摘要：數據中心的能源消耗從未像今天這樣引起了數據中心行業、乃至整個國家和世界能源類相關組織和機構的高度重視，甚至綠色和平組織也在關注。關于能耗的數字統計隨處可見，這里不過多闡述，但數據中心的能耗的確需要引起數據中心行業的足夠重視，并且在未來，能耗數字將不可避免地繼續攀升。
一、數據中心能源消耗的發展趨勢
數據中心的能源消耗從未像今天這樣引起了數據中心行業、乃至整個國家和世界能源類相關組織和機構的高度重視，甚至綠色和平組織也在關注。關于能耗的數字統計隨處可見，這里不過多闡述，但數據中心的能耗的確需要引起數據中心行業的足夠重視，并且在未來，能耗數字將不可避免地繼續攀升。
數據中心的量變帶來的思考
縱觀中國的發展，未來人們在追求國民幸福生活的過程中，信息技術將必然成為第一生產力，在與各行各業的深度融合中，信息系統的使用量將急劇加大，在滿足海量計算和數據存儲的同時，將產生巨大的能源消耗，目前在以大規模集成電路方式的，計算和存儲技術沒有突破變革前，信息生產力和能源消耗將呈現同比幾何基數增長。我國的長期發展政策，根據世界格局和地緣政治的影響，將逐步向高技術、高附加值的第三產業轉移。在一個以信息作為動力的發展社會，尋找支撐數據中心和云計算長期海量增長的能源系統，和不斷持續提高系統能效將是一個長期任務。
我國現有各類數據中心或計算機機房約43萬個，數量約占全球 13%.其中經營性 IDC 機房 921 個，面積達到88萬平方米，17.7 萬個機柜，能容納 200 多萬臺服務器(數據來源：工業和信息化部電信研究院，截至 2011 年)。
借鑒第三方的統計數據，可以看到，數據中心的數量已經到了一定的數量級別，而同時，不僅僅是數量增加，平均每個數據中心的容量也在增加，這最終導致數據中心的能源消耗不斷增加。量變引發質變，最典型的是：
(1)信息和數據的海量發展，直接導致經營性數據中心的快速發展。一定程度上，只有經營性數據中心的商業杠桿才能撬動去尋找最有的相關資源配置;
(2)伴隨著數據中心的量變(數據中心的數量和單個數據中心的容量和規模變大)，必然導致整個數據中心朝著標準化，模塊化和自動化等具備典型工業產品特性的方向發展;
(3)經營性數據中心的蓬勃發展極大地改變了原有數據中心的生態系統，部分甚至絕大部分數據中心開始從成本中心向利潤中心演變，而這種演變也必將導致數據中心的建設和運營更符合商業原則和法則。
二、數據中心的能源消耗發展趨勢
現實生活中，人們已經離不開各種IT技術的應用，國外的諸如蘋果，谷歌，微軟，亞馬遜，FACEBOOK早已經成為人們日常生活的一部分，在國內，以騰訊、百度和阿里巴巴為代表的互聯網公司，還有很多和人們日常生活相關的很多服務，都離不開IT應用，這也是云計算興起和發展的原因。從另外一個角度來看待云計算，至少其中一個顯著特點是資源共享，提高效率，降低成本。為什么?因為支撐他們所需要的I，D和E的增長非常迅速 (數據中心和能源的SPIDER方法論)，甚至是超過了很多人的預期，目前看來，還沒看到放緩，停滯或者倒退的任何跡象，相反，看到更多的是蓬勃發展。
在這些表象的后面是什么，是龐大的數據中心群在支撐著這些應用。雖然這些行業巨頭們并沒有官方披露自己所擁有的服務器數量和數據中心的數量和容量，僅僅依據互聯網和第三方咨詢調查機構的報告，來做一些推測，大約Google有超過100萬臺服務器，AMAZON大概有60-80萬臺服務器，FACEBOOK大概超過30萬臺服務器。
通常而言，當討論數據中心行業的時候，大體分為三大類別，一個是IDC，即互聯網數據中心，另外一個是EDC，(企業數據中心)，第三種數量較少，即HPC(超算中心)，主要用于科學計算。對于EDC，其絕對數量應該是大于IDC的，因為幾乎每個企業的IT都有一個數據中心來做支撐。
無論是IDC還是EDC，最近幾年，都在不斷的擴容，新建或者是整合等。而新建的數據中心的容量都是過去所無法想象的，并且在全國各地出現了很多數據中心園區，其容量更是達到了前所未有的數量級別。
根據相關調研機構針對中國數據中心基礎設施市場的分析數據：截止到2012年，數據中心在中國的總規模是129萬方米。同期亞太區的規模是583萬平方米。中國是目前亞太地區第二大市場，占比16%.2012年中國DC市場的總價值為8.7億美元。同期亞太區的價值29.3億美元。中國占比為23%.
