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(jī)構(gòu)越來越嚴(yán)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(yù)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字服務(wù)需要更多處理能力，以及消費(fèi)者對流媒體服務(wù)的持續(xù)熱愛。

能源可持續(xù)性術(shù)語以下是能源可持續(xù)性常用術(shù)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(jì)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(dǎo)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(gè)人、組織、活動(dòng)、服務(wù)、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(dòng)（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(tái)幫助計(jì)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(dòng)。

凈零排放：消除地球大氣中與人類和組織活動(dòng)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。

可持續(xù)能源：使用清潔的、對環(huán)境幾乎沒有負(fù)面影響的可再生能源。

能源可持續(xù)性：確保提供符合社會(huì)和環(huán)境要求的充足、可靠、負(fù)擔(dān)得起的能源。

此外，即將出臺(tái)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(shí)現(xiàn)碳中和。歐盟還在起草一項(xiàng)《綠色協(xié)議》，到2030年將整個(gè)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(tái)的立法的前景，促使歐洲數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商提前執(zhí)行任務(wù)。2021年，歐洲數(shù)據(jù)中心運(yùn)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(shí)現(xiàn)氣候中和。該組織目前有100多家數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商和貿(mào)易協(xié)會(huì)，承諾購買100%無碳能源，優(yōu)先考慮用水、再利用和維修服務(wù)器，用可衡量的目標(biāo)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(shí)踐方面進(jìn)行合作。此類活動(dòng)往往是未來監(jiān)管的一項(xiàng)指標(biāo)。

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

實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)性沒有單一的策略顯然，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)性是一個(gè)持續(xù)的過程，數(shù)據(jù)中心所有者和運(yùn)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(shù)和流程。 以下是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商和企業(yè)可以用來實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)性的一些不同的短期和長期戰(zhàn)略。

計(jì)算能源消耗：如果團(tuán)隊(duì)不完全了解當(dāng)前的消耗、浪費(fèi)和改進(jìn)機(jī)會(huì)，組織就很難提高能源的可持續(xù)性。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理（DCIM）解決方案使團(tuán)隊(duì)能夠全面了解其電源鏈、監(jiān)控設(shè)備電源使用情況，并獲取可用于規(guī)劃改進(jìn)的數(shù)據(jù)。

采用云基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)：優(yōu)先采用云計(jì)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(fèi)范圍3排放所涵蓋的服務(wù)。此外，超大規(guī)模服務(wù)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(shè)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(chǔ)設(shè)施和其他服務(wù)的使用，甚至完全退出數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的眾多原因之一。

使用更高效的硬件和設(shè)備：虛擬化技術(shù)、淘汰僵尸服務(wù)器以及改進(jìn)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?jǐn)?shù)。

虛擬化技術(shù)，如服務(wù)器、存儲(chǔ)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(jì)算方法以及是否應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)。虛擬化技術(shù)增加了機(jī)架的功率密度，因此也需要新的電源和冷卻改進(jìn)。

改進(jìn)冷卻策略：數(shù)據(jù)中心冷卻正在經(jīng)歷復(fù)興。運(yùn)營商現(xiàn)在有多種選擇，包括直接到芯片、兩相浸泡、地?zé)?、微通道液體、微對流和校準(zhǔn)矢量冷卻。選擇合適的冷卻技術(shù)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(shù)與組織的業(yè)務(wù)目標(biāo)、站點(diǎn)和技術(shù)要求相匹配來支持運(yùn)營商。液體冷卻越來越受歡迎，因?yàn)槠浔瓤諝饫鋮s更有效且更經(jīng)濟(jì)，可以冷卻用于處理密集型工作負(fù)載的高密度機(jī)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(fēng)能、太陽能、水電、地?zé)崮艿饶茉纯梢猿掷m(xù)產(chǎn)生和補(bǔ)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(yù)測性還不夠強(qiáng)大。因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的流程一直處于在線狀態(tài)，并受嚴(yán)格的服務(wù)級(jí)別協(xié)議（SLA）管理，以實(shí)現(xiàn)高可用性。 有幾種方法可以使用更多的可再生能源，遠(yuǎn)離化石燃料，同時(shí)仍然保護(hù)始終在線的數(shù)字運(yùn)營。

將可再生能源與氫燃料電池結(jié)合使用：當(dāng)可再生能源不能完全可用時(shí)，燃料電池會(huì)產(chǎn)生氫氣，并使用其為數(shù)據(jù)中心技術(shù)提供動(dòng)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(shè)想其將取代備用柴油發(fā)電機(jī)。Amazon和IBM等企業(yè)也在研究這項(xiàng)技術(shù)。

部署儲(chǔ)能技術(shù)：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(chǔ)存能量。儲(chǔ)能方案包括鋰離子電池儲(chǔ)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(shí)，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(wù)。這意味著組織可以控制其使用哪種能源以及何時(shí)使用，從而使之能夠?qū)崿F(xiàn)性能、成本和可持續(xù)性目標(biāo)。

其他選項(xiàng)包括飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以存儲(chǔ)動(dòng)能，并提供數(shù)小時(shí)的備用電源，且不會(huì)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(shí)間短，容易產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，并且具有潛在的危險(xiǎn)故障模式。

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

能夠儲(chǔ)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(wù)連續(xù)性和彈性。

部署其他創(chuàng)新策略在計(jì)算PUE數(shù)據(jù)、改進(jìn)設(shè)備和使用可再生能源后，團(tuán)隊(duì)仍未完成。以下是一些其他可以付諸實(shí)施的創(chuàng)新策略：

戰(zhàn)略選址：超大規(guī)模企業(yè)可能會(huì)選擇將新設(shè)施選址在靠近可再生能源的地方，如風(fēng)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。

回收和再利用熱量：數(shù)據(jù)中心技術(shù)會(huì)釋放出大量熱量，這些熱量通常會(huì)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(gè)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(dòng)力接受余熱，因?yàn)榭梢杂盟鼇硎构┡僮髅撎肌?使用先進(jìn)技術(shù)優(yōu)化能源使用：數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商正在使用人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法來實(shí)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(tuán)隊(duì)能夠主動(dòng)管理PUE;評(píng)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(shí)現(xiàn)預(yù)期的資產(chǎn)結(jié)果;并預(yù)測和優(yōu)化用水效率（WUE），即每年現(xiàn)場用水量與IT設(shè)備消耗的能源之比。這個(gè)過程幫助團(tuán)隊(duì)減少能源消耗和成本。

審核編輯 ：李倩