【耗电大户何以践行“碳中和”?——访中国规模最大的云数据中心】数字时代,我们在生产生活中产生的海量数据,它们的存、算、传、用都离不开数据中心这类“新基建”,数据中心也顺理成章地成为当今社会的耗电大户——据“中国IDC圈”统计,2019年数据中心总耗电量超过2045亿千瓦时,占全社会用电总量超过2.4%。

随着我国“碳达峰”“碳中和”宏伟目标的提出,数据中心的能耗问题逐渐成为各方关注的焦点。近期,国家发展改革委等4部门更是印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》,明确提出“推动数据中心绿色可持续发展”“加强绿色数据中心建设,强化节能降耗要求”。

把低碳绿色从愿景变成现实,大型、超大型数据中心都有哪些硬招实招?近日,《中国科学报》实地探访了目前中国规模最大的云数据中心——阿里云张北数据中心。

△ 一年300天,制冷“不花钱”

在北京西北200多公里处的张北县草原天路附近,这座数据中心正经历着一年最热的节气——大暑。但即便在三伏天,空调在这里的使用率也并不高。据查,张北坐拥得天独厚的气候优势,年均气温只有2.6℃,年内最低气温更是曾创下零下40℃的记录。

与其说张北数据中心空调利用率极低,倒不如说这里更多用得是“天然空调”。在园区的气冷机房,运转着的不是空调,而是一种类似于新风系统的设备——AHU风墙。

AHU是Air Handler Unit(风机矩阵空气处理单元)的缩写。当室外温度低于设置值(如25℃)时,AHU设备将室外冷空气经过滤及湿度处理后直接送入数据机房;当室外温度高于设置值时,或通过喷淋降温及过滤后送入数据机房,或启动备用制冷空调为机房服务器降温。

“AHU风墙技术的使用可以大大减少空调机组的运行而节能。”阿里云基础设施数据中心总经理高山渊告诉《中国科学报》,在张北数据中心,几乎每年都有300多天可以利用室外冷空气为数据机房降温。

高山渊说,经测算,张北数据中心的电源使用效率(即PUE值,数值越接近1表明效能越高)在冬天PUE最低可达1.09,在夏天也只有1.3左右。

△ 将服务器泡在液体里

在节能降耗的,除了充分利用自然风冷,阿里云还自研出一套“将服务器泡在水里”的黑科技。

在张北数据中心的液冷机房,可以看到一排排价值不菲的服务器被浸泡在液体中,凑近看去,还能看到有些部件在水中闪着光,活像科幻大片里的桥段。

这就是浸没式液冷技术。浸没式液冷依赖于一种特殊的绝缘冷却液,冷却液与服务器各元器件零距离全方位接触,器件在运行中产生的热量将直接被吸收进入外循环冷却。这种冷却方式不需要开启空调,全程用于散热的能耗几乎为零,整个机房也非常安静。

“浸没式液冷的节能效果超过70%,实现了数据中心100%无机械制冷。”高山渊说:“如果将浸没式液冷向全国推广,那么全国数据中心的PUE都会降低到1.1以下。”

高山渊说,随着未来对能耗密集型服务器(如AI服务器)的需求加剧,浸没式液冷或许是唯一解。

液冷的好处不仅体现在散热方面,还在于它能够提升设备的稳定性、降低设备事故率。高山渊告诉《中国科学报》,液冷机房运行3年来,与同等规模的其他机房相比,事故率降低了54%。

但是,浸没式液冷也不是全无死角的“六边形战士”。一方面,液冷虽然从全生命周期来看成本还可以接受,但它的一次性投入成本很高;另一方面,绝缘冷却液跟各类元器件的“磨合”还需要时间给以证明。比如,目前还未校验它与GPU等计算单元的兼容性如何。此外,囿于生产工艺和技术,目前绝缘冷却液距离实现国产化还有一段路程。

△ “减碳三环”打造“零碳云”

高山渊说,加上模块化设计、AI调温等技术,张北数据中心的全年PUE低于1.2,最低可以达到1.09——这是一个领先行业的数字,这一能效约等于每年可节约标煤8万吨,相当于种植了400万棵树木。

