关于在青岛市建设海底数据中心的探讨

文/蒋永建 王熙

一、引言

近年来，我国数据中心高速发展，据中国信息通信研究院发布的《数据中心白皮书（2022年）》，2021年我国数据中心机架数达到520万架，近三年年均复合增长率超过30%。同时，数据中心被称为“云上电老虎”，2021年我国数据中心耗电量占全国总用电量的2.6%，年度耗电量还在不断快速增长。为此，国家启动“东数西算”工程，并鼓励各地探索利用海底、河流、湖泊沿岸等特殊地理条件，因地制宜促进数据中心节能降耗。

海底数据中心是将服务器等信息基础设施安装在海底密封的压力容器中，利用流动海水进行散热，并利用海底复合缆供电且将数据回传至互联网的新型数据中心。海底数据中心具有节能、节地、低时延、安全可靠等显著的绿色低碳特征和多方面的优点，符合行业绿色低碳发展趋势，可以有效满足“东数西算”大格局下东部沿海城市对低时延数据的处理需求，具有巨大的发展潜力。

二、海底数据中心发展现状

全球首个海底数据中心于2015年由美国微软公司研制，并完成了为期4个月的水下测试。2018年微软公司在英国苏格兰奥克尼群岛开展第二阶段测试，2020年7月完成为期两年的测试。测试结果显示，海底数据中心的PUE为1.07，故障率是地面数据中心故障率的八分之一。

国内海底数据中心起步相对较晚，但发展迅速。2020年8月，国内行业龙头企业北京海兰信数据科技股份有限公司和联想、中通服、奇安信、海南移动等公司联合宣布在海南自贸港建设海底数据中心项目。2021年12月，全国首个商用海底数据中心落户海南三亚，项目总投资56亿元，计划分为三期完成100个数据舱布放和岸站建设，项目首个海底数据舱已于2022年2月11日在天津港保税区临港特种设备制造场地开工建造。

此外，我国沿海城市正在加紧筹划新建一批海底数据中心项目，广东省深圳市已对大鹏新区、深汕合作区进行了实地考察；海南省除三亚市外，另一处昌江项目正在申请海域使用许可，海底数据中心正面临着前所未有的发展机遇。

三、在沿海城市推广建设海底数据中心的优势分析

（一）海底数据中心是满足沿海城市对低时延数据处理需求的有效途径

我国正在大力推行“东数西算”工程，将大型、超大型数据中心逐渐向中西部可再生能源丰富、气候适宜地区转移，主要用于后台加工、离线分析、存储备份等对网络时延要求不高的业务。而对于网络游戏、金融结算等需要高频次调用、对网络时延要求较高的业务，还是只能通过位于当地的高性能数据中心进行处理。因此，在沿海城市研究并建设海底数据中心，可以充分发挥城市临海而立的突出优势，满足当地经济社会发展对低时延数据中心的需求。

（二）海底数据中心符合行业绿色低碳发展要求

数据中心作为公认的高耗能行业，耗电量巨大。2021年我国数据中心耗电量达到2166亿千瓦时，占全社会用电量的2.6%左右，二氧化碳排放量约1.35亿吨，占全国二氧化碳排放量的1.14%左右。预计到2025年全国数据中心耗电量将达到3500亿千瓦时，约占全社会用电量4%。

为此，2021年7月，工业和信息化部发布《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），明确提出到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12月，国家发展改革委等四部门联合发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》，提出新建大型、超大型数据中心电能利用效率不高于1.3，逐步对电能利用效率超过1.5的数据中心进行节能降碳改造。鼓励探索利用山洞、山体间垭口、海底、河流湖泊沿岸等特殊地理条件发展数据中心，充分发挥气候水文和地形地貌等自然条件天然优势，因地制宜促进数据中心节能降耗。

（三）海底数据中心具有明显的比较优势

根据相关研究，与陆上数据中心相比，海底数据中心具有以下优势：一是节能。利用海水冷却，可以减少能耗30%以上，能源利用效率（PUE）值可达到1.076，符合我国新建大型及以上数据中心PUE低于1.3的要求。二是节地节水。海底数据中心岸上场站占地仅为陆上数据中心的1/3；一个拥有1万个标准机架的大型数据中心每年可节约用水200万立方米。三是集约高效用海。布放海域可以包容海洋牧场、养殖网箱等渔业设施；海底数据中心还可以与海上风力发电、海上石油开采等生产活动互相服务。四是安全可靠。海底数据中心数据舱内充满惰性气体，恒温、恒湿、恒压，无氧、无尘、无人鼠侵犯，故障率仅为陆上数据中心的1/8。五是成本低。据国内行业龙头企业海兰信测算，一万个标准机架规模下，海底数据中心的综合成本较陆上数据中心低29%，运维成本低22%。六是快速部署。采用模块化生产全预制模式，如三亚示范项目计划在90天内完成从工厂安装、调试到投入实际运行。七是低时延。在沿海城市布局，距离核心用户通常在100公里以内，可以更好地满足用户低时延业务需求。

（四）国内企业拥有建设海底数据中心的全部关键技术储备

国内龙头企业北京海兰信数据科技股份有限公司与国际巨头微软公司在这一领域处于并跑阶段，掌握了海底网、常压潜水、海底接驳、封闭容器制冷、海洋生物防腐、长距离输电等全部关键技术，拥有专利100余项，该公司加拿大团队参与了微软海底数据中心的设计，技术水平全球先进。

