脱碳数据中心：基础设施的未来

未来的数据中心必须脱碳！在我们的数字世界中，数据中心已成为世界上最大的电力消费者之一。全球领先的基础设施综合服务商AECOM的零碳能源系统总监Sam Mackilligin表示，数据中心需要实现无碳排放，并且需要清洁、可靠的电力来源。

过去，我们的世界靠石油运转，而现在则需要靠数据运转。数据智能平台 NodeGraph 表示，如今在我们每一天中的每一秒，每个人都会产生1.7 MB 的新数据信息，相当于 340 封普通电子邮件。这意味着数据中心是全球经济中增长最快、最重要的组成部分之一，随着人工智能、物联网、加密货币和自动驾驶汽车等新技术的出现，这种增长趋势将会加速。

国际能源署表示，尽管数据中心在过去十年中变得更加高效，但数据的增长如此惊人，以至于这些中心不可避免地成为一些最大的能源消费者，消耗了全球总电力需求的 1%。预计到本十年末，这一比例将上升至 8%。

更少的热量，更少的能源消耗

因此，我们要解决的第一个领域是减少数据中心设施使用的能源量。随着客户将数据存储外包到云端，以及专业运营商利用“超大规模”数据中心的规模经济，这种情况在一定程度上是自然发生的。

据统计，一般情况下大型数据中心使用大约 40% 的能源来保持服务器冷却。

应对此问题的技术解决方案包括被动冷却，确保热空气和冷空气不会混合，以及沉浸式液体冷却，其中服务器浸入充满冷却剂的机架中，冷却剂的热容量可能是空气的 1000 倍以上。冷却液吸收服务器的热量，然后从机架中排出。

许多运营商已经在使用人工智能，其中一些例子表明，通过使用机器学习在任何给定时间应用最佳冷却量，它已将冷却成本降低了 40%。

此外，数据中心位置的选择也有帮助，一家全球云服务提供商使用海水冷却芬兰的一个数据中心，而正如最近在媒体上看到的那样，微软的 Project Natick 正在试验在海底选址数据中心以降低温度。数据中心也可以简单地建在寒冷的地方，例如存储宝马数据的冰岛，或拥有许多全球超大规模数据中心设施的瑞典北部。

另一个重要的方法是吸走热量并将其用于其他用途，例如为房屋或温室供暖。巴黎的孔多塞数据中心将其废热直接输送到附近的气候变化植物园，科学家们正在那里研究高温如何影响植物。在瑞士，来自 IBM 数据中心的热量使附近的游泳池变暖。

随着数据中心的持续增长，成为附近家庭和企业的热源是数据中心融入社区并为更广泛的脱碳工作做出贡献的一种方式。

绿色电力

下一步是清理数据中心使用的电力。据《财富》杂志报道，在中国，73% 的数据中心使用煤电，而弗吉尼亚州北部的劳登县承载着全球 70% 的互联网流量，并且拥有全球最集中的数据中心，因为它靠近华盛顿特区及其低电价。但弗吉尼亚的电力部门绝大多数依赖化石燃料——超过一半的电力以天然气为燃料，十分之一为燃煤。

科技公司和数据中心供应商已经成为清洁能源的最大企业买家，主要来自风能和太阳能发电场。例如，2019 年，谷歌宣布了一项 1.6GW、价值 20 亿美元的一揽子交易，相当于在 100 万户家庭中安装太阳能电池板。

但数据中心行业还有很长的路要走。真正希望实现能源供应脱碳的公司需要将所有主要系统切换为电网电力，然后转向可审计的“零碳”电力供应。从公用事业公司签署“绿色关税”可以让公司购买与其耗电量相当的可再生能源，但在任何给定时间都无法知道所使用的电子是否是绿色的，因为风能和太阳能资源是间歇性的，当它们不提供电力时，备用发电通常使用化石燃料。

更直接的途径是与清洁能源项目开发商签订购电协议，以固定价格购买十年或更长时间的电力。但找到一个完全符合企业需求的项目是有问题的，电网电力仍将是后备力量。

一个有前途的选择是使用潮汐能，它提供完全可靠的电力，可以提前预测。

例如，AECOM一直与 SIMEC Atlantis Energy 合作，在苏格兰大陆和奥克尼群岛之间的彭特兰湾 (Pentland Firth) 开展 MeyGen 项目。彭特兰湾拥有一些世界上最强大的潮汐资源，水流时速可达 11 英里。

该站点靠近许多现有或计划中的高速国际光纤电缆，AECOM 一直在与SIMEC Atlantis Energy合作，以评估创建一个数据中心的可行性，该数据中心可以访问具有电网备份的可预测可再生能源发电，地点是低温有助于保持凉爽。

除了已经安装在水中的 6 兆瓦之外，SIMEC Atlantis Energy计划再安装 80 兆瓦的潮汐涡轮机，并建造世界上第一个海洋动力数据中心，这可能成为其他设施的典范。然而，与其他可再生能源一样，它不会一直发电，因此它需要某种形式的能量存储，以确保电力持续可用。

清洁能源存储和备份

数据中心需要确保他们的电力供应不被中断，并且像许多其他部门一样，他们大多使用柴油备用发电机来做到这一点。因此，这种情况需要改变。

液流电池将能量储存在电解质罐中，可以无限期地保持电荷，从而使它们可能更有效。它们尚未像锂离子电池那样扩大规模，但它们将于 2023 年实现商业化。液流电池和潮汐能的结合将为数据中心运营商提供易于追踪且完全可再生的电力，使他们能够证明：它们是 100% 可再生的。

新兴的氢经济也可能提供另一种选择，氢被视为下一阶段脱碳的关键之一。它可以为汽车、轮船和重型卡车提供动力，为家庭和企业供暖，并且可以使用剩余的可再生能源和工业设施的碳排放来生产。例如，对于 MeyGen 项目，附近风电场的剩余电力可用于生产氢气，然后将氢气储存起来以备不时之需，既可以在改装柴油发电机中燃烧，也可以用于燃料电池。

新机会

将所有这些趋势结合起来对英国来说是一个重大机遇，例如英国拥有世界上最好的潮汐能资源，通过利用潮汐能的可预测性，希望以透明方式减少碳排放的数据中心可以加速潮汐能的部署，并为液流电池提供一个用例。

一段时间以来，供应链中的可追溯性在从制药到食品的行业中一直很重要——现在它也适用于电力行业。目前，AECOM 已经将这一原则应用于为电动汽车充电，以便车队所有者可以证明他们的汽车正在使用 100% 的可再生能源。当然也可以帮助数据中心证明它们也是 100% 可再生能用。

本文作者：Sam Mackilligin 是 AECOM 的零碳能源系统总监

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