數(shù)據(jù)中心如何使用可再生能源

數(shù)據(jù)中心是容納和集中技術(shù)、電力和冷卻設(shè)備以實(shí)現(xiàn)IT運(yùn)營的設(shè)施。如今，這些站點(diǎn)越來越多地被用于云計(jì)算。2021年，云數(shù)據(jù)中心處理了94%的工作負(fù)載，隨著5G的持續(xù)推出以及大數(shù)據(jù)分析、生成人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)模型和其他趨勢(shì)的發(fā)展，這一數(shù)字只會(huì)增加。

然而，數(shù)據(jù)中心的能源使用也受到了越來越多的審查。在最近的一些文章中，我們分享了數(shù)據(jù)中心當(dāng)前及未來的用電量，并分享了一系列提高能源可持續(xù)性的策略。在本文中，我們將描述數(shù)據(jù)中心如何使用不同的清潔能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)帷⑺Πl(fā)電和生物質(zhì)能，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。此外，還將介紹云服務(wù)提供商和企業(yè)在擴(kuò)大可再生能源使用方面面臨的解決方案。

為什么要使用更多的可再生能源?

那么，為什么數(shù)據(jù)中心要使用更多的可再生能源呢？從短期來看，數(shù)據(jù)中心希望降低成本。能源成本正在飆升，企業(yè)希望減少支出以保護(hù)盈利能力。

從長遠(yuǎn)來看，領(lǐng)導(dǎo)者希望在資源日益稀缺的時(shí)代，他們的商業(yè)模式和運(yùn)營能夠經(jīng)得起未來的考驗(yàn)。數(shù)據(jù)中心使用大量的電力為服務(wù)器和其他設(shè)備供電。電力限制、持續(xù)的高價(jià)格、需求費(fèi)用以及過時(shí)流程的監(jiān)管罰款都可能使業(yè)務(wù)在商業(yè)上不可行。

此外，許多領(lǐng)導(dǎo)者希望他們的企業(yè)積極主動(dòng)地轉(zhuǎn)變能源使用方式，成為一個(gè)良好的企業(yè)公民，最大限度地減少對(duì)環(huán)境的危害，并在可持續(xù)發(fā)展問題上發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用。

綠色能源對(duì)當(dāng)前和未來的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營至關(guān)重要，因?yàn)樗鼉?chǔ)量豐富，可以連續(xù)產(chǎn)生，而且?guī)缀醪慌欧艤厥覛怏w或污染物。另一方面，由于化石燃料的廣泛使用和不可再生，它們正在迅速消耗。因此，它們將在本世紀(jì)開始耗盡。此外，化石燃料是全球氣候變化的最大貢獻(xiàn)者，造成了全球75%的溫室氣體排放和近90%的二氧化碳排放。

資料來源:Our World in Data

國際可再生能源協(xié)會(huì)(IRENA)預(yù)測，政府、企業(yè)和個(gè)人可以通過實(shí)施六種不同的技術(shù)途徑，實(shí)現(xiàn)2050年將全球氣溫上升限制在1.5攝氏度的目標(biāo)。增加使用環(huán)保能源和提高能源效率占所有收益的一半。

資料來源:IRENA

使用清潔能源變得更加可持續(xù)和降低成本

使用更多的可再生能源使數(shù)據(jù)中心所有者和運(yùn)營商能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，包括：

減少碳足跡和溫室氣體排放：與化石燃料相比，綠色能源在選址、部署和物流方面對(duì)環(huán)境的影響更小，而且可以更快地部署。它們還能減少溫室氣體排放。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，可再生能源在其生命周期內(nèi)每千瓦時(shí)平均排放50克或更少的二氧化碳，相比之下，煤炭約為1000克二氧化碳/千瓦時(shí)，天然氣為475克二氧化碳/千瓦時(shí)。

降低能源消耗和成本：在我們之前的博客中，我們引用了一項(xiàng)研究，預(yù)測數(shù)據(jù)中心的電力消耗將在2030年從1%增長到8%。在全球范圍內(nèi)，目前有61.3%的電力來自化石燃料，而可再生能源技術(shù)僅占28%。因此，在增加可再生能源的使用方面還有很多工作要做。

