盡管數(shù)據(jù)中心在過去十年中變得更加可持續(xù)，但對數(shù)據(jù)的需求呈指數(shù)級增長，以至于數(shù)據(jù)中心成為世界上大的電力消費者之一。
數(shù)據(jù)中心占全球能源消耗的 1-1.5%——相當于航空業(yè)——如果不采取任何措施，預計到2030 年這一比例將上升到 8% 。例如，歐盟的數(shù)據(jù)中心能源消耗占據(jù)該地區(qū) 2.7% 的需求。
用于 IT 和冷卻系統(tǒng)的電力約占數(shù)據(jù)中心總能耗的 86%。僅冷卻一項就占數(shù)據(jù)中心總能耗的 40%。
雖然新數(shù)據(jù)中心在基礎設施建設方面從一開始就考慮了可持續(xù)性，但傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心繼續(xù)消耗大量能源。
在監(jiān)管機構(gòu)、投資者和客戶的壓力下，數(shù)據(jù)中心行業(yè)已采取行動發(fā)展和采用可持續(xù)性，以試圖限制其對氣候變化的影響。
為了應對全球?qū)@些數(shù)據(jù)中心在能源消耗方面的喧囂程度的擔憂，以谷歌和微軟等大公司為首的該行業(yè)已承諾到 2025 年四分之三的數(shù)據(jù)中心能源消耗是可再生能源或無碳的。
到 2030 年完全實現(xiàn)氣候中和。
Virtus 數(shù)據(jù)中心解決方案總監(jiān) David Watkins 表示，除了整個數(shù)據(jù)中心行業(yè)都有自己到 2030 年實現(xiàn)凈零排放的承諾外，實現(xiàn)該目標的壓力來自客戶。
Watkins 說：“與我們合作的大多數(shù)組織都有自己非常嚴格的可持續(xù)性標準。我們還被要求將來自我們數(shù)據(jù)中心的性能信息直接提供給我們的客戶可持續(xù)發(fā)展報告。這是一個真正的重點領域，對我們這個行業(yè)和我們的客戶來說都是如此。”
然而，推動數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性也可能是一項大生意。綠色數(shù)據(jù)中心市場預計將以 7.5% 的復合年增長率增長，從 2021 年的 360 億美元增長到 2027 年的 550 億美元。
電源使用效率
數(shù)據(jù)中心通過稱為電源使用效率 (PUE) 的測量來衡量其能源使用效率?；旧?，實際運行服務器所消耗的能量被測量為“一個”；除此之外的任何東西——例如冷卻基礎設施、建筑系統(tǒng)安全、一般供暖等——都被添加到最上面。
就在幾年前，PUE 高達 2，這意味著對于每千瓦的計算機存儲和網(wǎng)絡，企業(yè)將使用另一千瓦的能源來支持數(shù)據(jù)中心運營。
今天的 PUE 平均值為 1.5，但較新的安裝可實現(xiàn)更好的性能。你的建筑效率越高，你消耗的能源就越少。
數(shù)據(jù)中心運營商Kao Data表示其在哈洛園區(qū)的 PUE 為 1.25。
當涉及到成本時，這些細微的差異很重要。Kao Data 的首席運營官 Paul Finch 指出，將 PUE 從 1.2 降低 0.05 至 1.15 每年可為設施節(jié)省 300 萬英鎊的運行成本——這還是在俄烏沖突之前。到目前為止，這個數(shù)字可能已經(jīng)翻了三倍，達到每年 900 萬英鎊。
數(shù)據(jù)中心可持續(xù)性發(fā)展趨勢
Finch 對數(shù)據(jù)中心可持續(xù)性的突然關注感到困惑，因為它一直嵌入在 Kao Data 的 DNA 中，該公司在倫敦外圍運營著三個站點。
Finch 說：“我們一直努力以可持續(xù)的方式做事。就好像每個人都剛剛醒來并聞到了咖啡的味道?？沙掷m(xù)性一直是 Kao Data 的核心基礎。”
他表示，可持續(xù)性與可靠性息息相關。如果你使用可再生能源，你就不會被能源價格所綁架。此外，可持續(xù)性減少了短期資本支出和長期運營支出。
Finch 說：“真的，你最終會勾選所有選項，以可持續(xù)的方式做事具有完全的經(jīng)濟意義。”
擺脫柴油燃料
數(shù)據(jù)中心需要配備備用柴油發(fā)電機，以防網(wǎng)絡中斷。許多數(shù)據(jù)中心處理關鍵的政府基礎設施，例如 NHS。一個數(shù)據(jù)中心處理政府與核潛艇艦隊的通信——沒有比這更重要的基礎設施了。
