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用电高效化:ICT产业的绿色发展之路

用电高效化:ICT产业的绿色发展之路

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“碳中和”背景下,ICT产业在助力千行百业数字化转型的同时,自身也需要向“绿色”转型。


火给人类带来了光和热,在慢慢克服了对火的恐惧之后,火逐步为人类所用,人类文明也揭开了新纪元。回顾历史的发展,每一次能源革命,都能使社会生产力实现一次极大的跨越。

当前,数字经济蓬勃发展,以数字化转型为载体驱动能源行业结构性变革,以“碳中和”目标为指引,实现各行各业的低碳绿色发展,既是现实的紧迫需求,也是行业发展的必然趋势。电力、工业、交通、建筑、ICT等行业是用电大户,也是节能降碳的主力军。

从能耗占比情况来看,数据中心、通信基站等ICT基础设施能耗占全社会用电量的比例在4%左右。但随着数字经济的加速发展,算力成为全新生产力,数据中心成为支撑数字经济发展的坚实底座,必将带来能耗的持续递增。与此同时,随着5G网络的不断发展与普及,基站在助力更强联接的同时,平均能耗是4G的3倍以上。

从碳排放数据来看,ICT行业的碳排放与电力、工业等碳排大户相比,绝对值较小;但相对而言,ICT行业的碳减排却能撬动千行百业减排。据通讯行业协会GSMA预计,到2030年,ICT行业的碳排放量将仅占全球总排放的1.97%。根据国际环保行业组织GeSI研究,预计在2030年,ICT技术可以帮助全球降低20%的二氧化碳排放。“碳中和”背景下,ICT产业在助力千行百业数字化转型的同时,自身也需要向“绿色”转型。

绿色数据中心的“四维”革新

数字经济的全面开启与绿色可持续发展的需求,对数据中心提出了更新、更高的要求。未来,数据中心将向着“低碳共生,融合极简、自动驾驶、安全可靠”的方向持续演进。

1.从源头实现绿色化,低碳共生

以绿色低碳循环为主的新型可持续发展模式,在数据中心的体现,就是从源头实现绿色化,比如在电力输入侧规模化地使用绿电,包括光伏、风电、水电等,可以降低数据中心碳排放1%~2%;从唯PUE论走向xUE,即建立包含CUE、PUE、WUE、GUE等在内多维的评价体系,实现数据中心的可持续发展,以及对全生命周期碳排放的控制。中国三峡东岳庙数据中心是三峡集团正在打造的华中地区最大绿色零碳数据中心集群的一部分,一期部署机柜4400柜,10年预计可减少碳排放250万吨。

2.从架构、供电、温控入手,打造数据中心“极简三叉戟”

传统数据中心系统复杂、建设周期长,难以匹配发展要求,而模块化、高密化有助于实现数据中心架构的融合极简。

·架构极简,通过机房及设备的模块化设计,将传统数据中心土建、供电和制冷的串行施工模式变为并行,采用工厂预制的“品牌机”,以缩短建设周期,提升交付质量。西南地区最大的人工智能计算中心成都智算中心携手华为,率先应用“预制模块化+钢构+土建”三种建设方案于一体的方式,集成高效一体化电力模块、智能锂电、AI等先进节能产品和技术,工程现场采用“乐高式”快速堆叠,有效降低施工周期50%以上,预计10年将省电4000万度。
·供电极简,通过提高设备功率密度、全面锂电化,并融合市电整流逆变、光伏逆变、储能三大功能,使得供电链路的复杂度大幅降低。
·温控极简,随着机柜功率密度的提升,以及温控散热能力的加强,通过链路极简和风液融合,可以实现冷热交换效率的最大化,比如采用华为间接蒸发冷却工作模式,能够进一步缩短制冷链路,提升制冷效率。
3.善用AI,实现数据中心“自动驾驶”
·从虚拟现实、实时同步、全球同步在线等典型应用来看,算力升级在所难免。算力爆发会使数据中心从千柜建筑演变为万柜园区,将导致数据中心内部需要管理的对象数量呈指数级增加,人工管理显然满足不了运维、能效管理和运营的需求。因此,数据中心需要借助智能化的手段,实现数据中心的“自动驾驶”,即运维自动、能效自优、运营自治。
·运维自动。随着云数据中心走向集约化、规模化,自动化运维成为未来数据中心的重要特征。通过将AI技术应用于数据中心运维,借助智能传感、声音&图像识别等,可实现实时连续的运维和预测式的提前主动运维,从而减少人力运维的时间和成本,实现无人值守。
·能效自优。数据中心运营方在进行数据中心能效提升改造时,应考虑用AI能效优化技术,建立能耗与IT负载、气候条件、设备运行等可调节参数间的机器学习模型,推理和配置出能效最优的配置逻辑,从制冷到“智”冷,实现数据中心能效最优,进一步降低能耗。
·运营自治。数据中心运营方在进行资产管理时,可以考虑采用基于AI的资源优化技术,对数据中心资产进行全生命周期管理,建立以设备管理为核心的管理模型以及分析平台,通过AI仿真设备状态和AI业务预测,自动盘点数据中心资产状态。未来的数据中心运营方借助AI自动驾驶平台,可以实现各种能源的灵活调度,在绿电直供、叠光、储能削峰填谷等方面实现按需调用,减少人为计算和操作,从而最大化挖掘资源的价值。
4.变被动为主动,全方位筑牢数据中心“防火墙”
数据中心的安全可靠是重中之重。数据中心运营方可以从主动安全和架构安全两个方向不断夯实数据中心底座。
·主动安全,是在数据中心全域可视可感的基础上,基于大数据和AI技术,实现部件到系统的预测性维护。故障的响应机制也从工单驱动的人工响应,转变为系统自动化的故障响应,基于故障实时感知、可视化全景呈现、AI辅助定位等,可以做到快速发现故障,并快速恢复业务。
·架构安全,可以从部件到DC,全方位构筑数据中心的安全防线。未来,数字技术将与电力电子技术进行深度融合,在部件、设备、系统等各层面保障安全,不断增强基础设施的韧性。在部件层面,通过模块化设计,支持关键部件热插拔,快速恢复故障;在设备层面,通过采用全冗余设计,实现单点故障后0ms无缝切换到冗余模块,确保设备运行无任何中断;在系统层面,基于全链路可视可管可控平台,使系统可用性达到99.999%。
通信站点建设刮起极简低碳风