中國DC行業的規模增長20.1%(107—129)。亞太市場同比2011年增長18.2%。
中國數據中心投資的增長2012達到34%(6.5—8.7億美金)，而亞太地區增長為24%(23.6—29.3億美元)，增長驚人。
(相關機構統計的市場潛力/飽和度情況)
雖然中國保持了超過國家GDP 4倍多的增長率，但是在國外專業研究機構分析。中國依然有較大的投資和市場價值增長空間，上面的圖表是針對全球各國關于數據中心市場飽和度的一個分析，中國市場表現出需求旺盛并且潛力巨大的態勢。
這些市場數據可以反映出數據中心業內對于市場的發展處于一個樂觀的態度，但從反面能夠看到一個特征，即數據中心的投資和能耗依舊會快速增長。各地涌現的各個云計算數據中心項目目前還處于一個前期開發建設階段，經過2-4年的一個建設周期后，在投入運營階段，數據中心的能耗用量很可能將正式列入在國家統計部門的第三類產業能耗而被單獨統計，因為這必然是單類能耗增長速度最快和最高的一個行業。
關于數據中心的高能耗，從單位GDP能耗上看，數據中心屬于高載能(能源消耗大)、零污染、投資密集型項目。這在第三類產業上絕無僅有，而且數據中心屬于高技術附加值的現代科技服務業，其承載的IT系統所產生和帶動的行業產值可能達到幾十甚至數百倍。
根據中國電信財報和公司節能減排處公布的數據：2011年中國電信能耗(電)約132億千瓦時，2011年總收入達2449.43億元。所以，能耗的后面是這個無煙工業的GDP帶動，同時也看到相比2010年中國電信總能耗增加了15%，而業務收入增長了11.7%.這也說明了運營商由2G+固網到3G+寬帶，由話音通信為主到以互聯網信息為主轉型期，能耗的增長大于業務的增長。
這種產業支撐關系，還僅是在運營商一個環節，如果從全局看更高層的業務，如娛樂、信息、文化創意產業等現代服務業，整個IT信息產業的價值鏈將更長。但與此同時看到的一個明顯趨勢是能耗的總量和增速都在快速變化。
很多地方政府本著發展地方經濟和產業轉型的目標，還是較為積極的發展和支持云計算與數據中心產業，比如內蒙古、重慶等。但是經過一段時間的了解和調研，很多經濟發達地區，如北、上、廣、深地區，因為電力資源的緊張，發展服務器托管類的IDC數據中心項目，將要進行更多的政策和資源協調。
以上所引用的資料和數據，可能由于統計方法，統計時間的因素，會有一些偏差，但有一點是達成共識的，即數據中心的能源消耗達到了一個不得不引起重視的高度，并且將繼續攀升。
三、數據中心的能源供應來源
在論述國內數據中心資源供應來源之前，有一個不得不說的故事，這個故事來自于一本書，書名叫做《IT不再重要》，在這本書里的第二章節講述了塞繆爾。英薩爾(Samuel Insull)和私有電廠時代的結束，公用電網占據了主導的故事。
本文無意去八卦他和愛迪生的故事，作為后來者能看到的是，無論在美國，還是在中國，公用電網都占據了絕對主導地位。
根據目前市場上數據中心的能源供給，絕大多數情況下占據主導地位的能源供給都是電力能源，如果從國內的數據中心電力供應來看，幾乎都是來自于國家電網和南方電網。
寫到這里，似乎引領讀者進入了一個誤區，認為數據中心一定遵循公用電網，甚至只能利用國家電網和南方電網電力供應，這并不是本文所要表達的觀點，因此有必要澄清一下。即使目前的現狀是這樣，但并不等于這是唯一的路徑。對于未來的數據中心而言，也許可以重新考慮愛迪生的思路。這也是本文希望讀者可以開放思路，畢竟條條大路通羅馬，成功的路從來都不止一條。以往的分布到集中，對于未來的某些數據中心而言，可能反之，即從集中到分布。
目前數據中心幾乎所有的電力供應均來自于公用電網，而用電也是數據中心能源消耗的絕大部分。電力是從工業社會文明爆發以來，最重要的生產資料，傳統觀念認為，電力具有清潔、高效、便捷的能源特征。所以在僅百年的時間，全球建立了覆蓋超過80%陸地面積的電網覆蓋，全球總發電量達到為21.3萬億千瓦時。在2011年，中國有一項數據超過美國保持了110年的記錄，躍居世界第一：2011年中國凈發電量總額達到4.47萬億千瓦時，超過美國的年凈發電量4.1萬億千瓦時，中國目前有十萬億千瓦發電機組裝機量。這背后是根源有很多，2011年中國7.3萬億美元GDP大約只是美國15萬億美元GDP的一半，但實體經濟比例居高使得中國的凈發電量已經超過美國。
電是二次能源，這與一次能源煤炭、石油、天然氣等有著本質的區別。
1、數據中心能源消耗的結構和特征
今天，無論是在政府，還是地方招商引資，或是在規劃運營層面，大家都對數據中心是個能源消耗“大戶”達成共識。能源消耗主要體現在兩方面：一是電力，二是制冷。一般情況下，這里特指的“電”的消耗，主要體現在對電的容量的要求和電量的消耗。這里的制冷，主要是指為了保證數據中心內的IT設備保持正常運行(或者基于SLA中對于IT設備制冷需求的定義)而需要的冷量。在中國，在非自然冷卻的情況下，主要是通過電制冷設備來為IT設備冷卻的，即把電這個高級能源轉換為冷這個低級能源，用于冷卻IT設備。既然是電制冷，當然是需要電的容量供給和電量的消耗。IT設備的用電加上制冷系統的用電，構成了數據中心電力能源的絕大部分消耗。
數據中心的制冷需求雖然也包括諸如照明和建筑隔熱等方面，但占其絕對比例部分是為IT設備制冷用。對于IT設備本身的冷量需求，如果用一個不是非常嚴謹但又比較簡單的說法來表達，IT設備的制冷量約等于IT設備的用電消耗量，即約為1：1的數學關系。例如：一臺功耗為300瓦的服務器在其額定工況運行時，產生300瓦的熱量，需要約300瓦的冷量進行冷卻。
在這里，要補充一句，即數據中心的電和冷是可以通過低級能源和其他能源獲得的，這也是本文的一個重要基礎。
備注：這個簡單的數學關系至關重要，是數據中心和分布式能源(特指三聯供系統)結合的基礎數據。
2、數據中心對于能源供應的技術要求
數據中心對于能源的供給，其最典型的特點是“可持續性”，今天數據中心的可用性或者uptime而言，其核心也是保證數據中心的持續性，盡量減少中斷的次數和中斷的時間，如果從市場上的主流商業IDC的合同中的服務級別協議(Service Level Agreement)中，都有關于持續供應的可用性的描述，通常是用百分比和數字進行約定的。
3、數據中心能源消耗的分類
(1)對于數據中心能源消耗的分類，主要分為以下幾種：
① 電力能源的消耗：所有的IT設備，必要的輔助設備，諸如制冷系統的冷機，水泵，精密空調，已經對應的控制系統在絕大多數情況下，都需要電力供應，都在消耗電力能源。
② 水的消耗：在數據中心中水的消耗經常被忽視，當分析被忽視的原因時候，發現主要是受到一些設計和技術上的限制所致，比如制冷系統采用DX系統，其對水的消耗主要體現在加濕方面，其耗水量很小。隨著冷凍水系統的逐漸在數據中心被大量采用，其對于水的消耗也迅速增長，當然，數據中心的投資者和運營者每月的賬單中會看到水費賬單的變化。如果從資源供給的角度來看，對于整個地球而言，在目前，水的缺乏遠遠大于電力的缺乏，當然這里的水是指需要被凈化處理后的水。除此之外，在數據中心中關于把水作能源的案例，最典型的應該是google利用河水，海水等來制冷，利用水的溫差和循環來達到制冷的目的，理論上， 水并沒有發生相變(諸如水的蒸發)，但是水的溫度發生了變化，是否對環境產生影響，截至到目前，依然存在爭議。