然而，數(shù)據(jù)中心運營商正在嘗試放棄柴油，轉(zhuǎn)而使用加氫植物油 (HVO)——由廢植物油和動物脂肪合成——可將 CO2 溫室氣體凈排放量減少多達 90%。
Kao Data 已經(jīng)改用 HVO 來運行其發(fā)電機。
氫燃料電池
數(shù)據(jù)中心也在探索以氫為動力的燃料電池作為備用發(fā)電機的替代方案，但目前的技術還無法提供可靠的柴油發(fā)電機所提供的電量。
氫燃料電池可以很容易地重新加注燃料，為數(shù)據(jù)中心提供電力，這些數(shù)據(jù)中心預計會有長達 48 小時的備用電源系統(tǒng)。更重要的是，燃料電池產(chǎn)生零排放，其唯一的副產(chǎn)品是水。
今年2月，荷蘭數(shù)據(jù)中心公司NorthC成為歐洲第一家安裝氫燃料電池作為應急電源的數(shù)據(jù)中心。
多達 37% 的數(shù)據(jù)中心經(jīng)理正在考慮在來年實施這項技術。
美國加州數(shù)據(jù)中心運營商 Equinix 還與其他六家公司合作開發(fā)低碳燃料電池。這些燃料電池可以消耗綠色氫，去年 12 月，該集團獲得了歐盟委員會 250 萬歐元的資助，以繼續(xù)其研究。
Equinix 表示，用燃料電池代替柴油發(fā)電機不僅可以減少碳排放，還可以節(jié)省基礎設施成本、縮小尺寸并使它們更易于維護。
在英國，F(xiàn)inch 認為政府需要投資開發(fā)氫燃料電池技術，同時幫助發(fā)現(xiàn)氫供應鏈更廣泛的問題。
他說，后 Covid 之后，政府對數(shù)據(jù)中心的看法發(fā)生了變化，一旦官員們意識到它們對國家的日常運行有多么重要，以及它們對基礎設施有多么重要。
可再生能源
英國數(shù)據(jù)中心運營商Virtus僅在其數(shù)據(jù)中心使用太陽能、風能和水力發(fā)電產(chǎn)生的可再生能源——這增加了對可再生能源的需求并鼓勵對該行業(yè)的投資以滿足該需求。例如，Virtus 正在探索與其能源供應商簽署購電協(xié)議 (PPA)，保證從該公司購買能源 10-15 年。能源供應商可以將該 PPA 帶到銀行并以此為抵押借款。
Virtus 指出，通過僅使用可再生能源，它已免受俄烏沖突引發(fā)的全球能源價格沖擊。
Equinix 再次成為第一個承諾到 2030 年實現(xiàn)氣候中和的數(shù)據(jù)中心運營商。早在 2014 年，綠色和平組織就批評該公司對可再生能源和減少碳足跡的承諾不夠。數(shù)據(jù)中心運營商希望其站點到那時僅由可再生能源供電。2021 年，Equinix 95% 的能源消耗來自可再生能源。
氣流管理
氣流管理意味著盡量避免在供應通道中混合冷空氣（用于保持這些服務器涼爽和高效運行）和排氣通道中的熱空氣（以盡快從數(shù)據(jù)中心移除廢熱）。避免冷空氣和熱空氣之間的接觸可以大限度地減少專用于冷卻的功率。
服務器機架的冷熱通道交替布置可管理氣流并節(jié)約能源。這涉及調(diào)整機架配置，以確保冷空氣進氣口和熱空氣排氣口朝向相反的方向。通過防止冷熱空氣混合，數(shù)據(jù)中心可以更好地管理供暖、通風和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)。
Virtus 試圖確保從熱服務器電路產(chǎn)生的熱空氣不會吹回到流過它的冷空氣中。相反，這些熱空氣被捕獲并送入建筑物的空調(diào)系統(tǒng)并進行再循環(huán)，進一步降低溫度。因此，氣流管理成為良性循環(huán)。
數(shù)據(jù)中心設計的另一個趨勢是通過風扇墻引入空氣，這與舊數(shù)據(jù)中心不同，舊數(shù)據(jù)中心使用活動地板來提供通風路徑。
高密度計算
老式、耗能的空調(diào)過去足以讓這些服務器保持涼爽。隨著耗電 AI 的出現(xiàn)，情況不再如此。芯片開發(fā)商正在開發(fā)更好的 CPU 以滿足 AI 的密集計算需求。但這意味著需要越來越多的高密度熱密集型機架來滿足 AI 的需求。
一種解決方案是在高密度計算機架上進行液體冷卻。據(jù)全球咨詢公司 Gartner 稱，液體冷卻比使用風扇循環(huán)空氣的效率高 3,000 倍，因為它直接冷卻熱源（服務器）而不是整個空間。
液體冷卻所需的空間也較小，因此可以將這種方法部署在更小、更密集的設施中。
然而，該技術價格昂貴且在一定程度上未經(jīng)證實，這使得客戶對采用它猶豫不決。硬件制造商在更便宜的服務器中采用這種液體冷卻的速度很慢。
