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                      阿里巴巴數據中心水蓄冷節能實踐

                      瀏覽: 68
                      時間: 2018-05-02
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                      國內云計算數據中心領域最具規模和影響力的標志性盛會,第十二屆中國IDC產業年度大典將于12.21-22日在國家會議中心舉行。在昨天的主會場上,多位領導及嘉賓對目前數據中心整體市場進行了分析與點評,在今日的數據中心技術創新分論壇上,多位嘉賓將會對數據中心的技術創新進行分析與解讀,讓我們共同迎接今天的數據中心技術創新分論壇。

                      中國IDC產業年度大典作為國內云計算和數據中心領域規模最大、最具影響力的標志性盛會,阿里巴巴IDC運營專家郭樹師出席此次會議,并發表《阿里巴巴數據中心節能實踐》主題演講。

                      阿里巴巴數據中心節能實踐

                      阿里巴巴IDC運營專家郭樹師

                      以下為演講實錄:

                      我今天的題目稍微變了一下,原來給我的題目是關于節能方面,現在的題目叫《阿里巴巴數據中心節能實踐》,這個PPT是以張北作為案例來展開,剛才郭亮講的很有感觸,當他在研究液冷的時候,其實我們也在深入地去做了,而且對于未來的方向,感覺液冷會成為未來的主流方式。在張北,現在我們已經進行好幾月的實驗,包括整個包間大規模的應用,隨著國家能源的消耗越來越多,隨著數據中心那么多的建設,對于液冷的需求,對于制冷的欲求,未來這種發展雅趣是不可持續的,逼著我們去分析下一個更好的應用。比如說液冷。

                      液冷有三種方式,一個是浸泡式、冷板式、噴淋式。

                      說之前還有一些敢想,隨著數據中心大量的能源使用,目前在北京找到一個能夠滿足中型電力的數據中心不好找,我們數據中心耗電量非常大,社會和企業、團隊的架構我就不細說,下面說一些運營的實踐。

                      第一點,新風應用。新風在這個行業提過好多年,據說大家真正應用,在天津、北京、張北,好多數據中心都在嘗試用新風,到底新風行不行?在張北進入一年多,我們用了三個包間進行了實驗,新風在特定的清潔度、濕度、溫度的情況下部分地區是可用的,這個新風能夠極大地降低我們的PUE,它的風險控制點主要來自于硫化氫和二氧化硫,因為它會和我們的銀、銅產生硫酸銅和硫酸銀。我們這里要控制住這些,新風是可以使用的,我們目前在積累大量的數據,運行一年多,看到效果不錯。

                      假如不是張北,而是放在天津、青島、上海未必就可用。

                      新風有三種模式,有全新風、半新風。有新風、回風、混合風,這是一個氣流模型,這是對實驗室的照片,以及檢測,我們更擔心的是服務器的壽命、故障率,通過控制腐蝕程度,我們看看新風到底能不能廣泛地普及,在哪些地方可以普及,通過實驗,通過小規模的試用,我們其實在張北進行了有益的實驗和探索,這是新風問題。

                      第二點熱通道密封。傳統的機房很多還在冷通道封閉,冷通道封閉需要架空地板,而熱通道封閉可以有更高的換熱效率而且省去了架空地板,它是彌漫式的冷通道的送風,我對熱通道進行熱量集中回收,我把溫度盡量提高,然后進行一個高溫的回風的高效率的環境,這是熱通道封閉,今天通過這個PPT,也是希望我們在座的,或者來自未來數據中心的從業工作者一起來探索更多的節能,或者說降低電力消耗的方式,或者是技術。

                      第三點,冷熱水的供回水溫度。我們目前看到很多機房,設計的很傳統的供水,還有很多在7度供水,12度回水,還有繼續往上提,到底要提到什么程度,目前我們張北出水溫度17度,回水是25度,也就是有6度的溫差,出水溫度從7度升高到17度,乃至19度,回水也相應的提高,這個提高還是挺明顯的。

                      第四點,變頻技術。這個變頻已經很成熟了,但是并不是所有的數據中心都廣泛地使用了變頻技術,各種電基、冷基在固定頻率的時候是固定的消耗,根據需量,按需所供,按照所需變頻,這在我們一次泵、二次泵、冷基、冷塔進行了廣泛的應用,希望這個變頻技術能夠有更多的數據中心借鑒,它的技術要點就是低頻自適應變頻技術,還有電基低頻值優化。我們現在普遍的應用到28到32HZ左右,頻率和轉速成正比,功耗是程三次方的關系,變頻的節能效果還是很明顯的。