中国信通院的数据显示,当前我国已建成的5G基站达到222万个,占全球5G基站总数的60%以上。为了适应行业减碳的需要,通信站点的形态正不断简化,从房走向柜、从柜走向杆,最终实现网络的极简化部署,结构性降低站点自身能耗与碳排放。

工业和信息化部等七部门联合印发《信息通信行业绿色低碳发展行动计划(2022-2025年)》,提出到2025年,信息通信行业绿色低碳发展管理机制基本完善,节能减排取得重点突破,行业整体资源利用效率明显提升,助力经济社会绿色转型能力明显增强。国际电信联盟(ITU)指出,信息通信技术能帮助全球减少碳排放15%~40%。当前,全球的通信组织、运营商等都在积极采取行动,贯彻落实电信行业的节能降碳。通信站点在数字化技术的加持下,将迎来一次全面重构。

1.以柜替房、以杆替柜,打造极简站点

传统基站多采用室内房站建设,需要配置空调为设备降温,站点效率低、能耗高。通过以柜替房(一站一柜),以杆替柜(一站一刀)的建设模式,极简站点正在成为站点集约化建设与践行节能减排目标的关键。一站一柜解决方案采用高密电源和锂电,相比传统方案能源密度提升2倍以上,单柜的电源和电池容量翻番。北京移动与移动设计院、华为联合创新,采用华为第三代12kW刀片电源解决方案,对传统机房站点进行极简改造,通过去机房、去空调,实现“以刀替房”,同时进行智能叠光,站点(不含光伏)占地面积减少60%,站点能效提升20%,每年减少碳排放6吨。

2.“锂进铅退”,供能方式大变革

正处于研究之中的6G,将跨越人联、物联,迈向万物智联,引领未来的创新浪潮。6G将提供通用、高性能的无线联接,在关键性能指标上完成巨大飞跃,实现十倍于5G的联接密度、厘米级定位、毫米级成像,以满足各类XR场景的沉浸式体验网络需求。6G时代对于通信站点的效率、节能降碳提出了更高的要求。

从通信站点本身的用电与储能方式看,“锂进铅退”进程正在加速,锂电池的循环寿命和浮充寿命都远超铅酸电池,所组成的储能系统能量密度也更高,而且重量更轻、占地面积更小,可以更好地满足通信站点极简化的趋势。高工产研锂电研究所(GGII)数据显示,2025年全球基站锂电池的市场需求将达到60GWh。

数字化技术对通信站点的深度改造,如今已经深入到供电环节。绿色供能的应用是重要的减碳方式,光伏、风电、氢能等清洁能源将会更普遍地应用于其中。在站点侧的传统光伏发电方案中,存在站点可用面积受限、遮损影响收益、日常运维繁杂等挑战。基于此,探索站点能源的叠光解决方案,正成为新的共识与趋势,它通过智能算法实现发储配用自动调配,储存超发光电,提升了清洁能源使用率,并可以完成对站点发电模块及电力供应的数字化管理。比如,在希腊绿岛,通过在站点叠加太阳能光伏解决方案,当地某运营商降低了51.2%的市电使用,年省电达到了14,500度。

全球节能减排的大势,浩浩汤汤,一往无前,数据中心、通信站点正在演进,一个个绿色、低碳的数据中心正在依次而建,一张张极简、绿色、智能的绿色能源目标网正在编织。用电高效化的深入,为ICT产业铺就了一条绿色低碳之路,绿色美好的未来正走向你我。

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