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數據中心怎成“能耗巨獸”

广西快乐十分现金网 2019-07-25 15:02:24

  中國能源報-中國能源網 | 位于冀、蒙交界處的張北,一個充滿古韻的高原縣城,如今已成為擁有60萬臺服務器的世界級數據中心棲息地——阿里巴巴云數據中心便落戶于此。

  數千公里之外的貴州,群山峻嶺之間,分布著蘋果、華為、騰訊等多家公司的數據中心。無論身處何地,你手機云端的相片、朋友圈的視頻、網盤里的資料,或許都存儲于此。

  主流數據中心不約而同地棲身偏遠地區,這不是偶然。在提供海量數據服務的同時,數據中心自身也在消耗著大量能源。據記者了解,當前電費已經占到數據中心總運營成本的一半左右。“耗能過高,一直都是數據中心運營中的痛點。”華為技術有限公司能源產業發展首席專家馬俊禮告訴記者,為降低能耗,數據中心從前期選址開始就要謹慎考慮。

  隨著5G、云計算等新興技術的大規模推廣應用,用戶需求正呈幾何級爆發之勢,我國數據中心的數量隨之急速攀升,相應的用電量也在急劇增加,已對電力供應提出新的挑戰。

  “它們就像一個個不冒煙的鋼廠,創造經濟價值的同時也帶來高能耗”“預計未來幾年數據中心的規模及能耗仍將保持30%以上的高速增長”

  與傳統能耗單元不同,數據中心24小時“連軸轉”,晝夜不停的運行方式勢必會增加能耗。數據中心的核心功能在于實現信息集中存儲、傳輸、交換。它的基本單位是服務器,若干服務器又組成一個機架。需求不同,數據中心的機架數量各異。

  根據工信部5月公布的《全國數據中心應用發展指引(2018)》數據顯示,截至2017年底,我國在用數據中心的機架總規模為166萬個,同比增長33.4%,其中大型、超大型數據中心的規模增速達到68%。

  規模激增的背后是能耗的持續攀升。工信部今年2月公布的數據顯示,截至2017年底,各類在用數據中心達28.5萬個,全年耗電量超過1200億千瓦時,約占我國全社會用電量的2%,超過全球單座發電量最高的三峽電站當年976.05億千瓦時的發電量。與此同時,僅經營互聯網業務的數據中心,規劃在建機架到2017年底就達107萬個,“預計未來幾年數據中心的規模及能耗仍將保持30%以上的高速增長”。

  而按照國家節能中心及中國電子節能技術協會數據中心節能技術委員會聯合發布的統計數據,2012—2016年,我國數據中心的年耗電量增速始終維持在12%以上,最高達16.8%,并指出“數據中心的高能耗不僅給機構和企業帶來了沉重負擔,也造成了全社會能源的巨大浪費”。

  值得注意的是,由于技術原因,數據中心的實際能耗往往高于統計數據。“按照用途,數據中心分為企業自建自用、以盈利為目的兩大類。由于各種原因,自建部分很難全部統計進去,這意味著實際用電量比公開數據還要高。”中國電子節能技術協會數據中心節能技術委員會秘書長呂天文稱。

  在部分典型地區,數據中心的能耗增長更為突出。“比如,2010年時,北京的數據中心總耗電量為26.6億千瓦時,到了2015年,這個數字已增至67億千瓦時,占到北京全社會用電量的7%,去年更進一步,已經突破100億千瓦時了。”中國工程建設標準化協會信息通信專業委員會副主任委員曲海峰告訴記者,除了高增速,能耗密度高也是數據中心的特征之一。

  與水泥、冶金等傳統高耗能行業逐步進入平穩發展期、能耗難以再現飛躍形成鮮明對比的是,數據中心作為新興產業,其用電量隨著業務擴容而加速增長的趨勢非常明顯。“相比其他行業,無論單位產能用電量,還是單位建筑面積耗電量,數據中心均已位居前列。按照8—10年運行周期計算,能源成本已占到數據中心總成本的一半左右,電費甚至比機房本身還貴。它們就像一個個不冒煙的鋼廠,創造經濟價值的同時也帶來高能耗。”曲海峰稱。

  “我國現存900—1000萬臺服務器,總體能耗至少比國際先進水平差了30%以上,與國際頂尖同行的差距甚至超過40%” “改造核心設備,好比給一輛行駛中的車更換發動機,談何容易?”