③ 油的消耗：通常情況下，為了保證數據中心的可用性，數據中心在初始設計的時候都配置了柴油發電機。如果純粹從可用性的角度來看，電網供電并不在數據中心投資者和運營者的控制范圍內，而柴油發電機是其資產，其可以產生源源不斷的電力輸出，其可控制性可能更好，之所有采用電網供電，主要還是從經濟性的角度來考慮(這基本是國外數據中心投資者和運營者的邏輯)。因此，在電網供應相對穩定的地區，油的消耗并不是很高。
④ 氣的消耗：這里的氣指的是天然氣，有些數據中心采用天然氣發電，因此也存在著消耗，無論是作為數據中心的主用，還是備用，在技術實現的角度來看，都是非常成熟和可靠的。但是，從目前市場上的數據中心調查上來看，比例非常小，甚至是屈指可數。但并不表明這種技術不成熟，只是在目前的數據中心的應用比較少而已。
⑧ 其他：雖然市場上罕見，但的確看到一些可能性，諸如可以向當地相關公司直接購買冷量。在高寒地區的冬天，對于一些設備和輔助區域，也可以向當地供熱公司直接購買熱量。
(2)電力
雖然今天可以看到了一些數據中心新能源的案例，諸如蘋果的利用太陽能能源的數據中心和GOOGLE用的風力能源作為數據中心的能源供給。但是，目前，無論在全球和國內的數據中心幾乎都利用電力能源作為數據中心的主要能源供給來源。
截至2011年底，全國電力裝機達到10.6億千瓦，超過美國成為世界第一電力裝機大國，火電在裝機總量中所占比重長期保持在70%以上。
電網從歷史發展來看，可以分為四個階段：電廠直配城市網、省區電網、跨省大區電網和跨大區聯合電網。
隨著用電量不斷增長，大型水電、火電和核電的建設，地區間電源與負荷的不平衡以及經濟調度的需要，必然要求發展輸電和聯網，電壓等級也隨之逐步提高。從最初較低電壓水平的6-10kV經歷35kV、110kV和220kV，發展到超高壓的330kV、500kV和750kV電網，并且還有繼續上升的趨勢。
如果從裝機量和發電量來看，似乎中國并不缺電，但中國的發電廠主要在西北部，用電用戶主要在東部，電網的調配能力還存在一定瓶頸，局部地區缺電、讓電、限電現象依然存在。
(3)水
我國是一個干旱缺水嚴重的國家。我國的淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我國的人均水資源量只有2300立方米，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。然而，中國又是世界上用水量最多的國家。僅2002年，全國淡水取用量達到5497億立方米，大約占世界年取用量的13%，是美國1995年淡水供應量4700億立方米的約1.2倍。
“中國是一個重度缺水的國家”，水利部水資源司司長吳季松說，這是從水資源對社會經濟發展的支撐能力上得出的判斷。據統計，我國目前缺水總量估計為400億立方米，每年受旱面積200萬~260萬平方千米，影響糧食產量150億~200億千克，影響工業產值2000多億元，全國還有7000萬人飲水困難。缺水對環境和人的身心健康都有著嚴重的影響。以上的這些數據充分表明了幾個最需要關注的觀點：
中國是一個嚴重缺水的國家，并且水的消耗逐年增長。
伴隨著中國數據中心冷凍水系統的逐漸占據數據中心市場制冷的主流，數據中心對水的供給能力和消耗量都達到了一個高度，從綠色網格組織的WUE也讓人們意識到數據中心對水資源的供給需求和消耗的重視。
數據中心對于水的供應目前在中國100%來自于市政供水，這也意味著數據中心的相關利益者需要充分意識到數據中心對于水的依賴性和需求量。
對于一個數據中心投資和運營來說，通常會關注以下問題：
