提高數據中心能源可持續(xù)性：短期與長期策略

數據中心的能源使用，正受到媒體和監(jiān)管機構越來越嚴格的審查。雖然數據中心目前消耗全球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)正在數字化商業(yè)模式，增強現實和虛擬現實等數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生的排放。根據歐盟統計局的數據，其包括固體、液體和氣體燃料燃燒以及氣體燃燒過程中產生的排放物。

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、場所和產品產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）產生的溫室氣體排放來確定的。

該范圍界定系統由溫室氣體協議開發(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生的溫室氣體數量相同的溫室氣體。

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據中心征稅。

歐盟（EU）呼吁數據中心到2030年實現碳中和。歐盟還在起草一項《綠色協議》，到2030年將整個數據中心行業(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，促使歐洲數據中心運營商提前執(zhí)行任務。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。該組織目前有100多家數據中心運營商和貿易協會，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，數據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。

實現能源可持續(xù)性沒有單一的策略顯然，實現能源可持續(xù)性是一個持續(xù)的過程，數據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。 以下是數據中心運營商和企業(yè)可以用來實現能源可持續(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)劃改進的數據。

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移給合作伙伴。其不產生范圍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在其所有大型數據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，甚至完全退出數據中心業(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據中心提高能源效率并降低其PUE分數。

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)產生和補充，且碳排放量低。如果數據中心大規(guī)模部署，使用可再生能源可以幫助節(jié)省成本。 目前，對于數據中心而言，可再生能源的可預測性還不夠強大。因為數據中心的流程一直處于在線狀態(tài)，并受嚴格的服務級別協議（SLA）管理，以實現高可用性。 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字運營。

將可再生能源與氫燃料電池結合使用：當可再生能源不能完全可用時，燃料電池會產生氫氣，并使用其為數據中心技術提供動力。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，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（BESS），該系統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（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，從而使之能夠實現性能、成本和可持續(xù)性目標。

其他選項包括飛輪儲能系統，該系統可以存儲動能，并提供數小時的備用電源，且不會降低性能。這意味著其可以無限循環(huán)。飛輪系統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，這些系統的放電時間短，容易產生機械應力，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據中心園區(qū)使用獨立的BESS或BESS網絡更麻煩。

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數據、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構中。

回收和再利用熱量：數據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)是產生的熱量是低溫的，社區(qū)必須有區(qū)域供熱系統來接受數據中心的余熱。然而，數據中心的余熱是通過電力產生的，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。Equinix表示，AI/ML模型使數據中心團隊能夠主動管理PUE;評估人工變更對資產參數的影響;確定最佳的操作參數，以實現預期的資產結果;并預測和優(yōu)化用水效率（WUE），即每年現場用水量與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。

審核編輯 ：李倩