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隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信量爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)中心耗水量過大問題日益凸顯。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》 目標(biāo)之一是“到2030年，實(shí)現(xiàn)人人普遍平等地獲得安全和負(fù)擔(dān)得起的飲用水”。為達(dá)到該目標(biāo)，國外大型互聯(lián)網(wǎng)公司分別確立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心用水策略。本文通過對國外大型數(shù)據(jù)中心的用水指標(biāo)及其用水策略研究，提出我國數(shù)據(jù)中心在建設(shè)和運(yùn)維中的水資源利用發(fā)展方向。數(shù)據(jù)中心用水量影響因素包括制冷設(shè)施規(guī)模、制冷系統(tǒng)類型以及室外環(huán)境溫濕度等。一般情況下，用水量與制冷設(shè)施規(guī)模成正比，水冷系統(tǒng)的用水量遠(yuǎn)大于風(fēng)冷系統(tǒng)，夏季用水量明顯多于冬季。室外環(huán)境溫度對用水量的影響最為直接，即室外環(huán)境溫度升高，推升機(jī)房制冷需求，制冷系統(tǒng)增大耗水量來滿足機(jī)房環(huán)境制冷要求。大型數(shù)據(jù)中心的用戶以云服務(wù)供應(yīng)商和大型互聯(lián)網(wǎng)公司為主。這一類數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)是配置超過十兆瓦扥電力容量、 超過十萬平方米建筑面積以及大量用水。以谷歌為例，2021年旗下數(shù)據(jù)中心的平均每天用水量達(dá)到170萬升，相當(dāng)于每年消 耗6.22億升的水。普通規(guī)模數(shù)據(jù)中心以數(shù)據(jù)機(jī)柜租賃用戶為主，建筑面積通常在1萬到2.5萬平方米之間，相應(yīng)的耗水量也遠(yuǎn)低于大型數(shù)據(jù)中心。以2021年美國北弗吉尼亞州Prince William County地區(qū)的25個(gè)租賃運(yùn)營數(shù)據(jù)中心的用水量為例，其中用水量最大的數(shù)據(jù)中心平均每天用水量約為333,100升，約為大型數(shù)據(jù)中心全年用水量的20%。Green Grid聯(lián)盟于2007年提出了PUE（Power Usage Effectiveness）指標(biāo)來評價(jià)數(shù)據(jù)中心能源使用效率，該指標(biāo)數(shù)值為數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載使用的能源之比。從能源利用的綜合角度來看，單純地靠PUE指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地評估數(shù)據(jù)中心的能耗水平，為全面合理地評價(jià)數(shù)據(jù)中心能耗， Green Grid聯(lián)盟提出了用水效率指標(biāo)WUE（water usage effectiveness）。WUE數(shù)值為數(shù)據(jù)中心年用水量（單位為升） 與IT設(shè)備能耗（單位為千瓦時(shí)）的比值，單位為升每千瓦時(shí)（L/kWh）。3 國外超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的用水策略亞馬遜AWS（以下簡稱“AWS”）公布的用水目標(biāo)是：2030年旗下數(shù)據(jù)中心向所在地區(qū)和外部環(huán)境的補(bǔ)水量要超過直接消耗的用水量。AWS旗下的租賃、自有和托管三類數(shù)據(jù)中心均適用于此目標(biāo)，按照數(shù)據(jù)中心所在運(yùn)營大區(qū)為單位進(jìn)行用水指標(biāo)考核。AWS數(shù)據(jù)中心主要采用直接蒸發(fā)冷卻模式（direct evaporative cooling）。這種制冷模式通過水的蒸發(fā)來降低室外空氣溫度，冷卻后的室外空氣經(jīng)過過濾輸入到機(jī)房中進(jìn)行制冷。 為了減少該模式的用水量，AWS采用了自然空氣冷卻策略（free-air cooling）。在自然空氣冷卻策略下，制冷系統(tǒng)通過傳感器跟蹤室外環(huán)境溫度和濕度等參數(shù)的變化，當(dāng)室外環(huán)境溫度降低到一定程度時(shí)，制冷系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，開啟自然空氣冷卻系統(tǒng)，室外冷空氣經(jīng)過濾后進(jìn)入機(jī)房進(jìn)行服務(wù)器制冷，這一過程不再需要消耗額外水資源。