                      第五點,冷卻塔水流路徑延伸技術。有很多做冷塔的,冷塔造出來以后,在不同的地區,比如在南方、北方是有不同的需求,而且普通的冷塔到了張北以后還要進行改造,張北要進行防凍,另外原來的牌偏小偏淺,到張北以后我們重新進行優化改進,就是把水流路徑延伸,增大散熱面積和散熱時間。冷塔的設計并不是一個標準,還是要根據所處的地區進行優化,不光是路徑延伸,包括你的兩個電基或者三個電基的獨立控制,是兩個電基同時在,還是只運行一個風扇,這個冷塔還有很多未來發展的提升空間。

                      第六點,液冷技術。剛才郭博士講的跟我們用很相近,這已經真正地在,而且效果還很好,為什么要這么做?把我們傳統的機柜三千瓦、四千瓦、五千瓦,到六千瓦的時候,發現這些不夠用了,我需要二十千瓦、三十千瓦、五十千瓦的時候,普通的制冷模式是滿足不了消除熱導的局部過熱。液冷有浸泡式的,還有噴淋式的,我呼吁我們的合作伙伴或者友商,繼續加大這方面的投入,這是未來的趨勢,大工業的機會是未來的趨勢。

                      第七點,這是空調最優控制邏輯的選擇。首先溫差,當冷熱通道封閉和分離的目的是什么?還是加大溫差,而溫差叫什么?末端空調的送風速度,當溫差調高以后,我們的空調末端的轉速可以降低下來,普通空調有四種模式,哪種是最優的,比如說出風控制、回風控制、壓差控制、溫差控制。這四種模式當你選擇的時候,它的節能效果是不一樣的,目前一個很好的實踐就是加大冷熱通道的溫差。出風的溫度可以設定,比如說可以通過機器來進行設定,還有通過溫差的設定。

                      第八點,服務器的進風溫度。還是回到傳統機房,能不能繼續往上提,24正負2可不可以,25正負2可不可以,目前這些企業有沒有進行嘗試。我們現在已經做到了25正負2,就是把整個機房的溫度進行普遍的調解,而服務器廠家可能也有這個,它的耐受溫度合理是34-35度,是可以滿足的,當25正負2或者26正負2的時候,通過數據的積累,我們有進一步提升的空間。

                      當然提高了進風的溫度,相應的CPU轉速的速度也會提升,這時候要找到他們之間的缺陷,不能一味的提升,比如到了正負25要停一下,你要測一下三條曲線的交界點,找到最優的集合。

                      第九點,冷卻塔無滲漏保養。怎么除冰,怎么減少受漂水,也需要冷塔和電力系統進行配合,現在的方式還是靠人工,或者是一個半自動的方式,通過電力系統的調解,或者是通過一個送風口的開口,或者加漏斗,像張北的冷塔進行了大量的改造,這種小技巧還是有一些借鑒意義。

                      第十點,冷卻水凈化再利用。大家考慮電力的同時,還要想一想,其實數據中心跑水量也是比較大的,我們有一個詞叫WUE,它的值做得不好的達到4.0以上,做得好的達到0.4左右,這個差別挺大,冷卻水的導電率到多少PH值進行排放,這需要維護的人進行大量的數據探索,比如說1500、1600、1700.既要保證水的可用又要減少排放。一個是導電率,一個是PH值,這是我們目前的關鍵指標。

                      第十一點,室內外濕度為跟隨控制技術,我知道目前有些機房還是40%-70%的濕度,這個值還有優化的空間,比如30-75可不可以,30-80可不可以,20-80可不可以,從配電室到IT機房它的的濕度要求不一樣,通過加濕器能不能用自然方式來解決,目前這個值已經進行了大范圍的優化,這個濕度有很多的加濕器,這也是一個不小的耗能。目前的濕度值可以從40%-70%,將提高到25%-80%,配電室可以做到18%-90%,通過這個數據的優化,可以在加濕方面對數據中心這個行業,乃至普通的機房進行推薦,或者是參考。我們有兩個指標,溫度和濕度,把這兩個優化好,對PUE的降低還是很有效果的。

