數(shù)據(jù)中心的三大能源趨勢

據(jù)估計，到2025年，全球數(shù)據(jù)中心將使用全球20%的電量。那么，數(shù)據(jù)中心到底消耗了多少能源和電量?

目前，全球的數(shù)據(jù)中心每年消耗約200TWh的電能，約占全球用電量的1%，但近年來，數(shù)據(jù)中心行業(yè)在提高能源效率方面取得重大進(jìn)展，數(shù)據(jù)中心的能耗正趨于平穩(wěn)，在滿足客戶大幅增長的服務(wù)需求的同時，實現(xiàn)穩(wěn)定的能源消耗。

環(huán)保意識的增強(qiáng)促使人們關(guān)注零碳排放

從航空公司到數(shù)據(jù)中心，降低碳排放和零碳排放受到越來越多行業(yè)的重視。在使用200TWh電能的過程中，數(shù)據(jù)中心會產(chǎn)生大量碳排放。這是因為數(shù)據(jù)中心目前仍采用世界上通用的發(fā)電方式，而這種發(fā)電方式以化工燃料為主。

數(shù)據(jù)中心行業(yè)中最流行的兩種零碳排放途徑是直接使用可再生能源和使用可再生能源額度(RECs)。

直接使用可再生能源：大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心由可再生能源(如地?zé)帷⑺Α⑻柲芎惋L(fēng)能)提供動力。雖然更有利于保護(hù)環(huán)境，但由于可再生能源具有不穩(wěn)定性，所以數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商一般會選擇現(xiàn)有清潔能源電廠(中國多采用市電)供電，在某些情況下也會選擇儲備能源來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。

使用可再生能源信用額度(RECs)：在這種情況下，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商購買可再生能源和相關(guān)的可再生能源信用額度。在可再生能源發(fā)電地遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)中心的情況下，運(yùn)營商將可再生能源轉(zhuǎn)售回電網(wǎng)，并使用可再生能源信用額度抵消其碳排放。這是整個數(shù)據(jù)中心行業(yè)的普遍做法，也是谷歌成為全球最大可再生能源企業(yè)買家的一大原因。這種方法的好處在于，即使數(shù)據(jù)中心不一定使用可再生能源，但依然可使用可再生能源供應(yīng)商來獲得客戶對新項目的投資。換言之，這種方法可以向電網(wǎng)輸送越來越多的可再生能源，供大家使用。

這兩種方法有望在數(shù)據(jù)中心行業(yè)走向零碳排放的道路上共存。

增加現(xiàn)場發(fā)電量

數(shù)據(jù)中心通常以電網(wǎng)作為主要的電力來源。雖然電網(wǎng)供電更為便捷，但數(shù)據(jù)中心的持續(xù)擴(kuò)展可能會給現(xiàn)有的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施帶來額外壓力，從而導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定。在一些地區(qū)，數(shù)據(jù)中心的增長和能源需求可能超過電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的能力和投資。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，一些數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商會部署現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備。

光伏陣列、天然氣發(fā)電機(jī)組和燃料電池是現(xiàn)場發(fā)電的常見能源。這些能源被稱為分布式能源(DER)，可以與電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行或與市電分開運(yùn)行(稱為孤島運(yùn)行)。固態(tài)能量儲存可并入微電網(wǎng)，以增強(qiáng)與市電分離的獨(dú)立運(yùn)行能力。

現(xiàn)場發(fā)電允許數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商在清潔能源充足時使用清潔能源，而在清潔能源不足時補(bǔ)充其他能源，這一特點(diǎn)有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，同時保持向數(shù)據(jù)中心提供可靠的電力服務(wù)。

提高能源效率

數(shù)據(jù)中心為提高能源效率提供了巨大的機(jī)會，近年來數(shù)據(jù)中心設(shè)施和能源專業(yè)人士正充分利用優(yōu)勢，從IT和非IT基礎(chǔ)設(shè)施兩個方面，提高能源效率。

IT基礎(chǔ)設(shè)施

歷史上，數(shù)據(jù)中心通過提高單個IT設(shè)備的利用率和服務(wù)器虛擬化來提高IT基礎(chǔ)設(shè)施的能效。

融合基礎(chǔ)設(shè)施(CI)和超融合基礎(chǔ)設(shè)施(HCI)有望引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心能效提升。簡單說，CI是由存儲和計算設(shè)備組成的獨(dú)立功能單元產(chǎn)品；而HCI依靠一個軟件來組合計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)連接功能。兩種技術(shù)、兩種方法組合實現(xiàn)更靈活的架構(gòu)，有助于提高能效。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)應(yīng)用這種技術(shù)要想達(dá)到同樣的計算結(jié)果，可以使用更少的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

非IT基礎(chǔ)設(shè)施

用電效率(PUE)是數(shù)據(jù)中心總能耗與計算設(shè)備能耗之比，是衡量數(shù)據(jù)中心能效的常用指標(biāo)。行業(yè)(美國)平均PUE已從2007年的2.5提高到2019年的1.67(中國標(biāo)準(zhǔn)為1.1-1.5)，這清楚地表明非IT基礎(chǔ)設(shè)施、供暖、制冷、照明等對數(shù)據(jù)中心能耗的貢獻(xiàn)正在縮小。

展望未來

冷卻系統(tǒng)的進(jìn)步將成為非IT基礎(chǔ)設(shè)施能效提升的中心。自然冷卻，即利用周圍涼爽的空氣或來自附近的冷凍水源冷卻設(shè)施，這種方法將影響數(shù)據(jù)中心的選址。

此外，液體冷卻技術(shù)的日益突出將影響數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。同時，在IT基礎(chǔ)設(shè)施方面，IT設(shè)備在更高環(huán)境溫度下運(yùn)行需求的不斷增長，將減少單位計算容量下的冷卻需求。