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数据中心碳中和途径及典型事例

来源:半岛体育官方入口    发布时间:2023-08-02 21:56:34

  近年来,我国数据中心飞速展开。“十三五”期间,全国数据中心机架数量添加超两倍,机架数量达 320 万架,数据中心数量超越7.4万家,占全球的 23%。数据中心事务市场规划打破1200 亿元,阿里、腾讯、华为等职业巨子在全球排名抢先。

  在飞速展开的一起,数据中心高能耗问题凸显。从能耗添加速度上看,我国数据中心耗电量添加率接连八年超越12%,大幅高于全社会用电添加水平,(年)耗电量打破2000亿千瓦时,能耗占全国总用电量的2.7%。据预测,到2030年数据中心机架规划将添加1倍~2倍,动力耗费量翻一番,将占全国总用电量4%以上。

  2021年,工业和信息化部印发《新式数据中心展开三年举动方案(2021-2023年)》提出了详细方针:到2021年末,新建大型及以上数据中心PUE下降到1.35以下。到2023年末,新建大型及以上数据中心PUE下降到1.3以下,酷寒和冰冷区域力求下降到1.25以下。

  自本年2月我国“东数西算”工程正式敞开后,京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地被规划制作成为国家级数据中心集群。更值得重视的是,此次对规划制作的数据中心能耗均提出了低碳作业、绿色展开的要求。例如,《全国一体化算力网络成渝国家纽带节点(四川)施行方案》说到,天府数据中心集群起步区内新建数据中心PUE值(电源运用功率)不高于1.25,绿色低碳等级到达4A级以上,其他区域新建数据中心PUE值不高于1.3。并将推进在建数据中心进行绿色优化,逐渐对PUE值超越1.5的已建数据中心进行节能降碳改造。

  (注:PUE是Power Usage Effectiveness的简写,是点评数据中心动力功率的方针,是数据中心耗费的一切动力与IT负载耗费的动力的比值。PUE = 数据中心总能耗/IT设备能耗,其间数据中心总能耗包含IT设备能耗和制冷、配电等体系的能耗,其值大于1,越挨近1标明非IT设备耗能越少,即能效水平越好。)

  数据中心节能减排作业不只要利于 “双碳”方针的完结,还有利于企业下降本钱和进步竞争力。碳中和现已成为必选项。

  公司和国家都许诺削减碳排放,作为其品牌的一部分。但是,光靠言语是不行的,这些公司, 包含国际上最大的超大规划数据中心公司,正在采纳举动。

  像大多数战略相同,只要当安排高层做出坚决的许诺时,才干采纳必要的举动,包含为领导者供给做出与方针一起的决议方案的权利,并分配资源、职责和问责制。

  太阳能、风能乃至水力发电都是可继续的电力来历,能够下降对煤炭和其他碳密集型燃料的依靠。特斯拉和微软等公司正在测验和布置更高效的电池储能技能,即便没有阳光或风也能够比以往更长时刻地运转数据中心。

  这意味着,假如可再生动力24+7可用,则仅运用本地电网作为首要电源。不然,数据中心能够运用自己的可继续储藏动力。

  由于本钱昂扬,只要具有大型数据中心的最大超大规划公司才干100%自给自足。混合解决方案能够协助弥合这一距离,例如在现场用太阳能和风能弥补当地电力供给。挑选一个接近当地可继续电网的站点应该是挑选数据中心方位的一个要素,并将支撑零碳排放的方针。

  关于数据中心,不只应该负职责地运用绿色电力,而且数据中心需求高效运转。削减碳排放的一种简略办法是地运用更少的电力。战略能够包含自动设备监控等行动,以辨认“僵尸服务器”,它们对功用奉献不大,但仍运用许多资源进行维护。

  数据中心的真实作业是正常运转时刻,客户想要一个绿色数据中心,即便没有完结净零排放,也正在朝着净零排放的方向展开;与此一起,他们希望服务不会削减,他们希望完好的正常运转时刻、速度和数据维护。

