可持续发展—助力数据中心向净零迈进

— 白皮书 可持续发展—助力数据中心向净零迈进 — 目录 04五步实现数据中心可持续发展 06聚焦：数据增长的驱动因素 07第一步：评估——无法衡量之物不可控 10第二步：合作——与当地电力公司合作，充分利用可持续能源 12第三步：设计——尽可能地减少能耗，高效运营 18第四步：维护——保持高效运行 19第五步：回收——报废再利用和资产处置 20ABB，助力数据中心可持续发展 21参考文献 4可持续发展—让你的数据中心实现碳中和 — 五步实现数据中心可持续发展 加快迈向净零未来之旅 — 采取行动，建立更加绿色的数据中心生态系统 数据中心市场对能源效率战略并不陌生，近年来，数据中心市场在关键任务领域以身作则，致力于实现碳中和，众多头部企业已经规划了在2030年前打造净零排放数据中心生态系统。即便面对数字化加速发展，数据需求驱动着前所未有的增长，数据中心市场仍致力于兑现其承诺：购买100%的无碳能源、使用低碳排放值的基础设施及IT设备、重复使用和维修、将节约用水放在首位、回收热能，并通过实现可衡量的目标，来证明其能源效率。 近期的研究证实，数据中心的计算产出从2010年到 2018年增加了6倍，而同期的能耗仅升高了6%。1这些令人瞩目的成就为进一步提高数据中心的整体可持续性奠定了基础。 — 数据中心市场必须保持在实现“绿色革命”总体规划的轨道上 未来几年，全球数据需求将直线上升，预计到2025年将达到181ZB2。导致这一增长的宏观驱动因素有很多： 联网设备的急剧增长和技术普及：预计将从2021年的138亿台增加到2025年的 309亿台3。 突如其来的居家办公：导致网络流量激增 40％4。 数据驱动型经济的兴起：95%的企业认为，管理非结构化数据的需求，是其业务中的一个问题，并对其如何驾驭市场、如何预测未来以及如何调整以适应市场趋势产生了影响5。 AI大模型：将推动算力需要的大规模增长。机架容量可能突破两位数，计算中心整体规模可能高达数百兆万，消耗更多的电力能源。 五步实现数据中心可持续发展 数据中心在设计和运营方面都积极采纳可持续性措施，使其作为积极变革的力量——但仍有许多工作需要完成。如今，客户更加寻求拥有良好的环保记录的数据中心提供商，各国政府也都加快迈向减碳目标和净零排放目标。 为了保持自身在可持续发展转型中的领先地位，数据中心市场必须继续拥抱人工智能（AI）赋能基础设施、远程管理、先进的数据中心设计和能源管理系统等领域的进步。 过去，可持续发展一度只被超大规模的企业所关注，而今，世界各地不同规模的托管数据中心都在规划和落实可持续发展之路，这最终将合力建成一个更加低碳高效的生态系统。 5 越来越多的托管用户要求以有意识的、净零或可持续的方式存储数据，这意味着，他们选择的数据中心提供商，能够提供完整可验证的可持续性认证。对于希望针对这一不断增长的需求占据主导地位的托管提供商而言，加快可持续发展步伐，是领跑这个市场的关键，因为很快该市场将视可持续性为先决条件，而非加分项，政策导向进一步也为数据中心绿色低碳高质量发展指明了前进的方向。 为了支持这些工作，ABB的数据中心专家撰写了这份白皮书，探讨了实现数据中心可持续发展的五个关键步骤，每个步骤都包含了大量的意见和建议，并综合考虑到了市场上的现有技术和创新的融合： 第一步第二步第三步第四步第五步 评估 无法衡量之物不可控 合作 与地方当局合作，采购或整合可持续能源。 设计 最大限度地提升新能源使用比例，提高能源使用效率。 维护 用数字化，提高运营效率。 回收 报废再利用和资产处理 6可持续发展—让你的数据中心实现碳中和 — 聚焦：数据增长的驱动因素 物联网（IoT） 连接数字化设备所实现的便利性和效率，掀起了一阵自动化浪潮，它渗入到我们的生活、出行和工作方式中。据估计，到2025年，物联网连接设备将产生79.4ZB的数据，足以填满大约8万个数据中心。