大、速度快，也带来一系列值得关注的问题。

一是布局分散、资源浪费。近年来，多地纷纷投资建设数据中心，但这些数据中心大多各自为政、相互分离，缺乏一体化的战略规划，造成了一定程度上的重复和浪费。此外，受用户需求、网络条件等因素影响，虽然西部地区能源成本较低，但大量数据中心选址还是大多集中在北京、浙江、江苏等可再生能源电力占比较低的区域，并且行业尚未形成大规模采购可再生能源电力的趋势，造成清洁能源丰富、气候条件适宜的西部地区资源浪费。

二是能效标准和评价指标体系不完善。整体上看，数据中心指导性标准尚不充分，計量方式有待规范，导致数据中心节能规划、设计和技术改造缺乏依据。各地对于新建数据中心节能审批和在用数据中心的能耗监督管理方面缺乏合理指导性意见。同时，数据中心行业也缺乏能够约束市场主体的强制性标准，数据中心能耗优化仍有进一步提高空间。

三是总体能效水平偏低。目前我国的数据中心平均PUE（数据中心能效指标）值在2.0—3.0之间，而实际数据可能远高于这一数字。我国新建大规模数据中心的电能能效设计值一般不高于1.5，但整体与国际先进的1.2—1.4还具有一定差距;原有数据中心如果不进行节能改造，随着计算处理规模的增加，耗电量也会出现激增。

四是节能新技术应用不足。由于人工智能、智慧城市等应用领域还不充分，数据中心资源管理不协调，很多数据中心IT设备保有量高于信息业务的实际需求，设计负荷使用率偏低。数据中心传统的UPS主流供电模式存在能量损耗大、能效水平较低的问题，而直流供电模式操作专业性高、安全性差;传统风冷制冷系统能耗大，而液冷方式改造难度大，成本较高。

五是专业能源管理人才缺失。现有数据中心运行维护人员，大多从事巡检工作，专业能源管理专业知识欠缺，能源管理概念和意识相对薄弱，无法及时发现、解决数据中心运行过程中造成的资源浪费问题，造成部分数据中心能效水平设计优秀，但实际运营水平远达不到设计值的现象。

三、提升信息基础设施能效，推进绿色“新基建”

提升数据中心、5G基站等的能效水平是绿色“新基建”的基础。要贯彻落实新发展理念，协调布局、加强创新，把绿色作为基本原则，坚持开放市场、资源共享，开创“新基建”时代信息基础设施建设管理新思路。

一是推动新建数据中心均衡布局。规范新建数据中心审批流程，加大监管力度，配合我国产业结构升级、新型城镇化等相关举措，按照统一战略、统一方向、统一规划、统一标准等方式进行协同布局和建设，实现国家、区域、省市等多个层面统筹数据中心的共建共享。组织专门论证，除部分必须要建设在应用中心周边的数据中心外，其他数据中心要充分利用水电、气候等资源，在中西部地区建设，合理优化布局。

二是采用智能化新技术改造升级数据中心。主动关闭不必要的、低能效的数据中心，进行整合优化。对有改造价值的已建数据中心，鼓励采用智能化、虚拟化等技术提高IT设备效率。推动交流供电、直流供电、储能等优势互补，提高能效。推行原有建筑改造，支持智能制冷、液冷等技术手段的应用，提高制冷系统效率。从设备、技术、运维等多方面进行创新，推动智能化运维、统一化网管等智慧运维手段使用。

三是推进可再生能源在通信基站和数据中心的使用。推动通信基站使用光伏、风能等可再生能源，因地制宜利用风能、太阳能等可再生资源为基站供电，减少传统电力使用。鼓励大型数据中心与新能源基地一体化建设，降低对传统由燃煤、天然气等化石能源产生的电力的需求，减少碳排放，使数据中心转变为“绿色”可再生能源的产消者。

四是加大引导和监管力度。完善数据中心、通信基站能耗和能效水平事前评估、事中监测和事后审计全流程，做好能耗跟踪测评。推动数据共享和数据流通，不断激励相关主体贡献新数据，促进信息共享共用。完善信息基础设施能效标准和能效评价指标体系，制定发布相关技术导则，编制最佳实践案例和具体节能技术信息，组织相关培训，为数据中心通信基站建设提供指导。

（作者单位：国家节能中心）