数据中心的可持续性发展趋势

　　尽管数据中心在过去十年中变得更加可持续，但对数据的需求呈指数级增长，以至于数据中心成为世界上最大的电力消费者之一。

　　数据中心占全球能源消耗的 1-1.5%——相当于航空业——如果不采取任何措施，预计到2030 年这一比例将上升到 8% 。例如，欧盟的数据中心能源消耗占据该地区 2.7% 的需求。

　　用于 IT 和冷却系统的电力约占数据中心总能耗的 86%。仅冷却一项就占数据中心总能耗的 40%。

　　虽然新数据中心在基础设施建设方面从一开始就考虑了可持续性，但传统数据中心继续消耗大量能源。

　　在监管机构、投资者和客户的压力下，数据中心行业已采取行动发展和采用可持续性，以试图限制其对气候变化的影响。

　　为了应对全球对这些数据中心在能源消耗方面的喧嚣程度的担忧，以谷歌和微软等大公司为首的该行业已承诺到 2025 年四分之三的数据中心能源消耗是可再生能源或无碳的。

　　到 2030 年完全实现气候中和。

　　Virtus 数据中心解决方案总监 David Watkins 表示，除了整个数据中心行业都有自己到 2030 年实现净零排放的承诺外，实现该目标的压力来自客户。

　　Watkins 说：“与我们合作的大多数组织都有自己非常严格的可持续性标准。我们还被要求将来自我们数据中心的性能信息直接提供给我们的客户可持续发展报告。这是一个真正的重点领域，对我们这个行业和我们的客户来说都是如此。”

　　然而，推动数据中心的可持续性也可能是一项大生意。绿色数据中心市场预计将以 7.5% 的复合年增长率增长，从 2021 年的 360 亿美元增长到 2027 年的 550 亿美元。

　　电源使用效率

　　数据中心通过称为电源使用效率 (PUE) 的测量来衡量其能源使用效率。基本上，实际运行服务器所消耗的能量被测量为“一个”;除此之外的任何东西——例如冷却基础设施、建筑系统安全、一般供暖等——都被添加到最上面。

　　就在几年前，PUE 高达 2，这意味着对于每千瓦的计算机存储和网络，企业将使用另一千瓦的能源来支持数据中心运营。

　　今天的 PUE 平均值为 1.5，但较新的安装可实现更好的性能。你的建筑效率越高，你消耗的能源就越少。

　　数据中心运营商Kao Data表示其在哈洛园区的 PUE 为 1.25。

　　当涉及到成本时，这些细微的差异很重要。Kao Data 的首席运营官 Paul Finch 指出，将 PUE 从 1.2 降低 0.05 至 1.15 每年可为设施节省 300 万英镑的运行成本——这还是在俄乌冲突之前。到目前为止，这个数字可能已经翻了三倍，达到每年 900 万英镑。

　　数据中心可持续性发展趋势

　　Finch 对数据中心可持续性的突然关注感到困惑，因为它一直嵌入在 Kao Data 的 DNA 中，该公司在伦敦外围运营着三个站点。

　　Finch 说：“我们一直努力以可持续的方式做事。就好像每个人都刚刚醒来并闻到了咖啡的味道。可持续性一直是 Kao Data 的核心基础。”

　　他表示，可持续性与可靠性息息相关。如果你使用可再生能源，你就不会被能源价格所绑架。此外，可持续性减少了短期资本支出和长期运营支出。

　　Finch 说：“真的，你最终会勾选所有选项，以可持续的方式做事具有完全的经济意义。”

　　摆脱柴油燃料

　　数据中心需要配备备用柴油发电机，以防网络中断。许多数据中心处理关键的政府基础设施，例如 NHS。一个数据中心处理政府与核潜艇舰队的通信——没有比这更重要的基础设施了。

