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      如何提高數據中心能源可持續性

      來源:千家網 作者:Harris編輯 更新時間:2024/3/22 7:30:12

      摘要:數據中心的能源使用情況正受到媒體和監管機構越來越多的關注。雖然數據中心目前消耗了全球1%的電力,但分析師預測,到2030年,這一數字將增長到8%。原因包括:企業正在數字化業務模式,增強現實和虛擬現實等數字服務需要更多的處理能力,消費者對流媒體服務的熱愛持續不斷。   

      數據中心的能源使用情況正受到媒體和監管機構越來越多的關注。雖然數據中心目前消耗了全球1%的電力,但分析師預測,到2030年,這一數字將增長到8%。原因包括:企業正在數字化業務模式,增強現實和虛擬現實等數字服務需要更多的處理能力,消費者對流媒體服務的熱愛持續不斷。
        
        能源可持續性術語
        
        能源可持續性術語可能令人困惑。以下是常用術語的速查表:
        
        二氧化碳(Co2)排放:化石燃料消耗或水泥制造產生的排放。根據歐盟統計局的數據,它們包括固體、液體和氣體燃料燃燒以及天然氣燃燒過程中產生的排放。
        
        溫室氣體排放:七種不同的氟化和非氟化氣體的排放,這些氣體會導致全球變暖和氣候變化。二氧化碳和甲烷是非氟化氣體。
        
        碳足跡:個人、組織、活動、服務、地點和產品產生的溫室氣體總排放量。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)產生的溫室氣體排放量來確定的。該范圍界定系統由溫室氣體議定書開發,以便組織可以跟蹤和量化排放量,從而確定總排放量的基準并努力減少排放量。借助有助于計算碳足跡的數字平臺,這一具有挑戰性的過程變得更容易。
        
        碳中和:抵消溫室氣體排放的過程。包括避免排放或購買碳補償等活動。
        
        凈零:去除地球大氣中與人類和組織活動產生的溫室氣體等量的溫室氣體。
        
        氣候積極:超越凈零排放并從大氣中去除額外的二氧化碳。
        
        可持續能源:使用對環境幾乎沒有或完全沒有負面影響的清潔可再生能源。
        
        能源可持續性:確保提供充足、可靠、負擔得起的能源,符合社會和環境要求。
        
        此外,即將出臺的法規將對能源效率低下的數據中心征稅。
        
        歐盟呼吁數據中心在2030年實現碳中和。歐盟還正在起草一項綠色協議,到2030年將整個數據中心行業的凈溫室氣體排放量減少至少55%。即將出臺的立法推動歐洲數據中心運營商提前完成任務。2021年,歐洲數據中心運營商和其他組織簽署了《氣候中和數據中心公約》,承諾到2030年實現氣候中和。該組織目前擁有多達100家數據中心運營商和行業協會,承諾購買100%無碳能源,優先考慮用水,重復使用和維修服務器,以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年能源法案》呼吁業界在能源效率研究和最佳實踐方面展開合作。此類活動往往預示著未來將出臺的監管規定。
        
        因此,數據中心所有者和運營商正在尋求在監管規定出臺之前實現能源可持續性,以確保其業務模式和運營面向未來。這意味著要確保他們能夠長期獲得符合業務、社會、監管和環境要求的能源。
        
        實現能源可持續性沒有單一戰略
        
        顯然,實現能源可持續性是一個持續的過程,數據中心所有者和運營商沒有一刀切的策略可遵循。行業組織采取的道路將取決于多種因素,包括其位置、資本、能源獲取、監管制度等。資金充足的超大規模企業和主機托管公司顯然可以使用與規模較小的同行不同的技術和流程。
        
        以下是數據中心運營商和企業可以用來實現能源可持續性的一些不同的短期和長期策略。
        
        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可持續性。數據中心基礎設施管理(DCIM)解決方案使團隊能夠全面了解其電力鏈、監控設備用電情況,并獲得可用于規劃改進的數據。
        
        采用云基礎設施和服務:采用云優先的企業可以將大部分碳排放轉移給合作伙伴。他們不會產生范圍1排放,而是使用范圍3排放所涵蓋的服務。此外,超大規模企業非常節能。例如,谷歌所有大型數據中心的電源使用效率(PUE)得分均為1.1,而微軟較新的設施的PUE得分為1.12。減少碳排放只是企業增加使用云基礎設施和其他服務甚至完全退出數據中心業務的眾多原因之一。
        
        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善電源管理和分配,可以幫助數據中心提高能源效率并降低其PUE分數。
        
