前兩個(gè)月，資深貓奴A君在朋友圈PO了一個(gè)神器——自動(dòng)喂食器，一次可儲(chǔ)存三四天的食水，還能用app隨時(shí)查看貓主子的進(jìn)食狀況，并配合攝像頭一起“上云”。連擼貓都能如此，何況家里的其他設(shè)備?冰箱、空調(diào)、掃地機(jī)器人……A君說托物聯(lián)網(wǎng)的福，終于過上了擁有上帝視角的生活。
除了個(gè)人生活，開啟上帝視角的還有工廠的管理者們，隨著工業(yè)4.0概念的到來，從大型機(jī)械、到無人生產(chǎn)線，你能想到的所有過程——從實(shí)時(shí)收集、儲(chǔ)存、分析數(shù)據(jù)信息，到提出解決方案、再到傳遞指令的電器、機(jī)械，都將能實(shí)現(xiàn)一鍵上網(wǎng)，云端控制。
物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代正在勢(shì)不可擋的到來，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也因而迎來了井噴。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，全球數(shù)據(jù)總量將達(dá)到180萬億GB。大幕即將開啟，我們卻不禁擔(dān)心起來：電，還夠用嗎?
電力需求會(huì)是中國(guó)數(shù)據(jù)中心的阿喀琉斯之踵嗎?
圖片來源：施耐德電氣技術(shù)中心
中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛帶來了對(duì)電力的旺盛需求，多年來中國(guó)的電力需求長(zhǎng)期存在缺口，到夏季尤為嚴(yán)重。2016年，全國(guó)全社會(huì)累計(jì)用電量已經(jīng)高達(dá)59198億千瓦時(shí)，但社會(huì)用電缺口仍高達(dá)87億千瓦時(shí)。而據(jù)預(yù)測(cè)，2018年全國(guó)用電量還將持續(xù)增加4.5%左右。
作為”耗電大戶“，數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展頗受電力專家的關(guān)注。近年來，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)速度猶如搭上火箭。截至2016年底，中國(guó)數(shù)據(jù)中心保有量約為5.6萬個(gè)，總面積約為1650萬平方米。在國(guó)務(wù)院印發(fā)的《 “十三五 “國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、發(fā)展人工智能都位列其中。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等行業(yè)如火如荼的開展，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)速度還將持續(xù)保持在高位，預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心保有量將超過8萬個(gè)，總面積將超過3000萬平方米。
而與此同時(shí)，其高能耗、高成本也成了一個(gè)令人頭疼的問題。據(jù)中國(guó)數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)委員會(huì)秘書長(zhǎng)呂天文透露，2016年中國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量已超過1200億千瓦時(shí)，這個(gè)數(shù)字超過了三峽大壩2016年全年的總發(fā)電量(約1000億千瓦時(shí))。而另?yè)?jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年中國(guó)的數(shù)據(jù)中心占全球比例10%，而其總耗電量已經(jīng)占到了全社會(huì)用電量的1.5%，在第三產(chǎn)業(yè)中比例驚人。
與之相對(duì)應(yīng)的正是我國(guó)數(shù)據(jù)中心對(duì)能源利用的粗獷。在實(shí)際運(yùn)行中，PUE高達(dá)2甚至超過2的數(shù)據(jù)中心還大有存在。因整體能耗偏高，電力需求和成本控制成了套在企業(yè)頭上的 “緊箍咒” 。而超越企業(yè)成本控制和需求響應(yīng)的限制，未來數(shù)據(jù)中心將面臨的則是更宏觀、更嚴(yán)苛的國(guó)家能源調(diào)控、能效控制之手。各發(fā)達(dá)地區(qū)和主管部門紛紛提高數(shù)據(jù)中心建筑和能耗標(biāo)準(zhǔn)，例如北京市經(jīng)信委就明確規(guī)定只有PUE值在1.5以下的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，才能獲批建設(shè)。
為了將PUE降下來，各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭可謂絞盡腦汁。前有CenturyLink將數(shù)據(jù)中心架在水電站上，后有微軟提出要將數(shù)據(jù)中心設(shè)在水下，更別說北極南極這些天然極寒之地，早就被盯上了。在中國(guó)，受成本及政策的限制，有越來越多數(shù)據(jù)中心開始了 “西遷 “之路。Apple iCloud、騰訊、阿里云紛紛在貴州興建數(shù)據(jù)中心。
誰是高能效、低成本的學(xué)霸?
全球的數(shù)據(jù)中心都這么耗電嗎?2015年，美國(guó)的數(shù)據(jù)中心占全球比例的41%。而全美數(shù)據(jù)中心在2014年的電力消費(fèi)僅占了全社會(huì)用電量的1.8%，且增速緩慢。
美國(guó)能源部支持勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室針對(duì)全美的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行能耗調(diào)查，在2016年發(fā)布報(bào)告指出，全美數(shù)據(jù)中心這么優(yōu)異的表現(xiàn)，得益于大幅的能效提升。早在2010年全美數(shù)據(jù)中心還在數(shù)量級(jí)上快速增長(zhǎng)時(shí)，能耗就已進(jìn)入低速增長(zhǎng)。從10年到14年，能源消耗僅增長(zhǎng)了4%。勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室還預(yù)測(cè)，到2020年，全美的數(shù)據(jù)中心數(shù)量將會(huì)增加40%，而電力消耗增速將控制在8%左右。
原來高能效、低成本的學(xué)霸還是存在的!比我們干得多，還比我們吃的少，他們是怎么做到的?