　　然而，数据中心运营商正在尝试放弃柴油，转而使用加氢植物油 (HVO)——由废植物油和动物脂肪合成——可将 CO2 温室气体净排放量减少多达 90%。

　　Kao Data 已经改用 HVO 来运行其发电机。

　　氢燃料电池

　　数据中心也在探索以氢为动力的燃料电池作为备用发电机的替代方案，但目前的技术还无法提供可靠的柴油发电机所提供的电量。

　　氢燃料电池可以很容易地重新加注燃料，为数据中心提供电力，这些数据中心预计会有长达 48 小时的备用电源系统。更重要的是，燃料电池产生零排放，其唯一的副产品是水。

　　今年2月，荷兰数据中心公司NorthC成为欧洲第一家安装氢燃料电池作为应急电源的数据中心。

　　多达 37% 的数据中心经理正在考虑在来年实施这项技术。

　　美国加州数据中心运营商 Equinix 还与其他六家公司合作开发低碳燃料电池。这些燃料电池可以消耗绿色氢，去年 12 月，该集团获得了欧盟委员会 250 万欧元的资助，以继续其研究。

　　Equinix 表示，用燃料电池代替柴油发电机不仅可以减少碳排放，还可以节省基础设施成本、缩小尺寸并使它们更易于维护。

　　在英国，Finch 认为政府需要投资开发氢燃料电池技术，同时帮助发现氢供应链更广泛的问题。

　　他说，后 Covid 之后，政府对数据中心的看法发生了变化，一旦官员们意识到它们对国家的日常运行有多么重要，以及它们对基础设施有多么重要。

　　可再生能源

　　英国数据中心运营商Virtus仅在其数据中心使用太阳能、风能和水力发电产生的可再生能源——这增加了对可再生能源的需求并鼓励对该行业的投资以满足该需求。例如，Virtus 正在探索与其能源供应商签署购电协议 (PPA)，保证从该公司购买能源 10-15 年。能源供应商可以将该 PPA 带到银行并以此为抵押借款。

　　Virtus 指出，通过仅使用可再生能源，它已免受俄乌冲突引发的全球能源价格冲击。

　　Equinix 再次成为第一个承诺到 2030 年实现气候中和的数据中心运营商。早在 2014 年，绿色和平组织就批评该公司对可再生能源和减少碳足迹的承诺不够。数据中心运营商希望其站点到那时仅由可再生能源供电。2021 年，Equinix 95% 的能源消耗来自可再生能源。

　　气流管理

　　气流管理意味着尽量避免在供应通道中混合冷空气(用于保持这些服务器凉爽和高效运行)和排气通道中的热空气(以尽快从数据中心移除废热)。避免冷空气和热空气之间的接触可以最大限度地减少专用于冷却的功率。

　　服务器机架的冷热通道交替布置可管理气流并节约能源。这涉及调整机架配置，以确保冷空气进气口和热空气排气口朝向相反的方向。通过防止冷热空气混合，数据中心可以更好地管理供暖、通风和空调 (HVAC) 系统。

　　Virtus 试图确保从热服务器电路产生的热空气不会吹回到流过它的冷空气中。相反，这些热空气被捕获并送入建筑物的空调系统并进行再循环，进一步降低温度。因此，气流管理成为良性循环。

　　数据中心设计的另一个趋势是通过风扇墙引入空气，这与旧数据中心不同，旧数据中心使用活动地板来提供通风路径。

　　高密度计算

　　老式、耗能的空调过去足以让这些服务器保持凉爽。随着耗电 AI 的出现，情况不再如此。芯片开发商正在开发更好的 CPU 以满足 AI 的密集计算需求。但这意味着需要越来越多的高密度热密集型机架来满足 AI 的需求。

　　一种解决方案是在高密度计算机架上进行液体冷却。据全球咨询公司 Gartner 称，液体冷却比使用风扇循环空气的效率高 3,000 倍，因为它直接冷却热源(服务器)而不是整个空间。

