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耗電大戶碳中和 強化節(jié)能降耗要求

2021-08-19 10:33:49

數(shù)字時代,我們在生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù),它們的存、算、傳、用都離不開數(shù)據(jù)中心這類“新基建”,數(shù)據(jù)中心也順理成章地成為當今社會的耗電大戶。據(jù)“中國IDC圈”統(tǒng)計,2019年數(shù)據(jù)中心總耗電量超過2045億千瓦時,占全社會用電總量超過2.4%。

隨著我國“碳達峰”“碳中和”目標的提出,數(shù)據(jù)中心的能耗問題逐漸成為各方關注的焦點。近期,國家發(fā)展改革委等4部門更是印發(fā)《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》,明確提出“推動數(shù)據(jù)中心綠色可持續(xù)發(fā)展”“加強綠色數(shù)據(jù)中心建設,強化節(jié)能降耗要求”。

把低碳綠色從愿景變成現(xiàn)實,大型、超大型數(shù)據(jù)中心都有哪些硬招、實招?近日,《中國科學報》實地探訪了阿里云張北數(shù)據(jù)中心。

一年300天,制冷“不花錢”

在北京西北200多公里處的張北縣草原天路附近,這座數(shù)據(jù)中心迎來一年最熱的節(jié)氣——大暑。但即便在三伏天,空調(diào)在這里的使用率也并不高。據(jù)查,張北坐擁得天獨厚的氣候優(yōu)勢,年均氣溫只有2.6℃,年內(nèi)最低氣溫更是曾創(chuàng)下零下40℃的紀錄。

與其說張北數(shù)據(jù)中心空調(diào)利用率極低,倒不如說這里更多用的是“天然空調(diào)”。在園區(qū)的氣冷機房,運轉(zhuǎn)著的不是空調(diào),而是一種類似于新風系統(tǒng)的設備——AHU風墻。

AHU是Air Handler Unit(風機矩陣空氣處理單元)的縮寫。當室外溫度低于設置值(如25℃)時,AHU設備將室外冷空氣經(jīng)過濾及濕度處理后直接送入數(shù)據(jù)機房;當室外溫度高于設置值時,或通過噴淋降溫及過濾后送入數(shù)據(jù)機房,或啟動備用制冷空調(diào)為機房服務器降溫。

“AHU風墻技術的使用可以大大減少空調(diào)機組的運行、實現(xiàn)節(jié)能。”阿里云基礎設施數(shù)據(jù)中心總經(jīng)理高山淵告訴《中國科學報》,在張北數(shù)據(jù)中心,幾乎每年都有300多天可以利用室外冷空氣為數(shù)據(jù)機房降溫。

高山淵說,經(jīng)測算,張北數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(即PUE值,數(shù)值越接近1表明效能越高)在冬天最低可達1.09,在夏天也只有1.3左右。

將服務器泡在液體里

在節(jié)能降耗方面,除了充分利用自然風冷,阿里云還自研出一套“將服務器泡在水里”的黑科技。

在張北數(shù)據(jù)中心的液冷機房,可以看到一排排價值不菲的服務器浸泡在液體中,湊近看去,還能看到有些部件在液體中閃著光,活像科幻大片里的橋段。

這就是浸沒式液冷技術。浸沒式液冷依賴于一種特殊的絕緣冷卻液,冷卻液與服務器各元器件零距離全方位接觸,器件在運行中產(chǎn)生的熱量將直接被吸收進入外循環(huán)冷卻。這種冷卻方式不需要開啟空調(diào),全程用于散熱的能耗幾乎為零,整個機房也非常安靜。

“浸沒式液冷的節(jié)能效果超過70%,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心100%無機械制冷。”高山淵說,“如果將浸沒式液冷向全國推廣,那么全國數(shù)據(jù)中心的PUE都會降低到1.1以下。”

高山淵說,隨著未來對能耗密集型服務器(如人工智能服務器)的需求加劇,浸沒式液冷或許是唯一解。

液冷的好處不僅體現(xiàn)在散熱方面,還在于它能夠提升設備的穩(wěn)定性、降低設備事故率。高山淵告訴《中國科學報》,液冷機房運行3年來,與同等規(guī)模的其他機房相比,事故率降低了54%。

