在國家“雙碳”戰略的背景下,所有產業都在以降碳為目標積極努力,作為 “能耗大戶”的數據中心產業也不例外。數據中心作為高載能產業,能源成本在整個10年生命周期的運營總成本中比例超過一半。因此,降低能耗,脫碳轉型不僅是響應國家號召,體現企業社會責任感,也是數據中心自身的迫切需求。
要實現數據中心綠色高質量發展,首先要明確節能減排是一項長期的、具有豐富內涵的系統工程,包括優化數據中心能源和碳使用及排放,實施低碳節能技術與方案,制定并實施低碳管理戰略等幾大方向。
創新技術結合自然條件實現節能目標
從有孚網絡自身建設部署的經驗來看,建設綠色數據中心應該充分考慮區域自然條件,綜合利用自然冷源,強風弱水,輔以新型制冷、供配電技術、預配置/模塊化和AI運維等技術的使用,逐步提高數據中心分步部署能力,實現數字化、智能化、綠色化。
比如有孚網絡北京永豐云計算數據中心就充分考慮到了北京市水資源不充裕的情況,選擇了在北京工況條件下節能效果優秀的熱管節能系統與空調系統相結合的方案。
熱管技術是1963年美國LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover發明的一種稱為“熱管”的傳熱元件,它充分利用了熱傳導原理與制冷介質的快速熱傳遞性質,透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外,其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。除導熱能力強外,北京永豐云計算數據中心采用的熱管技術創新方案還具有零能耗、利用自然冷源替代空調制冷、節省水資源、有效降低噪音等優勢。
首先,熱管換熱系統的工作原理是利用循環工質的氣液相變來傳遞熱量,通過特殊的管路聯接,將蒸發段和冷凝段分離開來。室內機中的工質在機房內吸熱蒸發變為氣態,經過氣管流入冷凝器,并在冷凝器內放熱冷凝為液態,然后通過液管回到室內機繼續吸熱蒸發。熱管換熱系統的好處是熱量傳輸屬于無源運行,無運動部件,零能耗且故障率極低,整個過程幾乎用不到電力,大大降低了數據中心的電能消耗。
其次,在運行時間上,熱管節能系統也存在著較大的優勢,熱管換熱系統的全年運行模式分為三種:冷機制冷模式、部分自然冷卻模式、完全自然冷卻模式。采用熱管節能技術的主要原因是因為北京存在著冬季較長、氣溫較低等特性,能夠用自然冷源替代空調制冷正常運作4個月,全年自然冷源與冷機交替工作時間為3個月,能夠很好地發揮節能效果。
熱管技術以前被廣泛應用在航天、軍工等行業,自從被引入散熱器制造行業,人們改變了傳統散熱器的設計思路,擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式,采用熱管技術使得散熱器即便采用低轉速、低風量電機,同樣可以得到滿意效果,使得困擾風冷散熱的噪音問題得到良好解決。
在制冷系統中采用熱管節能技術在國內相對使用較少,北京永豐云計算數據中心采用該技術后取得了卓越效果。傳統的水冷式IDC數據中心耗水量的理論值為2.083L/kwh,而北京永豐云計算數據中心是采用風冷散熱的閉式水冷系統,耗水量的理論值為0.129L/kwh,全年只有在5℃~25℃的溫度區間需要耗水。風冷螺桿機在室外氣溫高于35℃開啟高壓微霧降溫,蒸發效果好,節水性能高,全年節水超過12萬噸。
智能運維開啟低碳管理
除采用創新技術結合自然條件外,在數據中心的日常運維中引入智能運維概念,可以提高資源利用率,合理調度資源,實現運行中的節能降耗。
有孚網絡秉持“數據中心是一個整體,節能從源頭開始”理念,以建設綠色低碳、節能環保數據中心為目標,積極采用數十項先進技術和設備選型、實踐,從IT、電氣、動力系統、制冷系統、微模塊技術等方面采用多項綠色節能技術,賦予低碳數據中心更豐富的內涵,其中多項IDC節能技術專利獲得行業認可,在保證高可靠性的同時顯著提升了運營能效。
比如為解決環保系統建設中算力方面的痛點,依托于自建的數據中心,有孚專有云能夠提供比傳統架構提高數十倍的計算性能。同時結合有孚AI 和大數據應用,全面支持多種GPU應用程序、深度學習框架。既能實現較高的計算處理性能,又在能效比、內存支持,以及CPU本身的架構上具有較大優勢,挖掘數據背后的價值,真正實現環保智能化。
在運維方面,20年來,有孚網絡堅持高研發投入,引領云計算和數據中心賦能創新,以AI技術賦能探索智慧化數據中心運營,以綜合能源技術應用賦能碳減排先行標桿,通過基于AI的數據分析和挖掘,可以提前預測服務器、交換機以及SSD故障,減少數據中心的宕機風險。并且通過引入深度學習,實現數據中心自動節能。采用人工智能建模分析、預測數據中心資源利用率,結合虛擬機遷移功能,根據業務需求合理地調度數據中心資源,挖掘節能潛力。
最后,在數據中心基礎設施層面,通過采集和分析監測點的溫濕度和空氣流動模型,自動調節制冷設備和配電設備的輸出,使能源獲得更高效的利用。
為實現我國 2060 年碳中和目標,數據中心亟需提高效率,擴大可再生能源的使用范圍,創新研發節能減碳技術,加強碳中和管理制度和體系建設。近些年來,有孚網絡形成的全生命鏈管理模式為此項系統工程構建了實踐基礎,綜合設計、規劃、建設、運營等環節、一體化部署,努力實現精準降耗。