水對于數據中心的重要性：用簡單的一句話來問“沒水不行嗎?”，答案是肯定的，真的不行，沒有水，很難保證數據中心的持續運行。
數據中心內用水的分類：即數據中心消耗用水的分類，哪里需要耗水?通常情況下，主要分為以下幾種類別：
A：數據中心制冷系統用水：如果從數據中心日常水的消耗量的各個分類用水的比例來看，這部分水的消耗占據了相當大的比例，甚至是絕對比例。這部分用水主要分兩個子項，一個是加濕用水，即為了保持數據中心濕度的控制，需要水來來加濕;另外一個是數據中心冷凍水系統所需要的水消耗。尤其是采用水冷冷凍水系統的時候，冷卻塔水的消耗量是很大的。
B：消防系統用水：可能有人要問：“我可以采用氣體滅火，可以不用水系統!”在數據中心設計的時候，的確可以考慮采用氣體消防來滅火，并且對于市場上大多數的數據中心而言，其主機房采用氣體滅火系統的占據了絕大多數。但是，在數據中心各個功能分區中，如果把主機房建筑面積和其他輔助功能分區面積用數字做個比例對比的時候，基本的數字比例大概在1：1.5-2.5之間，換句話說，絕大多數的輔助功能分區的面積部分都必須采取水消防系統，或者說采取水消防系統是最合理的，性價比最好的。因此，結論是：數據中心有一定比例的消防系統是通過水消防系統完成的，也必然存在水的消耗。(雖然，對于數據中心用戶而言，內心希望消防系統永遠不要真正啟動，永遠不要發生火警，但既然水系統是必須的，其必然需要水的供應)
C：衛生用水：同樣，這部分用水也是必不可少的。數據中心日常的運行，都需要這部分用水。
D：清潔和保潔：數據中心需要保持環境清潔，這部分用水也將存在。
E：其他用水：諸如室外綠地花園用水等。
在數據中心日常水的消耗中，制冷系統水的消耗占據了絕對比例，因此在這里對于該部分水的消耗做一個簡單的推導。
在對國內某數據中心的研究中，發現其每天用于制冷系統用水消耗量很大，如果市政供水發生中斷1個小時，其所做儲備用水將耗盡，如果那樣，其制冷系統也將發生問題，如果繼續惡化，最終的結果和斷電的結局是殊途同歸。在意識到這個問題后，不難得出這樣的結論：水作為數據中心必須的一種能源絕對值得足夠的重視，甚至是要放在策略層面上。當然，如果制冷系統的技術發生重大變革，水的消耗極具減少，可能就只需要放在戰術層面來考慮這個問題了。
(4)油
對于數據中心而言，所說的油特指的是柴油，即用于柴油發電機的柴油，考慮到數據中心柴油發電機的作用主要是用于當電力供應發生中斷的時候，接管數據中心電力的繼續供給，并不作為主要電力供應，屬于備用，因此其消耗的柴油量相對比較少。
(5)天然氣
本文所關注的是天然氣的應用和關鍵特點。
天然氣的采收率高于石油。原生天然氣的采收率一般為40%-70%，而原油的采收率往往低于30%-35%.
天然氣造成的污染要比石油或煤炭輕得多。
天然氣的儲量豐富。
天然氣的使用受到的限制：
地緣政治和當前的經濟狀況。
管道的限制。
季節變化而帶來的用氣量不同，冬季居民用氣量大，夏季民用氣量小。
對于數據中心用戶而言，隨著西氣東輸管道的發展和液化天然氣的進口，天然氣的使用變得越來越寬廣。以往天然氣應用最多的是工業和汽車，但隨著國家政策的放開和技術的發展和市場化，天然氣在數據中心的應用有潛在的巨大機遇。
四、總結
能源是數據中心的基礎根本和立身之本。
目前，在國內數據中心能源的使用占絕對比例的依然是公用電網，對于數據中心用戶而言，并不介意和關注其從電網購買的電力是水電，火電，核電或其他。
數據中心水的消耗也是能源消耗中的一種，值得關注。尤其是水的持續供應和消耗對于數據中心可用性的影響。
分布式能源(比如天然氣)未來可能對數據中心能源帶來巨大影響。
京公網安備 11010502049343號