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綠電變算力，零碳數(shù)據(jù)中心是怎樣“煉成”的
www.163.com 2023-10-17 09:00
出品|網(wǎng)易新聞
導(dǎo)語：在“東數(shù)西算”大背景下，算力已成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心生產(chǎn)力。中國(guó)電信在青海海東市成功打造全國(guó)首個(gè)“零碳數(shù)據(jù)中心”，帶你揭開 100%清潔能源可溯源綠色大數(shù)據(jù)中心的奧秘。
位于海東市的中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心
一、什么是數(shù)據(jù)中心?
以前我們常常把這樣的地方叫作‘機(jī)房’。通俗來講，作為互聯(lián)網(wǎng)底層基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理的現(xiàn)代化工廠，承載政務(wù)、5G基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療、公共交通、廣播電視及國(guó)家安全等與‘計(jì)算’和‘存儲(chǔ)’數(shù)據(jù)相關(guān)的重要任務(wù)。在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)一體化新型算力網(wǎng)絡(luò)體系的各類應(yīng)用，已深入生活的方方面面。
信息互聯(lián)網(wǎng)、公共服務(wù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、科學(xué)研究、AI等領(lǐng)域產(chǎn)生著大量數(shù)據(jù)，這些都需要由數(shù)據(jù)中心的算力來支撐。
二、為什么數(shù)據(jù)中心要綠色發(fā)展?
數(shù)據(jù)中心是能耗大戶，算力越高，對(duì)能源的需求就越大。一個(gè)大型的數(shù)據(jù)中心集群，服務(wù)器可達(dá)幾百萬、甚至上千萬臺(tái)，它們?nèi)找共煌５剡\(yùn)轉(zhuǎn)，大量數(shù)據(jù)吞吐和運(yùn)算使得數(shù)據(jù)中心面臨著前所未有的能耗和散熱挑戰(zhàn)。
2018~2025年中國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量及增速預(yù)測(cè)
工信部節(jié)能與綜合利用司公布的信息顯示，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的總機(jī)架數(shù)將在2022年突破400萬，中心總能耗也將在2020年至2021年間突破2000億千瓦時(shí)，并在其后的年份快速增長(zhǎng)，在2023年突破2500億千瓦時(shí)。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，規(guī)模增長(zhǎng)迅速。
通常情況下，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)中心開始穩(wěn)定運(yùn)行后，僅電費(fèi)就占到數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本的七成。很多大型的數(shù)據(jù)中心一個(gè)月電費(fèi)少則幾十萬，多的要幾百萬，電費(fèi)是日常運(yùn)維中一筆非常大的開支。
“東數(shù)西算”工程簡(jiǎn)介示意圖
基于這龐大的電力需求，算力“西遷”就有了原動(dòng)力。
2022年2月啟動(dòng)的“東數(shù)西算”是在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)算力和應(yīng)用資源按需調(diào)度的基礎(chǔ)設(shè)施工程。數(shù)據(jù)中心的遷移，有降低成本的需要，也有出于綠色發(fā)展的考慮。西部樞紐節(jié)點(diǎn)正發(fā)展為承接全國(guó)范圍的后臺(tái)加工、離線分析、存儲(chǔ)備份等非實(shí)時(shí)算力需求。
三、綠色節(jié)能是 “西算”的重要標(biāo)尺
從數(shù)據(jù)中心誕生的那天起，高耗能仿佛就成為數(shù)據(jù)中心的“原罪”。因此談數(shù)據(jù)中心，就不能不談PUE這個(gè)名詞。
PUE即電源使用效率。是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載使用的能源之比。是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能源效率的重要指標(biāo), PUE基準(zhǔn)是2,越接近1表明能效水平越好。
中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心所在地海東市河湟新區(qū)，2022年7月建成投運(yùn)，占地100畝，總建筑面積7.2萬平方米，規(guī)劃總機(jī)架約1萬架，面向省內(nèi)外客戶提供設(shè)備托管、互聯(lián)網(wǎng)接入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)交換及異地災(zāi)備等業(yè)內(nèi)主流云網(wǎng)服務(wù)，是全國(guó)首個(gè)100%清潔能源可溯源綠色大數(shù)據(jù)中心，全年運(yùn)行可314天不開空調(diào)，數(shù)據(jù)中心PUE值達(dá)到1.2以下。
中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心功能布局示意圖
PUE值達(dá)到1.2以下是什么概念?
