“双碳”战略下商业银行绿色数据中心建设实践与探索

2022-09-01中国农业银行科技与产品管理局刘兆龙

农银学刊 2022年4期

■ 中国农业银行科技与产品管理局刘兆龙张凯王伟

一、背景及政策解读

2020 年9 月22 日，在第七十五届联合国大会上，国家主席习近平宣布我国力争2030 年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060 年实现碳中和目标。随着“双碳”战略的提出，对全国绿色节能产业的发展起到了极大的助推作用。对于金融企业来说，随着金融数字化转型的持续深入和金融科技的快速发展，金融数据中心的建设也迎来大发展阶段，各大商业银行、保险公司均在陆续建设超大规模数据中心。作为高耗能的运营实体，如何节能减排和降低能耗成为金融机构实践“双碳”战略的重要课题。国家各部门也积极出台指导政策，各金融机构也陆续制定发展规划，指导自身的实践工作。

（一）宏观和行业政策层面

国家各部委及各地方政府自2021 年起密集出台一系列指导意见和政策规划，要求加快数据中心的绿色转型。主要政策包括：

2021 年2 月，国务院发布《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》（国发〔2021〕4 号），提出加快信息服务业绿色转型，做好大中型数据中心、网络机房绿色建设和改造，建立绿色运营维护体系。

2021 年5 月，发改委、网信办、工信部、能源局联合发布《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》（发改高技〔2021〕709号），提出布局全国一体化算力网络国家枢纽节点，开展“东数西算”示范工程，实现数据中心绿色高质量发展。加强绿色数据中心建设，强化节能降耗要求。推动数据中心充分利用风能、太阳能、潮汐能、生物质能等可再生能源。建立健全数据中心能耗监测机制和技术体系。

2021 年7 月，工信部发布《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023 年）》（工信部通信〔2021〕76 号），提出用3 年时间，基本形成布局合理、技术先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增长相适应的新型数据中心发展格局；能效水平稳步提升，PUE①逐步降低，可再生能源利用率逐步提高。到2021 年底，新建大型及以上数据中心PUE 降低到1.35 以下；到2023 年底，新建大型及以上数据中心PUE 降低到1.3 以下，严寒和寒冷地区力争降低到1.25 以下。

2021 年10 月，国务院发布《2030 年前碳达峰行动方案》（国发〔2021〕23 号），提出统筹谋划科学配置数据中心等新型基础设施，优化用能结构，采用直流供电、分布式储能、“光伏+储能”等模式，探索多元化能源供应。

作为支持新基建和新型算力布局优化的西部地区各省份，也充分利用政策红利，借助环境、资源和成本优势，提出吸引数据中心产业落地的配套政策，同时对新建数据中心的能效指标也有明确的严格要求。

作为传统数据中心布局的热点地区，以及八大算力枢纽中京津冀、长三角和大湾区的核心区域，北京、上海和广东也相继出台政策，均要求淘汰落后产能，提高新改扩建数据中心的能效指标要求。

通过解读以上政策，国家及各级政府对数据中心建设及运营提出了总体规划、节能目标及具体政策要求，同时绿色数据中心建设也成为国家新基建的重要内容。其规划和政策方向主要包括以下几点：

一是布局规划方面，提出“东数西算”战略规划，建设全国一体化算力网络国家枢纽节点，实现数据中心合理化布局。

二是能效目标方面，行业主管部门和各级地方政府均对数据中心PUE 提出了明确的目标要求，并对不同能耗水平的用电实行差异化电价管理。

三是技术选择方面，要求通过采用新的节能技术与架构，实现数据中心节能高效运营；要求数据中心提升可再生能源利用率，实现数据中心绿色环保用能。

四是监管方面，数据中心作为重点能耗监察对象，纳入工信部专项节能监察任务，并逐步实现动态指标监控。

（二）各商业银行层面

各大商业银行都积极响应国家政策要求，开始研究制定绿色金融、绿色数据中心等方案，如工行编制了《绿色数据中心建设运营指引》，农行编制了《中国农业银行绿色金融发展规划（2021—2025）年》等一系列的规划及方案，中行编制了《中国银行服务“碳达峰、碳中和”目标行动计划》，建行编制了《绿色信贷发展战略》。其他各大中小型商业银行也均在年报中披露了绿色金融和绿色数据中心建设相关内容，展现了中国金融行业履行国家战略的企业社会责任担当。

