Enerji Karışımı, Enerji Tasarrufu ve Döngüsel Enerji Yoluyla Veri Merkezlerinin Sürdürülebilirliğini İyileştirme Stratejileri

Özet

Bilgi ve iletişim teknolojileri günlük yaşamı giderek daha çok sarıyor ve verileri buluta daha çok emanet ediyoruz; COVID-19 gibi olaylar BİT'e olağanüstü yük bindirdi, bu da veri merkezi uygulamasını ve kullanımını, dolayısıyla enerji kullanımını ve çevresel etkiyi artırıyor. İnceleme önce tahmini enerji kullanımı ve emisyonları sunuyor, sonra enerji verimliliği ve tasarrufu stratejilerini gözden geçiriyor; anahtar unsurlar yenilikçi soğutma teknikleri, doğal kaynaklar, otomasyon, düşük güçlü elektronik ve genişletilmiş ısıl sınırlı ekipman. Tahmini veri merkezi enerji dağılımı: soğutma ve sunucular yaklaşık %43'er, depolama sürücüleri %11 ve ağ cihazları %3; alternatif tahmin yaklaşık %52 BİT, %38 soğutma sistemi ve %10 diğer ekipman.

Güç tarafında 800 kW yük için 4 × 250 kW dahili modüler UPS %80 yükte (küçük kayıplar), 5 × 250 kW modüler yedekli UPS %64'te ve 3 × 500 kW paralel yedekli UPS %53'te (yüksek kayıplar) çalışıyor; verimi %30 yükte belirtmek öneriliyor. IGBT üç seviyeli UPS güç katları yaklaşık %96 verime ulaştı; SiC transistörler neredeyse yükten bağımsız %98'i aşıyor ve bir SiC tabanlı UPS %30'un üzerindeki her yükte %98'in üzerinde bildiriliyor. Yalnızca sürekli işletme gücü (COP) jeneratör derecelendirmesi Tier III veya IV sertifikası için yeterli ve aşırı büyük jeneratör anlamına geliyor; Tier III %99,982 kullanılabilirlik (yılda 1,6 saat kesinti), Tier IV %99,995 (0,4 saat).

İncelenen serbest soğutma çalışmaları PUE 1,10-1,16 ve %30-40 enerji tasarrufu bildiriyor; bazıları COP 9-12'ye veya %47-49'a kadar tasarruf iddia ediyor; hava tarafı ekonomizasyon dış havanın iç havadan en az 5 °C soğuk olmasını gerektiriyor. Büyük veri merkezlerinde uygun oda yerleşimi ve havalandırma tasarımı toplam maliyetin tahmini %8-10'una mal oluyor ve genellikle enerji tasarrufuyla iki üç yılda geri ödeniyor; sıcak koridor kapaması soğuk koridor kapamasından daha iyi bildiriliyor. Beyaz raf yerine siyah raf kullanmak armatür sayısını ve aydınlatma enerjisini %37'ye kadar azaltabilir.

Net Sıfır Enerji Veri Merkezi (RenewIT) ömrü boyunca şebeke ve bölgesel ağlardan net sıfır yenilenebilir olmayan birincil enerji tüketir; yol haritası verimli zarf, BİT, güç dağıtımı ve soğutma dağıtımı, sonra BİT atık ısısı yeniden kullanımı ve yenilenebilir entegrasyonunu izliyor. 'Döngüsel' çerçevelemeye rağmen döngüselliği enerji yeniden kullanımı olarak ele alıyor ve niceliksel gömülü karbon veya malzeme yaşam döngüsü verisi vermiyor; bu bir sınırlama.