  这意味着体系不只有必要是绿色的,而且有必要是牢靠的,而且包含冗余、电源备份和其他维护措施,包含网络安全和物理层安全性,以维护客户财物及其数据。

  Apple 许诺到 2030 年在其供给链、运营和产品中完结彻底碳中和。苹果的数据中心现已完结了碳中和。苹果经过削减和抵消的组合来完结这一方针。它方案与2015年的水平比较,将自己的碳排放量削减75%。它将经过运用“高质量的碳去除项目”来抵消其运营区域,以抵消现在不可防止的碳运用。

  自 2014 年以来,Apple 的一切数据中心都由 100% 可再生动力供电。

  苹果公司坚持100%的可再生动力运营, 专心于创立新项目并将其整个供给链转移到清洁动力。还有70多家供货商许诺运用100%的可再生动力进行苹果产品出产。这些许诺每年将防止超越1430万吨的二氧化碳当量,适当于每年削减300多万辆轿车上路。

  在亚利桑那州、俄勒冈州和伊利诺伊州新建和已完结的项目使 Apple 用于企业运营的可再生动力容量超越 1吉瓦,适当于每年为超越150,000 个家庭供电。现在,苹果为其设备供给的可再生动力中,超越80%来自苹果公司创立的项目。

  Facebook已对其数据中心的每个部分进行了定制化工程规划:装置节水设备,运用本地植物进行景象美化,以及运用最少冷却和电力的工程体系来节省动力和水。

  自2013年以来,Facebook树立的每个数据中心都是用100%清洁和可再生动力运转,任何未来的数据中心也将依照该规范制作。

  谷歌在数据中心脱碳方面做了许多作业。2017年,该公司宣告在其一切事务中完结了100%的可再生动力,包含其数据中心。现在,谷歌云处理的一切数据都完结了零净碳排放。

  除了可再生动力之外,谷歌还运用机器学习来不断优化其数据中心。例如,一种根据前史气候数据练习的算法知道怎么调整数据中心的冷却体系以呼应环境,该体系每5分钟对各种气候条件进行采样,因而假如温度忽然下降,该设备知道要投入更少的能量来冷却服务器。

  微软的方针不只是彻底消除其数据中心对环境的影响,还方案使它们成为负碳。该公司自2012年以来一向坚持碳中和,自2014年以来一向运用100%的可再生动力。微软现已施行了内部碳价格,并向其内部部分收取碳税。此外,到2050年,微软许诺“从环境中去除公司自1975年树立以来直接排放或电力耗费排放的一切碳”。

  微软还一向在出资旨在进步其现有和未来数据中心动力功率的研讨。微软也一向在探究燃料电池作为其数据中心供电的一种手法。与谷歌相同,微软运用机器学习来进步其数据中心根底设备的功率。

  2018年,该公司开端试验海底数据中心,这能够下降或消除冷却和其他动力本钱。这一切都始于Natick项目, 2015年在美国太平洋沿岸水下9米2.4米气缸中为一些Azure作业负载供给服务。微软在2018年跟进了12个服务器机架,该机架坐落一个12米长的容器中,该容器在苏格兰奥克尼群岛的117英尺水域中运转了两年。

  微软标明,这项试验是成功的。特别是它发现其Natick服务器的毛病频率比陆基服务器低八倍,由于它们浸没在氮气中,而且不受任何工程师的搅扰。

  2020年,“Azure Natick Gen 3.12”推出,标明容量发生了逐渐改变。该规划显现了一个300米长的钢结构,可包容12个类似于第2阶段的数据中心气缸。现已提出了总结构的5MW数字,这与它能够包容的144个机架的适当低的功率密度一起。

  (注:2021年12月,北京海兰信数据科技股份有限公司三方签定出资协作协议,海南省大数据局与该公司签定战略协作协议,活跃推进我国首个商用海底数据中心UDC落户三亚。

  海底数据中心项目(UDC)将落地三亚市海棠湾,分为三个阶段,即“2022年前完结5-6个舱布放完结、岸站制作一期等第一期制作,估计出资规划6.5亿;2023-2024年完累计50个舱以及岸站全体制作等第二期作业,估计出资规划28亿;2025年前完结布放100个舱并构成海底数据中心工业链等,直接出资超56亿。)

  腾讯第四代数据中心技能T-Block,能够做到以规范化、产品化、预制化的方法完结数据中心快速交给。土建制作周期缩短 50%,机电交给周期缩短40%,土建+机电全体交给周期仅1 年。在节能方式上,归纳了各种节能技能,把工作、供电模块、IT 模块、制冷模块、光伏发电都打包进“集装箱”,完结超低能耗,PUE 不高于1.3。以具有30 万台服务器的园区为例,比较传统数据中心,一年可节电约 2.5 亿度。

  一起,在体系层面,TencentOS 的悟能体系根据数据中心事务负载自适应设置CPU 调度战略,在保证事务功用的前提下完结最低体系功耗;验证场景中,悟能体系带来约10% 的整机能耗下降,2022-2023 大规划运用后估计节省2 亿度电/ 年。

  为了进步制冷功率,下降数据中心的动力耗费,腾讯数据中心尝试了许多新式节能技能,如天然冷却技能、液冷技能、三联供、余热收回等立异方式。

  腾讯贵安七星数据中心建在坐落我国西南部贵州省的一个山洞里,充沛运用天然低温让空调的运用频率大大下降。第四代数据中心 T-Block 广泛运用先进的自研直接蒸腾冷空调(AHU)技能,运用终年凉快的室外空气结合水喷淋的蒸腾吸热,来替代大型压缩机体系完结低 PUE 运转。咱们也在经过冷板式液冷技能,探究极限能效的数据中心技能方案,现在现已在清远区域进行小规划试点,其极限 PUE能够降至 1.06。

  腾讯上海青浦数据中心在光伏发电的根底上,采纳了天然气“三联供”的绿色技能。腾讯制作了一座天然气发电设备为上海青浦数据中心供电。发电发生的高温热水和热气导入蒸腾冷却设备,出产冷冻水给数据中心降温。冬天,热水还能够给周围工作楼、居民区供暖。经过这种方法大大进步整个体系的一次动力运用率,完结了动力的梯级运用。

  腾讯天津数据中心对服务器发生的余热进行了收回运用。经过热泵,市政管网里的水可加热到 55 度,用于冬天居民供暖。每年能削减 5.24 万吨二氧化碳排放,适当于栽培 286 万棵大树,构成掩盖2500 个足球场面积的森林。该技能还方案推行到张家口怀来,完结当地工作室的清洁采暖与对外供暖。

  阿里巴巴运用抢先的液冷技能和人工智能驱动的算法办理等节能战略,下降自运营的数据中心PUE。在2022财年,咱们自有数据中心的均匀PUE 低至1.247,到达亚洲抢先水平。方针是坚持自有数据中心年均PUE 不超越1.3。

  阿里巴巴将数据中心服务器发生的许多余热循环运用。其间阿里云张北数据中心运用余热对附近工作园区和市政供热。余热运用项目一期供热负荷21MW,估计下一年年末彻底建成后,年减排可达3.2 万吨。一方面经过循环运用延伸硬件运用周期,2022 财年立异服务器数量5万台,另一方面经过拆解作废服务器,循环运用备件,将一切服务器维保延伸至5 年,全年延保2000 万核服务器。

  阿里巴巴自建数据中心选用10kV 沟通输入的直流不间断电源体系,削减了体系66% 的配电环节,比较传统方法全链路功率提高超越3% 至97.5%。该立异设备当选2021 年《国家通信业节能技能产品引荐目录》。

  在电气架构环节,百度数据中心选用全球首例市电直供+高压直流离线架构,并率先在国内完结根据分布式锂电池(BBU)的整机柜服务器规划布署,供电功率高达99.5%。2021 年11 月,百度联合七家协作伙伴发布“平湖”直流锂电体系,经过定制操控体系、接轨AI 技能、供电方法优化等途径,使体系具有“安全、牢靠、智能、高效、灵敏、经济”等产品特色与负载调峰功用,有用推进数据中心的低碳高效转型。现在,“平湖”直流锂电体系作为百度在数据中心范畴的原创先进技能,已在百度多个数据中心园区完结规划化运用,技能的可行性与先进性得到充沛验证。

  在暖通架构环节,百度选用抢先、高效的冷却体系——“冰川”相变冷却、液体冷却等新技能,支撑多种冷源和结尾方式,完结软硬一体高度协同,最大极限发掘体系天然冷却才能。百度“冰川”相变冷却体系初次将无油概念引进空调体系层面,以气泵、液泵、蒸腾冷凝器和并联结尾为硬件根底,加以AI 智能操控,灵敏满意数据中心的制冷需求,能效提高40% 以上。液冷方面,百度完结在服务器冷却环节的液冷运用,为数据中心供给高密度制冷解决方案。液冷体系选用彻底天然冷却的极致节能架构,能效较传统制冷体系提高50%,助力数据中心节能减排。

  在体系运转环节,百度根据“飞桨”研制的AI 智能操控体系,经过树立数据中心深度学习模型,实时监控运转数据并继续进行体系调优,完结智能供电、智能散热,保证数据中心绿色节能高效运转。

  此外,百度经过潮汐算力技能,对线上、线下的算力资源进行全方位的整合和协同调度,完结跨事务流通和彼此复用,满意了部分事务场景新增资源的需求。2021 年,百度悉数自建数据中心年均PUE 到达1.1612,能效最高单体数据中心年均PUE 值低至1.08。

  在立异驱动节能减排的根底上,百度活跃探究和运用清洁动力,例如在自建数据中心展开房顶光伏等可再生动力发电项目,与外部组织展开协作签约采买可再生动力电力。2021 年,百度数据中心可再生动力发电量达268,021千瓦时,采买绿证500,000 千瓦时,累计削减温室气体排放约577 吨二氧化碳当量。

  我国还有数个现已开端运营或正在制作的零碳数据中心,也有数个氢能零碳或低碳数据中心筹建或正在制作中。

  3月29日,国内首个大型绿色零碳数据中心——三峡东岳庙数据中心制作项目一期全面竣工投产。数据中心坐落湖北省宜昌市三峡坝区右岸,总占地面积10万平方米,规划制作机柜26400个,分三期制作。本次投产的一期项目制作机柜4400个,总功率达26400千瓦。项目一期工程年用电量将超越2亿千瓦时,悉数运用清洁动力供电。三峡东岳庙数据中心依照国家A级机房规范制作,选用业界先进技能和自主安全可控产品。项目共分三期制作,充沛运用三峡清洁动力优势和区位优势,悉数建成投产后,将成为华中区域最大的绿色零碳数据中心集群。

  7月14日,我国电信数字青海绿色大数据中心项目正式发动,项目结合青海清洁动力优势,立异推进数字经济与青海清洁动力深度交融展开,为全国首个100%清洁动力可溯源绿色大数据中心,也是全国首个大数据中心范畴源网荷储一体化绿电才智供给体系演示样板。

  大数据中心坐落青海省河湟新区零碳工业演示园区,占地100亩,园区总修建面积7.2万平方米,总出资概算10亿元,规划数据中心五栋、动力中心一栋、运维楼一栋。可包容规范机柜9000架,面向省内外客户供给设备保管、互联网接入、数据存储、数据核算、数据交换及异地灾备等业界干流云网服务,在供电方面可完结2个100%,即供电安全性100%和清洁动力100%。现现已过信息技能服务办理体系ISO20000、信息安全办理体系ISO27001和质量办理体系ISO9001认证、我国信通院碳中和数据中心立异者AAAA评价。

  削减数据中心碳排放,在下降PUE的一起,国际通用的做法包含购买碳减排量或绿电(含绿证)、出资可再生动力以及植树造林、节省水资源等等。别的,还需求树立相应的碳排放核算及碳中和核算规范。从上文中的事例能够看到,国外一些大型互联网、科技公司现已走在了前边,早早完结了碳中和,而我国数据中心碳中和正在迎头赶上。

  未来,数据中心在作为经济添加“新引擎”的一起,也将在我国“碳中和”方针的达到中担任起更重要的人物。在低碳展开方面,我国有自己一起的优势,咱们应当自意向国际叙述我国修建的低碳展开故事。

  友绿联合我国修建节能协会将低碳健康地产专业委员会、我国修建金属结构协会清洁供热分会等专业协会,在我国城市科学研讨会绿色修建研讨中心、我国房地工业协会住所技能委员会、北京绿色交易所、北京绿色金融协会等组织的支撑下建议“碳中和修建前锋演示建议”,将在全国范围内搜集30个碳中和修建标杆演示项目,30项低碳修建技能,在全球范围内进行推行和传达。欢迎我们参与碳中和修建前锋演示建议公益活动,一起推进我国碳中和“走出去”。

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