二、商业银行绿色数据中心建设实践

数据中心作为实现商业银行“双碳”目标的重要参与者，秉持绿色发展理念，在数据中心规划、建设和运营中采取了一系列实践措施。

（一）数据中心规划

1.选址规划。首先，在选址规划中，明确将“绿色节能”作为数据中心选址建设的重要目标，与“可用性、成本效益、运维便利”等目标并列。其次，在设计选址评价指标体系时，将资源、环境、政策、交通、成本及人力等各类指标集与各项目标进行关联，按照其关联紧密程度确定指标权重，加大绿色节能指标的权重占比，以此选取出具备更高绿色节能优势的数据中心建设区域。最后采用多层次计分模型对大量评价指标进行打分，从而计算出各备选区域的选址得分。近些年，通过总体评价和选择，全国各大金融机构新建数据中心的重点区域均已向内蒙古、贵州等中西部区域转移。

2.布局规划。在信息系统布局规划中，充分考虑金融交易的特点，一方面将对网络传输时延要求高的金融联机交易型业务，仍然部署在上海、北京等金融消费的一线城市；另一方面利用中西部地区电力充足、绿色能源占比高、年平均气温较低等优势，合理规划支撑快速增长的新兴业务发展需求，将离线分析、后台计算、存储备份类的业务部署在上述地区。整体布局规划也符合国家“东数西算”战略的要求。

（二）数据中心建设

在数据中心可行性研究和初步设计中，充分考虑绿色节能要求，在IT 设备、机架布局、制冷系统、供配电系统等各方面采用更加绿色的技术运用。一是确定合理的机房建设标准，参照国家A 级机房标准建设，不盲目追求能耗更高的T4 等级。二是在并不增加太大成本投入的情况下，提高对建筑自身的节能和环保要求，选择最高等级的绿色三星标准进行设计。三是优先选择节能、节水、低碳类技术和产品，如采用间接蒸发冷却、氟泵等节能技术，能够充分利用当地自然条件采取自然冷却等手段降低能耗和水耗。四是预留能够向更加先进的节能技术转型的空间和结构设计，如具备从风冷向液冷演进的能力。

（三）数据中心运营

1.开展碳盘查和碳预估。以数据中心运营为出发点，统筹开展机房基础设施的碳盘查和碳预估，查清底数，把握趋势，为后续制定节能目标和采取节能措施奠定基础。依据“碳盘查”结果及对未来数据中心机房发展规模的趋势预估，切实制订节能减排的工作方案及时间计划。依据国家标准YDT2543-2013 电信互联网数据中心的能耗评测方法，合理设计数据中心机房PUE 计算模型，依托数据中心基础设施管理系统开展机房碳排量的精准计量，实现实时可视化展示和动态目标管理。

2.确定节能目标。根据国家对“碳中和”的实现目标，结合商业银行碳排查和碳预估结果，确定数据中心阶段性的的降碳目标。一是商业银行数据中心机房可通过引入并推广绿色节能技术降低数据中心碳排放，对存量机房制定阶段性的PUE 下降目标。二是新建数据中心机房按当地出台的节能工作方案要求，制订合理的PUE 目标。例如北京市发布的《北京市数据中心统筹发展实施方案（2021-2023 年）》要求在京新建云数据中心PUE 不应高于1.3。

3.绿色数据中心运营。绿色数据中心运营当前的主要方向还聚焦在机房的运行管理方面，主要思路一是有效降低PUE 值，二是节约电力消耗，前者主要是降低制冷带来的能源消耗，后者主要是采用更加节能的设备提高能源效率。

商业银行在运营实践中主要采取了以下措施来达成节能降碳的目标。一是通过技术优化避免浪费冷量，比如计算机设备进出气流方向和机房冷热通道方向需保持一致；计算机设备在空U 位处安装密封盲板，避免形成冷热气流；送风地板应放置在设备进风侧，而不是设备热气流出风侧等方法。二是加强机房实体运行管理，比如定期监测机房密闭性及保温性，避免冷量浪费；减少非必要照明；对于未投产使用的机房区域，在不影响运行情况下关闭配套基础设备等。三是运维管理更加科学合理，比如合理设置除湿机、加湿器、新风机组等设备的工作时间；遇到极端高温天气时，可开启风冷空调室外机水喷雾系统，有效降低室外散热能耗；合理设置精密空调开机数量及运行参数。四是进行老旧设备的及时更新，将机房内老旧且高耗能的基础设施、IT 设备替换为绿色节能型设备，并及时替换性能不佳、内阻偏高的蓄电池；适时投切电容补偿装置，提高整体的用电效率等方式实现。