AI輔助自動冷卻控制
使用傳感器識別能源浪費并部署軟件管理平臺以大限度地提高效率，這比手動監(jiān)控電力要有效得多。Equinix 估計自動電源監(jiān)控可以將數(shù)據(jù)中心的能源效率提高 30-50%。
例如，在澳大利亞，IT 服務公司富士通通過安裝無線傳感器收集環(huán)境數(shù)據(jù)并優(yōu)化其數(shù)據(jù)中心的條件，每年節(jié)省 230,000 美元的能源成本。
另一家成功實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心自動化監(jiān)控的公司是科技巨頭 Alphabet，它是谷歌的母公司。其基于云的人工智能推薦引擎使用來自傳感器的實時數(shù)據(jù)來預測未來的消費模式并確定如何節(jié)約能源。結(jié)果，Google 成功地將數(shù)據(jù)能耗降低了 40%。
國際設計公司Scott Brownrigg的設計包括計劃中的東倫敦 Belvedere 數(shù)據(jù)中心，該公司正在與機場和醫(yī)院討論使用 AI 提供極其詳細的實時 3D 模型——它稱之為數(shù)字孿生。這是一種下一代計算機輔助設計 (CAD)，建筑師已經(jīng)使用了數(shù)十年。
Scott Brownrigg 高級技術總監(jiān)兼負責人 Sam Stevens 表示：“我們的想法是，建筑物的數(shù)字復制品成為協(xié)助設施管理和運行的工具，例如，屏幕上可能會閃爍警報當一件設備需要測試或更換時通知您的設施經(jīng)理。它幾乎就像一個實時運行的活體 3D 模型。”
熱回收
更強大、更密集的計算機意味著更多的熱量。“你無法擊敗物理學，”Virtus 的解決方案總監(jiān)大衛(wèi)沃特金斯說。“無論你如何通電，它總是會轉(zhuǎn)化為熱量，然后你必須擺脫這些熱量。”
正如我們所見，最新一代的高密度計算機使用冷水而不是空調(diào)來保持涼爽——該行業(yè)正在探索如何將現(xiàn)在變熱的水連接起來，為當?shù)氐挠斡境毓┡驗閷W校供暖，等等這在斯堪的納維亞很常見。
Equinix 在法國巴黎規(guī)劃的PA10 數(shù)據(jù)中心希望將客戶設備的廢熱轉(zhuǎn)移到社區(qū)供熱網(wǎng)絡中進行再利用。
此外，這個新的數(shù)據(jù)中心將包括一個帶水回收系統(tǒng)的屋頂溫室，這將有助于保留雨水并減少排入下水道的廢水量。
Stevens以挪威的Lefdal Mine 數(shù)據(jù)中心為例，該數(shù)據(jù)中心將熱水回收用于當?shù)仞B(yǎng)魚，并將產(chǎn)生的廢物用于農(nóng)業(yè)肥料，作為循環(huán)經(jīng)濟的一個例子。
他認為建筑師的作用在一定程度上是讓利益相關者在可持續(xù)性方面相互交談，這樣房地產(chǎn)開發(fā)商就可以在一個地點建立一個數(shù)據(jù)中心，為家庭或垂直農(nóng)業(yè)或休閑設施（如游泳池）提供廢熱游泳池，都需要熱水。
Stevens說：“我們希望看到開發(fā)商和數(shù)據(jù)中心供應商之間有更多的聯(lián)合思考，因為有機會實現(xiàn)互惠互利。”
然而，一旦人們意識到擁有一個小型本地數(shù)據(jù)中心可以為本地游泳池供電，這種態(tài)度可能會改變。
Stevens說：“人們可能沒有意識到，每次他們使用手機訪問 WhatsApp 或在社交媒體上發(fā)帖時，這些東西都必須存儲在某個地方。我們感興趣的是進入這些存儲位置的能源如何至少再利用一次，例如，使用廢熱并與鄰居分享可能會減少人們的能源費用。這能否將我們與數(shù)據(jù)中心的關系轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┗セ莼ダ年P系，并且對話會轉(zhuǎn)變?yōu)椋?為什么我們不能在我們附近擁有一個數(shù)據(jù)中心？'”
到 2030 年實現(xiàn)凈零排放？
Finch 和 Watkins 都相信該行業(yè)將履行其到 2030 年實現(xiàn)凈零排放的承諾。
Finch 說：“只要看看這個行業(yè)在過去十年中取得的進步，就會感到震驚。這些改進是顯著的。”
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