金融业绿色数据中心白皮书 2023.pdf
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1、金融业绿色数据中心白皮书北京金融科技产业联盟2023 年 8 月IV前前言言2020 年 9 月,习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,指出我国二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和1。我国碳达峰、碳中和目标(以下简称“双碳”目标)的提出,在国内国际社会引发关注。随着数据中心规模和数量的不断攀升,其能耗问题日益凸显,为此加强绿色数据中心建设成为构建新一代信息基础设施的重要任务。2021 年,国家发展改革委等多部门联合印发关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见2,明确提出要加强数据中心绿色高质量发展。同年底,中国人民银行发布金融科技
2、发展规划(20222025)年3,提出打造新型数字基础设施,建设绿色高可用数据中心的重点任务。在金融业数字化转型的大背景下,数据中心作为金融发展的重要基础设施,其建造速度和规模都进入了快速上升期。从数据中心的生命周期来看,建筑主体的设计使用寿命超过 40 年,机电设备的使用一般也超过 20 年。因此,为达到双碳目标,必须要早做谋划。本文主要从金融业绿色数据中心的设计、建造、运行、评价与监管等方面展开,梳理了当前阶段金融业数据中心绿色发展情况,整理并收录了实践案例和前沿探索,供金融业数据中心从业V者参考。由于经验学识所限,本文仍有诸多不足,恳请各界批评指正。VI目目录录一、概述.1(一)发展背景
3、.1(二)发展现状.4(三)研究目标.6(四)研究意义.7二、规划设计.9(一)设计目标和原则.9(二)总体规划.12(三)架构设计.15三、建设改造.21(一)建筑节能.21(二)场地基础设施节能.23(三)IT 基础设施节能.39(四)虚拟化节能.45(五)绿色工程.47四、运行管理.50(一)绿色运行指标与分析方法.50(二)绿色运行技术应用.56(三)危废处理.69(四)人才制度建设.72五、政策引导与标准体系建设.72(一)政策要求.72(二)标准体系.77(三)评价体系.80六、总结与展望.83参考文献.861一、概述本章主要介绍了数据中心行业发展的政策、行业和技术背景,以及国内外
4、数据中心发展现状和金融行业数据中心发展情况,探讨了金融业绿色数据中心建设运行情况、优化提升路径和未来发展方向,明确了本文的研究意义在于帮助提升企业自身经济效益、助力行业发展和创造社会价值。(一一)发发展展背背景景1 1.政政策策背背景景数字经济为全球经济复苏提供重要支撑。2021 年,测算的47 个国家数字经济增加值规模为 38.1 万亿美元,同比名义增长15.6%,占 GDP 比重为 45.0%4。全球数据总量爆发式增长,对数据中心形成了强劲的需求动力。全球范围内的数据中心产业规模迅速扩大,但由此也带来了大量二氧化碳的排放。在控制温室气体排放、积极应对气候变化形成全球共识的背景下,“绿色”“
5、减排”“零碳”也成为国内外数据中心发展的共同趋势,以保证在满足数字经济发展的同时,减少甚至“消除”数据中心建设对全球气候的影响。2020 年 12 月,我国政府就将“做好碳达峰、碳中和工作”列为重点任务,重申我国二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,力争 2060 年前实现碳中和。国家发展改革委在关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见5中提出“强化能源配套机制”的要求。在国家政策引导下,各地政府积2极响应,纷纷出台地方产业政策文件,引导数据中心产业平衡、绿色发展。2021 年 10 月,为推动重点工业领域节能降碳和绿色转型,坚决遏制全国“两高”项目盲目发展,确保如期实现碳
6、达峰目标,国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部、市场监管总局、国家能源局联合印发 关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见,明确通过能效约束,推动重点行业节能降碳和绿色低碳转型的总体要求、主要目标、重点任务和保障措施。2022 年 6 月,工业和信息化部、国家发展改革委、财政部、生态环境部、国资委、市场监管总局联合发布工业能效提升行动计划6,提出持续开展国家绿色数据中心建设,引导数据中心扩大绿色能源利用比例,推动老旧数据中心实施系统节能改造,提高网络设备等信息处理设备能效。2 2.行行业业背背景景从数据中心行业发展角度看,国际互联网龙头企业可再生能源使用计划和披露情况都相对完善。G