好消息是，由于大規(guī)模太陽能生產(chǎn)實(shí)踐和電池能量捕獲等技術(shù)的進(jìn)步，可再生能源價(jià)格已經(jīng)下降。2020年投產(chǎn)的可再生能源中，近三分之二(62%)比最便宜的化石燃料更便宜。新建陸上風(fēng)電項(xiàng)目每兆瓦時(shí)成本約為46美元，大型太陽能發(fā)電廠每兆瓦時(shí)成本為45美元，新建燃煤發(fā)電廠每兆瓦時(shí)成本為74美元，天然氣發(fā)電廠每兆瓦時(shí)成本為81美元。

新項(xiàng)目價(jià)格的下降對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商來說是一個(gè)有利的發(fā)展。通過將更多的可再生能源納入他們的能源結(jié)構(gòu)，他們可以降低能源成本，無論是現(xiàn)在還是將來。

提高能源效率和可靠性：化石燃料的整個(gè)生命周期都有浪費(fèi)。化石燃料的生產(chǎn)消耗資源，在運(yùn)輸過程中可能泄漏，從基礎(chǔ)設(shè)施泄漏，并在使用時(shí)產(chǎn)生廢物。在數(shù)據(jù)中心，由于低效率的技術(shù)、未使用的服務(wù)器和次優(yōu)流程，能源被浪費(fèi)了。雖然數(shù)據(jù)中心團(tuán)隊(duì)可以通過提高能源效率來提高電力使用效率(PUE)，但一些化石燃料的浪費(fèi)將永遠(yuǎn)存在。

此外，電力可用性取決于電網(wǎng)可用性。當(dāng)電網(wǎng)中斷時(shí)，數(shù)據(jù)中心必須使用備用柴油發(fā)電機(jī)或電池存儲(chǔ)，直到服務(wù)恢復(fù)。

可再生能源產(chǎn)生的能量比其生產(chǎn)過程中使用的能量要多，這些能量可以使用可提供長達(dá)4小時(shí)存儲(chǔ)容量的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(BESSs)進(jìn)行存儲(chǔ)。因此，希望提高可靠性的數(shù)據(jù)中心可以擴(kuò)展BESS系統(tǒng)，以獲得更多小時(shí)的備用電源供應(yīng)。

滿足可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和監(jiān)管要求：許多數(shù)據(jù)中心已承諾到2030年實(shí)現(xiàn)碳中和，以實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)或先于監(jiān)管要求。更嚴(yán)格的法規(guī)即將出臺(tái)，因此數(shù)據(jù)中心所有者和運(yùn)營商在增加可再生能源的使用或現(xiàn)場建設(shè)這些能力方面積累經(jīng)驗(yàn)是有意義的。

此外，最近的研究發(fā)現(xiàn)，近三分之一的多租戶數(shù)據(jù)中心代表希望在效率和可持續(xù)性方面做出具有合同約束力的承諾，而另有44%的人表示，他們的大多數(shù)客戶都這樣做。

數(shù)據(jù)中心采用可再生能源

數(shù)據(jù)中心有購買可再生能源或在現(xiàn)場建造自己的設(shè)施的不同選擇。這些選項(xiàng)包括:

太陽能：希望使用更多太陽能的數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)人可以在建筑物的屋頂上部署電池板，建造太陽能發(fā)電場，或從公用事業(yè)公司購買這種電力。太陽能生產(chǎn)正從小型裝置向能源和公用事業(yè)公司傾斜。到2050年，電力部門預(yù)計(jì)將產(chǎn)生78%的太陽能供應(yīng)。

太陽能只有在陽光照耀時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，這限制了它的用途，除非與BESS技術(shù)配合使用來捕獲和存儲(chǔ)能量。此外，大規(guī)模的安裝需要產(chǎn)生足夠的能源供數(shù)據(jù)中心使用。然而，隨著電池存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模的能量捕獲和存儲(chǔ)將成為可能。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商預(yù)計(jì)，到2025年，13%的電力將由太陽能提供。

Meta宣布與電力生產(chǎn)商Silicon Ranch合作，在喬治亞州和田納西州建立720兆瓦太陽能投資組合，涉及7個(gè)項(xiàng)目。

美國是如何使用能源的?