十年前，美國(guó)數(shù)據(jù)中心還不是這樣的學(xué)霸。從2000年到2005年，數(shù)據(jù)中心電力消耗增速是90%，盡管期間遭遇08年金融危機(jī)，05到10年間，全美數(shù)據(jù)中心還是掙扎著增加了24%的電力消耗。但通過大幅的能效提升后，到2020年將為全美的數(shù)據(jù)中心節(jié)省近6200億千瓦時(shí)的電力消耗，相當(dāng)于節(jié)約了600億美元的電力成本。
成功秘笈是什么?
回溯全美數(shù)據(jù)中心能效提升的路徑，有幾項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)突破是關(guān)鍵。
首先是2005年行業(yè)解決方案供應(yīng)商開創(chuàng)的技術(shù)革新。其中令人矚目的是在冷卻系統(tǒng)方面，由施耐德電氣技術(shù)中心(SETC)率先提出的“熱量轉(zhuǎn)移”理念。制冷電耗一直都是數(shù)據(jù)中心的耗能大戶，數(shù)據(jù)中心的50%-70%的成本都是在支付“空調(diào)費(fèi)“。 在SETC提出的“熱量轉(zhuǎn)移” 理念里，冷卻系統(tǒng)的核心不是制冷降溫，而是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的熱能如何可以被高效的捕捉、交換和轉(zhuǎn)移。在這樣的理念下，通過集中熱量、封閉通道實(shí)現(xiàn)降低冷熱空氣混合，行級(jí)空調(diào)的研發(fā)實(shí)現(xiàn)了靠近熱源制冷，低能耗的自然冷卻等技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)操作被開發(fā)應(yīng)用，制冷系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管理技術(shù)也得到了大規(guī)模應(yīng)用。
第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是電力供應(yīng)的動(dòng)態(tài)管理。事實(shí)上大部分的數(shù)據(jù)中心里，并不是每一臺(tái)服務(wù)器都在同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)作的;在面臨突發(fā)的電耗增長(zhǎng)或者設(shè)備故障時(shí)，也并不是每一臺(tái)UPS都需要滿負(fù)荷投入應(yīng)急的，而傳統(tǒng)的電力供應(yīng)并不能針對(duì)這樣不均衡的荷載進(jìn)行分配。為了解決不平衡供應(yīng)的問題，需要通過軟件應(yīng)用來對(duì)所有服務(wù)器的荷載進(jìn)行實(shí)施管理和分配，同時(shí)對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)也進(jìn)行全數(shù)字化、智能化的改進(jìn)。數(shù)字中心供配電系統(tǒng)的升級(jí)在過去十幾年的時(shí)間里也完成了基于物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通革命，從最初的由元器件，加傳感器，加儀表和控制面板組成的動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓛?nèi)置的斷路器，加傳感器加儀表到數(shù)字?jǐn)嗦菲鞯闹悄軇?dòng)態(tài)管理，從運(yùn)維管理安全到能效優(yōu)化都有了顯著提升。
這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用成效是驚人的。根據(jù)施耐德電氣技術(shù)中心的測(cè)算，遵循高效的”熱量轉(zhuǎn)移“理念因地制宜地設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)，并通過軟件對(duì)制冷和電力系統(tǒng)供應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，能為數(shù)據(jù)中心減少50-60%的備用功率和制冷量需求。
第三個(gè)重要的技術(shù)突破，是如今最流行的“上云”技術(shù)，用以提升服務(wù)器運(yùn)行效率。通過建設(shè)大型云端數(shù)據(jù)中心，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行共享，可以大幅地提高服務(wù)器運(yùn)營(yíng)效率，減少冗余減少不必要的能源消耗，再通過“云服務(wù)”實(shí)現(xiàn)更快捷精準(zhǔn)的決策。比如施耐德電氣推出的EcoStruxure架構(gòu)與平臺(tái)，依托架構(gòu)在云端的應(yīng)用和服務(wù)，能通過優(yōu)化數(shù)據(jù)和信息分析，以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)云端數(shù)字化服務(wù)，幫助企業(yè)管理者構(gòu)建大數(shù)據(jù)時(shí)代下的決策分析體系。
除了這三個(gè)革新性關(guān)鍵技術(shù)以外，還有一些技術(shù)突破也促成了整體方案的優(yōu)化，例如鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用。施耐德電氣技術(shù)中心實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，鋰電池比鉛酸電池壽命增長(zhǎng)一倍以上，而充電速度則四倍于鉛酸電池，且能減輕70%的重量。鋰電池在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，不僅可以支撐更直接快速的機(jī)房?jī)?nèi)動(dòng)態(tài)電力管理，還能配合外部電網(wǎng)電力供應(yīng)波動(dòng)，支持大區(qū)域智能電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)，同時(shí)利用峰谷電價(jià)為企業(yè)降低用電成本。
在能源領(lǐng)域里，能效提升通常被稱作第二能源，意思是說節(jié)省相當(dāng)于創(chuàng)造。要擺脫“電“對(duì)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的限制，核心還在提高能效，降低PUE值。而這考驗(yàn)的并非單一技術(shù)，而是出具綜合解決方案的能力。萬物聯(lián)網(wǎng)近在眼前，未來的我們能否在空調(diào)房中愉快的“云擼貓”，依賴的就是這么一整套復(fù)雜運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。