6 工业4.0 工业4.0一词，描述了制造业如何利用现代和未来的计算能力和网络连接的进步。为了使之成功，计算机系统将通过数据解析物理世界，并相互通信。因此，工业4.0对数据有着无尽的需求，这一点不足为奇，这些数据需要得到有效的收集和存储，从而推动了全球范围内数据中心设施的增加。 自动驾驶汽车 随着无人驾驶汽车和自动驾驶汽车成为主流，电动出行行业必须打造一个生态系统，让这些新生代的车辆能够相互通信，并与周围的基础设施乃至与行人相互通信。据估计，按每天行驶一小时计算，单是每辆自动驾驶汽车每天就会产生4000GB的数 据。10 将这种巨大的数据需求与大城市的汽车数量相乘，再加上街道互联基础设施相关数据，就不难理解为何创建自动驾驶交通系统将成为数据中心增长的一大驱动因素。 聚焦：数据增长的驱动因素7 — 第一步：评估—无法衡量之物不可控 步骤 — “除非知道自己消耗了多少能源、这些能源是如何分配的、在哪里出现了浪费，否则你是无法提高能效的。这么做可以使你现在以及未来当你在可持续发展道路上取得进展时，做出明智的决策和有针对性的改进。” — 测量-PUE 确定数据中心可持续发展之路的第一步，同时也是最为关键的一步，就是评估能源的使用情况，业内最常用的标准是电能利用效率（PUE）。简而言之，PUE计算的是总输入能源和总IT负载能源之差，它以比值表示，理论值最低为1，对于许多数据中心来说，这仍然是无法实现的。东数西算国家工程定义了东部地区枢纽的数据中心不大于1.25，西部枢纽的数据中心不大于1.2.非枢纽节点的数据中心，在逐步向这些指标靠近。这是数据中心审批立项建设的最基本的条件。 PUE越低，说明IT的用电就越多，现代数据中心的PUE大多在1.5-1.7，最先进的设施可以达到1.1。需要牢记的是，数据中心会因为包括环境因素（例如：湿度）在内的一系列变量，而有不同的表现。因此，PUE应该被视为一个独立的性能基准—起点以及用于衡量成功与否的标志。 理论而言，计算PUE应该只需要两个测量值—输入能源和IT负载能源，但是随着数据中心变得愈发复杂，技术变得愈发丰富，PUE的评估也变得愈发复杂。 TheGreenGrid是一家致力于提高数据中心资源效率的非营利性行业合作联盟，他们提出了一种有效的方法，即建议监测为期一年的PUE，通过持续测量，来补偿数据中心内发生的峰值和额定负载变化。如果无法做到这一点，TheGreenGrid的建议是采用另一种方法，即测量PUE不少于一个月的时间，并确保数据中心在这段时间内的负载，相对于其特定环境而言具有典型性。 8可持续发展—让你的数据中心实现碳中和 — 数据中心负荷 电网需求 设施的总能耗 IT设备能耗 PUE= 总设施能耗 IT设备能耗 IT负荷 •服务器 •存储 •计算 •电信设备 •等等 电源 •开关柜 •不间断电源（UPS） •备用电池 •等等 冷却 •冷却器 •机房空调 •等等 图解：如何计算数据中心的PUE. 在评估PUE时需要考虑以下关键变量： 输入功率分布 除非你的设施是专用数据中心，否则正确评估其输入功率是非常困难的，简单地读取市电连接处的负荷远远不够。 大多数数据中心都是多功能建筑的一部分，与一系列其他负载共享市电连接，这使得确定数据中心的输入功率十分具有挑战性。 UPS连接可能无法反映IT负载 不能假设所有连接到数据中心不间断电源（UPS）的设备都是IT负载的直接来源。以暖通空调负载为例，比如风扇，也有连接连接到UPS上。同样，一些应当作为PUE计算的一部分进行评估的IT负载，可能没有连接到UPS，这是因为相对于其他系统而言，其对中断的容忍度更高。“冷存储”就是一个很好的例子，它主要用于不常使用的数据，或为合规目的而存储的数据。 分开测量以获得准确的PUE 考虑到这种复杂性，要想获得准确的PUE，就需要将所有数据中心的负载与建筑物内其他非数据中心的负载分开测量，并对其输入功率单独求和。