7、oogle、Apple 和 Facebook分别在 2017、2018 和 2020 年完成运营体系的 100%可再生能源使用,包含其数据中心基础设施。Microsoft 和 Amazon 将完全实现可再生能源使用的目标节点定为在 2025 年7。包括数据中心运营商 Equinix 和 Digital Reality 在内的头部企业,也都发布了环境社会治理(ESG)报告、企业环境报告或 CDP 项目披露等报告,披露了温室气体排放、能源及水资源使用情况、废弃物3回收利用等信息。近年来,国内绿色数据中心评价标准和指标逐步增多,其中具有代表性的有 3 个:一一是是中国电子学会发布的绿色数据中心评估准
8、则,从用电、用水、循环利用、可再生能源、有害物质控制、节能管理等多维度进行评价。二二是是开放数据中心委员会(ODCC)与中国信通院、工信部新闻宣传中心、绿色网格等联合发布的数据中心绿色分级评估技术方法,根据数据中心建设运行所处的阶段(未投产、投产不满一年、投产一年以上)划分为规划类、设计类和运营类 3 种,并根据得分评定为 A、AA、AAA、AAAA 和 AAAAA 5 个级别。三三是是工业和信息化部、国家发展改革委、商务部、国管局、银保监会、国家能源局联合发布的六部门关于组织开展 2022 年度国家绿色数据中心推荐工作的通知,明确提出了国家绿色数据中心评价指标体系,涵盖能源高效利用、绿色低碳
9、发展、科学布局及集约建设、算力资源高效利用等方面的 15 个指标8。具体到金融行业而言,金融数据中心发展历程是我国金融业信息科技发展的缩影,经历了从无到有、从弱到强,金融业务的变化及信息技术的进步驱动着金融数据中心不断发展。以银行业为例,银行业务也从柜面银行发展到电子银行、移动银行、数字银行。在数字银行阶段,银行开始充分应用人工智能、物联网、大数据、云计算、5G 等数字技术来服务实体经济的高速发展。银行系统也迎来全面云化、分布式、云原生的新时代,这对于金4融数据中心的建设,提出了全新的要求。3 3.技技术术背背景景伴随着数据中心创新技术加速涌现,绿色能源管理与金融体系持续完善,为数据中心绿色低
10、碳发展提供了有效助力。在技术创新方面,液冷、蓄冷、高压直流、余热利用、蓄能电站等新技术的应用,以及太阳能光伏、风能等清洁能源利用,能够进一步降低数据中心能耗及碳排放。通过新型技术的不断加持,业界领先的数据中心逐步通过建立绿色数据中心管理制度及内部碳定价制度促进数据中心绿色转型。同时绿电证书及绿电交易市场机制的建立和完善,也在有效激发数据中心使用绿色能源,降低碳排放的积极性。(二二)发发展展现现状状1 1.国国内内外外发发展展现现状状美国是全球最早开始探索绿色数据中心技术的国家之一。美国互联网发展近 50 年,当前的数据中心行业已进入整合阶段,以改建和扩建为主,新建数据中心规模占比不大。从数据中
11、心分布来看,美国占据了全球数据中心 45%的份额,中国和日本分别占有 8%和 7%9。从企业发展看,Equinix 等第三方数据中心企业凭借灵活的管理及高效的收购,迅速发展成为全球数据中心行业龙头。Google、Facebook 等互联网公司自建的数据中心也已达到世界领先水平。而我国目前正处于各行业数字化转型的加速期,数据中心能5效水平不断提高,部分优秀绿色数据中心案例已可达到全球领先水平。截至 2019 年底,全国超大型数据中心平均 PUE 为 1.46,大型数据中心平均 PUE 为 1.55。规划在建数据中心平均设计 PUE为 1.41 左右,超大型、大型数据中心平均设计 PUE 分别为
12、1.36、1.39,预计未来几年仍将进一步降低10。2021 年发布的国家强制标准数据中心能效限定值及能效等级(GB 408792021)中明确定义了电能比 1.5 是未来数据中心的达标值11。从绿色技术来看,国内数据中心不断创新绿色节能新应用,多个数据中心获得由开放数据中心委员会(ODCC)与中国信通院、工信部新闻宣传中心、绿色网格等联合开展的“数据中心绿色等级评估”AAAAA 等级。2 2.金金融融业业发发展展现现状状金融行业对数据中心的安全性、处理能力、物理特性等要求较高,经过多年的发展,各大金融机构逐渐形成了自己的数据中心建设和管理风格及完整的专业技术支撑团队。并且出于对业务连续性、完