                      第十二點,BA全自動控制系統。目前國內用BA的還是挺多,BA有幾種方式,它有全自動、手動、半自動,目前我們新建的機房,大部分做到全自動、自動加機、自動減機、自動進行多種模式的切換。這里面涉及到比如說冷機的控制模式和新風的控制模式,比如說3+3,就是冷機有三種模式,新風有三種模式,張北是六種模式進行切換,張北的PUE,上次在CDC大會上有一個值,它獲得了CDC的科技能效杰出獎,平時運行PUE值都在1.1幾,這是實際運行的,而不是實驗數據。還是希望更多的廠商參與進來,目前廠商還是偏少,而且希望它更人性化,更自動化一些。

                      第十三點,新風焓差節能空調技術,這個技術南方用得比較多。

                      下面說一下電氣方面的實踐。

                      第一,互聯網行業一路市電+一路高壓直流,已經不是新技術的,原來擔心的高壓直流現在也沒那么擔心了,但是相對于傳統的2N的UPE,1路市電,1路高壓直流,它的效果很明顯。但是現在還有很多數據中心還在用2N的UPS,即便我們阿里采用了1路市電加1路高壓直流,它這里面還有兩種技術,就說1路是負載均分技術,就是一人一半,各50%,還有一半是負載不對稱技術,我市電這側能不能承擔90%,乃至95%,讓高壓直流這側承擔更少的,就是這樣才能夠減少高壓直流的轉換效率的損耗。高壓直流目前在互聯網應用中心應用比較多,價格也比較便宜,比如說目前常用的這幾個有東達(音)、東塔(音)、新星(音),我們希望這些廠商有更多的節能技術出來,不要說高壓直流就一定節能,高壓直流也有用的低效、中效、高效的,我們更加希望它能夠研發出來根高效的直流模塊來。如果提高1%,對數據中心全部的節能效果量級還是非常大的,1%的電,還是很明顯的。

                      第二,變壓器,大家現在遇到一個什么瓶頸,向電力局,向電力公司報裝新型容量的時候,它的容量是有限的,你報了2N,整個便電鋸一半為數據中心冗余,當變壓器不再是2N結構,而是4+1、5+1、6+1,對國家能源的占用、預留又會降低很多。比如北京供電五月供電質量比較穩定的地方,這種方式可以去適用,或者更大規模地去用,當然它會帶來運營人員的應急能力的考驗。所以說降低架構的同時,其實就加大了對運營人員的要求,從2N到N+1,把N控制得好,控制在小于等于5,這個架構的改變對整個國家的能源其實降低了很多。

                      第三,智能照明,我們的照明占到數據中心的比例哪怕是0.01%,這個數量也是很可觀的,尤其對于大的互聯網公司,0.01%的能源占比,比如說照明,傳統的照明有T5、T8、LED,還有普通的照明,像張北采用的是LED的固態照明,按需分區控制,照明不是通過技術創新,是需要從細節上把控,從設計的源頭上就開始設計。

                      第四,蓄電池組在線升壓自放電測試技術。改變原來直接放電降壓的方式,因為那是直接放電,那個時候一旦停電是有風險的,相反我們進行逆向思考,采用升壓放電,我這路電壓偏高,另外就進行放電,就把思維倒轉過來,這種方式起碼能保證不段電。當然對2N的UPS不是這種,但是對于互聯網這個放電技術還是值得行業去研究,我們現在在應用,而且普遍的蓄電池的接口,在傳統的機房當中沒有這種接口,所以希望新的數據中心在建設的時候就把這個接口預留出來,很簡單,就在配電箱增加一個接口就可以了,可以大大增大運營人員的放電效率。這個蓄電池技術已經十年了,是一個成熟的技術,但是現在會用的不太多,敢用的更少。大家可以去嘗試一下。這個對能源有什么好處?它不用把能源直接消耗到空氣當中,它是把現有的蓄電池的電能還是回到IT的負載當中,它對外沒有熱量的散出,其實這也是一種間接的能源的回收利用。

                      第五,一路高壓直流有它的有點和它的不足之處,我們張北不同的模組進行了不同的嘗試,假如說我既保留2N的結構又要保持它的轉換效率怎么做?我們原來有三種架構,UPS做好,高壓直流做過,能不能做到4N,四種線均分也就四種線交互冗余技術。它通過負載均分,項目備用,既滿足了2N架構,又提高了高壓直流的這種利用效率,這是另外一種架構模式。