通过进一步将各项措施总结归纳为数据中心机房节能减排工具箱（详见表1），评估各类措施的节能效果和推广应用价值，形成最佳实践，指导日常的运营和更大范围的推广，以创造更好的节能成效。

表1 数据中心节能减排工具箱示例（续表）

表1 数据中心节能减排工具箱示例

三、绿色数据中心建设的经验与不足

（一）绿色数据中心建设中的经验总结

商业银行在绿色数据中心建设实践中，通过数据中心的规划、建设、运营等方面的节能设计和应用，积累了一定的经验，主要体现出以下几方面的特点：

一是将节能活动贯穿数据中心的全生命周期，覆盖面较广，效果较好。

二是提出明确的节能目标，对于检验和指导后续的节能实践活动具有很好的指标意义。

三是建立节能监测机制，实时动态跟踪节能效果，开展节能趋势数据分析，为及时调整目标和加强节能措施，提供决策依据。

四是建立节能工具箱，不断在工具箱中丰富节能手段和技术措施，为企业提供经实践验证过的良好节能经验。

（二）绿色数据中心建设中还存在的不足

在当前“双碳”战略的大背景下，数据中心作为金融行业能耗的大户，仍然面临较为沉重的降碳压力。虽然已经取得了一些成效，并积累了相应的经验，但是距离碳达峰、碳中和的目标仍很遥远，任务仍很艰巨，可谓任重道远。仔细分析下来，需要进一步加强的方面和解决的问题仍有很多，具体包括：

一是“双碳”目标和战略还需要进一步强化，加强宣传，当前节能的意识和措施基本停留在基础设施的管理和运维团队层面，全员参与的程度有待提高。

二是还没有建立起长效的节能降碳工作机制，宏观目标还需要进一步分解到具体任务中，定期开展分析、评估，及时做出修正。

三是缺乏节能降碳的总体视图，各个环节的节能措施和手段还处于各自为政的状态，不能形成联动和统一的视图，算力网络和电力的协同还需进一步加强。

四是视野还不够开阔，绿色数据中心的建设不仅仅需要聚焦在机房侧，整个园区的管理、维护，人员的配置和劳动效率的提升，都应该纳入整体规划。

五是供给侧还没有得到足够重视，不仅要从需求侧不断提高能源效率，提升节能效果，还需要进一步加大供给侧的绿电供应，减少碳排放压力。

六是目前各商业银行在用的存量数据中心多集中在一线城市，可再生能源的先天条件不足，导致绿色改造及降碳实现起来困难多，效果受限。

四、绿色数据中心建设的未来展望

从过往实践的经验总结以及存在的问题分析来看，在绿色数据中心的建设中，商业银行还需要在管理机制和技术应用中不断探索，加强宏观统筹、具体落实和统一协同，才能达成“双碳”的战略目标。

（一）建立节能降碳的长效机制

1.以目标为导向，变被动为主动。确立清晰的目标，是开展一切工作的基础。基于目标导向，提升主动节能降碳的意识，是获得成功的保证。可通过强化目标管理，逐步分解到年，分解到具体的工作任务，从被动落实变成主动管理，稳步提升能效目标值。分解目标的过程也是统筹管理的过程，将宏观目标分解成一个个具体的任务指标，再辅以数据监测和趋势预测，做好目标的动态管理。例如可以逐年确定需要达到的PUE 指标值，并且将每项节能措施的节电能力转化为单位算力贡献，作为有效的激励指标，提升员工的主观能动性。同时，还要加强节能降碳的宣传和培训，建立良好的行为引导和宣传机制，形成正确和积极的行为习惯，将节能降碳变成自觉的行为意识。

