“耗電大戶”云計算，是如何助促進(jìn)碳中和的？

 

數(shù)字化的趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的，二十大報告中也明確提出建設(shè)數(shù)字中國，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合。數(shù)據(jù)中心是數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施，其設(shè)備的制造過程需要消耗大量化石能源，在使用過程中，也會消耗巨額電量，這些電往往由化石能源轉(zhuǎn)化而來，數(shù)字中心因此被稱為一種“不冒煙的鋼廠”。

 

據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)顯示，2021年，我國數(shù)據(jù)中心用電量2166億度，同比增長44%，整個數(shù)據(jù)中心的碳排放占數(shù)字產(chǎn)業(yè)30%以上。目前，耗電量仍以每年28%的增速增長，到2030年將超過3800億度，碳排放超過2億噸。

 

清華大學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境治理研究中心主任陳玲對此表示：“企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型會存在反彈效應(yīng)，增大碳排放，對企業(yè)來說，不斷擴(kuò)張與數(shù)字化轉(zhuǎn)型的同時，又要保持減碳，是一個雙重的困境。” 

 

云計算是當(dāng)前數(shù)字化的重要組成，本身是規(guī)模產(chǎn)業(yè)，自然也是碳排放大戶。2012年，國家能源局原局長張國寶曾表示云計算非常耗能。當(dāng)時中國聯(lián)通數(shù)據(jù)中心的能耗數(shù)據(jù)顯示，中心每年耗電99億千瓦時，需要消耗92萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤才能提供足夠的電力，而中國電信數(shù)據(jù)中心年耗電112億千瓦時，總計年需消耗102.95萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

 

對此，云計算廠商也有自己的降碳計劃。

 

首先是購買風(fēng)能、太陽能等綠色電力，來替代“化石能源”電力。例如亞馬遜云就在全球建立了379個可再生能源項目，截止到2021年，所使用能源中的85%來自可再生能源。截止2022年5月，阿里云也通過加入張家口“四方協(xié)作機(jī)制”綠電交易，購買綠電4.5億kWh，減排近40萬噸，阿里云的烏蘭察布數(shù)據(jù)中心，也將風(fēng)電光伏使用占比從去年38.2%提高到了45%。

 

其次是提升能源使用效率，減少能源消耗。例如亞馬遜云將數(shù)據(jù)中心的電源UPS轉(zhuǎn)換成集中的小型電池組和定制電源，減少了35%的能源轉(zhuǎn)換損耗。并采用“計算流體學(xué)”建模方法優(yōu)化數(shù)據(jù)中心設(shè)計，來獲得更高的能源使用效率。阿里云也通過采用“高壓直流”技術(shù)，節(jié)能了13%的能源消耗。華為云通過AI技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)度、削峰填谷，使服務(wù)器負(fù)載更均衡，來提升資源利用效率。

 

此外還可以在冷卻技術(shù)、數(shù)據(jù)中心選址和材料等方面降碳。數(shù)據(jù)中心的冷卻是降低能源消耗和提升能源使用效率的關(guān)鍵，亞馬遜云通過蒸發(fā)冷卻技術(shù)，將室外的熱空氣冷卻后再供給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行降溫，降低了20%的能耗。阿里云在杭州的數(shù)據(jù)中心部署的浸沒式液冷服務(wù)器集群，將阿里云數(shù)據(jù)中心的能耗降低了70%以上。

 

在烏蘭察布等西部地區(qū)，阿里云等云廠商建設(shè)了數(shù)據(jù)中心，一方面是更利于使用當(dāng)?shù)鼐G電，另一方面能利用冷空氣實(shí)現(xiàn)自然風(fēng)冷。數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜、服務(wù)器等在建造過程中會使用隱含碳排放的材料，亞馬遜云采用了低碳的混凝土來減少間接地碳排。

 

工業(yè)信息化部主任單志廣曾表示：“雖然數(shù)字化本身存在碳排放，但據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)測算，數(shù)字化的確能夠通過賦能產(chǎn)業(yè)，在未來10年內(nèi)減少20%的碳排放。所以，國家‘十四五’規(guī)劃綱要中也對綠色化提出很多要求，包括提出構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心等。” 

 

在全球積極應(yīng)對氣候變化的目標(biāo)下，綠色低碳成了數(shù)據(jù)中心重要發(fā)展方向，美國、歐盟、日本等數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)較好的國家都在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域相繼發(fā)布政策。國內(nèi)也在加快對高性能數(shù)據(jù)中心建設(shè)的步伐。據(jù)工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》文件顯示，計劃到 2023 年底，全國數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模年均增速達(dá)到20%左右，總算力超過200EFLOPS，高性能算力占比提升至 10%。 

 

對數(shù)據(jù)中心“綠色”與否的評價指標(biāo)主要有三個：電能利用效率、可再生能源結(jié)構(gòu)比例以及碳排放量。其中，電能利用效率是主要的政策抓手。2022年6月，工信部印發(fā)《工業(yè)能效提升行動計劃》，指出到2025年，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率需要低于1.3。 

 

電能利用效率也被簡稱為PUE，是數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設(shè)備能耗的比值，數(shù)值越接近1就代表著其用能效率越高。在各大云廠商的不斷努力下，數(shù)據(jù)中心的PUE正在不斷地下降。

 

2022年11月7日，在華為全聯(lián)接大會上，華為云公布貴安數(shù)據(jù)中心的PUE已降至1.12。利用全浸沒液冷集群技術(shù)的阿里云數(shù)據(jù)中心，更是將年均PUE降至1.09。百度陽泉數(shù)據(jù)計算中心模組的年均 PUE 也降低到了1.08。

 

可以說，云計算大廠數(shù)據(jù)中心的能耗優(yōu)化速度是驚人的，在2005年，阿里云每10筆電商交易消耗的能源足以煮熟4顆雞蛋，但到2021年就只能煮熟一顆溏心鵪鶉蛋了。中國信通院副院長王志勤表示：“新能源+儲能、液冷、算力網(wǎng)絡(luò)、智能運(yùn)維等新興技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用逐步深化，不斷推動數(shù)據(jù)中心向‘高技術(shù)、高算力、高能效、高安全’的新型數(shù)據(jù)中心演進(jìn)。” 

 

云大廠的對節(jié)能減排的探索還在繼續(xù)，據(jù)了解，未來阿里巴巴將用“自然新風(fēng)冷卻”、“浸沒式液冷”及“AI控溫”等技術(shù)取代傳統(tǒng)供電系統(tǒng)和空調(diào)制冷系統(tǒng)。未來3-5年，也將把數(shù)據(jù)中心做到風(fēng)冷、液冷可以互換的狀態(tài)，并最終逐步淘汰風(fēng)冷技術(shù)，讓更節(jié)能的液冷技術(shù)變成數(shù)據(jù)中心的默認(rèn)配置。亞馬遜云科技計劃未來將通過數(shù)據(jù)中心的設(shè)計、可再生能源的使用、提升電力能源的使用效率，以及使用冷卻技術(shù)、環(huán)保建筑材料等措施，構(gòu)建一個可持續(xù)的云基礎(chǔ)設(shè)施。