数据中心如何使用可再生能源

　　数据中心是容纳和集中技术、电力和冷却设备以实现IT运营的设施。如今，这些站点越来越多地被用于云计算。2021年，云数据中心处理了94%的工作负载，随着5G的持续推出以及大数据分析、生成人工智能、机器学习模型和其他趋势的发展，这一数字只会增加。

　　然而，数据中心的能源使用也受到了越来越多的审查。在最近的一些文章中，我们分享了数据中心当前及未来的用电量，并分享了一系列提高能源可持续性的策略。在本文中，我们将描述数据中心如何使用不同的清洁能源，如太阳能、风能、地热、水力发电和生物质能，以实现可持续发展目标。此外，还将介绍云服务提供商和企业在扩大可再生能源使用方面面临的解决方案。

　　为什么要使用更多的可再生能源?

　　那么，为什么数据中心要使用更多的可再生能源呢?从短期来看，数据中心希望降低成本。能源成本正在飙升，企业希望减少支出以保护盈利能力。

　　从长远来看，领导者希望在资源日益稀缺的时代，他们的商业模式和运营能够经得起未来的考验。数据中心使用大量的电力为服务器和其他设备供电。电力限制、持续的高价格、需求费用以及过时流程的监管罚款都可能使业务在商业上不可行。

　　此外，许多领导者希望他们的企业积极主动地转变能源使用方式，成为一个良好的企业公民，最大限度地减少对环境的危害，并在可持续发展问题上发挥领导作用。

　　绿色能源对当前和未来的数据中心运营至关重要，因为它储量丰富，可以连续产生，而且几乎不排放温室气体或污染物。另一方面，由于化石燃料的广泛使用和不可再生，它们正在迅速消耗。因此，它们将在本世纪开始耗尽。此外，化石燃料是全球气候变化的最大贡献者，造成了全球75%的温室气体排放和近90%的二氧化碳排放。

　　资料来源: Our World in Data

　　国际可再生能源协会(IRENA)预测，政府、企业和个人可以通过实施六种不同的技术途径，实现2050年将全球气温上升限制在1.5摄氏度的目标。增加使用环保能源和提高能源效率占所有收益的一半。

　　资料来源: IRENA

　　使用清洁能源变得更加可持续和降低成本

　　使用更多的可再生能源使数据中心所有者和运营商能够实现多个可持续发展目标，包括：

　　减少碳足迹和温室气体排放：与化石燃料相比，绿色能源在选址、部署和物流方面对环境的影响更小，而且可以更快地部署。它们还能减少温室气体排放。一项研究发现，可再生能源在其生命周期内每千瓦时平均排放50克或更少的二氧化碳，相比之下，煤炭约为1000克二氧化碳/千瓦时，天然气为475克二氧化碳/千瓦时。

　　降低能源消耗和成本：在我们之前的博客中，我们引用了一项研究，预测数据中心的电力消耗将在2030年从1%增长到8%。在全球范围内，目前有61.3%的电力来自化石燃料，而可再生能源技术仅占28%。因此，在增加可再生能源的使用方面还有很多工作要做。

　　好消息是，由于大规模太阳能生产实践和电池能量捕获等技术的进步，可再生能源价格已经下降。2020年投产的可再生能源中，近三分之二(62%)比最便宜的化石燃料更便宜。新建陆上风电项目每兆瓦时成本约为46美元，大型太阳能发电厂每兆瓦时成本为45美元，新建燃煤发电厂每兆瓦时成本为74美元，天然气发电厂每兆瓦时成本为81美元。

　　新项目价格的下降对数据中心运营商来说是一个有利的发展。通过将更多的可再生能源纳入他们的能源结构，他们可以降低能源成本，无论是现在还是将来。

　　提高能源效率和可靠性：化石燃料的整个生命周期都有浪费。化石燃料的生产消耗资源，在运输过程中可能泄漏，从基础设施泄漏，并在使用时产生废物。在数据中心，由于低效率的技术、未使用的服务器和次优流程，能源被浪费了。虽然数据中心团队可以通过提高能源效率来提高电力使用效率(PUE)，但一些化石燃料的浪费将永远存在。

