数据中心:世界上最大的能源消耗者

思考

数据中心——世界上最大的能源消耗者

数据中心多年来都被认为是电力的过度消费者,占澳大利亚总能源消费的4%,约占世界能源消费的10%

以前,能源效率并不一定是信息技术(IT)组织的优先事项,但不断上升的电力成本,企业的优先事项脱碳对更多硬件和设备的承诺和持续的需求,以及蓬勃发展的数据消费,正在改变数据中心运营商规划和运行其设施的方式。

同样,企业在管理能源方面也越来越成熟。以前,能源问题是通过实施一些单独的倡议来解决的,而现在,经常可以看到协调良好的能源战略,对技术、采购和执行采取综合办法。

为什么数据中心消耗这么多能源?

数据中心是为容纳IT设备而创建的复杂环境。其中,能源消耗的主要驱动因素是IT设备本身。支持数据中心的IT设备包括通信系统、存储系统和其他IT系统,如处理器、服务器电源、网络基础设施和硬件、计算机、不间断电源和连接系统。

数据中心内消耗的大部分能量需要经过分配的各个阶段,才能被it系统使用。能量转化为热量,这就是为什么设施需要大量的冷却

随着服务器密度的不断上升,冷却系统面临着越来越大的压力,需要保持IT设备和服务器足够的温度,以使它们有效地运行。如果温度或湿度过高,可能会损坏IT设备,导致磁带介质错误。

数据中心开发者和运营商如何优化他们的能源消耗?

这些机会的例子是虚拟化和基于arm的处理器的使用,这些处理器被设计用来执行较少类型的计算机指令,以便它们能以更高的速度运行。这在功率的一小部分上提供了出色的性能。这两种选择的技术发展使它们成为可行的解决方案,但它们仍然超出了大多数数据中心开发人员的范围。

对数据中心空间进行良好的实际管理仍然是一种合适的、基本的降低能源消耗的方法。利用通道密封系统,在未使用的机架槽中安装下料板,在凸起的地板孔中安装拉丝垫圈,这些都是可以实现的简单而有效的节能方法,但在许多小型设施中仍然被遗忘。

实施积极的电力使用效率(PUE)或NABERS能源目标也将推动更多的节能举措和数据中心内部的改进.新设施将更容易实现PUE目标,因为可以选择高效设备以减少寄生负载要求。

在现有设施中实施低PUE目标,例如节能照明,也是可以实现的,但需要更多的资金支持和仔细规划才能实现。当设备需要更换时,也可以选择更节能的选择。

最后,应用机器学习对于数据中心,已用于优化冷却系统的设定值为可变的外部条件。拥有最佳的设定值可以提供一些边际能源收益,当这些收益聚集在一起时,可以为冷却系统节省多达10- 15%的能源。

更多的数据中心是否可以利用自然冷却和夜间冷却的机会来节约能源?

在许多地方都有免费冷却的机会,特别是如果提供的空气温度符合美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)的指南(18°C-27°C)。

由于送风温度高达27°C,我们需要外部空气温度在25°C或更低,才能从自由冷却中获得显著的好处。然后,数据中心经理需要决定他们是要使用直接或间接自由冷却。间接自由冷却可以通过热轮或热交换器实现,因为外部空气污染物或湿度水平不限制自由冷却的使用,使其成为一个有吸引力的选择。

在某些地区使用这种间接自由冷却的机会肯定更多,特别是在温度低于19°C和湿度低于60 RH(相对湿度)每年超过2500小时的地方。

在更高的环境温度(比目前的标准温度)下运行数据中心是一个减少冷却所需能源消耗的实际选择吗?