13、整性的高要求,如全年 24 小时不停运转且不允许数据丢失等,各大金融机构数据中心对组网和设备配置都有严格标准,设备及软件的配置变更都更为谨慎,更加注重风险把控。因此,长久以来金融行业数据中心在技术选型时,并未过多考虑能效、低碳等新型技术的应用,更多的是通过增加投入来获得数据中心运行的稳定,金融行业的数据中心一旦建成,存在改造难度大、在用改造风险高等困难。6随着我国经济近年来的高速发展,作为支撑业务交易的关键基础设施,金融行业数据中心的处理容量和数据规模呈现指数增长态势,这对数据中心基础设施的数量、规模、算力也提出了更高要求。随着金融业数字化转型整体加速推进,以及不断引入云计算、大数据等新技术扩
14、充算力、优化算法,最近几年许多金融机构正在逐步完成新建,或计划新建多个大型、超大型数据中心。(三三)研研究究目目标标1 1.研研究究建建设设运运行行情情况况金融业务具有很强的高可用性和业务连续性需求,普遍采用多级冗余架构和灾备体系,传统的“两地三中心”架构需要向多活数据中心转型,通过技术架构有效控制,提升资源利用率和整体效能。目前很多金融机构都在向多活数据中心、同城多中心转型。同时,为适应业务的快速发展,需要考虑弹性扩展,通过软件来定义、调度硬件资源,将计算面和数据面分离,实现更灵活、透明化的物理设备部署。此方面可借鉴融合金融云低成本、高弹性的资源优势,以解决科技资源敏捷弹性供给与数据安全存放
15、的矛盾,建成高效、开放、安全的混合云架构,提高 IT 资源利用率。2 2.分分析析优优化化提提升升路路径径建设绿色数据中心,在选址阶段,需要根据算力网络国家枢纽节点布局和业务需求,统筹各类资源,因地制宜充分应用清洁能源,优化用能结构,在用能侧绿色降碳。在设计、建设阶段,7应按需建设、动态扩容,避免资源浪费。采用更高效的电气技术架构,提升供电效率。按气候资源条件合理设计制冷架构,充分利用自然冷却,降低制冷能耗。创建智能管控系统,赋能高效运行,用智能创造绿色。在运行阶段,采用更高算效 IT 设备,用更少的能耗实现更多的算力,从源头绿色降碳。建设能耗监测、诊断、调优能力,配套评价、考核组织和机制,不
16、断提升能效运行效果,持续循环提升。结合生命周期,改造升级老旧基础设施,焕发新绿。3 3.展展望望未未来来发发展展方方向向数据中心从建设,运行到退出,整体生命周期跨时间周期较长,其中建筑主体的设计使用寿命超过 40 年,机电设备的使用一般也超过 20 年。因此,面向 2030 年碳达峰、2060 年碳中和的目标,数据中心设计建造在现阶段就应当制定近期与远期目标。建设绿色高可用数据中心需要以目标为导向,根据各阶段的目标,分别制定不同的设计规划与实施路径,打造内在能动与外部监管相配套的制度体系。建设绿色高可用数据中心需要以节能创新技术为支撑,通过对新技术、新产品的研究,探索碳中和与碳达峰实践案例,明
17、确技术发展方向。管理绿色高可用数据中心需要以数据为驱动,实现采集、分析与优化一体的智能监测管理平台,实现绿色高可用数据中心智能化运维体系。(四四)研研究究意意义义81 1.提提升升经经济济效效益益在数据中心的建设运行过程中,应充分考虑企业降本增效的内在需求。绿色数据中心建设运行既要采用节能技术提升能效,又要逐步改变用能、用电结构,降低碳排放。数据中心作为新一代信息通信技术的重要载体,是算力输出的底座。算力网络建设以及算力和电力的协同,将有效控制数据中心用能成本,提升清洁能源利用水平。通过提高 IT 设备的使用效率、优化数据中心应用和系统架构,在提高算力的同时降低数据中心能耗,使得能源在数据中心
18、的利用效益最大化,提高数据中心算效比,将是未来绿色数据中心建设运行的新方向。2 2.助助力力行行业业发发展展金融行业主要由银行、保险、证券三大类机构和其他机构组成,建设绿色高可用数据中心是金融行业共同的目标,但是当前仍然面临诸多挑战。早期,金融业数据中心的建设主要围绕着高可用的目标进行,在绿色低碳发展方面,仍有较大的提升空间。如何实现绿色与高可用并举需要通过创新实践。因此,通过开展金融业绿色数据中心研究,有助于提升行业绿色数据中心建设与运维技术能力。3 3.创创造造社社会会价价值值一一是是促促进进双双碳碳实实现现落落地地。为实现我国 2060 年碳中和目标,金融行业需结合自身行业需求和特点,加
19、快研究设立碳中和数据中心目标并付诸实践。在实践层面坚持资源环境优先原则,充分9考虑资源环境条件提高数据中心效率,深化探索节能减碳技术在金融业数据中心全生命周期建设运行中的应用。二二是是提提高高社社会会能能源源利利用用。金融业数据中心同样使用大量社会能源,同样需要提高能源利用水平,如在自有场所建设自然冷源、余热回收利用或可再生能源发电等清洁能源利用系统。实施绿色施工,尽可能减少对环境的负面影响。使用绿色电力、节能产品,并逐步建立健全绿色供应链管理制度。三三是是探探索索技技术术发发展展路路径径。大力开展节能减排技术研发创新,系统优化提升整体能效。采用模块化建设方式,应用先进高效的IT、网络、供电制
