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构建零碳网络 未来上网只用电不排碳?

  随着信息技术的发展,越来越多的人可以享受到ICT基础设施带来的便利,依靠发达的网络、迅捷的网速,人们可以享受在线办公、在线学习、在线医疗等便利。这背后,要靠越来越多的海量计算和越来越大的数据存储来支撑,同时伴随着能源消耗的增长。

  ——周桃园 华为副总裁兼数字能源产品线总裁

  当你打开电脑处理业务、浏览信息,在手机上抢红包时,你可能不会去计算这背后的碳排放。

  2021年政府工作报告提出,今年要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,“十四五”时期,单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别降低13.5%、18%。并将这两项指标作为约束性指标进行管理。面对低碳的硬指标,能源消费量快速增长的信息通信行业(ICT)也提出了碳中和目标。其中,华为首次提出了“零碳网络”,发布了数字能源零碳网络解决方案。

  信息技术的发展让能耗大幅增加

  据加拿大麦克马斯特大学的研究预测,2040年,ICT的碳排放占全球碳排放比例将从2007年的1.6%上升至14%。2020年,数据中心占全行业碳排放比例最大,占45%,其次是通信网络和终端设备,分别占24%和31%。

  在我国,随着5G的商用领域不断扩大,5G、数据中心规模迅猛扩大的同时,能耗数据也大幅攀升。华北电力大学与国际环保组织绿色和平2019年报告显示,2018年我国数据中心总用电量为1609亿千瓦时,约占全社会用电量的2%,超过上海市2018年全社会用电量。假如我国的能源结构保持现状,到2023年我国数据中心用电将会产生1.63亿吨二氧化碳排放,相当于一个中型国家的碳排放水平。

  华为发布的《通信能源目标网白皮书》指出,虽然5G网络每比特数据的平均能耗仅为4G的1/10,但由于5G站点数量是4G的2—3倍,同时拥有更大流量,单设备功耗将是4G的3—3.5倍,网络整体耗电量将比现在翻一倍,每年超过1000亿千瓦时。

  其实,ICT能耗剧增主要是因为用户数量的剧增,以及相应的通信网络和终端设备等新基建的落地和运行。数据显示,25年前,全球人口总数为56亿,移动用户数不到1亿,站点数量仅20万,联接数低于0.5亿。到2015年,全球人口总数超过73亿,移动用户已激增至48亿,站点数量超过660万,联接数超过80亿。

  华为副总裁兼数字能源产品线总裁周桃园说,随着信息技术的发展,越来越多的人可以享受到ICT基础设施带来的便利,依靠发达的网络、迅捷的网速,人们可以享受在线办公、在线学习、在线医疗等便利。这背后要靠越来越多的海量计算和越来越大的数据存储来支撑,同时伴随着能源消耗的增长。

  据预测,到2025年,由IoT、云计算、人工智能等新技术构建的万物互联智能世界,联接数将达1000亿个。这也是ICT行业的能耗会如此之高的原因之一。

  极简+绿电+智慧能源云

  如何才能实现零碳网络?周桃园说,华为零碳网络解决方案包含了“极简站点、极简机房、极简数据中心、无处不在的绿电”四大解决方案,再融合智慧能源云。

  极简站点指的是站点形态的极简化,从以前的室内发展到室外,再进一步缩减其占地空间。即让房子变柜子、柜子变杆子,全面“杆站化”,实现降低能耗、省电费、省租金;极简机房是指以机柜替代机房,在保证扩容的情况下,免增机房、免改线缆、免增空调,从而节省能耗、空间并避免大量施工。

  周桃园说,极简数据中心是指通过全预制化、模块化建设重构架构;通过高效节能方案重构供电,提升效率,并实现预测性维护;通过间接蒸发冷却等解决方案节省能耗,相比传统冷冻水方案可节能17%;通过智能运维解决方案重构运维,使效率提升35%。

  多使用来自可再生能源的绿电,减少使用高碳的化石能源是零碳网络的重要一步。国家发改委副主任宁吉喆说,2020年我国可再生能源发电装机已达到9.34亿千瓦,将进一步扩大可再生能源装机规模,推进清洁能源增长消纳和储能协调有序发展。

  “无处不在的绿电”指的是将绿电引入站点、机房、数据中心等,打造绿色联接和绿色计算。最后这四大解决方案还融合了“智慧能源云”,通过源—网—荷—储一体化智慧管理,最终大幅降低用电成本,提升能源效率。

  为节能降耗IT企业各显神通

  目前,在节能减排上,各运营商可以说是各显神通。有的IT企业通过引入高效电源,改造老旧电池,提升能源转换率,降低能源损耗,达到节电效果;有的采用混合供电解决方案,减少因电力不稳而采用油机供备电带来的相关能源成本和能源损耗。

  数据中心需要保持24小时不间断运行。根据国家节能中心、赛迪顾问股份有限公司等共同发布的《中国液冷数据中心发展白皮书》,超大型数据中心飞速发展,快速增长的功率密度对散热提出更高要求。2019年以“风冷”技术为代表的传统数据中心,其耗能中约有43%是用于IT设备的散热,与IT设备自身的能耗45%基本持平,降低散热功耗、控制数据中心运营成本,建设绿色数据中心已成当务之急。

  “液冷技术是突破数据中心节能瓶颈的最佳捷径。”曙光数创公司高级副总裁姚勇说,液冷技术带给行业的效益远不止节能一个方面。液冷技术的高效制冷效果,可大幅提升服务器的稳定性、效率及使用寿命,同时提升了单位空间服务器部署密度,高度节省空间占地,并将超大规模数据中心的建设大为简化。液冷数据中心噪音超低,环境友好,余热利用也可创造更多经济价值。

  据赛迪顾问估算,液冷应用前景广阔,2025年我国液冷数据中心市场规模将超千亿元。

  不过,对于ICT来说,仅依靠液冷等节能环保技术尚不足以应对零碳的挑战。绿电的引入就非常关键,可再生能源让IT企业从能源“消费者”转变成为“生产者”,提高清洁能源的使用率。

  目前,全球约41家科技企业已设立长期100%可再生能源目标,2020年,国际科技巨头纷纷加码行动。亚马逊收购了35个风电与光伏电站,成为可再生能源迄今最大买家。谷歌提出,将在2030年实现全球实时零碳运营,将零碳的统计范围从年过渡到小时;微软则表示,将于2030年实现负碳排放,并在2050年消除企业所有历史碳排放。

  腾讯首席执行官马化腾在他的朋友圈中强调,“预计未来最大占比的是原生清洁能源支持的数据中心的实现。很难,但总要努力。”绿色和平气候与能源项目主任叶睿琪表示:“我们认为马化腾的评论清晰地传达了一个信号,即数据中心的可再生能源利用,将是科技行业迈向碳中和的最重要手段之一。”

  随着数字技术的发展和碳中和目标的牵引,ICT技术在不断地融合创新。周桃园表示,未来主流方案的方向应该是从以终为始的角度考虑,系统化、全局化地进行能效提升,从站点到机房进行到智能运维,实现极简站点、极简机房;数据中心则应从架构、供电、温控、运维4个方面重构,以此来提升运维效率、减低能源损耗及缩短建设周期等。

  第十三届全国人大常委会委员、中国科学院科技战略咨询研究院副院长王毅说,实现碳中和以及零碳,最核心的内容就是发展可再生能源。构建一套高比例可再生能源体系,加强顶层设计,与现有的分布式能源系统、智能电网,未来的智慧能源等,作为一个统一的体系来设计,降低系统成本,塑造新的能源安全格局。