此外，为了获得总IT负载，所有IT设备都需要单独进行测量，并对其输入功率求和。在一个典型的1MW数据中心，这个过程可能需要同时进行数千次功率测量，这既是技术上的，也是实际上的挑战。 解决方案：用总IT负载评估PUE 考虑到PUE评估在现实中的复杂性，现在，许多数据中心运营商选择使用少量的集中测量点，结合PUE系统的数学模型，来证明该能效测量具有足够的准确性。 在这种更为实际的方法中，评估IT总负载就是其中的一个例子，如图1所示，该图显示了大量IT负载通过连接到UPS的配电装置（PDU）进行供电的典型示例。 聚焦：数据增长的驱动因素 — 持续监测 持续监测配电与耗电，与评估UE一样重要。持续监测将展示用电变化、趋势和峰值，这在升级设备，或革新基础设施以提高数据中心的可持续性时，有助于做出明智的决策。 通过了解哪里耗消最多，数据中心运营商就能更好地了解如何提高效率。随着数据中心设施的发展，这种持续的监测将提供实时或近乎实时的电能性能分析。 监测整个数据中心的用电情况的方法有很多。以下是一些非常成功的附加解决方案，供你考虑： 9 EKipUp ABB的EkipUp是一款低压数字监测装置，它通过一个“一站式”平台监测、保护和控制配电。使用这个易于安装的解决方案，你可以： •将基本的开关柜升级为具备全新监测、保护和电力控制功能的装置。 •运行多达35个独立的保护功能，来进行配电和发电。 •利用超过1000次测量和电能质量数据。 •每天通过4个功率阈值，管理削峰和负荷转移。 CMS-700 ABB的CMS-700是一款电路监测系统，拥有多达96个传感器，适用于交流或直流多通道测量。这种多功能且易于安装的解决方案，可以整合到已完成布线的面板中，让你轻松收集、分析和下载数据，以优化能源消耗、能效和能源管理。 ABBAbility能效与资产管理 ABBAbility能效与资产管理是一个先进的云解决方案，也可和用户自建的本地管理系统相连接。它将能效和资产管理集成到一个直观的仪表盘中。通过提供可远程获取的、全面的资产和电气系统行为信息，ABBAbility能源和资产管理解决方案所提供的洞见，可帮助你在整个运营过程中尽可能地降低成本和风险，并提高绩效和安全性。 10可持续发展—让你的数据中心实现碳中和 — 第二步：合作—与当地电力公司合作，充分利用可持续能源 步骤 — “连接智能电网，不仅使数据中心能够通过电力公司从当地的独立来源购买可再生能源，而且可以使数据中心在现场安装的分布式发电系统和储能的情况下，在IT负载较低时，将自己的可再生电力回馈给电网。这种战略在抵消碳足迹方面大有可为，可以让你向最终目标（净零排放或碳中和）更进一步。” 将数据中心连接到电网，就为数据中心在可持续发展的战场上增添了一位盟友。随着AI大模型智能计算的出现，数据中心规模越来越大，需要自建110kV变电站或220kV变电站，更需要当地供电部门的知识和经验。当地电力公司将是你丰富专业知识的来源，并可帮助你制定有关购电、配电和用电的重要决策。 了解购电协议 购电协议（PPA），也称电力协议，是企业与电力公司之间的长期合同，你可据此向独立发电厂（IPP）购买大量可再生电力。 PPA是降低电价变化风险的好方法，也使你能够为商业计划做出长期的规划。 老式的数据中心架构是基于耗电方式建立的。而新的技术和架构使数据中心成为能源消耗和提供的综合体，通过分布式新能源发电，储能等技术，他们能够参与到电网支持服务中。 PPA还将允许电力公司和数据中心商定协议，在需要时提供额外的服务来支持电网。这种服务通常需要现场发电，例如：太阳能、燃料电池或燃气轮机，以及电池储能或中压UPS组合。 11 聚焦：数据增长的驱动因素11 考虑建立ESCO合作伙伴关系 就下一个建设地点达成一致后，你可以考虑与能源服务公司（ESCO）合作，来大幅降低楼宇的能源成本。 ESCO可以提供广泛的能源解决方案，包括：设计专