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数据中心节能减排迫在眉睫,液冷技术与AI能效管理成两大法宝

2020年9月,中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。实现碳达峰、碳中和,是我国实现可持续性高质量发展的内在要求,是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。

“十四五”(2021—2025年)时期是我国实现“碳达峰”的关键窗口期,既要推进对现阶段“能耗大户”的能效优化转型,实现节能减排;也需要积极布局绿色能源体系,实施可再生能源替代行动。今年的政府工作报告中提出,有序推进碳达峰、碳中和工作,落实碳达峰行动方案。其中重点强调了,推进绿色低碳技术研发和推广应用,建设绿色制造和服务体系。我国也十分重视碳达峰、碳中和的政策指导,据企查查APP显示,和碳达峰、碳中和相关的政策已超过400多条。

“双碳”目标落地,企业机遇与挑战并存

我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标后,企业“双碳”战略转型凸显。“双碳”目标的落地,对企业而言充满着机遇与挑战。

华云数据董事长、总裁许广彬表示,机遇方面,2022年将是“双碳”政策密集落地实施的行动年。这不仅将我国的绿色发展提升到新的高度,对节能环保产业提出了新的要求,也赋予了华云数据等科技企业新的使命和责任。华云数据将彰显新担当、体现新作为,进一步探索自主创新、绿色发展为导向的高质量发展实现路径,围绕碳达峰碳中和目标实现,发挥科技领先企业的带动作用,引领能源、电力、制造等行业践行绿色节能行动,努力成为国家实现“3060”目标的积极贡献者。

挑战方面,许广彬认为,目前应该加快“双碳”相关制度标准的建立。在规范性下逐步落实“双碳”,能够更好地避免“一刀切”等模式的降碳带来的风险以及无序发展。对于科技企业而言,应该在大力发展绿色研发的同时,带动上下游企业共同参与绿色创新、绿色生产,共同构建“双碳”标准,让全产业链绿起来,以实际行动为国家“双碳”目标贡献力量。

网宿科技副总裁胡世轩指出,机遇方面,双碳目标将带动数据中心领域液冷技术的加速应用,随着市场对液冷数据中心解决方案的需求增长,公司基于已有的液冷技术优势和完善的产品及服务体系,将迎来更好的发展空间。

“与此同时,机遇也伴随挑战。目前,液冷技术的推广普及面临阻碍,尤其是在行业标准制定、液冷技术应用、余热利用技术方面。为此,我们需要加快技术融合,重视余热利用,进一步节能提效,实现液冷在更多行业的落地,持续壮大液冷数据中心市场。同时,我们也期望和业界共同制定并完善行业标准,引领数据中心产业绿色化、规范化发展。”胡世轩说道。

降低数据中心能耗迫在眉睫

在“双碳”目标大背景下,减少碳排放,节能减排是重中之重。数据中心是数字基础设施的重要载体。2020年数据中心建设被中央正式列入新基建战略,被视为“新基建的基础设施”、经济高质量发展的“数字底座”。截至2019年底,我国数据中心数量约为7.4万个,占全球数据中心总量的23%。

数据中心作为典型的耗能大户,面临的节能任务更加艰巨与紧迫。最新数据显示,我国数据中心用电量已经占到了全社会用电量的2.6%左右。随着数据流量呈指数增长,数据中心设备功耗也在不断攀升,电能消耗数目弥巨和运营成本居高不下的问题愈发凸显,其能耗问题将成为重点整治对象。

与耗电量居高不下形成反差的是,传统数据中心的能源效率却一直无法有效提升,整体水平处于偏低的状态。如何给数据中心“退烧”,构建绿色节能、高效稳定的新型数据中心?这既是国家能源战略所指,也是企业承担社会责任和实现降本增效的关键。

近年来,国家和地方政府的多项政策已经对数据中心PUE值做出了限制,提出大力发展绿色技术。例如,2019年2月,工信部发布《三部门关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,明确提出到2020年,新建大型、超大型数据中心的PUE值要达到1.4以下。节能减排,降低数据中心的能耗,进一步限制PUE值,成各行各业工作重点。

润迅数据副总裁胡文先表示,随着“双碳”战略的出台,中央及地方对数据中心能耗指标做出新规定,不仅对新建数据中心的审批收紧,更对存量数据中心的PUE提出要求,节能改造已成必选项。一是基础设施体系,比如配电系统、暖通系统、制冷系统、服务器设备等,每个环节都更新设备并进行相应的节能改造。二是技术更新,比如液冷、新能源供电等新型技术,与数据中心现有技术进行有机结合。另外,还需数据中心的规划设计方、设备厂商、解决方案提供商等多方的共同努力。