AWS采用“水資源正效益（AWS Water Positive%）”指標(biāo)來量化數(shù)據(jù)中心的用水目標(biāo)。水資源正效益值越高代表實(shí)際耗水量越少。當(dāng)水資源正效益值高于100%時(shí)，表示AWS向社區(qū)和外部環(huán)境供水量超過其直接耗水量，代表AWS用水積極；當(dāng)水資源正效益值低于100%時(shí)，代表AWS數(shù)據(jù)中心未達(dá)到承諾的節(jié)水目標(biāo)。水資源正效益=（循環(huán)用水量+補(bǔ)充水源用水量）/（總排水量-可持續(xù)水源供水量）AWS為實(shí)現(xiàn)預(yù)期的水資源正效益指標(biāo)，提出了四項(xiàng)用水策略：1）提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)維過程中的用水效率；3）將處理后的循環(huán)水在社區(qū)內(nèi)再利用；4）支持?jǐn)?shù)據(jù)中心開發(fā)園區(qū)外的補(bǔ)充水源項(xiàng)目。微軟承諾到2030年實(shí)現(xiàn)水資源正效益，即該公司數(shù)據(jù)中心在全球范圍內(nèi)的總補(bǔ)水量超過總耗水量，并承諾在2024年將數(shù)據(jù)中心蒸發(fā)冷卻用水量減少95%（約57億升水）。微軟數(shù)據(jù)中心采用的是絕熱冷卻（adiabatic cooling）制冷模式，當(dāng)室外溫度低于29.4℃時(shí)，直接使用外部環(huán)境空氣進(jìn)行機(jī)房環(huán)境制冷。該模式依據(jù)數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)氣候條件不同而有所差異， 微軟在瑞典的數(shù)據(jù)中心能夠全年使用該模式制冷，在美國亞利桑那州的數(shù)據(jù)中心只有全年三分之二時(shí)間可以使用該模式。 微軟為達(dá)到2030年水資源正效益指標(biāo)，提出了兩項(xiàng)用水策略：1）提高用水效率指標(biāo)（WUE），即降低每千瓦時(shí)的耗水量；2）在水資源緊張地區(qū)開發(fā)補(bǔ)水項(xiàng)目。谷歌公布的用水目標(biāo)是在2030年數(shù)據(jù)中心總補(bǔ)充水量超過總耗水量，即2030年的總補(bǔ)水量達(dá)到總耗水量的1.2倍，并要求補(bǔ)水質(zhì)量符合數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)的用水安全要求。谷歌的耗水量數(shù)據(jù)中心冷卻用水為主，額外少部分耗水量用于數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)備制造。2021年谷歌在全球的數(shù)據(jù)中心耗水總量為164 億升，其中用水量為209億升，排水量為45億升。谷歌數(shù)據(jù)中心耗水量主要發(fā)生在美國本土地區(qū)，2021年美國本地共消耗127億升水，其他國家地區(qū)共消耗36.8億升水，前者占到了谷歌全球數(shù)據(jù)中心總耗水量的78%。谷歌為達(dá)到2030年制定的用水目標(biāo)，提出了三項(xiàng)用水策略：1）強(qiáng)化用水責(zé)任，加強(qiáng)谷歌辦公園區(qū)和數(shù)據(jù)中心的水資源管理；2）保護(hù)地區(qū)水資源，平衡耗水量與補(bǔ)水量關(guān)系，改善地區(qū)水流域的生態(tài)健康，支持水資源緊張地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)項(xiàng)目；3）發(fā)展相關(guān)水資源的技術(shù)應(yīng)用，向公眾開放用于水資源預(yù)測、預(yù)防和恢復(fù)的相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)。Meta承諾到2030年實(shí)現(xiàn)水資源正效益，即該公司在全球范圍內(nèi)的總補(bǔ)水量超過總耗水量，并承諾在高水壓地區(qū)的補(bǔ)水量是其耗水量的2倍，在中水壓地區(qū)的補(bǔ)水量與耗水量相同。Meta的耗水量主要來自數(shù)據(jù)中心冷卻用水，超過99%的數(shù)據(jù)中心用水來自市政供水。2021年Meta數(shù)據(jù)中心總耗水量為24.1億升，其中用水量為34.2億升，排水量為10.1億升。 2021年Meta數(shù)據(jù)中心對外部環(huán)境的總補(bǔ)水量為23.4億升，到2030年全年總補(bǔ)水量將達(dá)到37.9億升。