浅谈能效限额标准对数据中心行业绿色发展的促进作用

胡佳华 焦跃 南楠

摘 要：为了研究能效限额标准在推动数据中心行业绿色发展、加快我国“碳达峰”“碳中和”战略目标实现中起到的作用，本文综述了国内数据中心行业标准实施情况，以北京市作为示例，对数据中心能效限额标准实施的情况和实施成效进行了分析。根据数据中心能效限额标准实施过程中遇到的问题，提出能效限额标准在约束数据中心能源消费、提高数据中心能效水平等方面进一步发挥作用的建议，为数据中心能效限额标准的修订和促进数据中心绿色低碳发展提供了一定参考。

关键词：数据中心，能效限额标准，实施成效，绿色发展

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.12.018

0 引 言

习近平在中央財经委员会第九次会议上指出，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。数据中心作为能源消耗大户，是节能减排的重中之重。为了客观反映数据中心绿色、节能、高效的目标，国外主要通过LEED（Leadership in Energy &Environmental Design Building Rating System）、TGG（The Green Grid）等针对数据中心能效进行评估和评级。国内从2019年开始，北京、上海、湖南等地纷纷制定数据中心能效限额标准及配套政策，而国家标准于2021年才发布，地方标准需要通过修订解决能效限额要求不适用、节能技术先进性不足等问题。本文通过分析数据中心能效限额标准实施情况和实施成效，以数据中心能效提升的问题为导向，提出能效限额标准在约束数据中心能源消费、提高数据中心能效水平等方面进一步发挥作用的建议，为数据中心能效限额标准的修订和促进数据中心绿色低碳发展提供了一些参考。

1 我国数据中心行业和标准现状

1.1 我国数据中心行业现状

近年来，我国数据中心正由高速发展向高质量发展全面演进。按照标准机架2.5 kW统计，截至2021年底，我国在用数据中心机架规模达到520万架，近五年年均复合增速超过30%[1]。可以估算，2021年我国数据中心总耗电量约2150亿千瓦时，占全国总用电量的2.77%，比整个上海市全社会用电量（1749.62亿千瓦时）还多。随着政府对数据中心能效的管控以及先进绿色技术的普及，数据中心的能源利用效率（PUE）逐年降低，2017年我国超大型数据中心平均运行PUE为1.63，大型数据中心平均PUE为1.54；2018年超大型数据中心平均运行PUE低至1.41，大型数据中心平均PUE低至1.48，同比下降明显[2]，2021年我国数据中心整体PUE进一步降低。可见我国数据中心规模体量不断增大，能源消费量不断攀升，但能效水平仍有一定的提升空间。

1.2 我国数据中心相关标准现状

我国的数据中心标准体系从国家标准，到地方标准、行业标准，以至企业标准、团体标准，构成了多层次的标准体系架构，并贯穿规划、设计、建设、施工、监理、安装、验收、等级评定等数据中心全生命周期的各个阶段，同时涉及选址规范、网络布线、供配电、制冷与空调、集装箱/模块化、互联网、云计算、灾备、资源利用、电能能效和测量、成熟度模型、运维管理等数据中心不同专业。这些标准主要可以分为三个方面：基础设施建设标准、管理与运维标准、绿色能效标准。在数据中心建设和运营过程中，常用的标准如表1所示。

2 我国数据中心能效限额标准

2.1 国家标准

我国现有涉及数据中心能源利用、能效评价、节能评价的国家标准、地方标准、行业标准、团体标准和规范性文件超过30项，但在实际应用中能效指标的计算边界和数据监测口径不一。《数据中心能效限定值及能效等级》（GB 40879-2021）作为强制性国家标准，于2022年11月1日起在全国范围内强制实施，该标准的发布和实施，将在全国建立统一的数据中心能效评价技术准则和分析方法。

该标准规定了数据中心的能效等级与技术要求、统计范围、测试与计算方法。数据中心能效等级共分为3级，1级表示能效最高，3级能效为数据中心能效限定值。该标准将为数据中心领域实现绿色低碳发展提供关键的标准工具。