Öne çıkan noktalar

1. Tahmini veri merkezi enerji dağılımı: soğutma ve sunucular yaklaşık %43'er, depolama sürücüleri %11, ağ cihazları %3; alternatif tahmin yaklaşık %52 BİT, %38 soğutma sistemi, %10 diğer ekipman.
2. 800 kW yük için 4 × 250 kW dahili modüler UPS %80 yükte, 5 × 250 kW modüler yedekli UPS %64'te, 3 × 500 kW paralel yedekli UPS %53'te (yüksek kayıplar) çalışıyor; verimi %30 yükte belirtmek öneriliyor.
3. IGBT üç seviyeli UPS güç katları yaklaşık %96 verime ulaştı; SiC transistörler neredeyse yükten bağımsız %98'i aşıyor; bir SiC tabanlı UPS %30'un üzerindeki her yükte %98'in üzerinde bildiriliyor.
4. Serbest soğutma çalışmaları PUE 1,10-1,16 ve %30-40 enerji tasarrufu bildiriyor; hava tarafı ekonomizasyon dış havanın iç havadan en az 5 °C soğuk olmasını gerektiriyor.
5. Büyük veri merkezlerinde uygun oda yerleşimi ve havalandırma tasarımı toplam maliyetin tahmini %8-10'una mal oluyor ve genellikle enerji tasarrufuyla iki üç yılda geri ödeniyor; sıcak koridor kapaması soğuk koridordan daha iyi bildiriliyor.
6. Yalnızca sürekli işletme gücü (COP) jeneratör derecelendirmesi Tier III veya IV sertifikası için yeterli ve aşırı büyük jeneratör anlamına geliyor; Tier III %99,982 (1,6 saat/yıl), Tier IV %99,995 (0,4 saat/yıl).
7. Beyaz raf yerine siyah raf kullanmak armatür sayısını ve aydınlatma enerjisini %37'ye kadar azaltabilir.
8. CUE toplam CO2 emisyonunun BİT enerjisine oranı, yani CO2 emisyon faktörü × PUE olarak tanımlanıyor.

Tasarımda kullanımı

• UPS yük oranını (modüler yapıda 800 kW için %80, paralel yedekli yapıda %53) ve kayıpları tasarım aşamasında hesaplayın; UPS verimini %30 yükte şartnamede belirtmeyi değerlendirin ve SiC tabanlı güç katını (%98 üzeri) seçenek olarak karşılaştırın.
• Tier III veya IV hedefinde jeneratör derecelendirmesini sürekli işletme gücü (COP) esasına göre belirleyin; bunun aşırı büyük jeneratör anlamına geldiğini maliyet hesabına ekleyin.
• Oda yerleşimi ve havalandırma tasarımına toplam maliyetin %8-10'unu ayırmayı ve sıcak koridor kapamasını değerlendirin; geri ödeme iki üç yıl.
• Net sıfır enerji hedefinde önce yükü azaltın (zarf, BİT, güç ve soğutma dağıtımı), sonra atık ısıyı yeniden kullanın ve yenilenebilir entegre edin.

Kimler okumalı

Veri merkezi fiziksel katman enerji tasarrufu seçeneklerini (güç, soğutma, aydınlatma, elektronik) genel bakışla değerlendiren tasarımcılar ve yöneticiler.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Güç temini ve süreklilik (2.1 Tier sınıflandırması, 2.2 Güç kayıpları, 2.3 UPS)
3. 3. Bilgisayar odalarında enerji tasarrufu (3.1 Konum, oda konfigürasyonu, oda sıcaklığı, hava akış örüntüsü ve aktif soğutma, yenilikçi soğutma sistemleri, doğal soğuk kaynak kullanımı, serbest soğutma, sıvı soğutma; 3.2 Aydınlatma sisteminin iyileştirilmesi: aydınlatma kontrolü, ışık kaynakları, diğer stratejiler)
4. 4. Elektronik ve diğer stratejiler (4.1 Düşük güçlü sunucular, 4.2 Little Box Challenge, 4.3 DC güç beslemesi, 4.4 Yarı iletkenler, 4.5 Otomasyon, izleme ve robotlaştırma, 4.6 Modüler veri merkezleri)
5. 5. Veri merkezlerini yöneten düzenleyici ortam (5.1 Ölçütler: göstergeler, eğilimler; 5.2 Düzenlemeler, 5.3 Sertifikalar ve girişimler)
6. 6. Net Sıfır Enerji Veri Merkezi
7. 7. Sonuçlar

İlgili standartlar

• ISO/IEC 30134 (PUE/CUE/WUE/ERF)
• EN 50600
• ISO 8528-1:2018
• IEC 62040-3
• ANSI/TIA-942-B
• ASHRAE TC 9.9 thermal guidelines
• ANSI/ASHRAE 90.4
• Uptime Institute Tier classification

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Matteo Manganelli; Alessandro Soldati; Luigi Martirano; Seeram Ramakrishna

Yayıncı

Sustainability (MDPI AG)

Yıl

2021

Cilt

13

Sayı

11

Sayfalar

6114

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/su13116114

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye