提高數(shù)據(jù)中心能源可持續(xù)性:短期與長期策略

提高數(shù)據(jù)中心能源可持續(xù)性:短期與長期策略

數(shù)據(jù)中心的能源使用,正受到媒體和監(jiān)管機構(gòu)越來越嚴格的審查。雖然數(shù)據(jù)中心目前消耗全球1%的電力,但分析師預測到2030年消耗量將增長到8%。原因包括:企業(yè)正在數(shù)字化商業(yè)模式,增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實等數(shù)字服務需要更多處理能力,以及消費者對流媒體服務的持續(xù)熱愛。

能源可持續(xù)性術語

以下是能源可持續(xù)性常用術語:二氧化碳(Co 2)排放:來自化石燃料消耗或水泥制造產(chǎn)生的排放。根據(jù)歐盟統(tǒng)計局的數(shù)據(jù),其包括固體、液體和氣體燃料燃燒以及氣體燃燒過程中產(chǎn)生的排放物。溫室氣體排放:導致全球變暖和氣候變化的七種不同氟化和非氟化氣體的排放。Co 2和甲烷是非氟化氣體。碳足跡:個人、組織、活動、服務、場所和產(chǎn)品產(chǎn)生的溫室氣體排放總量。衡量組織的碳足跡是通過確定組織(范圍1)及其上游(范圍2)和下游活動(范圍3)產(chǎn)生的溫室氣體排放來確定的。

該范圍界定系統(tǒng)由溫室氣體協(xié)議開發(fā),以便組織可以跟蹤和量化排放量,使之能夠確定總排放量的基線,并努力減少排放量。有了數(shù)字平臺幫助計算碳足跡,這一具有挑戰(zhàn)性的過程變得更加容易。

碳中和:抵消溫室氣體排放的過程。包括避免排放或購買碳抵消等活動。凈零排放:消除地球大氣中與人類和組織活動產(chǎn)生的溫室氣體數(shù)量相同的溫室氣體。對氣候有利:超越凈零排放,并從大氣中去除額外的Co 2??沙掷m(xù)能源:使用清潔的、對環(huán)境幾乎沒有負面影響的可再生能源。能源可持續(xù)性:確保提供符合社會和環(huán)境要求的充足、可靠、負擔得起的能源。

此外,即將出臺的法規(guī)將對能源效率低下的數(shù)據(jù)中心征稅。

歐盟(EU)呼吁數(shù)據(jù)中心到2030年實現(xiàn)碳中和。歐盟還在起草一項《綠色協(xié)議》,到2030年將整個數(shù)據(jù)中心行業(yè)的凈溫室氣體排放量減少至少55%。即將出臺的立法的前景,促使歐洲數(shù)據(jù)中心運營商提前執(zhí)行任務。2021年,歐洲數(shù)據(jù)中心運營商和其他組織簽署了《氣候中和數(shù)據(jù)中心公約》,承諾到2030年實現(xiàn)氣候中和。該組織目前有100多家數(shù)據(jù)中心運營商和貿(mào)易協(xié)會,承諾購買100%無碳能源,優(yōu)先考慮用水、再利用和維修服務器,用可衡量的目標證明能源效率,并尋找回收熱量的方法。

在美國,《2020年能源法》呼吁行業(yè)在能效研究和最佳實踐方面進行合作。此類活動往往是未來監(jiān)管的一項指標。

因此,數(shù)據(jù)中心所有者和運營商正在尋求通過在監(jiān)管要求之前實現(xiàn)能源可持續(xù)性,以適應未來的業(yè)務模式和運營。這意味著確保他們能夠長期獲得滿足商業(yè)、社會、監(jiān)管和環(huán)境要求的能源。

實現(xiàn)能源可持續(xù)性沒有單一的策略

顯然,實現(xiàn)能源可持續(xù)性是一個持續(xù)的過程,數(shù)據(jù)中心所有者和運營商沒有通用的策略可以遵循。行業(yè)組織采取的路徑將取決于多種因素,包括其位置、資本、能源來源、監(jiān)管制度等等。與規(guī)模較小的同行相比,資金雄厚的超大規(guī)模企業(yè)和托管企業(yè)顯然可以使用不同的技術和流程。

以下是數(shù)據(jù)中心運營商和企業(yè)可以用來實現(xiàn)能源可持續(xù)性的一些不同的短期和長期戰(zhàn)略。計算能源消耗:如果團隊不完全了解當前的消耗、浪費和改進機會,組織就很難提高能源的可持續(xù)性。數(shù)據(jù)中心基礎設施管理(DCIM)解決方案使團隊能夠全面了解其電源鏈、監(jiān)控設備電源使用情況,并獲取可用于規(guī)劃改進的數(shù)據(jù)。采用云基礎設施和服務:優(yōu)先采用云計算的企業(yè)可以將大部分碳排放轉(zhuǎn)移給合作伙伴。其不產(chǎn)生范圍1排放,而是消費范圍3排放所涵蓋的服務。此外,超大規(guī)模服務器的能源效率令人難以置信。例如,Google在其所有大型數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(PUE)得分為1.1,而Microsoft在其較新設施中的PUE得分為1.12。減少碳排放只是企業(yè)增加對云基礎設施和其他服務的使用,甚至完全退出數(shù)據(jù)中心業(yè)務的眾多原因之一。使用更高效的硬件和設備:虛擬化技術、淘汰僵尸服務器以及改進電源管理和分配,這些策略可以幫助數(shù)據(jù)中心提高能源效率并降低其PUE分數(shù)。

虛擬化技術,如服務器、存儲等,可以減少3%到90%的能耗,具體取決于部署的范圍、用于確定能源使用的計算方法以及是否應用機器學習。虛擬化技術增加了機架的功率密度,因此也需要新的電源和冷卻改進。