2022年用于供應(yīng)能源的電源包括（資料來源:EIA）:

化石燃料

39.8% -天然氣

19.5% -煤

0.6% -石油

18.2% -核能

可再生能源

10.2% -風(fēng)力發(fā)電

6.2% -水力發(fā)電

3.4% -太陽能

1.3% -生物質(zhì)能

0.4% -地?zé)?/p>

風(fēng)力發(fā)電：風(fēng)力發(fā)電由大型渦輪機(jī)產(chǎn)生，由于其外觀，通常位于近?；蛉丝谳^少的地區(qū)。雖然不美觀，但風(fēng)力的普及和成本的降低使其成為數(shù)據(jù)中心和其他企業(yè)的一個(gè)有吸引力的選擇。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商預(yù)計(jì)，到2026年，風(fēng)能將滿足8%的能源需求。

谷歌在智利和芬蘭的數(shù)據(jù)中心使用風(fēng)能。

地?zé)崮埽旱責(zé)崮苁菑牡乇硪韵碌臒崴蝎@得的能量。它便宜，可再生，比太陽能和風(fēng)能設(shè)施占用的土地少得多。然而，這些井的鉆探是資源密集型的。

谷歌和初創(chuàng)公司Fervo正在美國內(nèi)華達(dá)州開發(fā)一個(gè)地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目，該項(xiàng)目將提供一種“永遠(yuǎn)在線”的無碳能源，幫助為該州的電網(wǎng)供電。

水力發(fā)電：位于水力發(fā)電廠附近的數(shù)據(jù)中心可以利用河流、湖泊和瀑布等水源為設(shè)備供電和降溫。(大型水壩被認(rèn)為是不可再生的，因?yàn)樗鼈儠?huì)分流水流。)

位于瑞士林塔爾(Linthal)的數(shù)據(jù)中心之光(Data Center Light)擁有自己的內(nèi)部水力發(fā)電廠，99.1%的水力發(fā)電，剩下的0.1%由太陽能提供。

生物質(zhì)能：生物質(zhì)能是最近的活的有機(jī)體，如木材、木材或農(nóng)業(yè)殘留物，以及有機(jī)廢物燃燒以產(chǎn)生能量。雖然目前是一個(gè)利基應(yīng)用，但數(shù)據(jù)中心正在探索生物質(zhì)能的更大部署。

蘋果公司正在與奧爾胡斯大學(xué)合作，利用生物質(zhì)能為其位于丹麥維堡的數(shù)據(jù)中心供電。

可再生能源實(shí)施：挑戰(zhàn)與解決方案

很明顯，數(shù)據(jù)中心所有者和運(yùn)營商對(duì)使用更多可再生能源非常感興趣。那么，有什么選擇呢?

購買可再生能源證書(RECs)：RECs是為生產(chǎn)的每單位可再生能源創(chuàng)建的證書，可以在組織之間進(jìn)行交易。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商可以購買它們來抵消電力消耗。然而，這被認(rèn)為是“洗綠”的一種形式，因?yàn)榭稍偕茉吹氖褂脽o法追蹤。

購買電力購買協(xié)議(PPAs)：通過直接PPAs，數(shù)據(jù)中心購買并擁有由可再生能源產(chǎn)生的電力。運(yùn)營商受益于能夠確定電力提供的是哪種可再生能源以及多少。在金融購電協(xié)議中，買家同意執(zhí)行價(jià)格，但電力在批發(fā)市場上出售。如果成本下降，原來的買家可能會(huì)蒙受損失。