2.加强顶层设计，实现全方位管理。从顶层设计入手，建立节能降碳的总体视图，实现各商业银行从总部到分支机构、从机房内到机房外的全流程、全方位的管理。当前数据中心建设的趋势是通过规模化和集约化效应降低成本，提升效率。因此，从全局来看，逐步将各分支机构分散的机房上收到总部数据中心，有效降低分行的碳排放从而提升能源效率。对分支机构必须保留的IT 系统，可以采用能效更高的标准化、单元化的微模块进一步提高能效。进一步优化信息系统的部署架构和弹性能力，进行算力和电力的整体规划，从整个机房模块全生命周期的视角看待能耗的整体平衡和优化，避免因算力和电力设备的生命周期不同带来的相互牵制，导致运行效率低下。将节能的视角进一步扩展到机房外，通过智能化运维的手段降低运维人员的人力消耗，拉通设备、人员之间能量消耗的错峰互补。

3.贯穿绿色数据中心规划、建设和运营的全生命周期管理。各商业银行在当前开展的绿色数据中心建设实践中，已经在规划、建设和运营的各个环节开展了行之有效的节能降碳基础设计和技术实施。要将这种经验不断积累和固化下来，形成领域级和企业级的方法、标准和规范，加强在各个环节的业务指导，并持续迭代优化，不断丰富节能手段，提升节能效果。

（二）持续开展节能降碳的技术探索

1. 以简单、实用为原则，探索建筑选址、布局和结构的节能设计。商业银行数据中心在建筑的规划布局及设计中，应充分重视不同建筑的功能特点，充分利用冬季日照和夏季自然通风，有效避开冬季主导风向及夏季最大日照朝向；在建筑节能设计环节，以简单、实用为原则，建筑的外形设计宜减少外表面积，其平、立面的凹凸面不宜过多，应控制其体形系数不宜变化太大，并增强保温系数；采用少人或无人值守的机房管理模式，机房楼应尽量不设外窗，必须设外窗时宜采用密闭窗。各类生产维护中心等有人值守的房间宜有较好的朝向，应充分利用自然光进行采光。

2.从极致安全到质效兼顾，优化设备选型策略。采用试点引入、逐步验证、稳步推广的策略，在设备选型中，在保障运行安全的基础上，兼顾设备的节能效率，逐步提升节能需求的考量权重。

一是在供电设备选型中，逐步试点和验证逆变环节更少、效率更高的高压直流HVDC、市电直供等技术在商业银行数据中心中的应用场景，研究其推广路径，达到简化设备结构，降低设备复杂度，提升设备可靠性和能效水平的目的。在各级机构供电环境相对稳定的场景中，推荐选用节能效果更加明显的高频UPS 替代工频UPS，以进一步降低能耗指标。

二是制冷设备的选取对于数据中心降低PUE值，起着至关重要的作用，降低PUE 在很大的程度上就是在降低制冷设备的能源消耗。因此，应当根据数据中心所在区域的气候环境，选取合适的制冷技术和设备，主要参考因素包括要能充分利用当地的气候环境，提高每年利用自然冷却的时长；制冷设备应符合国家现行规范和标准要求的能效比，选取合适的换热模式；考虑合理的蓄冷技术，保障应急态下数据中心运行的稳定性。

三是IT 设备选型中要尽量选择可扩展性强、有国际/国家/行业节能认证，同等性能下更节能的设备，如某些设备具备电源智能管理、休眠等节能技术；探索算力与电力协同的技术应用，在服务器芯片功耗不断增大的趋势下，通过提升单柜的功率密度以及开展液冷等前沿技术的试点和应用，进一步提升能源效率。

3.借助智能化技术，持续优化数据中心运行模式。未来商业银行的数据中心都是超大规模的数据中心，必须借助信息化、数字化和智能化的手段提升管理能力。在数据中心运营中，要加强各类基础设施运行数据的采集、积累和分析，运用数据中心运营场景和环境的数字化孪生模拟等技术手段，实现源网荷储一体化，综合开展能源调度，不断调优运行参数，最终实现对数据中心的智能化控制和管理。

4. 加大清洁能源的应用，从供给侧减少碳排放。数据中心是电力转换为算力的枢纽，不仅要从需求侧解决用能效率的问题，更要从供给侧加大清洁能源的应用，实现“双碳”目标。探索引入碳利用效率CUE②指标，通过提升绿电的使用比例和降低PUE 并举，走出一条适当的“双碳”路径。在数据中心规划建设中，可以充分利用场地空间选取合适的场景，试点光伏发电等清洁能源；采用余热回收等技术，促进能量的循环利用；更重要的是及时跟进政府规划，与当地电力供应企业合作，加大绿电在电力供应中的占比。