在胡文先看来,数据中心节能的重点主要体现在四个方面:第一,数据中心所处的周边环境,比如温湿度环境、空间设计等都会影响数据中心的耗电量;第二,做好数据中心内部用电评估,定制适应的用电合约,同时改用省电节能的设备进行替换;第三,系统化管理用电设备,提高用电管理的精密度;第四,加强IT运维,依照数据中心实际用电状况进行定制化的设计,施行人为节省用电。

液冷技术将迎来良好发展空间

数据中心能源侧的碳排放主要来自于IT设备及基础设施的电力消耗,数据统计,在数据中心能耗结构中,主设备耗电占45%~55%,空调设备占35%~45%,电源及其他设备占10%~15%。节能降耗无疑是数据中心的重中之重,而冷却系统是数据中心节能的重点,冷却系统能耗占到数据中心总能耗的40%。与传统风冷技术相比,液冷系统耗电量方面约比风冷系统节省电量30%~50%,应用液冷技术的数据中心机房整体能效将得到30%提升。并且,随着数据中心单机柜功率密度不断提高,摩尔定律走向极限,液冷技术能带来更为直接的散热优势。

“双碳”目标将带动数据中心领域液冷技术的加速应用,随着市场对液冷数据中心解决方案的需求增长,液冷技术将迎来更好的发展空间。行业主流的液冷技术分为单相浸没式液冷、两相浸没式液冷、喷淋式液冷和冷板式液冷等技术。

与此同时,机遇也伴随挑战。目前,液冷技术的推广普及面临阻碍,尤其是在行业标准制定、液冷技术应用、余热利用技术方面。为此,产业界需要加快技术融合,重视余热利用,进一步节能提效,实现液冷在更多行业的落地,持续壮大液冷数据中心市场。同时,也期望和业界共同制定并完善行业标准,引领数据中心产业绿色化、规范化发展。

国标PUE政策对数据中心PUE值提出严格管控,液冷技术将迎来更广泛的应用,但不会完全取代现有的风冷技术,未来数据中心温控市场将出现“风冷+液冷”协同发展的格局。落脚于存量数据中心的改造上,就需要针对客户的不同需求,提供定制化的液冷改造方案,综合考量其改造成本、运行效率和资源问题,帮助客户在满足PUE值要求的情况下实现经济效益的最大化。

AI能效管理助力数据中心节能减排

除了液冷技术外,AI能效管理系统也成为数据中心节能减排的一大法宝。北京国双科技有限公司(以下简称国双)的技术专家为TechWeb分享了在某银行应用AI能效管理系统带来的节能减排的效果。

银行作为数据中心的核心应用领域,在聚焦安全可靠合规以及保障业务连续性方面,一直引领数据中心发展潮流。国双公司的技术专家表示,该银行为全球品牌价值500强、中国六大银行之一、领先的大型零售商业银行。其数据中心中央空调能耗仅次于IT设备能耗,2019年其PUE≈1.49,节能降耗迫在眉睫。同时,以人工调节为主、工作量大且依靠经验主义的设备管理,无法实现设备运行最优设置,这也是数据中心运营中的“硬伤”,智慧运营的呼声也越来越高。国双提供智慧能源解决方案,从能源精细化管理、AI优化控制、设备预测性维护等方面帮助客户实现节能降耗。

国双为该银行打造数据中心AI能效管理系统,通过采集中央空调系统运行数据,利用机器学习、深度学习等技术,对中央空调系统进行智能优化控制,从全面感知到学习/思考,再到决策支撑,提升能源系统运行效率。

效果对比数据显示,在原有的手动调节与系统自动调节相结合的控制方式下,中央空调系统平均功率1554.2kw;而AI优化控制方式下,平均功率1362.1kw,节能量192.1kw,AI节能率12.4%。水系统节能量95.3kW,节能率为8.7%,风系统节能量96.8kW,节能率为20.9%。按照该数据中心全年中央空调系统用电548万kWh计算,AI优化控制方式可为该银行减少近40万元/年的成本。可以预见,随着系统的持续应用,国双的智慧能源解决方案将产生更大的社会效益与经济效益。

据透露,该银行还将与国双合力建设数据中心AI运维大脑,区别于传统的阈值设定、故障点位监测,国双通过数据中心故障预警算法,利用大数据、机器学习方式搭建系统点位预警算法模型,提高报警准确率;通过搭建数据中心运维知识图谱,解决数据中心运维知识资产积累难的问题;基于故障预警及运维知识图谱,搭建数据中心设备设施故障智能诊断系统,提高设备运维效率,进一步提升数据中心运营智慧化。

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