改進冷卻策略:數(shù)據(jù)中心冷卻正在經(jīng)歷復興。運營商現(xiàn)在有多種選擇,包括直接到芯片、兩相浸泡、地熱、微通道液體、微對流和校準矢量冷卻。選擇合適的冷卻技術具有挑戰(zhàn)性,而且新投資的成本很高。合作伙伴可以通過將冷卻技術與組織的業(yè)務目標、站點和技術要求相匹配來支持運營商。液體冷卻越來越受歡迎,因為其比空氣冷卻更有效且更經(jīng)濟,可以冷卻用于處理密集型工作負載的高密度機架。

采用更多可再生能源

可再生能源本質(zhì)上是可持續(xù)的。風能、太陽能、水電、地熱能等能源可以持續(xù)產(chǎn)生和補充,且碳排放量低。如果數(shù)據(jù)中心大規(guī)模部署,使用可再生能源可以幫助節(jié)省成本。

目前,對于數(shù)據(jù)中心而言,可再生能源的可預測性還不夠強大。因為數(shù)據(jù)中心的流程一直處于在線狀態(tài),并受嚴格的服務級別協(xié)議(SLA)管理,以實現(xiàn)高可用性。

有幾種方法可以使用更多的可再生能源,遠離化石燃料,同時仍然保護始終在線的數(shù)字運營。將可再生能源與氫燃料電池結(jié)合使用:當可再生能源不能完全可用時,燃料電池會產(chǎn)生氫氣,并使用其為數(shù)據(jù)中心技術提供動力。這是超大規(guī)模企業(yè)正在探索的一種新興方法。Microsoft最近測試了一種氫燃料電池系統(tǒng),以提供備用電源,并設想其將取代備用柴油發(fā)電機。Amazon和IBM等企業(yè)也在研究這項技術。部署儲能技術:最近的創(chuàng)新,例如長壽命鋰離子電池的大規(guī)模商業(yè)化,使更多組織有望大規(guī)模捕獲和儲存能量。儲能方案包括鋰離子電池儲能系統(tǒng)(BESS),該系統(tǒng)可捕獲可再生能源以備將來使用,并提供始終在線、始終可用的備用電源。與能源管理系統(tǒng)(EMS)配合使用時,BESS使組織能夠使用更廣泛的可再生能源,為手頭的工作選擇合適的能源,并參與微電網(wǎng)服務。這意味著組織可以控制其使用哪種能源以及何時使用,從而使之能夠?qū)崿F(xiàn)性能、成本和可持續(xù)性目標。

其他選項包括飛輪儲能系統(tǒng),該系統(tǒng)可以存儲動能,并提供數(shù)小時的備用電源,且不會降低性能。這意味著其可以無限循環(huán)。飛輪系統(tǒng)不是可再生能源的一種形式,但碳排放量低,因此作為備用電源很有吸引力。然而,這些系統(tǒng)的放電時間短,容易產(chǎn)生機械應力,并且具有潛在的危險故障模式。

此外,熱能儲存可以捕獲、儲存多余的熱能,并在未來使用。技術包括顯熱儲存,其可以提高或降低儲存容器中介質(zhì)的溫度;另一方面,潛熱儲存利用材料的相變來儲存熱量。這些策略可能比在數(shù)據(jù)中心園區(qū)使用獨立的BESS或BESS網(wǎng)絡更麻煩。

能夠儲存能源使組織能夠使用更多的可再生能源,提高能源效率,并提高業(yè)務連續(xù)性和彈性。

部署其他創(chuàng)新策略

在計算PUE數(shù)據(jù)、改進設備和使用可再生能源后,團隊仍未完成。以下是一些其他可以付諸實施的創(chuàng)新策略:戰(zhàn)略選址:超大規(guī)模企業(yè)可能會選擇將新設施選址在靠近可再生能源的地方,如風能、水力發(fā)電或太陽能。如此,便可以將這些豐富的可再生能源整合到整體能源結(jié)構(gòu)中?;厥蘸驮倮脽崃浚簲?shù)據(jù)中心技術會釋放出大量熱量,這些熱量通常會釋放到空氣中,然后在空氣中冷卻并再利用。然而,如果通過熱泵回收并通過熱交換器傳輸,熱空氣可以用于其他用途,如為附近的建筑物供暖。一個挑戰(zhàn)是產(chǎn)生的熱量是低溫的,社區(qū)必須有區(qū)域供熱系統(tǒng)來接受數(shù)據(jù)中心的余熱。然而,數(shù)據(jù)中心的余熱是通過電力產(chǎn)生的,而建筑物是由天然氣供電的。因此,社區(qū)有動力接受余熱,因為可以用它來使供暖操作脫碳。使用先進技術優(yōu)化能源使用:數(shù)據(jù)中心運營商正在使用人工智能(AI)和機器學習(ML)算法來實現(xiàn)多種目的,包括提高能源效率。Equinix表示,AI/ML模型使數(shù)據(jù)中心團隊能夠主動管理PUE;評估人工變更對資產(chǎn)參數(shù)的影響;確定最佳的操作參數(shù),以實現(xiàn)預期的資產(chǎn)結(jié)果;并預測和優(yōu)化用水效率(WUE),即每年現(xiàn)場用水量與IT設備消耗的能源之比。這個過程幫助團隊減少能源消耗和成本。

實現(xiàn)能源可持續(xù)性有許多不同的選擇,但如何制定最佳戰(zhàn)略,并平衡短期和長期的需求呢?希望這篇文章能給予幫助。

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2023-04-12
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