但是,浸沒式液冷也不是全無死角的“六邊形戰(zhàn)士”。一方面,液冷雖然從全生命周期來看成本還可以接受,但它的一次性投入成本很高;另一方面,絕緣冷卻液跟各類元器件的“磨合”還需要時間給予證明。比如,目前還未校驗它與GPU等計算單元的兼容性如何。此外,囿于生產(chǎn)工藝和技術,目前絕緣冷卻液距離實現(xiàn)國產(chǎn)化還有一段路程。

“減碳三環(huán)”打造“零碳云”

高山淵說,加上模塊化設計、AI調(diào)溫等技術,張北數(shù)據(jù)中心的全年PUE低于1.2,最低可以達到1.09——這是一個領先行業(yè)的數(shù)字,這一能效約等于每年可節(jié)約標煤8萬噸,相當于種植了400萬棵樹木。

用大自然的冷風吹、用絕緣冷卻液浸泡,把數(shù)據(jù)中心的PUE值降低到接近1, 提高了數(shù)據(jù)中心的能效。不過,數(shù)據(jù)中心仍是耗電大戶——據(jù)“中國IDC圈”統(tǒng)計,2019年數(shù)據(jù)中心總耗電量超過2045億千瓦時,占全社會用電總量超過2.4%。

數(shù)據(jù)中心負荷實在太大了,就算是能耗全部用來支撐計算,它們?nèi)隉o休地開機運行,用電量也是一個天文數(shù)字。當這個天文數(shù)字遇到“碳中和”這樣的宏偉目標,無疑是一個“需要解決的問題”。

好在張北有“綠電”。早在七八年前,張北就是“廣袤的原野上風車林立,數(shù)千畝光伏面板如波蕩漾”,經(jīng)過這些年的發(fā)展,風車和光伏電板已經(jīng)成為張家口市的重要電力來源。

使用“綠電”,成為張北數(shù)據(jù)中心的必然之選。

高山淵透露,張北數(shù)據(jù)中心無疑是張北綠電的消納大戶。2018年起,阿里就加入張家口“四方協(xié)作機制”風電交易,截至今年5月,共交易綠電約4.5億千瓦時,累計減排二氧化碳近40萬噸。

從自身節(jié)能減排做起,還只是阿里云數(shù)據(jù)中心邁向“零碳云”的一環(huán)。今年5月,阿里云發(fā)布“零碳云”計劃,希望在推動自身節(jié)能減排的同時,向生態(tài)企業(yè)輸出數(shù)字減碳能力、支持綠色技術創(chuàng)新。他們希望向電力能源、鋼鐵、交通、制造等碳排放大戶提供高效云平臺支持,為其引入大數(shù)據(jù)、人工智能技術,幫助上云企業(yè)提高效率、節(jié)能降耗。

比如,通過向攀鋼集團引入阿里云工業(yè)大腦,對其煉鋼全流程進行工藝優(yōu)化,幫助攀鋼旗下的西昌鋼釩公司煉鋼廠節(jié)省了25%的人工、每生產(chǎn)一噸鋼節(jié)省1.28公斤鐵,生產(chǎn)效益提升2.4倍。在西南某大型垃圾焚燒發(fā)電機組上,阿里云利用優(yōu)化的人工智能算法幫助客戶將固廢垃圾焚燒效率提升2.6%,相當于燃燒同樣的垃圾每年多發(fā)電4000多萬千瓦時,碳排放相比之前降低約48%。

踐行“碳中和”,打造“零碳云”,阿里希望利用數(shù)字化能力做好“減碳三環(huán)”:自身節(jié)能減排的“內(nèi)環(huán)”、推動生態(tài)企業(yè)脫碳減排的“中環(huán)”、公眾綠色低碳消費的“外環(huán)”。

就像阿里巴巴首席技術官程立說的那樣,“碳中和”不僅是環(huán)保概念,更是技術路線,在落實“雙碳”戰(zhàn)略過程中,數(shù)字基建會朝著綠色基建邁進。

標簽: 耗電 碳中和 強化 節(jié)能

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