                      第六,模塊休眠與自動喚醒技術。這個模式可能每個設備里有,但是敢用的、真能用的有可能不是太多,有可能是有,通過喚醒和休眠,這塊的節能有一個百分之三到五的降低,這里面有兩點。一個是負載電流加充電電流。你要設定一個計算。第二個是A類告警自動喚醒,當它在睡眠的時候出現告警的時候就是不要再稅改了,起來工作,因為依靠高壓直流有十五到二十個模塊,可以有十到十五個進行休眠,它會根據負荷自動調整。同樣UPS也有這種功能。我們總體叫這種模式ECO模式,它在菜單里像一些主流的,比如說中恒(音)、中達(音)本身就具備這種功能,希望我們的運維人員把這種功能開啟,你要是不放心的話可以進行部分開啟,也可以進行廠家反復的測試,然后再進行系統應用,所以說后續的高壓直流的使用和研發,還是要更加貼近用戶的需求,現在是有,但是我覺得還是有很多需要優化的地方。它的休眠與喚醒實現起來還不是太我們對這個短名單,我們對這個品牌進行入圍的時候進行限定。

                      第七,削峰填谷水蓄冷應用。蓄電技術,當電價調低的時候進行充電、蓄水、蓄冰,削山填谷,存能、存水,或者是蓄冰,現在這三種技術,我們都有嘗試。

                      第八,EC風機。不要小看風機,風機占數據中心的耗電量很多,我們空調末端有N臺EC風機,這還是有一定的節能效果,其實大家想一想,現在建一個數據中心花不了多少錢,而更貴重的是這一年的電費,幾年的電費就超過一個數據中心的總的投資,所以在設備選型、采購設計的時候,優先要考慮節能,比如說EC風機五千塊錢,可能一年就把你成本回收過來,比如說高壓直流,看似你虧了一萬塊錢,比如十年下來,它提高了1%的能效,那么這個節省的電費又多少,一臺高壓直流三百千瓦,1%就是三千瓦,一小時三千瓦,一年又是多少電。所以我們希望更多更優秀的產品能夠應用到數據中心來。

                      第九,下面說一下UPS,UPS已經非常成熟了,UPS是一個非常成熟的產品,我們在選配的時候,有公平的,有高頻的,有六脈通,有十二脈通,有的模塊具備休眠模式,也叫VMSS,這是一種模式,還有一種模式叫靜態高效節能模式,這個功能我們叫ESS模式。設備采購、設計的時候如果有了這種功能,其實對后續的維護,降低PUE、降低總的成本都是需要高度的。這里要說到,不光要進行模型的選擇,還要進行功能選擇。

                      第十,無功自動補償,它的要點就是自動補償和進行濾波,提高使用率。

                      第十一,柴發水套電伴熱節能。當數據中心對PUE要求極致的時候,大家發現我們在高壓配電和柴發里有幾個常年發熱的器械,比如說柴發,一個柴發有兩個電伴熱,一小時就耗那么多電,而且不止一百臺,一個數據中心,像張北一般就是一百多臺,就近一百五十臺的發電機。

                      最后說一下管理角度。

                      第一,目前阿里普遍新建的數據中心采用租電分離,PUE獎懲激勵。比如我們希望PUE做到1.3以下,大家省下的錢一人一半,當1.3到1.4之間,我不獎也不罰,比如超過了1.4,多余的部分你來掏,我不掏。按照負載率和裝機率分段考核,人性化的考核,可能春夏秋冬進行不同的考核。

                      第二,能效指標評價。單純的PUE不足以衡量,我們還有一個加權平均PUE,也就是WAPUE,就是我們要多重的考核指標。

                      第三,WUE也有限定,我們爭取控制在WUE小于0.9,能做到0.2-0.9更好。

                      第四,工藝精細化。這涉及到整個通道的封閉、保溫、隔熱、防爆、除塵、電磁屏蔽、環氧地坪、地面硬化等。要善待運維人員,提高他們的積極性和責任心。

                      第五,能效管理與考核系統。這是張北的一個控制DCOS、IDCM、DCIM、BMS、GOC,這塊才是最未來大的方向,現在有叫DCM的,我希望來自于更多的智能化的管理,而不是靠數據分析靠人工,而是希望有一個更上層、更智能的軟件來進行分析。目前業界已經有很多廠家在做,但是離我們的需求還是有一定的差距,當數據中心大力發展的時候,我們希望更多的優秀廠商出來,比如說現在國內已經在做的有DCM、中聯創新(音)等等,總之一句話,未來需要更加智能的平臺,或者是機器人,或者是更先進的人工智能來管理我們現在的龐大的數據中心,對能源、對國家未來的能源的消耗有一個充分利用和最大化的利用。


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