2.2 地方标准

2012年，上海市颁布国内首个针对数据中心能耗管理的地方强制性实施标准《数据中心机房单位能源消耗限额》（DB31/651-2012），同年还发布了《通信行业单位信息流量能源消耗限额（移动通信宏基站和数据中心部分）》（DB31/652-2012）。

2 014年，北京市颁布《数据中心能效分级》（DB11/T 1139-2014），把不同能效值的数据中心分为I、II和III级，其中I级的节能水平最高。这是数据中心能耗管理标准中第一次强调可再生能源的利用，对提升数据中心绿色电能使用水平起到了促进作用。

2019年，湖南省发布《数据中心单位能源消耗限额及计算方法》（DB43/T 1590-2019），要求已建数据中心的限定值、新建（改扩建）数据中心的准入值、数据中心单位能效限额先进值要达到1.88、1.63、1.34。

随着数据中心先进节能技术层出不穷、能源消费管控力度的加强，各地政府对数据能效水平的要求越来越高。上海市地标DB31/651-2012于2017年废止，DB31 652-2012于2020年修订并更名为《数据中心能源消耗限额》，把综合电能利用效率（CPUE）限额值、准入值和先进值定在了1.7、1.3、1.25。北京市地标DB11/T 1139-2014于2019年修订并更名为《数据中心能源效率限额》，把能源效率限额指标（PUE）的限定值、准入值和先进值定在了1.4、1.3、1.2。

3 数据中心能效限额标准实施情况

3.1 数据中心管理情况

上海市在2018年发布《上海市推进新一代信息基础设施建设助力提升城市能级和核心竞争力三年行动计划（2018—2020年）的通知》，依据《上海市互联网数据中心建设导则（2019版）》，每年支持符合要求的数据中心建设，并明确新建数据中心机架数量和总功率。从2020年开始，上海市对数据中心实行能耗数据月报统计制度，并搭建了“上海市数据中心在线能源审计平台”。该平台已覆盖上海全市互联网数据中心，通过在线填报或数据接口掌握用能情况，并对数据中心进行达标监测、节能挖潜等工作，实现数据中心数据库、用能数据月报、能耗测评及能源审计等功能。

北京市在2021年发布《北京市数据中心统筹发展实施方案（2021—2023年）》，要求新建数据中心PUE值不得高于1.3，并且计划关闭、腾退一部分高能耗数据中心，并计划对不同PUE水平的数据中心实施差别电价。《关于进一步加强数据中心项目节能审查的若干规定》提出对北京市数据中心项目进一步加强节能审查，要求项目每年按10%逐年提高可再生能源利用比例，到2030年实现100%（不含电网既有可再生能源占比）。2022年，《北京市低效数据中心综合治理工作方案》对北京市存量低效数据中心的节能改造和治理工作提供了明确的指导。同时，北京市对数据中心的事前节能审查和事后节能监察工作十分重视。

3.2 限额标准实施效果

本节以北京市数据中心为研究对象，分别于2018年和2022年抽取50个数据中心（机房建筑面积3000 m2以上，或机柜总功率5000 kW以上）作为样本（32个相同样本，18个不同样本），调研其业务构成、机架上架率、年用电量、年平均PUE等情况，分析北京市数据中心能源消费和能效水平发展情况。由于北京市每年都有以数据中心能效限额标准为依据的专项节能监察，本节调研内容能在一定程度上反映能效限额标准的实施效果。

3.2.1 数据中心基本情况

本节两次调研涉及的数据中心建成年代跨度从2000年到2019年，单机柜功率以4～6 kW为主，少数机房使用了8 kW及以上的中高密机柜。从业务构成上看，有85%的数据中心业务涉及政府机构、运营商、金融、互联网，航空、医疗等细分领域也逐渐占据一定市场。从机架上架率看，2018年50个调研样本的平均上架率为68.50%，2022年50个调研样本的平均上架率为83.85%，可见北京市数据中心市场趋于成熟，机房的空置率较低（见图1）。

3.3.2 数据中心能效水平

数据中心主要由IT设备及软件、制冷系统和供配电系统三部分构成，其中IT系统和软件是数据中心的核心部件，同时通过空调和供配电等辅助系统支撑以保持正常工作[3]。IT设备通常需要24 h不间断运行，不仅自身消耗大量电力，还需要用制冷系统除去其产生的巨大发热量，需要配电系统为其不间断供电[4]。因此，数据中心的能源消费量（集中表现为用电量）很高，单位面积能耗可达普通办公楼的十几倍甚至上百倍[5]。

