数据中心和分布式可再生能源:POD中的两颗豌豆

上个月谷歌主办了“互联网有多绿色？”来自工业界、学术界、政府和非政府组织的100名专家齐聚一堂，探讨围绕信息和通信技术（ICT）部门的环境影响和好处而出现的新问题。随着我们社会的日益电气化和互联化，包括智能手机、笔记本电脑、手机和Wi-Fi网络，这是一个及时的话题。

据普遍报道美国用电量的1%至3%(PDF)仅来自数据中心。事实上，如果把接入网络(连接用户及其设备到数据中心的固定和无线基础设施)的能耗考虑在内，这个数字实际上还要大得多。

没有人能确切地说(目前)接入网络消耗了多少能源，但劳伦斯伯克利国家实验室的布鲁斯·诺德曼尝试估算一下2008年美国网络能源使用情况（PDF）和能源效率电信中心最近估计移动接入网的能源使用（PDF）。他们的研究结果表明，接入网络可能使用与数据中心相同数量级的能量，并且这种消耗正在迅速增长。

互联网、移动和宽带网络将继续存在。我们如何确保ICT部门使用清洁、绿色能源，并尽可能高效地使用？

数据中心走向绿色

去年，纽约州能源研究与发展局（NYSERDA）与克拉克森大学、AMD、惠普、通用电气和其他公司合作开展了一个项目，该项目将证明可再生能源数据中心的可行性。洛基山研究所（RMI）最近加入了克拉克森研究人员的这一项目，该项目设想了一个分布式绿色数据中心(dgdc)与可再生能源并存。想象许多小的、地理上分布的性能优化的数据中心(pod)它既可以将电网作为互联资源运行，也可以作为离网电岛运行。

乍一看，这可能相当平淡无奇;偏远地区的人们已经离网几十年了，对吧?但一个重大的范式转变正在发挥作用:当本地固有的可变可再生能源无法产生足够的电力，更有效地利用这些资源时，pod被设计成通过光纤连接将服务器工作负载转移到其他pod，从而转移“负载”。pod将是完全独立的，其唯一的外部接口是电源输入、网络连接和潜在的冷却和/或废热回收连接。

DGDC概念通过以下关键方式与RMI的能源愿景相结合：

1.分布式可再生能源的最佳利用:分布式POD将允许可再生能源在其源头使用，减少或消除对昂贵的输电基础设施的需求（以及相关的线路损耗和其他低效），最终使开发额外（或不经济的）可再生能源成为可能。简而言之，这就是小是有利可图的在信息和通信技术部门工作的逻辑。

2.管理可再生资源的可变性：PODs方法将提供一种灵活的负载，有助于管理某些可再生能源（如风能和太阳能）的可变性。这种管理和稳定风能和太阳能变化的能力是RMI对美国电力系统2050年的愿景. PODs方法提供了这种灵活性，可以在给定场地的可再生能源供应波动时将计算负载从一个POD转移到另一个POD，基本上为这些可再生能源提供了稳定的容量。

3.增加需求方的灵活性：如果pod与更广泛的电力系统相连，它们的灵活性还可以为电网提供辅助服务。例如，POD快速上线或离线的能力将允许电力系统运营商使用POD作为可调度负载。这种被称为需求响应的能力可以通过改善发电和负载之间的平衡来帮助解决电网稳定性问题。如果位于电力市场存在的地区，pod可以利用其灵活性和可控性，根据市场动态提供(并获得补偿)辅助服务。

4.启用微电网：在微电网中，可控性是王道。为了发挥作用，任何电网——无论是宏观还是微观——都必须始终平衡瞬时功耗和发电量。微电网运营商面临的挑战是，与通常跨越巨大地理区域的典型电力系统相比，其能源资源更加有限。考虑到这一点，我们很容易看到吊舱和微电网之间的共生关系，吊舱通过超灵活、适应性强的负载提供了巨大的价值，同时也受益于微电网提供的更高可靠性。

5.发展中世界的清洁能源：分布式POD概念对发展中国家有着特殊的前景。几乎有47亿人没有电脑和互联网，但这不会持续很久，而且在不发达地区，柴油发电机往往是电网不可靠国家新接入网络的首选电源。具有发展中国家已经在考虑将清洁可再生能源作为手机发射塔的替代能源在美国，POD概念似乎非常有前途。

在一天结束的时候，RMI的主要焦点是减少化石燃料的能源使用，而明显容易实现的成果是系统低效所浪费的千瓦时。通过pod实现的DGDC概念可以消除大量能源浪费，主要是通过减少传输和分配损失，但也通过最佳实践冷却方法和其他效率增益。在传统情况下，燃煤电厂燃烧的一大块煤中，只有12%的能量用于最终的计算机处理。你需要860瓦的煤电来驱动100瓦的计算。相比之下，你只需要690瓦的可再生能源就能完成同样的100瓦计算。

数据中心和ICT行业很多能源的使用量正在迅速增加。该行业的电力需求严重依赖于电网，因为除了大型水力发电外，分布式可再生能源的巨大地理足迹使得在传统的大型数据中心现场整合这些资源非常困难。DGDCs概念可能会改变这一切。通过直接使用清洁、可再生能源为吊舱供电，这一想法为我们日益数字化的社会所面临的数据中心能源使用问题提供了一个潜在的解决方案。虽然在即将到来的试点项目中有许多问题需要解决，但我们对DGDCs概念的潜力以及它可以以多种方式补充和扩大我们现有的努力感到兴奋。

落基山研究所(Rocky Mountain Institute)分析师詹姆斯•舍伍德(James Sherwood)和克拉克森大学(Clarkson University)副教授皮埃尔•马佐卡(Pier Marzocca)对本文亦有贡献。

太阳能电池板图像贾诺斯瓦夫通过Shutterstock