绿色数字基建方兴未艾
来源:中国电子报 更新时间:2022-06-21

数字化、智能化是信息技术的主流,随着低碳化需求的增强,信息技术的绿色化成为并列于数字化、智能化的第三大趋势。数字化、智能化推动的数字新基建方兴未艾,绿色化、低碳化则要求信息基础设备能耗持续降低、碳排放得到控制,因此绿色新基建的市场需求在“双碳”风口中放大。

刚刚过去的6月15日是中国第十个低碳日,在政府持续推动之下,一批节能降耗、低碳绿色的技术、方案在5G网络、数据中心落地实施,绿色化发展从国家战略方针具化为每个建设方案的具体实现中。

在每个基站方案中降能耗

为了降低能耗,作为5G建设的主力军,各地运营商结合技术发展和地方特点,采用了组合技术。

中国移动西藏公司在中国移动集团中并不是大的省级分公司,自成立以来累计建设基站站点11654个,但西藏公司的“绿色行动计划”成效显著,这些站点主要供电方式有纯市电、市电+太阳能、纯太阳能及太阳能+风能四种供电方式,其中太阳能供电站有4075个,占比34.97%。

按照建站平均成本测算,除了维护成本外,太阳能基站相对市电基站每年节省电费11957.4元。单站每年节约用电1.31万千瓦时,折合1.62吨标准煤,减少碳排放8.02吨,这在西藏地区具有重要意义。

据重庆联通相关负责人介绍,重庆联通在保障网络质量的前提下,通过在4G/5G网络上应用智能协同深度休眠、智能符号关断、智能通道关断、智能载波关断等节能技术,使网络闲时节能率达到44%。经估算,日均可节省电量约7.3万千瓦时,全天节能效率达到29%。

中国联通总结出了设备、站点、网络“三位一体”的绿色节能理念。在设备层面,积极引入大带宽和多天线等技术,5G设备集成度和能效逐步提升;在站点层面,通过共建共享、机房集中化、站点室外化部署,充分利用自然冷源,降低空调能耗,大幅提升站点效率;在网络层面,采用人工智能算法预测基站流量趋势,从时域、频域、空域、功率域等维度自动寻优关断部分有源器件。“未来,我们将引入智能引擎和网元智能化,实现‘业务智营、网络智优、运维智简’的‘自智’网络,不断推动5G网络绿色低碳化发展。”中国联通5G共建共享工作组组长苗守野说。

为控制5G基站能耗快速增长,中国电信加快自主创新与产研协作,通过部署极简站点,以杆替柜、以柜替房实现电费下降30%、减少碳排放20%;通过自研5G BBU竖插机框,充分运用空气力学原理,大幅降低设备和空调能耗;通过试点5G BBU液冷系统,大幅降低了BBU制冷能耗,机房PUE降至1.1以下。中国电信还公布到“十四五”期末,实现单位电信业务总量综合能耗和单位电信业务总量碳排放下降23%以上。“十四五”期间,实现4G/5G网络共建共享节电量超过450亿度千瓦时,新建5G基站节电比例不低于20%。

此外,提高每瓦特传送的比特量,即提高能源利用效率,也是5G兼顾设备高性能和低碳的必要手段,华为的“高密度”基站可以因为射频单元的集成获得30%以上的节能收益。在中兴通讯看来,绿色5G包含两个方面:一方面是网络本身碳排放的持续降低,构建一张具有极致能效比的低碳5G网络;另一方面,是充分利用5G网络,结合赋能平台与行业组件,赋能千行百业数字化转型,在提高经营生产效率的同时节能减排。

数据中心向全周期低碳化发展

东数西算国家工程除了要解决如何均衡东西部的算力问题,更要解决能源的利用率问题。智能化、数字化大潮与低碳化要求相遇,必然会让具有强烈增长意愿的数据中心拒绝野蛮生长,走综合考虑数据中心的使用效率和用能效率的绿色之路。

据测算,未来5年全球算力的复合增长率将超过50%,2026年的算力会比今天增长10倍以上。目前在20多个城市建设的人工智能计算中心,都是处于上线即饱和的状态,AI的发展对算力的需求更高。

那么,数据中心减排的压力有多大?