  海量電耗從何而來?據呂天文介紹,數據中心既包括服務器等核心設備,即能源消耗的主體,也有不間斷電源、照明、冷卻等輔助設備。

  “就像電腦需要散熱一樣,數據中心對環境要求極高,往往依賴空調、冷水機等設備來降溫,冷卻部分的用能占到輔助設施用能的60%以上。這也是張北、貴州等非用戶中心區域備受各大數據中心青睞的原因,因為這些地區平均溫度相對較低,冷卻的用能成本也會相應降低。”呂天文說。

  在此背景下,我國專門推出了一項衡量數據中心能效水平的評價指標——電能使用效率值(PUE)。該指標由數據中心設備總能耗除以信息設備能耗得出,基準值為2,數值越接近1意味著能源利用效率越高。今年2月,工信部、國家機關事務管理局、國家能源局出臺《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》,要求到2022年,“數據中心平均能耗基本達到國際先進水平,新建大型、超大型數據中心的PUE達到1.4以下”。

  目前我國數據中心的PUE距離1.4有多遠?工信部數據顯示,我國在用超大型、大型數據中心的平均PUE分別為1.63、1.54,規劃在建數據中心的平均設計PUE在1.5左右,只有一小部分新建數據中心PUE可做到1.4以下。

  曲海峰指出:“我國現存900—1000萬臺服務器,總體能耗至少比國際先進水平差了30%以上,與國際頂尖同行的差距甚至超過40%。對此不得不想辦法改造。”

  但改造并非易事。“對數據中心而言,信息設備能耗屬于無法壓減的能耗,因為早在購買服務器時就已確定基礎能耗,只有通過更先進的制造工藝才能實現節電。”國網冀北電力科信部智能處處長徐彭亮表示。

  來自阿里、騰訊等公司的相關團隊也證實,現有措施更適用于冷卻等輔助環節的降耗,核心設備的降耗手段極為有限。“以百萬臺服務器規模的數據中心為例,PUE降低0.1,每年可節約億元級電費,但哪怕是降個0.1也絕非易事。”騰訊數據中心專家工程師李典林稱。

  “通過一定的節能手段、改變粗放管理方式,可帶來10%—20%的能效提升。但因數據中心全天候不間斷運行,改造核心設備,好比給一輛行駛中的車更換發動機,談何容易?”曲海峰稱。

  “能耗問題已成為阻礙數據中心產業發展的主要矛盾”“通過以新代舊、以大代小逐步實現升級反倒是一種更好的選擇,但這項工作光靠信息產業一個行業力量遠遠不夠”

  數據中心激增的能耗已引發多方關注。早在2013年,國家發改委、工信部、國家能源局等部門就聯合發布《關于數據中心建設布局的指導意見》,著手監管能耗問題。此后,《關于進一步加強通信業節能減排工作的指導意見》《關于國家綠色數據中心試點工作方案》等相繼出臺。

  在地方層面,北京、上海、深圳等地數據中心密集地紛紛出臺政策控制其能耗——或在中心城區全面禁止新建和擴建數據中心;或要求新建數據中心PUE值須限制在1.3以下;或實施鼓勵政策,對PUE值低于1.25的數據中心,新增能源消費可給予實際替代量40%以上等支持。

  不過,多位業內人士坦言,由于現有措施未能觸及核心,節能降耗的實際效果相當有限。北京市經濟和信息化局局長助理王蘭近日就公開表示:“數據中心基礎設施高耗能的屬性,受到日益嚴峻的電力資源、水資源及土地資源制約,能耗問題已成為阻礙數據中心產業發展的主要矛盾。”

  “新興用電大戶的出現對整體電力需求一定是有沖擊的。現階段,數據中心的耗電量還不足以影響整個電力系統,但長遠看需要高度重視。”廈門大學中國能源政策研究院院長林伯強指出。

  在曲海峰看來,相比改造,直接對老舊服務器實施關停、更新是更可取的節能手段。“好比電廠‘上大壓小’工程,通過以新代舊、以大代小逐步實現升級反倒是一種更好的選擇,但這項工作光靠信息產業一個行業力量遠遠不夠。”

  曲海峰認為:“數據中心運營周期動輒8—10年,能耗管理不是一朝一夕的事,就像車輛年檢一樣,需按照一整套流程進行跟蹤、測評。”而目前,對于能耗的事前評估、事中監測及事后審計,尚無專門的主管部門負責,審核機制也是一片空白;哪怕是“最懂能耗”的能源行業,目前也未真正參與進來,對數據中心特性、運營并不夠了解,“更多還只是站在行業外看問題”。

  呂天文也指出,數據中心能源管理崗位、人才缺失也是目前面臨的一大問題,這也是有的數據中心設計優秀,但實際運營能耗水平遠達不到理論值的重要原因。“現有運維人員,大多單純從事巡檢工作,發現耗能問題才去解決,能源管理的概念及意識相對薄弱。但在此過程中已經產生大量浪費。建議讓專業的人做專業的事,可引入專業的能源管理人才或通過綜合能源服務商來填補空缺。”

來源:中國能源報-中國能源網 作者:朱妍 姚金楠 編輯: 曾紫妍       
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