　　液体冷却所需的空间也较小，因此可以将这种方法部署在更小、更密集的设施中。

　　然而，该技术价格昂贵且在一定程度上未经证实，这使得客户对采用它犹豫不决。硬件制造商在更便宜的服务器中采用这种液体冷却的速度很慢。

　　AI辅助自动冷却控制

　　使用传感器识别能源浪费并部署软件管理平台以最大限度地提高效率，这比手动监控电力要有效得多。Equinix 估计自动电源监控可以将数据中心的能源效率提高 30-50%。

　　例如，在澳大利亚，IT 服务公司富士通通过安装无线传感器收集环境数据并优化其数据中心的条件，每年节省 230,000 美元的能源成本。

　　另一家成功实现数据中心自动化监控的公司是科技巨头 Alphabet，它是谷歌的母公司。其基于云的人工智能推荐引擎使用来自传感器的实时数据来预测未来的消费模式并确定如何节约能源。结果，Google 成功地将数据能耗降低了 40%。

　　国际设计公司Scott Brownrigg的设计包括计划中的东伦敦 Belvedere 数据中心，该公司正在与机场和医院讨论使用 AI 提供极其详细的实时 3D 模型——它称之为数字孪生。这是一种下一代计算机辅助设计 (CAD)，建筑师已经使用了数十年。

　　Scott Brownrigg 高级技术总监兼负责人 Sam Stevens 表示：“我们的想法是，建筑物的数字复制品成为协助设施管理和运行的工具，例如，屏幕上可能会闪烁警报当一件设备需要测试或更换时通知您的设施经理。它几乎就像一个实时运行的活体 3D 模型。”

　　热回收

　　更强大、更密集的计算机意味着更多的热量。“你无法击败物理学，”Virtus 的解决方案总监大卫沃特金斯说。“无论你如何通电，它总是会转化为热量，然后你必须摆脱这些热量。”

　　正如我们所见，最新一代的高密度计算机使用冷水而不是空调来保持凉爽——该行业正在探索如何将现在变热的水连接起来，为当地的游泳池供暖或为学校供暖，等等这在斯堪的纳维亚很常见。

　　Equinix 在法国巴黎规划的PA10 数据中心希望将客户设备的废热转移到社区供热网络中进行再利用。

　　此外，这个新的数据中心将包括一个带水回收系统的屋顶温室，这将有助于保留雨水并减少排入下水道的废水量。

　　Stevens以挪威的Lefdal Mine 数据中心为例，该数据中心将热水回收用于当地养鱼，并将产生的废物用于农业肥料，作为循环经济的一个例子。

　　他认为建筑师的作用在一定程度上是让利益相关者在可持续性方面相互交谈，这样房地产开发商就可以在一个地点建立一个数据中心，为家庭或垂直农业或休闲设施(如游泳池)提供废热游泳池，都需要热水。

　　Stevens说：“我们希望看到开发商和数据中心供应商之间有更多的联合思考，因为有机会实现互惠互利。”

　　当然，数据中心最近受到了负面报道，因为有报道称数据中心在地球升温的同时努力开采比特币。

　　然而，一旦人们意识到拥有一个小型本地数据中心可以为本地游泳池供电，这种态度可能会改变。

　　Stevens说：“人们可能没有意识到，每次他们使用手机访问 WhatsApp 或在社交媒体上发帖时，这些东西都必须存储在某个地方。我们感兴趣的是进入这些存储位置的能源如何至少再利用一次，例如，使用废热并与邻居分享可能会减少人们的能源费用。这能否将我们与数据中心的关系转变为提供互惠互利的关系，并且对话会转变为，'为什么我们不能在我们附近拥有一个数据中心?'”

　　到 2030 年实现净零排放?

　　Finch 和 Watkins 都相信该行业将履行其到 2030 年实现净零排放的承诺。

　　Finch 说：“只要看看这个行业在过去十年中取得的进步，就会感到震惊。这些改进是显着的。”

　　本文作者： Tim Adler