清华大学能源m88.com研究院常务副院长高文胜说,我国IDC发展速度很快,平均每年新增40%,其中新建的数据中心占新增规模的70%。相应的能源消耗也在攀升,能源支出占数据中心运营支出的95%。数据中心的用电量占全社会的用电量快速增长,2020年为2.75%,预计到2025年将达到4.05%。数据中心的未来发展将严重受限于其功耗预算和碳排放配额。

受碳减排压力,数据中心未来发展更倾向做全生命周期的低碳管理。

华为技术有限公司高级副总裁、华为数据中心能源军团CEO杨友桂认为,未来数据中心将从唯PUE论走向包含PUE(用电效率)、CUE(环保效率)、GUE(土地效率)、WUE(用水效率)在内的多维评价体系。

从数据中心的建设开始,高能效的供配电产品以及组装模式就要不断创新,如叠层数据中心、厢体数据中心、柜式数据中心等。“整个架构的极简化,会推动数据中心‘建筑预制化、机房模块化’的建设进程。”杨友桂说,“以前的建设是现场施工完成钢筋混凝土,下一代数据中心的建筑形态是嵌入式的钢结构架构,在工厂生产、现场组装。”

下一代数据中心的低碳化,包括供电源头的绿色化,太阳能、水电、风电需要更方便地接入数据中心。

在数据中心的制冷方面,应尽可能多地利用自然冷源,减少电损耗。目前比较广泛采用的是间接蒸发冷水系统、自然冷源、湖水制冷、水冷离心式空调系统、中水循环技术、间接蒸发冷却技术。中国电信在海南与海兰信合作开发的海底数据中心项目,将数据舱安放在海底,利用海水资源进行冷却,单舱PUE测试值低于1.1,空调系统全年海水自然冷却,整个系统几乎无淡水资源消耗,年WUE为0。

但在西部,特别是水资源不丰富的地方如内蒙古乌兰察布盟,全年平均气温低、经常有大风,可以推进“风进水退”,用风制冷。此外,近端制冷、液冷也会成为主流的制冷方式,风冷、液冷并存将是常态。

全生命周期管理需要考虑如何提高数据中心的上架率,上架率超过50%以上,数据中心会获得更好的PUE。此外,数据中心所用材料需要更加环保,数据中心产生的余热也可以回收利用。

数字基建绿色化要求更高

数字经济占GDP比重逐年上升,2020年占比已经达到36%,预计到2025年将占GDP总值的半壁江山。

支撑数字经济发展的是庞大的信息基础设施,而且自2020年开始,我国开始启动以5G、大数据中心、人工智能、工业m88.com等为核心的数字新基建,带动5G基站建设总量、数据中心机架建设总量快速增长。截至今年6月,最新的数据是,5G基站已经建设了161.5万个。可以看到,自2020年到2022年,我国5G基站每年新增约65万站。

中国信通院《数据中心白皮书2022》显示,按照标准机架2.5kW统计,截至2021年年底,我国在用数据中心机架规模达到520万架,近5年年复合增长率超过30%。受东数西算、一体化大数据算力网络项目的推动,新型数据中心将有新一轮的建设。

2021年10月,国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》。国家发展改革委、国家能源局等五部门也联合印发了《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》,其中要求新建大型、超大型数据中心电能利用效率不超过1.3;到2025年,数据中心电能利用效率普遍不超过1.5。

专家认为,数字基建对碳排放带来的影响应该从两方面分析。一个是受需求驱动,大量的数字基建将产生明显的能耗;另一个角度来看,数字基建在实现减排效益同时,对经济有显著的带动作用。GSMA研究显示,当前移动通信网络占全球碳排放的0.4%,然而对于其他行业的节能减排可以实现10倍的杠杆效应。中国电信总经理李正茂表示,算力每投入1元,将带动GDP增长3~4元。(记者 刘晶)