　　此外，电力可用性取决于电网可用性。当电网中断时，数据中心必须使用备用柴油发电机或电池存储，直到服务恢复。

　　可再生能源产生的能量比其生产过程中使用的能量要多，这些能量可以使用可提供长达4小时存储容量的锂离子电池储能系统(BESSs)进行存储。因此，希望提高可靠性的数据中心可以扩展BESS系统，以获得更多小时的备用电源供应。

　　满足可持续发展目标和监管要求：许多数据中心已承诺到2030年实现碳中和，以实现其可持续发展目标或先于监管要求。更严格的法规即将出台，因此数据中心所有者和运营商在增加可再生能源的使用或现场建设这些能力方面积累经验是有意义的。

　　此外，最近的研究发现，近三分之一的多租户数据中心代表希望在效率和可持续性方面做出具有合同约束力的承诺，而另有44%的人表示，他们的大多数客户都这样做。

　　数据中心采用可再生能源

　　数据中心有购买可再生能源或在现场建造自己的设施的不同选择。这些选项包括:

　　太阳能：希望使用更多太阳能的数据中心负责人可以在建筑物的屋顶上部署电池板，建造太阳能发电场，或从公用事业公司购买这种电力。太阳能生产正从小型装置向能源和公用事业公司倾斜。到2050年，电力部门预计将产生78%的太阳能供应。

　　太阳能只有在阳光照耀时才会产生，这限制了它的用途，除非与BESS技术配合使用来捕获和存储能量。此外，大规模的安装需要产生足够的能源供数据中心使用。然而，随着电池存储技术的发展，大规模的能量捕获和存储将成为可能。数据中心运营商预计，到2025年，13%的电力将由太阳能提供。

　　Meta宣布与电力生产商Silicon Ranch合作，在乔治亚州和田纳西州建立720兆瓦太阳能投资组合，涉及7个项目。

　　美国是如何使用能源的?

　　2022年用于供应能源的电源包括(资料来源: EIA):

　　化石燃料

　　39.8% -天然气

　　19.5% -煤

　　0.6% -石油

　　18.2% -核能

　　可再生能源

　　10.2% -风力发电

　　6.2% -水力发电

　　3.4% -太阳能

　　1.3% -生物质能

　　0.4% -地热

　　风力发电：风力发电由大型涡轮机产生，由于其外观，通常位于近海或人口较少的地区。虽然不美观，但风力的普及和成本的降低使其成为数据中心和其他企业的一个有吸引力的选择。数据中心运营商预计，到2026年，风能将满足8%的能源需求。

　　谷歌在智利和芬兰的数据中心使用风能。

　　地热能：地热能是从地表以下的热水中获得的能量。它便宜，可再生，比太阳能和风能设施占用的土地少得多。然而，这些井的钻探是资源密集型的。

　　谷歌和初创公司Fervo正在美国内华达州开发一个地热发电项目，该项目将提供一种“永远在线”的无碳能源，帮助为该州的电网供电。

　　水力发电：位于水力发电厂附近的数据中心可以利用河流、湖泊和瀑布等水源为设备供电和降温。(大型水坝被认为是不可再生的，因为它们会分流水流。)

　　位于瑞士林塔尔(Linthal)的数据中心之光(Data Center Light)拥有自己的内部水力发电厂，99.1%的水力发电，剩下的0.1%由太阳能提供。

　　生物质能：生物质能是最近的活的有机体，如木材、木材或农业残留物，以及有机废物燃烧以产生能量。虽然目前是一个利基应用，但数据中心正在探索生物质能的更大部署。

　　苹果公司正在与奥尔胡斯大学合作，利用生物质能为其位于丹麦维堡的数据中心供电。

　　可再生能源实施：挑战与解决方案

　　很明显，数据中心所有者和运营商对使用更多可再生能源非常感兴趣。那么，有什么选择呢?

