给“云计算”降温节能

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“云计算”的突飞猛进,也让各大数据中心的用电量一路激增。芬兰赫尔辛基公共能源公司(HE,Helsingin Energia)回收这些大量计算产出的废热,从中获取能量。

据绿色和平组织近日发表的一份报告称,云计算数据中心和远程通信网络的快速增长,使得2010年的用电量激增。而这些逐渐成为网络核心的“云”数据,正在产生真正的污染云。绿色和平组织尤其指责了微软、Google和苹果等IT巨头,认为他们才是气候变暖的幕后黑手。因为这些公司建立的数据中心主要都是靠传统煤电来维持运作,从而对气候变暖产生了极大的负面影响。

算算“云计算”的耗能

云计算数据中心究竟要耗多少能?让我们来做个简单的计算。数据中心是以机箱为单位,每个机箱里有1000余台服务器,每个数据中心有众多机箱。按一般标准我们设定有50个机箱,也就是一个数据中心总共有50,000台服务器,一台电脑的服务器功率大约500瓦,服务器一般全年无休。也就是一年365天、一天24小时地运转着,那么,一个数据中心,一年耗电量约22亿千瓦时。以Google为例,据现有公开信息,包括在建的数据中心,Google在全球共有36个数据中心,那么一年,仅Google一家公司,就会耗掉约790亿千瓦时电力。有统计称Google部署在美国的服务器和冷却系统在2005年总计耗电450亿千瓦时,显然,这个数字还在不断攀升。绿色和平组织的报告结论是,如果把“云计算”涉及的全球电信和数据中心当成一个国家,那么它则在2007年全球能源消耗榜上排名第五(前四名分别为美国、中国、俄罗斯和日本)。

而同时,“云计算”所使用的、庞大的电脑群会产生大量的废热,热度最高可达到50℃,需要高功率的冷却装置来处理这些废热。传统的解决方法是将这些废热通过空调冷却机组降温后排入大气,但是,冷却机组也需要耗电。在北欧寒冷的冬天,能将废热利用起来吗?从这个角度出发,芬兰赫尔辛基的公共能源公司Helsingin Energia将目光投向了云计算数据中心。

最简单的方式是自然冷却

Helsingin Energia公司主要为客户提供外包绿色设计方案,使客户可以专心于其核心产业,早在半个世纪前的1953年,他们就配合芬兰市政部门,在赫尔辛基市建设大量区域集中供热系统。如今,这种集中供热系统可以满足该城市供热需求的93%,而运用同样的方式处理城市区域冷却系统,则可以进一步提升效率。Helsingin Energia主要经营就是区域集中冷却与供热系统,以及热回收系统,数据中心的废热正是他们需要的东西。

“我们是将产电、产热和冷却过程融为一体,通过区域集中冷却和供热系统,将数据中心的废热通过几种不同的方式收集,再流向企业建筑或者居民家中,提供暖热,再将冷却后的气体输回数据中心,给数据中心的计算机降温,以此形成能源的良性循环。”该项目的项目负责人Juha SipilR为我们介绍了废热回收方案的基本原理,“从专业的角度讲,新的废热回收技术使能源利用效率的限制值大大降低,由以往的1.0达到近乎零限制。比如,我们使用热泵收集废热,一个单位的电能可以产生五个单位的热能,所以能量的有效率很高,因为电能可以以热的形式五倍返还。一个数据中心服务器的废热由一个热泵来回收即可,热量随之流向区域供暖系统为建筑供暖及提供热水。冷却废热最简单的方法是通过自然冷却,每年11月到次年5月这段时间,(赫尔辛基)海水温度会降到8摄氏度以下,此时区域冷却就可以通过使用天然的海水来完成。另外还可以通过吸收技术,吸收那些可能被浪费的废热,这种方式主要在海水温度过高、不适合采取自然冷却方法的夏天实行。”Helsingin Energia根据不同气候特点给出了不同的解决方案。

一个1兆瓦规模的数据中心,节省下来的能耗可以为3万户当地居民供热。

不仅节能,而且减排

“刚开始做这个项目非常困难,我们花了几个月时间去了解数据中心的能源消耗及需求。好在了解得越多,我们越相信这是一件可以长期做下去的事情”,Juha Sipilä如是说。

这种新方案在节省能源的同时,还降低了碳排放。一个1兆瓦规模的数据中心运用区域集中冷却系统的方案后,在一年内可以降低的、对环境的影响相当于“3000兆瓦时传统能源带来的能源消耗”+“600吨碳排放”+“100辆轿车分别行驶6万公里”。更重要的是,传统空调使用的制冷剂中含有氢氯氟烃化合物,它能破坏大气臭氧层,现在则不再需要制冷剂了。

而且,传统的冷却方案不仅浪费电能,还大都安装在建筑物的屋顶,占用的空间大、噪音大,也不美观。但区域集中供冷设备是引入到数据中心建筑中的,它没有噪音,也不会造成视觉污染。一旦建筑与区域集中冷却系统相连接,维护和其他建造活动都不再需要。

但该系统的花费却并不昂贵,仅仅为使用空调冷却机组的五分之一,

Helsingin Energia设定的目标是要将用户100%的电能都用于计算机的运行上,尽可能在冷却过程中不花费一分一毫的电能。从实际的操作中看,也有数据中心反映,有时这套系统所提供的冷却还是不够,需要额外的电来供给。但即便如此,这套系统仍可以保证至少50%的电量会用在计算机的运行而不是制冷上,这已足够让人高兴了。

绿色方案,节能更省钱――专访赫尔辛基公共能源公司

Juha Sipilä:数据中心废热回收项目负责人

新知客:请问你们这项工作的目标是什么?

Juha Sipilä:我们的目标是在2050年达到“碳中和”生产,即减少的碳排放量和产生的碳排放量相等,为此我们一直在不断地努力着。

新知客:新能源的使用必定需要政府政策或是资金方面的支持,芬兰在这方面是怎么做的呢?

Juha Sipilä:建立大型的供热和冷却系统网络为整个城市服务,需要地方政府的大力支持。但这个为“云计算”数据中心服务的项目是盈利性的,并不需要任何经济补贴,相反,我们公司营业额的25～30%会作为客户的收入返回给客户。

新知客:这项技术是否适合其他国家或城市的同类型企业效仿?有什么条件限定吗?

Juha Sipilä:使用冷却系统最好因地制宜,净化废水、工业废热或者冷海水,都可以被用在系统中。当有更合适的、非提炼的能源方式存在的时候,用电来供热或者冷却并非明智之举。

燃料转化为热源比起先转化为电再产热在能源损耗方面会大大降低,能源越以最原始的形式被利用,则其使用过程中产生的损失就越少。电能是高度提炼的能源方式,在其产生、传输以及输压变化过程中都会造成损失。冷却系统有很强的区域限制,数据中心必须设在需要这些冷却能源的范围内,但是最终用户,比如说使用数据中心服务的人,甚至可以居住在另一个大洲上。从这个角度上考虑,任何一个数据中心都可以建造在适合使用类似系统的地区,而不是数据中心所服务的最终客户所在的地区。

新知客:总的来说,您认为这项新技术的最大意义是什么呢?

Juha Sipilä:该系统展示了一种新的可能:废热可以通过收集与传输得到更有效的利用;冷却工作所产生的碳排则放可以减少高达80%。和很多人想象的不一样,我们这个方案是比传统方案的投资起步更低的绿色方案。一个绿色方案并不总意味着要花更多的钱,相反,我们希望客户可以因此而省钱。