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能耗|构建零碳网络 未来上网只用电不排碳?

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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
◎本报采访人员 李 禾
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 。
【能耗|构建零碳网络 未来上网只用电不排碳?】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 。

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