　　购买可再生能源证书(RECs)： RECs是为生产的每单位可再生能源创建的证书，可以在组织之间进行交易。数据中心运营商可以购买它们来抵消电力消耗。然而，这被认为是“洗绿”的一种形式，因为可再生能源的使用无法追踪。

　　购买电力购买协议(PPAs)：通过直接PPAs，数据中心购买并拥有由可再生能源产生的电力。运营商受益于能够确定电力提供的是哪种可再生能源以及多少。在金融购电协议中，买家同意执行价格，但电力在批发市场上出售。如果成本下降，原来的买家可能会蒙受损失。

　　建立可再生能源设施：当数据中心所有者建立自己的设施时，他们会获得使用可再生能源和扩展这些运营的经验。然而，还有一些重大挑战需要克服，例如获得投资项目的前期资金，寻找提供能源和技术专业知识的合适合作伙伴，建造和调试设施，获得监管机构的批准以开放它们，然后运营和维护它们。超大规模企业通常提供可持续性和数据中心人才，而合作伙伴则负责这些设施的建设、调试和运营。

　　建造一个大型太阳能发电厂的成本为每兆瓦80万至136万美元。风力设施的成本为每兆瓦130万美元，维护成本为4.2万至4.8万美元。因此，建造可再生能源设施的公司通常会预先投入大量资源。

　　增加电池存储：数据中心所有者可以构建BESS操作，以获得大规模的电池存储能力。当他们添加能源管理解决方案(EMS)时，他们可以控制捕获和使用哪种能源，为他们提供对运营的更大控制，并使他们能够优化能源组合，以实现可持续性、成本和其他目标。

　　数据中心使用可再生能源的例子

　　超级规模公司在试验新能源项目和使用更环保的能源方面处于世界领先地位。他们结合使用电力购买协议(PPAs)、合作伙伴和新建设施来增加可再生能源的使用。这些公司通常利用太阳能、风能、水力发电和电池存储等资源。

　　以下是全球知名企业的使用情况简介:

　　亚马逊——亚马逊有望在2025年前实现100%使用可再生能源，并寻求在2040年前实现净零碳排放。该公司有一个关于其全球可再生能源项目的交互式地图，可以查看其在全球各地的可再生能源使用情况。

　　谷歌——谷歌已经实现了碳中和运营，但寻求到2030年在其所有数据中心使用无碳能源运行。该公司在其所有云区域使用100%的可再生能源。

　　Meta—— Meta通过100%使用可再生能源，在所有数据中心和办公室实现了净零排放。该公司有一个互动 网站，描述其在全球数据中心使用可再生能源的情况。该公司有64个太阳能项目，21个风能项目和25个水资源项目。

　　微软——微软计划到2030年实现碳负排放，并在2050年之前消除自成立以来的所有历史排放。该公司有一个创新的做法，即向其业务收取碳费，激励他们找到更好的解决方案。

　　加快可再生能源的使用，提高数据中心的可持续性

　　总而言之，数据中心所有者和运营商在考虑如何使用更多的可再生能源时有多种选择。他们选择的道路将受到其可持续发展战略、资本配置、地点和监管制度等因素的影响。

　　当然，也诞生了许多专业的服务企业，例如Device42提供集成工具，可提高数据中心团队对其运行的工作负载的二氧化碳排放的可见性和洞察力。随着企业向环保能源转型，Device42还提供了持续减少二氧化碳排放量的指标。数据中心运营团队可以使用这些数据来确定排放基线，制定可持续发展战略，并衡量随着时间的推移取得的进展。领导者还可以与利益相关者和投资者分享这些信息，以展示他们的公司正在采取的降低成本和温室气体排放的行动。

　　本文作者：Rick Johnston