【ODCC专家视角】数据中心绿色技术及其发展研究之二 xUE的研究

本文提出了数据中心在制冷、供配电和ICT设备等方面的绿色技术，并指出通过对xUE系列指标的分析可以了解PUE参数的局限性。认为能源使用效率（PUE）并不是我们追求的最终目标，但不会影响我们对于绿色技术的创新和使用。指出未来我们需要不断加大技术、标准和政策等各方面的投入力度，才能实现中国数据中心的绿色健康发展。

1.PUE的概念

2007年，绿色网格（TGG）首次在数据中心领域提出了PUE的概念。此后，PUE逐渐成为国际上比较通行的数据中心电力使用效率衡量指标，也是考察数据中心绿色、节能、环保水平的重要指标。PUE是一个比率，越接近1表明能效水平越好，其计算公式为：

PUE =数据中心总能耗/IT设备能耗（1）

数据中心的总能耗是维持数据中心正常运行的所有能耗，包括IT设备、制冷设备、供配电系统和其他设施的能耗的总和。如果数据中心所在建筑同时用于办公等其他用途，则办公等所消耗的电能不包括在数据中心总能耗中。在数据中心中，只有IT设备的能耗被认为是“有意义”的电能。PUE的实际含义是计算在提供给数据中心的总电能中，有多少电能是真正应用到IT设备上。

2.其他参数概念

2.1可再生能源利用率

可再生能源是指在自然界中可以循环再生的能源，主要包括太阳能、风能、水能、生物能、地热能和海洋能等。可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。与可再生能源相对的是煤、石油等化石燃料及核能[3]。

可再生能源利用率（RER）用于衡量数据中心利用可再生能源的情况，以促进太阳能、风能、水能等可再生、无碳排放或极少碳排放的能源利用。

RER的定义为：

RER =可再生能源供电/数据中心总耗电（2）

2.2 CUE和WUE

TGG分别在其32号和35号白皮书对碳使用效率（CUE）和水使用效率（WUE）进行了定义和解释。一般来讲，数据中心的能源都来自于电网，不会产生本地CO2，那么CUE被定义为：

CUE =整个数据中心能耗产生的CO2排放/IT设备能耗（3）

在（3）中，整个数据中心能耗与PUE计算公式中的分子是一样的参数，所以CUE的单位是kg/kWh。

数据中心的WUE被定义为：

WUE =数据中心每年的水使用量/IT设备能耗（4）

可见，WUE的单位是L/kWh。

CUE能够帮助数据中心的管理人员更好地了解和衡量基础设施产生的温室气体排放量以及影响，而WUE则是能够让工作人员更好地了解和衡量对水资源的使用。它们跟PUE一起，形成xUE系列参数，用以衡量和比较数据中心的绿色化水平。

3.PUE的局限性

3.1绿色技术对PUE的影响

毫无疑问，绿色技术的使用将降低数据中心的总耗电P总，和ICT设备的总耗电PIT，假设制冷、供配电、ICT等绿色技术减少的总耗电量为⊿ P总，而单纯ICT绿色技术减少的总耗电量为⊿ PIT，则会产生（5）：

PUE绿色= (P总-⊿ P总)/(PIT-⊿ PIT)（5）

可以得到使用了绿色技术后的PUE绿色与原来PUE的差值为：

PUE绿色-PUE= (P总-⊿ P总)/(PIT-⊿ PIT)-P总/PIT

=(P总* ⊿ PIT-PIT* ⊿ P总)/ [(PIT- ⊿ PIT)*PIT]（6）

整理可以得：

(PUE绿色-PUE) * (PIT- ⊿ PIT)= (P总* ⊿ PIT-PIT* ⊿ P总)/PIT

=PUE*⊿PIT-⊿P总（7）

能够确定的是，PIT-⊿PIT>0，由此可以得到结论：

(1) 当⊿P总/⊿PIT>PUE时，PUE绿色–PUE< 0 ，绿色技术的使用将带来PUE绝对值的降低。

(2) 当⊿P总/⊿PIT<PUE时，PUE绿色–PUE> 0, 绿色技术的广泛使用将带来PUE绝对值的升高。

可见，各种绿色技术的使用给PUE带来的影响是不确定的。很可能会出现使用了较多的绿色技术，但PUE反而升高的情况。此时作为一个指标，PUE显现出一定局限性，如何避免这种局限性需要进一步研究。

3.2 波谷用电对PUE的影响

电力是一种难以储存或储存成本很高的特殊商品，应该尽量做到即时生产、即时消费。早在2010年，发改委、电监会等六部委就联合印发《电力需求侧管理办法》，针对电力需求侧提出了16项定性或定量的管理和激励措施，其中提到“将推动并完善峰谷电价制度，鼓励低谷蓄能”等，该《办法》已于2011年1月1日起实施。

该《办法》促使IDC企业积极采用蓄冰池等技术来充分使用波谷电进行制冷蓄能，这样既贯彻了政府的政策，也会在一定程度上降低数据中心的制冷费用，是一个降低运营成本的很好的做法。这种方式将高峰用电转移到低谷时段，既缓解了高峰电力供需缺口，又促进了电力资源的优化配置，是一项“削峰填谷”的双赢策略。但是对于数据中心来说，是否进行波谷蓄能对总的制冷量和总的电能消耗的影响不会太大，所以这种方式在PUE上不一定会体现出来。但是很明显，这种方式对整个社会的用电平衡具有积极的贡献[4]。

作者：

郭亮

中国信通院云大所数据中心研究部主任工程师

ODCC测试认证工作组组长

GuoLiang@dceco.cn

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