万物互联之后，电量是否够用呢？

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前两个月，资深猫奴A君在朋友圈PO了一个神器——自动喂食器，一次可储存三四天的食水，还能用app随时查看猫主子的进食状况，并配合摄像头一起“上云”。连撸猫都能如此，何况家里的其他设备?冰箱、空调、扫地机器人……A君说托物联网的福，终于过上了拥有上帝视角的生活。


除了个人生活，开启上帝视角的还有工厂的管理者们，随着工业4.0概念的到来，从大型机械、到无人生产线，你能想到的所有过程——从实时收集、储存、分析数据信息，到提出解决方案、再到传递指令的电器、机械，都将能实现一键上网，云端控制。


物联网时代正在势不可挡的到来，数据中心的建设也因而迎来了井喷。据预测，到2025年，全球数据总量将达到180万亿GB。大幕即将开启，我们却不禁担心起来：电，还够用吗?


电力需求会是中国数据中心的阿喀琉斯之踵吗?


图片来源：施耐德电气技术中心


中国经济的腾飞带来了对电力的旺盛需求，多年来中国的电力需求长期存在缺口，到夏季尤为严重。2016年，全国全社会累计用电量已经高达59198亿千瓦时，但社会用电缺口仍高达87亿千瓦时。而据预测，2018年全国用电量还将持续增加4.5%左右。


作为”耗电大户“，数据中心的高速发展颇受电力专家的关注。近年来，数据中心的建设速度犹如搭上火箭。截至2016年底，中国数据中心保有量约为5.6万个，总面积约为1650万平方米。在国务院印发的《 “十三五 “国家战略性新兴产业发展规划》中，实施国家大数据战略、发展人工智能都位列其中。随着物联网、人工智能、大数据、云计算等行业如火如荼的开展，数据中心的建设速度还将持续保持在高位，预计到2020年，中国数据中心保有量将超过8万个，总面积将超过3000万平方米。


而与此同时，其高能耗、高成本也成了一个令人头疼的问题。据中国数据中心节能技术委员会秘书长吕天文透露，2016年中国数据中心总耗电量已超过1200亿千瓦时，这个数字超过了三峡大坝2016年全年的总发电量(约1000亿千瓦时)。而另据行业统计数据显示，2015年中国的数据中心占全球比例10%，而其总耗电量已经占到了全社会用电量的1.5%，在第三产业中比例惊人。


与之相对应的正是我国数据中心对能源利用的粗犷。在实际运行中，PUE高达2甚至超过2的数据中心还大有存在。因整体能耗偏高，电力需求和成本控制成了套在企业头上的 “紧箍咒” 。而超越企业成本控制和需求响应的限制，未来数据中心将面临的则是更宏观、更严苛的国家能源调控、能效控制之手。各发达地区和主管部门纷纷提高数据中心建筑和能耗标准，例如北京市经信委就明确规定只有PUE值在1.5以下的云计算数据中心，才能获批建设。


为了将PUE降下来，各大互联网巨头可谓绞尽脑汁。前有CenturyLink将数据中心架在水电站上，后有微软提出要将数据中心设在水下，更别说北极南极这些天然极寒之地，早就被盯上了。在中国，受成本及政策的限制，有越来越多数据中心开始了 “西迁 “之路。Apple iCloud、腾讯、阿里云纷纷在贵州兴建数据中心。


谁是高能效、低成本的学霸?



全球的数据中心都这么耗电吗?2015年，美国的数据中心占全球比例的41%。而全美数据中心在2014年的电力消费仅占了全社会用电量的1.8%，且增速缓慢。


美国能源部支持劳伦斯伯克利国家实验室针对全美的数据中心进行能耗调查，在2016年发布报告指出，全美数据中心这么优异的表现，得益于大幅的能效提升。早在2010年全美数据中心还在数量级上快速增长时，能耗就已进入低速增长。从10年到14年，能源消耗仅增长了4%。劳伦斯伯克利实验室还预测，到2020年，全美的数据中心数量将会增加40%，而电力消耗增速将控制在8%左右。


原来高能效、低成本的学霸还是存在的!比我们干得多，还比我们吃的少，他们是怎么做到的?