根據(jù)中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布的《綠色數(shù)據(jù)中心白皮書2020》指出，我國(guó)超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用率(PUE)為1.46，PUE1.2-1.3已達(dá)到全球領(lǐng)先綠色數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)到2025年全國(guó)的PUE值達(dá)到1.2。
中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)部
東部大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)平均電價(jià)在0.78元左右，而青海海東市僅為0.38元。
假如一個(gè)PUE為2 的數(shù)據(jù)中心每月電費(fèi)是500萬，如果數(shù)據(jù)中心放到海東把PUE從2降到1的理想狀態(tài)，也就是說整個(gè)數(shù)據(jù)中心就只有IT設(shè)備在耗電，那么每月將可以節(jié)省約250萬的電費(fèi)，一年僅電費(fèi)就可節(jié)省3000萬左右，這是一個(gè)非常可觀的數(shù)據(jù)。
不僅節(jié)約了電費(fèi)，還擴(kuò)大了數(shù)據(jù)存貯和計(jì)算容量。
四、如何做到全國(guó)首個(gè)“零碳數(shù)據(jù)中心”的?
1)綠能引入：100%綠電可溯源
青海是清潔能源大省，太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能資源均位居全國(guó)前列，連續(xù)6次刷新并保持全清潔能源供電世界紀(jì)錄。截至2022年底，電力裝機(jī)方面，全省電力裝機(jī)4468萬千瓦。其中，清潔能源裝機(jī)4075萬千瓦，占比達(dá)91.2%，新能源裝機(jī)2814萬千瓦，占比達(dá)62.9%。
數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控大屏上，水電、光伏、風(fēng)電的使用比例一目了然，數(shù)據(jù)以2小時(shí)的間隔進(jìn)行更新。由于清潔能源生產(chǎn)在一定程度上屬于“靠天吃飯”，大數(shù)據(jù)中心的電力供應(yīng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)發(fā)電情況進(jìn)行智能調(diào)度——當(dāng)天氣適合盡量用光電風(fēng)電，水電停用或者少用;當(dāng)日光或自然條件發(fā)生變化的時(shí)候，使用同為清潔能源的水電。
中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心控制室
2)節(jié)能技術(shù)：提高制冷的效率
青海氣候冷涼干燥，年平均氣溫僅3.7℃，數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心依托自然冷源制冷，余熱回收技術(shù)，并通過建立PUE的AI計(jì)算模型，將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理運(yùn)算，為數(shù)據(jù)中心提供能效最優(yōu)的制冷參數(shù)組合，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，PUE可以下降0.3，空調(diào)能耗降低20%。
工作人員實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控
數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)是保障IT設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要設(shè)施，冷卻系統(tǒng)能耗是除 IT 設(shè)備能耗外第一大能耗，是數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的突破口。
數(shù)據(jù)中心如果坐落在東部城市中心或者郊區(qū)，高溫潮濕的氣候只能從提高空調(diào)制冷系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率入手，降低PUE存在很高難度，將數(shù)據(jù)中心建到冷的地方去!