从能源消费量上看，2018年，50个调研样本的年总用电量为35.34亿度，2022年，50个调研样本的年总用电量为36.62亿度，提高了3.61%，主要原因是数据中心机架上架率的提高以及有新增数据中心带来的能耗增量。从主要耗能部位看，IT设备、制冷系统、供配电系统的用电比例更加优化，2018年，调研样本的用电比例为65∶27∶8，2022年，调研样本的用电比例为71∶22∶7。从综合电能利用率（PUE）看，2018年调研样本的平均PUE为1.55，2022年调研样本的平均PUE为1.41，能效水平有一定的提升（见图2）。

3.3.3 能效限额标准的作用

（1）促进行业能效水平的进一步提高

调研中有32个数据中心参加了两次调研，其中26家持续挖掘节能潜力，不断开展节能技改，有效降低了年均PUE值，整体样本的PUE值降低了9.03%。可见能效限额标准可有效敦促企业加强节能管理，提高数据中心整体能效水平。

（2）提升数据中心行业的规范化程度

数据中心能效限额标准对数据中心能耗统计范围和综合电能利用效率计算方法进行了科学的规范，数据中心能效限额标准的实施，对于企业进行能耗统计和计算具有指导作用。

（3）推动先进节能技术的广泛应用

北京市近年来不断加强对数据中心能耗监测，尤其是对低效数据中心实行分批整治、逐步关闭等措施。为了提高能效水平，越来越多的数据中心选择采用自然冷源利用、间接蒸发制冷、余热利用、光伏发电等节能技术。

4 能效限额标准促进数据中心绿色发展的建议

本文综述了国内数据中心行业标准实施情况，选取了北京市作为示例，对数据中心能效限额标准实施的情况和实施成效进行了分析，为了发挥能效限额标准在约束数据中心能源消费、提高数据中心能效水平等方面的作用，提出以下建议。

4.1 进一步优化能耗指标值

建议对《数据中心能源效率限额》（DB11/ T1139-2019）进行修订，提高对限定值、准入值和先进值的要求。限定值应以淘汰一定比例的现有低效数据中心为取值原则，在基于节能改造的基础上淘汰20%左右的落后产品和产能；准入值是新增产能必须满足的能效水平，应代表行业前20%左右的能效水平；先进值对标国内或国际同行业能效领先水平，应代表行业前5%左右的能效水平。

4.2 主动衔接国家能效限额标准

目前，数据中心能效限额标准的国家强制性标准已经实施，能效等级1级、2级、3级对应电能比分别是1.2、1.3和1.5，各地方应通过标准修订等方式主动与国标内容进行衔接，在满足国标能效指标要求的基础上，结合地方行业特点设置特色化的规定。

4.3 完善数据中心节能标准体系

补齐数据中心行业节能标准短板，完善节能标准配套体系建设，推动计量检测、能量系统优化、能源管理体系、能源绩效评估、节能监察等领域标准制定修订，探索开展数据中心碳排放相关标准研究制定，并衔接好节能标准和碳排放相关标准指标。

参考文献

中国信息通信研究院.数据中心白皮书（2022年）[R].2022.

中国制冷学会数据中心冷却工作组.中国数据中心冷却技术年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2019.

谷立静，杨法伟，胡姗.美国数据中心节能经验和启示[J].中国能源，2015，37（6）：26-29.

谷立静，周伏秋，孟辉.我国数据中心能耗及能效水平研究[J].中国能源，2010，32（11）：42-45.

冯升波，高麟鹏，周伏秋.我国数据中心节能现状和面临的挑战分析[J].中国能源，2015，37（11）：23-26.

作者简介

胡佳華，硕士，工程师，研究方向为通信行业节能标准化及管理。

焦跃，通信作者，博士，高级工程师，研究方向为能源经济。

南楠，硕士，高级工程师，研究方向为环境保护工程。

（责任编辑：张佩玉）