        虛擬化技術(例如服務器、存儲等)可減少3%至90%的能源消耗,具體取決于部署范圍、用于確定能源使用量的計算方法以及是否應用機器學習。虛擬化技術可提高機架的功率密度,因此也需要新的電源和冷卻改進。
        
        改進冷卻策略:數據中心冷卻正在經歷復興。運營商現在有多種選擇,包括直接到芯片、兩相浸沒、地熱、微通道液體、微對流和校準矢量冷卻。選擇正確的冷卻技術可能具有挑戰性,新投資成本高昂。合作伙伴可以通過將冷卻技術與組織的業務目標以及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,因為它比空氣冷卻更高效、更具成本效益,可用于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
        
        可再生能源本質上是可持續的。風能、太陽能、水力發電、地熱能等能源可以持續生產和補充,并且碳排放量較低。如果數據中心大規模部署可再生能源,則有助于節省成本。
        
        目前,可再生能源對于數據中心來說還不夠可預測,因為數據中心擁有始終在線的流程,并受嚴格的服務水平協議(SLA)的約束,以實現高可用性。
        
        有幾種方法可以使用更多的可再生能源并擺脫化石燃料,同時仍然保護始終在線的數字運營。
        
        使用氫燃料電池作為可再生能源:當可再生能源無法完全利用時,燃料電池會產生氫氣并將其用于為數據中心技術供電。這是超大規模企業正在探索的一種新興方法。微軟最近測試了一種氫燃料電池系統來提供備用電源,并設想它將取代備用柴油發電機。亞馬遜和IBM等公司也在研究這項技術。
        
        部署儲能技術:近期的創新,例如長壽命鋰離子電池的大規模商業化,使更多組織能夠大規模捕獲和存儲能源。儲能選項包括鋰離子電池儲能系統(BESS),該系統可捕獲可再生能源以備將來使用,并提供始終開啟、始終可用的備用電源。與能源管理系統(EMS)搭配使用時,BESS可使組織使用更廣泛的可再生能源,為手頭的工作選擇合適的能源,并參與微電網服務。
        
        這意味著組織可以控制使用哪種能源以及何時使用,從而實現性能、成本和可持續性目標。其他選項包括飛輪儲能系統,該系統可存儲動能并提供數小時的備用電源,且不會降低性能,這意味著它們可以無限循環。飛輪系統不是可再生能源的一種形式,但碳排放量低,因此非常適合用作備用電源。然而,這些系統的放電時間短,容易受到機械應力的影響,并且存在潛在的危險故障模式。
        
        此外,熱能存儲使多余的熱能能夠被捕獲、存儲并在未來使用。技術包括顯熱存儲,它增加或降低存儲容器中介質的溫度;另一方面,潛熱存儲利用材料的相變來存儲熱量。這些策略可能比在數據中心園區使用獨立的BESS或BESS網絡更麻煩。能夠存儲能源使組織能夠使用更多的可再生能源,提高能源效率,并提高業務連續性和彈性。
        
        部署其他創新戰略
        
        計算PUE數據、改進設備和使用可再生能源后,團隊的工作仍未完成。以下是一些其他可以付諸實踐的創新策略:
        
        戰略性地定位設施:超大規模企業可以選擇將新設施建在可再生能源(如風能、水力發電或太陽能)附近。然后,他們可以將這些豐富的可再生能源整合到其整體能源結構中。
        
        回收和再利用熱量:數據中心技術會產生大量熱量,這些熱量通常會釋放到空氣中,然后冷卻并再利用。但是,如果通過熱泵回收并通過熱交換器傳輸,熱空氣可用于其他用途,例如加熱附近的建筑物。
        
        一個挑戰是產生的熱量是低溫的,社區必須有區域供熱系統來接收數據中心的廢熱。然而,數據中心的廢熱是通過電力產生的,而建筑物則由天然氣驅動。因此,社區有動力接受廢熱,因為他們可以利用它來減少供暖運營的碳排放。
        
        使用先進技術優化能源使用:數據中心運營商正在使用人工智能(AI)和機器學習(ML)算法來實現多種目的,包括提高能源效率。AI/ML模型使數據中心團隊能夠主動管理PUE;評估手動更改資產參數的影響;確定最佳操作參數以實現所需的資產結果;并預測和優化用水效率(WUE),即年度站點用水量與IT設備消耗的能源之比。此過程可幫助團隊降低能源消耗和成本。
        
        編輯:Harris
        

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