Meta數(shù)據(jù)中心在2018年至2021年期間的用水效率指標(biāo)（WUE）分別為0.27L/kWh （2018年）、0.27L/kWh（2019年）、0.30L/kWh（2020年） 和0.26L/kWh（2021年）。2021年用水效率提升的原因?yàn)镸eta數(shù)據(jù)中心采用了一種稱之為State Point Liquid Cooling System （SPLC）制冷模式，該模式的WUE數(shù)值比普通制冷模式提高80%。Meta 為達(dá)到2030年水資源正效益目標(biāo)，提出了三項(xiàng)用水策略：2）提高數(shù)據(jù)中心的用水效率（WUE）； 3）發(fā)展數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)的補(bǔ)水項(xiàng)目。綜上所述，隨著“東數(shù)西算”大型工程的啟動(dòng)、《新型數(shù)據(jù) 中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》等國家政策的發(fā)布， 數(shù)據(jù)中心的綠色低碳發(fā)展日益受到鼓勵(lì)和重視。本文結(jié)合國內(nèi)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，從鼓勵(lì)中國互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)出海的角度出發(fā)，認(rèn)為應(yīng)從政策和技術(shù)兩方面提出針對大型數(shù)據(jù)中心的用水策略。從中央到地方，相關(guān)數(shù)據(jù)中心的用水政策正在逐步出臺(tái)并落地。2022年至2023年發(fā)改委聯(lián)合各相關(guān)部委相繼印發(fā)了 《“十四五”節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃》與《“十四五”水安全保障規(guī) 劃》，要求堅(jiān)持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力” 的治水思路。2022年10月內(nèi)蒙古烏蘭察布市出臺(tái)了《關(guān)于禁 止集寧區(qū)大數(shù)據(jù)企業(yè)使用地下水冷卻降溫的通知》，要求“轄區(qū)內(nèi)大數(shù)據(jù)企業(yè)一律禁止使用地下水冷卻降溫”。除上述政策外，還可以在以下三個(gè)方面進(jìn)行政策引導(dǎo)：1）制定更嚴(yán)格的WUE標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)，并對達(dá)標(biāo)或超標(biāo)的數(shù)據(jù)中心給予獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰；2）建立用水定額和計(jì)價(jià)制度，使數(shù)據(jù)中心的用水成本與其用水量成正比；3）鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心與其他行業(yè)和部門進(jìn)行用水協(xié)同和共享，例如利用農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等領(lǐng)域的中水或廢水來滿足數(shù)據(jù)中心的用水需求；同時(shí)將數(shù)據(jù)中心的冷卻水或廢熱用于溫室種植、漁業(yè)養(yǎng)殖、供暖供熱等用途。通過以下技術(shù)途徑降低數(shù)據(jù)中心的用水需求和損耗：1、循環(huán)水再利用，即循環(huán)水排污水去除金屬離子、酸根離子、膠體、 懸浮物、細(xì)菌、微生物等污染物且pH值呈弱堿性時(shí)，其水質(zhì) 與循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行水質(zhì)基本相同，可進(jìn)行再次循環(huán)冷卻使用； 2、采用更先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)和設(shè)備，如在沙漠地區(qū)的數(shù)據(jù)中心采用浸沒式液冷技術(shù)，沿海地區(qū)數(shù)據(jù)中心發(fā)展水下數(shù)據(jù)中心等； 3、采用智能化和數(shù)字化管理系統(tǒng)來監(jiān)測和優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行狀態(tài)，提高運(yùn)維過程中的用水效率。 來源：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用
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