脫碳數(shù)據(jù)中心：基礎(chǔ)設(shè)施的未來

未來的數(shù)據(jù)中心必須脫碳！在我們的數(shù)字世界中，數(shù)據(jù)中心已成為世界上最大的電力消費者之一。全球領(lǐng)先的基礎(chǔ)設(shè)施綜合服務(wù)商AECOM的零碳能源系統(tǒng)總監(jiān)Sam Mackilligin表示，數(shù)據(jù)中心需要實現(xiàn)無碳排放，并且需要清潔、可靠的電力來源。

過去，我們的世界靠石油運(yùn)轉(zhuǎn)，而現(xiàn)在則需要靠數(shù)據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)智能平臺 NodeGraph 表示，如今在我們每一天中的每一秒，每個人都會產(chǎn)生1.7 MB 的新數(shù)據(jù)信息，相當(dāng)于 340 封普通電子郵件。這意味著數(shù)據(jù)中心是全球經(jīng)濟(jì)中增長最快、最重要的組成部分之一，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、加密貨幣和自動駕駛汽車等新技術(shù)的出現(xiàn)，這種增長趨勢將會加速。

國際能源署表示，盡管數(shù)據(jù)中心在過去十年中變得更加高效，但數(shù)據(jù)的增長如此驚人，以至于這些中心不可避免地成為一些最大的能源消費者，消耗了全球總電力需求的 1%。預(yù)計到本十年末，這一比例將上升至 8%。

更少的熱量，更少的能源消耗

因此，我們要解決的第一個領(lǐng)域是減少數(shù)據(jù)中心設(shè)施使用的能源量。隨著客戶將數(shù)據(jù)存儲外包到云端，以及專業(yè)運(yùn)營商利用“超大規(guī)模”數(shù)據(jù)中心的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，這種情況在一定程度上是自然發(fā)生的。

據(jù)統(tǒng)計，一般情況下大型數(shù)據(jù)中心使用大約 40% 的能源來保持服務(wù)器冷卻。

應(yīng)對此問題的技術(shù)解決方案包括被動冷卻，確保熱空氣和冷空氣不會混合，以及沉浸式液體冷卻，其中服務(wù)器浸入充滿冷卻劑的機(jī)架中，冷卻劑的熱容量可能是空氣的 1000 倍以上。冷卻液吸收服務(wù)器的熱量，然后從機(jī)架中排出。

許多運(yùn)營商已經(jīng)在使用人工智能，其中一些例子表明，通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)在任何給定時間應(yīng)用最佳冷卻量，它已將冷卻成本降低了 40%。

此外，數(shù)據(jù)中心位置的選擇也有幫助，一家全球云服務(wù)提供商使用海水冷卻芬蘭的一個數(shù)據(jù)中心，而正如最近在媒體上看到的那樣，微軟的 Project Natick 正在試驗在海底選址數(shù)據(jù)中心以降低溫度。數(shù)據(jù)中心也可以簡單地建在寒冷的地方，例如存儲寶馬數(shù)據(jù)的冰島，或擁有許多全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心設(shè)施的瑞典北部。

另一個重要的方法是吸走熱量并將其用于其他用途，例如為房屋或溫室供暖。巴黎的孔多塞數(shù)據(jù)中心將其廢熱直接輸送到附近的氣候變化植物園，科學(xué)家們正在那里研究高溫如何影響植物。在瑞士，來自 IBM 數(shù)據(jù)中心的熱量使附近的游泳池變暖。

隨著數(shù)據(jù)中心的持續(xù)增長，成為附近家庭和企業(yè)的熱源是數(shù)據(jù)中心融入社區(qū)并為更廣泛的脫碳工作做出貢獻(xiàn)的一種方式。

綠色電力

下一步是清理數(shù)據(jù)中心使用的電力。據(jù)《財富》雜志報道，在中國，73% 的數(shù)據(jù)中心使用煤電，而弗吉尼亞州北部的勞登縣承載著全球 70% 的互聯(lián)網(wǎng)流量，并且擁有全球最集中的數(shù)據(jù)中心，因為它靠近華盛頓特區(qū)及其低電價。但弗吉尼亞的電力部門絕大多數(shù)依賴化石燃料——超過一半的電力以天然氣為燃料，十分之一為燃煤。

科技公司和數(shù)據(jù)中心供應(yīng)商已經(jīng)成為清潔能源的最大企業(yè)買家，主要來自風(fēng)能和太陽能發(fā)電場。例如，2019 年，谷歌宣布了一項 1.6GW、價值 20 億美元的一攬子交易，相當(dāng)于在 100 萬戶家庭中安裝太陽能電池板。