建立可再生能源設(shè)施：當(dāng)數(shù)據(jù)中心所有者建立自己的設(shè)施時(shí)，他們會(huì)獲得使用可再生能源和擴(kuò)展這些運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)。然而，還有一些重大挑戰(zhàn)需要克服，例如獲得投資項(xiàng)目的前期資金，尋找提供能源和技術(shù)專業(yè)知識(shí)的合適合作伙伴，建造和調(diào)試設(shè)施，獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)以開放它們，然后運(yùn)營和維護(hù)它們。超大規(guī)模企業(yè)通常提供可持續(xù)性和數(shù)據(jù)中心人才，而合作伙伴則負(fù)責(zé)這些設(shè)施的建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)營。

建造一個(gè)大型太陽能發(fā)電廠的成本為每兆瓦80萬至136萬美元。風(fēng)力設(shè)施的成本為每兆瓦130萬美元，維護(hù)成本為4.2萬至4.8萬美元。因此，建造可再生能源設(shè)施的公司通常會(huì)預(yù)先投入大量資源。

增加電池存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)中心所有者可以構(gòu)建BESS操作，以獲得大規(guī)模的電池存儲(chǔ)能力。當(dāng)他們添加能源管理解決方案(EMS)時(shí)，他們可以控制捕獲和使用哪種能源，為他們提供對(duì)運(yùn)營的更大控制，并使他們能夠優(yōu)化能源組合，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性、成本和其他目標(biāo)。

數(shù)據(jù)中心使用可再生能源的例子

超級(jí)規(guī)模公司在試驗(yàn)新能源項(xiàng)目和使用更環(huán)保的能源方面處于世界領(lǐng)先地位。他們結(jié)合使用電力購買協(xié)議(PPAs)、合作伙伴和新建設(shè)施來增加可再生能源的使用。這些公司通常利用太陽能、風(fēng)能、水力發(fā)電和電池存儲(chǔ)等資源。

以下是全球知名企業(yè)的使用情況簡介:

亞馬遜——亞馬遜有望在2025年前實(shí)現(xiàn)100%使用可再生能源，并尋求在2040年前實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。該公司有一個(gè)關(guān)于其全球可再生能源項(xiàng)目的交互式地圖，可以查看其在全球各地的可再生能源使用情況。

谷歌——谷歌已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳中和運(yùn)營，但尋求到2030年在其所有數(shù)據(jù)中心使用無碳能源運(yùn)行。該公司在其所有云區(qū)域使用100%的可再生能源。

Meta—— Meta通過100%使用可再生能源，在所有數(shù)據(jù)中心和辦公室實(shí)現(xiàn)了凈零排放。該公司有一個(gè)互動(dòng)網(wǎng)站，描述其在全球數(shù)據(jù)中心使用可再生能源的情況。該公司有64個(gè)太陽能項(xiàng)目，21個(gè)風(fēng)能項(xiàng)目和25個(gè)水資源項(xiàng)目。

微軟——微軟計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)碳負(fù)排放，并在2050年之前消除自成立以來的所有歷史排放。該公司有一個(gè)創(chuàng)新的做法，即向其業(yè)務(wù)收取碳費(fèi)，激勵(lì)他們找到更好的解決方案。

加快可再生能源的使用，提高數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性

總而言之，數(shù)據(jù)中心所有者和運(yùn)營商在考慮如何使用更多的可再生能源時(shí)有多種選擇。他們選擇的道路將受到其可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、資本配置、地點(diǎn)和監(jiān)管制度等因素的影響。

當(dāng)然，也誕生了許多專業(yè)的服務(wù)企業(yè)，例如Device42提供集成工具，可提高數(shù)據(jù)中心團(tuán)隊(duì)對(duì)其運(yùn)行的工作負(fù)載的二氧化碳排放的可見性和洞察力。隨著企業(yè)向環(huán)保能源轉(zhuǎn)型，Device42還提供了持續(xù)減少二氧化碳排放量的指標(biāo)。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營團(tuán)隊(duì)可以使用這些數(shù)據(jù)來確定排放基線，制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并衡量隨著時(shí)間的推移取得的進(jìn)展。領(lǐng)導(dǎo)者還可以與利益相關(guān)者和投資者分享這些信息，以展示他們的公司正在采取的降低成本和溫室氣體排放的行動(dòng)。

本文作者：Rick Johnston

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