20、冷技术与方案,持续降低数据中心电能利用效率(PUE)、水资源利用效率(WUE)、碳使用效率(CUE)。将新型技术与数据中心建设主体联动协同,推动数据中心加快低碳发展。二、规划设计本章从金融业绿色数据中心的总体设计目标和原则展开,重点介绍其规划要点和架构设计。(一一)设设计计目目标标和和原原则则1 1.设设计计目目标标数据中心作为新基建的重要组成部分,是数字经济的坚强底座。随着数据中心产业规模的快速扩张,我国数据中心整体用电量以每年超 10%的速度高速递增。数据中心已经成为公认的高耗能行业,预计到2030年数据中心用电总量将突破4000亿千瓦时,10占全社会用电总量的 3.7%12,降 PUE
21、是大势所趋。2021 年 7 月,工业和信息化部制定新型数据中心发展三年行动计划(20212023 年),通过四大行动和四大工程,在 3 年时间内搭建布局合理、算力提升及绿色节能的数据中心体系,推动绿色数据中心创建、运维和改造,引导新型数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路13。2022 年 8 月,工业和信息化部、发展改革委、财政部、生态环境部、住房和城乡建设部、国资委、能源局联合发布信息通信行业绿色低碳发展行动计划(20222025 年),明确提出到 2025 年,全国新建大型、超大型数据中心电能利用效率(PUE)降到 1.3 以下,进一步强化了绿色节能低碳数据中心的建设要求14。
22、新发展阶段,金融行业数据中心整体架构正在经历由两地三中心向多地多中心、多地多活架构的转变。业务快速发展和金融生态场景的推陈出新也对新一轮金融行业绿色数据中心建设提出了新的目标和要求:一一是是加强数据中心建设规划,面向未来,更具有超前性。二二是是提高清洁能源的使用比例,推动能源循环利用。三三是是推动绿色设计、建造、运行管理,全面提高资源利用效率。2 2.设设计计原原则则高高可可用用性性原原则则:金融行业的业务特点和数据重要性决定了金融业数据中心对可用性的高要求,在核心业务的连续性保障上,11架构设计要满足可用性的要求,在保证可用性的基础上再去探讨使用哪些绿色节能技术来实现节能目标。低低能能耗耗原
23、原则则:在产品成熟度满足要求的情况下,优先选择低能耗的系统和产品方案。如采用高效率 UPS 设备,高效率变压器设备等。由于金融行业在设备性能容量方面有着严格的控制要求,因此在设备和方案选型时,需要重点关注上架负载率所对应的能效水平。低低碳碳排排原原则则:碳排放应作为重点考虑因素,如减少制冷剂、电子氟化液等高 GWP(全球变暖潜能值)产品的使用,尽量选择可循环回收的创新建筑方案和材料,以降低数据中心的生命周期碳排放。低低耗耗水水量量原原则则:在 PUE 基本相同的情况下,尽量选择耗水量少的方案,尤其是选址在北方的数据中心,优先选择对水处理要求低的方案,有条件的地方可采用中水和非传统水源。总总体体
24、拥拥有有成成本本(T TC CO O)最最优优原原则则:综合考虑建设投入成本(Capital Expenses)和运行成本(Operational Expenses),以总体成本最优来考量方案设计和技术选择。其中,建设投入成本包含土地、设备采购、电力资源引入、建造等支出,运行成本包含电费、水费、维护费用、人员成本等。全全生生命命周周期期原原则则:技术选型不仅需要关注设计指标,同时更要关注后期的运维,甚至拆除回收等全生命周期的节电、节水、循环等实际落地执行。12(二二)总总体体规规划划1 1.选选址址绿色数据中心的选址,需要根据业务需求,结合政策与监管要求,统筹各类资源,因地制宜充分利用清洁能源
25、,优化用能结构,在用能侧绿色降碳。2021 年,国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部和国家能源局共同发布 全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案,推动数据中心合理布局、供需平衡、绿色集约和互联互通,构建数据中心、云计算、大数据一体化的信息算力网络体系,促进数据要素流通应用,实现数据中心绿色高质量发展。其中提出了加强统筹、绿色集约、自主创新和安全可靠 4项原则。统筹围绕国家重大区域发展战略,根据能源结构、产业布局、市场发展、气候环境等,在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝,以及贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等地布局建设全国一体化算力网络国家枢纽节点,发展数据中心集群,引导数据中心集约化
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