中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心制冷機(jī)房
在國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段大多數(shù)據(jù)中心仍采用風(fēng)冷，而國(guó)外數(shù)據(jù)中心則進(jìn)入到了液冷時(shí)代。蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是利用自然條件改善生存質(zhì)量的一種降溫方式，制冷的驅(qū)動(dòng)力是使用豐富的干空氣能，由于液體的比熱容量遠(yuǎn)大于空氣，無需壓縮機(jī)和制冷劑，冷卻器的主要部件是風(fēng)扇和水泵。
數(shù)字青海綠色數(shù)據(jù)中心全年采用自然冷源制冷，配備水源多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，采用直接+間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，冷凍水高溫端溫度可控制在15°C以上，當(dāng)室外濕球溫度小于12度時(shí)，制冷主機(jī)不工作，冷卻塔直接蒸發(fā)冷卻。該模式全年運(yùn)行時(shí)間大于314天。
當(dāng)室外濕球溫度大于12度小于16度時(shí)，制冷主機(jī)不工作，冷卻塔直接蒸發(fā)+間接蒸發(fā)冷卻。該模式全年運(yùn)行時(shí)間大于46天。
大量的機(jī)房設(shè)備廢熱依靠冷卻水排向大氣。通過利用水源多聯(lián)式機(jī)組，低溫?zé)嵩醋優(yōu)楦邷責(zé)嵩?。充分回收?shù)據(jù)中心機(jī)房廢熱，滿足輔助用房、走道夏季供冷、冬季供暖的需求，以利節(jié)能。
青海在全國(guó)典型年冷卻塔出水最低溫度有明顯優(yōu)勢(shì)
這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低耗能低的蒸發(fā)冷卻技術(shù)在青海這樣冷涼干燥地區(qū)具有巨大發(fā)揮潛力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體提升制冷能效。
3) 低碳建設(shè)：自建分布式光伏+電化學(xué)儲(chǔ)能
數(shù)字青海綠色數(shù)據(jù)中心在前期規(guī)劃中，充分采用低碳的建設(shè)技術(shù)，利用水體、綠化等自然資源以及門窗、墻體等圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方位的節(jié)能設(shè)計(jì)。
自建分布式光伏+電化學(xué)儲(chǔ)能的綠電供應(yīng)系統(tǒng)，打造大數(shù)據(jù)算力中心領(lǐng)域全國(guó)首個(gè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化綠電智慧供應(yīng)系統(tǒng)。辦公用電、基礎(chǔ)設(shè)施用電由園區(qū)內(nèi)覆蓋整個(gè)停車場(chǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)，多余電量將在園區(qū)存儲(chǔ)備用，儲(chǔ)電能力探頂還可向城市電網(wǎng)輸送。
中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心模式創(chuàng)新
“車棚上面全部安裝了光伏板，總裝機(jī)容量達(dá)180多千瓦，光伏車棚一年發(fā)電量約26萬度。光伏板就是發(fā)電源，通過內(nèi)部輸電網(wǎng)把電輸送到數(shù)據(jù)機(jī)房，一部分用于照明，另一部分為一列機(jī)架供電，數(shù)據(jù)中心利用電化學(xué)電池進(jìn)行小規(guī)模儲(chǔ)能。也就是說我們?cè)跀?shù)據(jù)中心內(nèi)部建立了一個(gè)小微電網(wǎng)，用自己的光伏實(shí)現(xiàn)‘源網(wǎng)荷儲(chǔ)’示范系統(tǒng)。”中國(guó)電信青海公司黨委書記、總經(jīng)理蘇小明說。
2023年4月，中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心通過權(quán)威機(jī)構(gòu)“碳中和”認(rèn)證，運(yùn)行一年來，年減碳量近30萬噸。如果按每立方米的森林每年可吸收1.83噸二氧化碳粗略計(jì)算，相當(dāng)于16萬立方米的森林固碳量。
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心“碳中和”，實(shí)現(xiàn)真正“零碳”排放。
中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心認(rèn)證證書
結(jié)語：“仰望星空，謀東數(shù)西算全局之勢(shì);腳踏實(shí)地，走綠色發(fā)展青海之路……”就像中國(guó)電信(國(guó)家)數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心展廳里的這句標(biāo)語，用比特?fù)Q瓦特，用數(shù)據(jù)流代替電流 ，“東數(shù)西算”工程的實(shí)施，讓數(shù)據(jù)中心能夠就近消納西部綠色能源，同時(shí)通過技術(shù)創(chuàng)新、以大換小、低碳發(fā)展等措施，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能源使用效率，助力全國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展及“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]蒸發(fā)冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)中的應(yīng)用，
[2]蒸發(fā)冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的應(yīng)用
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