十年前，美国数据中心还不是这样的学霸。从2000年到2005年，数据中心电力消耗增速是90%，尽管期间遭遇08年金融危机，05到10年间，全美数据中心还是挣扎着增加了24%的电力消耗。但通过大幅的能效提升后，到2020年将为全美的数据中心节省近6200亿千瓦时的电力消耗，相当于节约了600亿美元的电力成本。


成功秘笈是什么?

回溯全美数据中心能效提升的路径，有几项至关重要的技术突破是关键。


首先是2005年行业解决方案供应商开创的技术革新。其中令人瞩目的是在冷却系统方面，由施耐德电气技术中心(SETC)率先提出的“热量转移”理念。制冷电耗一直都是数据中心的耗能大户，数据中心的50%-70%的成本都是在支付“空调费“。 在SETC提出的“热量转移” 理念里，冷却系统的核心不是制冷降温，而是数据中心运营产生的热能如何可以被高效的捕捉、交换和转移。在这样的理念下，通过集中热量、封闭通道实现降低冷热空气混合，行级空调的研发实现了靠近热源制冷，低能耗的自然冷却等技术和标准操作被开发应用，制冷系统动态管理技术也得到了大规模应用。


第二个关键技术是电力供应的动态管理。事实上大部分的数据中心里，并不是每一台服务器都在同时满负荷运作的;在面临突发的电耗增长或者设备故障时，也并不是每一台UPS都需要满负荷投入应急的，而传统的电力供应并不能针对这样不均衡的荷载进行分配。为了解决不平衡供应的问题，需要通过软件应用来对所有服务器的荷载进行实施管理和分配，同时对整个供配电系统也进行全数字化、智能化的改进。数字中心供配电系统的升级在过去十几年的时间里也完成了基于物联网的互联互通革命，从最初的由元器件，加传感器，加仪表和控制面板组成的动态管理系统，转变为由内置的断路器，加传感器加仪表到数字断路器的智能动态管理，从运维管理安全到能效优化都有了显著提升。


这两项关键技术的应用成效是惊人的。根据施耐德电气技术中心的测算，遵循高效的”热量转移“理念因地制宜地设计制冷系统，并通过软件对制冷和电力系统供应进行动态管理，能为数据中心减少50-60%的备用功率和制冷量需求。


第三个重要的技术突破，是如今最流行的“上云”技术，用以提升服务器运行效率。通过建设大型云端数据中心，对服务器进行共享，可以大幅地提高服务器运营效率，减少冗余减少不必要的能源消耗，再通过“云服务”实现更快捷精准的决策。比如施耐德电气推出的EcoStruxure架构与平台，依托架构在云端的应用和服务，能通过优化数据和信息分析，以及远程数据驱动来实现云端数字化服务，帮助企业管理者构建大数据时代下的决策分析体系。


除了这三个革新性关键技术以外，还有一些技术突破也促成了整体方案的优化，例如锂电池的大规模应用。施耐德电气技术中心实测发现，锂电池比铅酸电池寿命增长一倍以上，而充电速度则四倍于铅酸电池，且能减轻70%的重量。锂电池在数据中心的应用，不仅可以支撑更直接快速的机房内动态电力管理，还能配合外部电网电力供应波动，支持大区域智能电网基础建设，同时利用峰谷电价为企业降低用电成本。


在能源领域里，能效提升通常被称作第二能源，意思是说节省相当于创造。要摆脱“电“对数据中心发展的限制，核心还在提高能效，降低PUE值。而这考验的并非单一技术，而是出具综合解决方案的能力。万物联网近在眼前，未来的我们能否在空调房中愉快的“云撸猫”，依赖的就是这么一整套复杂运转的系统。

雨落西华