但數(shù)據(jù)中心行業(yè)還有很長的路要走。真正希望實現(xiàn)能源供應(yīng)脫碳的公司需要將所有主要系統(tǒng)切換為電網(wǎng)電力，然后轉(zhuǎn)向可審計的“零碳”電力供應(yīng)。從公用事業(yè)公司簽署“綠色關(guān)稅”可以讓公司購買與其耗電量相當(dāng)?shù)目稍偕茉?，但在任何給定時間都無法知道所使用的電子是否是綠色的，因為風(fēng)能和太陽能資源是間歇性的，當(dāng)它們不提供電力時，備用發(fā)電通常使用化石燃料。

更直接的途徑是與清潔能源項目開發(fā)商簽訂購電協(xié)議，以固定價格購買十年或更長時間的電力。但找到一個完全符合企業(yè)需求的項目是有問題的，電網(wǎng)電力仍將是后備力量。

一個有前途的選擇是使用潮汐能，它提供完全可靠的電力，可以提前預(yù)測。

例如，AECOM一直與 SIMEC Atlantis Energy 合作，在蘇格蘭大陸和奧克尼群島之間的彭特蘭灣 (Pentland Firth) 開展 MeyGen 項目。彭特蘭灣擁有一些世界上最強(qiáng)大的潮汐資源，水流時速可達(dá) 11 英里。

該站點靠近許多現(xiàn)有或計劃中的高速國際光纖電纜，AECOM 一直在與SIMEC Atlantis Energy合作，以評估創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)中心的可行性，該數(shù)據(jù)中心可以訪問具有電網(wǎng)備份的可預(yù)測可再生能源發(fā)電，地點是低溫有助于保持涼爽。

除了已經(jīng)安裝在水中的 6 兆瓦之外，SIMEC Atlantis Energy計劃再安裝 80 兆瓦的潮汐渦輪機(jī)，并建造世界上第一個海洋動力數(shù)據(jù)中心，這可能成為其他設(shè)施的典范。然而，與其他可再生能源一樣，它不會一直發(fā)電，因此它需要某種形式的能量存儲，以確保電力持續(xù)可用。

清潔能源存儲和備份

數(shù)據(jù)中心需要確保他們的電力供應(yīng)不被中斷，并且像許多其他部門一樣，他們大多使用柴油備用發(fā)電機(jī)來做到這一點。因此，這種情況需要改變。

液流電池將能量儲存在電解質(zhì)罐中，可以無限期地保持電荷，從而使它們可能更有效。它們尚未像鋰離子電池那樣擴(kuò)大規(guī)模，但它們將于 2023 年實現(xiàn)商業(yè)化。液流電池和潮汐能的結(jié)合將為數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商提供易于追蹤且完全可再生的電力，使他們能夠證明：它們是 100% 可再生的。

新興的氫經(jīng)濟(jì)也可能提供另一種選擇，氫被視為下一階段脫碳的關(guān)鍵之一。它可以為汽車、輪船和重型卡車提供動力，為家庭和企業(yè)供暖，并且可以使用剩余的可再生能源和工業(yè)設(shè)施的碳排放來生產(chǎn)。例如，對于 MeyGen 項目，附近風(fēng)電場的剩余電力可用于生產(chǎn)氫氣，然后將氫氣儲存起來以備不時之需，既可以在改裝柴油發(fā)電機(jī)中燃燒，也可以用于燃料電池。

新機(jī)會

將所有這些趨勢結(jié)合起來對英國來說是一個重大機(jī)遇，例如英國擁有世界上最好的潮汐能資源，通過利用潮汐能的可預(yù)測性，希望以透明方式減少碳排放的數(shù)據(jù)中心可以加速潮汐能的部署，并為液流電池提供一個用例。

一段時間以來，供應(yīng)鏈中的可追溯性在從制藥到食品的行業(yè)中一直很重要——現(xiàn)在它也適用于電力行業(yè)。目前，AECOM 已經(jīng)將這一原則應(yīng)用于為電動汽車充電，以便車隊所有者可以證明他們的汽車正在使用 100% 的可再生能源。當(dāng)然也可以幫助數(shù)據(jù)中心證明它們也是 100% 可再生能用。

本文作者：Sam Mackilligin 是 AECOM 的零碳能源系統(tǒng)總監(jiān)

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