当运营商进入热通道时,他们仍然担心数据中心的效率。然而,这种观念正在逐渐改变,人们开始习惯这样一种观念:拥挤的过道不一定是问题。

温暖的数据中心因为在高温下工作的人不能长时间工作,所以一定会引起健康和安全方面的担忧。通过使用特定烟囱类型的机架,或将所有连接和操作员工作安排在冷通道,可以限制进入热通道的需要,从而管理温度较高的数据中心的健康和安全。

升高的温度需要某种形式的通道密封来达到最佳效率,这可能会导致符合规范的问题。安装洒水装置和气体抑制系统可能是有问题的,因为封闭的通道会产生额外的一层基础设施和相关的成本。

数据中心中的某些活动是否可以安排在高峰时间之后进行?

有些用户可能会将关键处理任务安排在夜间循环中进行,但是,这受到业务类型的限制,对大多数运营商来说不是一个可行的解决方案。其他可考虑的方案包括:

  • 提供能源储存系统可以提供一些能力,将能源使用推迟到非高峰时期
  • 更大的电池组可以替代柴油发电,然而,电池的持续深度循环将大大缩短它们的寿命,需要尽早更换
  • 电容器组的使用可能是电池的可行替代品。这些银行可以对全天的渐进式使用收取隔夜费用。当关卡变低时,引擎可以被替换或补充
  • 冷却储存可能是减少机械冷却负荷的更可行的替代方案,然而,某种形式的自由冷却将抵消这一好处
  • 柴油发电机也可以使用,特别是当该网站与能源零售商有需求管理协议时

由于数据中心大多依靠不间断电源(UPS)运行,太阳能能在多大程度上为UPS充电?

一般来说,数据中心用于实现太阳能光伏阵列的可用空间只能满足数据中心总能耗的一小部分。需要大量的太阳能电池板来减少来自电网的电力这是大多数数据中心都需要的。

虽然太阳能可以为数据中心提供能源,但它需要被UPS使用。

然而,像谷歌这样的大运营商正在通过建立太阳能发电厂来利用太阳能,以抵消他们在电网上使用的数据中心。使用小型面板阵列与电池存储相结合,可用于减少现场非关键的寄生负载,如燃料抛光、发动机加热器、办公室空调和照明。

其他供应商正在考虑将数据中心设在太阳能发电场,以充分利用与太阳能相关的直接可再生能源消费有吸引力的购电协议甚至将投资分散到可再生能源市场。

未来数据中心的设计和开发将会发生怎样的变化?

我们正处于开始设计和开发更多可持续设施的理想位置。例如,谷歌在四大洲拥有和运营15个数据中心,它的目标是通过建设和运营世界上最节能的数据中心来减少能源使用。该公司通过直接从风力和太阳能发电厂购买可再生电力,并通过公用事业公司购买可再生电力,实现了100%可再生能源的目标。

像谷歌这样的公司总是在寻找竞争优势。他们正在为包括数据中心、公司总部和研发设施在内的各种项目寻求更智能的工程解决方案。

越来越多的运营商更愿意这样做应对可持续性挑战正面并将更先进的解决方案纳入他们的数据中心设计和开发。

总结

  • 数据中心消耗全球能源产量的10%
  • 在数据中心节省能源有几种选择:虚拟化、基于ARM的处理器、良好的设施实用管理和实现电能使用效率(PUE)目标
  • 精心策划的能源战略是成功的关键
  • 数据中心的冷却系统耗电量很大。许多地方都有免费冷却的机会——数据中心经理需要决定他们是要使用直接或间接的免费冷却
  • 数据中心经理需要决定他们是要使用直接或间接的自由冷却
  • 关键的处理任务可以安排在高峰时间之后进行,以节省能源
  • 数据中心设计和发展的未来趋势包括整合具有成本效益的可持续能源解决方案,包括使用可再生能源,如太阳能和风能,以及海水冷却

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关于作者

阿道夫•费尔南德斯贝尼托他是Aurecon在维多利亚州和南澳大利亚州的技术总监和发电业务负责人。他热衷于领导向可再生能源未来的过渡,专注于共同创建能源战略,以减少能源消耗、成本和增加可再生能源的组合。

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