同时，我国自主设计建造的海底数据中心数据舱通过了两轮测试。多家机构对测试进行了鉴定，清华大学传热与能源利用北京重点实验室出具了《海兰信海底数据中心能耗测试报告》，测定单舱PUE值为1.076。青岛环海海洋工程勘察研究院出具了《海底数据中心项目海洋生态环境影响评估报告》，认定海底数据中心环境友好。中国信息通信研究院出具了《海底数据中心与岸基的私有网络性能测试检测报告》，认定海底数据中心属于互联网数据中心最高级别，可以承载对时延性、互通量要求最高的业务。

四、青岛市建设海底数据中心的条件分析

据调查，截止到2021年1月底，青岛市已建成标准机架2.4万个，与《数字青岛2022年行动方案》要求的4万个还存在较大的缺口。此外，青岛市数字经济发展强劲，产业数字化转型不断加快，正在着力打造世界工业互联网之都，需要大量数据中心提供底座支撑。同时，全市已建成并投入运营的数据中心PUE平均值约为1.42，能耗指标普遍偏高，尤其是小型数据中心能耗指标更高，急需采用新型绿色数据中心进行改造或替代。

（一）青岛具备建设海底数据中心的良好基础

青岛是我国重要的海洋中心城市，海洋经济和科技实力雄厚，区域经济基础好，数字经济发展形势良好，产业数字化转型持续推进，“世界工业互联网之都”品牌影响日益扩大，具有建设海底数据中心的现实需求和产业基础。青岛海洋工程建筑业、海洋交通运输业、海底电缆制造等新兴行业发展势头强劲，海洋工程装备制造业水平一流，可以为海底数据中心的建设提供强力的技术支撑。

同时，青岛作为我国北方唯一一个国际海底光缆登陆城市，具备打造国际通信数据港、实现“一带一路”国家国际通信业务在青岛汇聚和交换的条件。可以探索建设离岸数据中心，以海底数据中心的形式建设跨境大数据存储处理基地和国际数据枢纽港。

（二）青岛近海海域地质条件较为适合海底数据中心建设

一是大部分海底地貌形态较为单一，海底地形较为平坦，适合布置海底设施。青岛市海域面积1.22万平方公里，海岸线863公里，其中大陆海岸线730公里，拥有胶州湾、胶南琅琊湾、鳌山湾、灵山湾、崂山湾、丁字湾等海湾49处。近海海域浅海区水深多在64m以浅，近岸20m水深以外海底缓倾，等深线分布较为均匀，大部分等深线与岸线基本平行。

二是海水温度较低，带走海底数据中心热量较快。海域年平均海水温度约为13.5℃，海水温度的季节性变化较为明显。海域内的潮流基本为往复流，有利于海水更快地带走海底数据中心产生的热量。

总体来看，青岛市大陆海岸线较长，具有较为广阔的可选择空间用于建设海底数据中心，近海海域的地质条件适合海底数据中心的布放建设。

（三）青岛西海岸新区区位优势分析

青岛西海岸新区内布局有山东自贸试验区青岛片区，实施范围52平方公里，占山东自贸试验区实施范围的43.3%。同时辖区内还布局有青岛前湾综合保税区、青岛西海岸综合保税区、青岛经济技术开发区、青岛国际经济合作区（中德生态园）等多个功能区，政策叠加优势明显。辖区内海工装备、家电电子、机械装备、影视文化等产业基础良好，数字化转型加快。2021年，辖区内数字经济核心产业实现营业收入同比增长20.7%，产业数字化转型需求空间大。青岛西海岸新区拥有海域面积5000平方公里，海岸线282公里，占据青岛海岸线长度的36%，拥有渔港码头停泊点58个，海域条件优良。

五、发展建议

建设海底数据中心符合行业发展趋势和我国相关政策要求，符合数字经济发展和产业数字化转型实际需要。青岛市拥有良好的产业基础和海域地质条件，较为适合海底数据中心的建设。为推动先行先试，加快试点项目早日落地实施，提出以下建议。

一是加强宣传引起关注。海底数据中心作为新型基础设施，融合了大数据和海洋工程技术要求，具有多方面的的优点。但目前电信运营商和互联网企业对其的了解并不深入，对工程建设投资、设施运营维护及安全性还存在一定的顾虑，应进一步加大宣传，引起应用机构和沿海城市的广泛关注，逐步得到全面认可。

二是加快研究统筹规划。开展专题调查研究，结合我国和山东省数据中心整体布局，充分考虑青岛市数据中心实际需求和行业发展趋势，对全市沿海区（市）海底数据中心进行统一布局规划，分区域、分规模、分步骤推进海底数据中心建设。

三是加大政策支持力度。研究设立专项资金支持政策，对海底数据中心建设给予资金补贴，对所购置设备给予首台套保险补偿财政扶持，对相关创新成果纳入政府采购目录。发挥投资基金引导作用，鼓励社会资本投入，撬动金融和社会资本支持海底数据中心建设。

四是强化关键技术积累。加大技术研发投入，支持海底数据中心关键核心技术实现突破。加强海洋工程技术支撑，加快实现海底数据舱、水下运维装备本地制造，提高海底数据中心建设及运行维护能力。研究利用潮汐发电、海上风电等海上可再生能源,实现海底数据中心的零碳排放。结合海洋渔业、海上油气开采等活动，不断增强对海上生产设施的配合和服务能力。

五是推动试点项目早日实施。围绕建设全球海洋中心城市、打造世界工业互联网之都等战略部署，落实青岛低时延数据中心核心区建设任务，以青岛西海岸新区沿海为重点目标区域，加紧开展选址研究，进行示范性工程方案论证，推动项目加快建设并投入运营，发挥示范引领作用。