用大自然的冷风吹、用绝缘冷却液浸泡,把数据中心的PUE值降低到接近于1, 提高了数据中心的能效。不过,数据中心仍是耗电大户——据“中国IDC圈”统计,2019年数据中心总耗电量超过2045亿千瓦时,占全社会用电总量超过2.4%。

数据中心负荷实在太大了,就算是能耗全部用来支撑计算,它们全年无休地开机运行,用电量也是一个天文数字。当这个天文数字遇到“碳中和”这样的宏伟目标,无疑是一个“需要解决的问题”。

好在张北有“绿电”。早在七八年前,张北就是“广袤的原野上风车林立,数千亩光伏电板如波荡漾”,经过这些年的发展,风车和光伏电板已经成为张家口市的重要电力来源。

使用“绿电”,成为张北数据中心的应然之选。

高山渊透露,张北数据中心无疑是张北绿电的消纳大户。2018年起,阿里就加入张家口“四方协作机制”风电交易,截至今年5月,共交易绿电约4.5亿千瓦时,累计减排二氧化碳近40万吨。

从自身节能减排做起,还只是阿里云数据中心迈向“零碳云”的一环。今年5月,阿里云发布“零碳云”计划,希望在推动自身节能减排的同时,向生态企业输出数字减碳能力、支持绿色技术创新。他们希望向电力能源、钢铁、交通、制造等碳排放大户提供高效云平台支持,为其引入大数据、AI技术,帮助上云企业提高效率、节能降耗。

比如,通过向攀钢集团引入阿里云工业大脑,对其炼钢全流程进行工艺优化,帮助攀钢旗下的西昌钢钒公司炼钢厂节省了25%的人工、每生产一吨钢节省1.28公斤铁,生产效益提升2.4倍。在西南某大型垃圾焚烧发电机组上,阿里云利用优化的AI算法帮助客户将固废垃圾焚烧效率提升2.6%,相当于燃烧同样的垃圾每年可多发电4000多万千瓦时,碳排放相比之前降低约48%。

践行“碳中和”,打造“零碳云”,阿里希望利用数字化能力做好“减碳三环”:自身节能减排的“内环”,推动生态企业脱碳减排的“中环”,公众绿色低碳消费的“外环”。

就像阿里巴巴首席技术官程立说得那样,“碳中和”不仅是环保概念,更是技术路线,在落实“双碳”战略过程中,数字基建会朝着绿色基建迈进。https://t.cn/A6fePzuX

伊川河滨:攻克“三难”铺新路 路畅人喜惠民生

“烈日炎炎当头照,马营社区修大道。建党百年发喜报,全体居民皆欢笑。”河滨街道马营社区一位老党员的顺口溜,代表了社区居民对伊川县补短板、惠民生农村公路工程建设的心声。在郭黑线河滨街道马营、梁村沟段,崭新的沥青路宽畅平坦,每天傍晚,社区居民便会沿着新路漫步到龙凤大道等开阔地带乘凉,妇女们跳起广场舞,老人们悠闲地散步,一条民生路带给了社区居民满满的获得感。

郭黑线河滨段全长3.7公里,蜿蜒穿过马营、梁村沟两个社区,是伊川县“四好农村路”西北环线的重要一环。由于年久失修,路面破损严重,道路坑洼不平,当地群众形象地说,“路赖能把车镦坏”。今年以来,伊川县委县政府将该路段列入惠民生补短板农村公路建设项目,对郭黑线河滨段进行全面改造升级。

为了把好事办好,河滨街道专门成立了社区道路提质改造工作领导小组,由街道班子成员带队,抽调骨干力量,分路段组建工作专班,建立日研判、日汇报、现场办公等工作机制,推动解决道路建设过程中的疑难问题,先后化解矛盾纠纷12起,为铺路提供了坚强的组织保障。

破解清“碍”难

要修路,先清“障”。道路穿过居民区,清理设计红线内的地面附属物成为工程建设的第一“难”。“大到路旁突出的房屋,小到住户门前的台阶、花池、菜地、树木、厕所等等”,凡是与群众利益相关的一草一木,事无巨细都要与每家每户见面协商,做通群众的思想工作,才能有效清理铺路障碍。为了啃下这根“硬骨头”,在河滨街道党工委、街道办事处的统筹协调下,马营社区党支部通过社区大喇叭、张贴公告等方式营造“为民修路、造福于民”的良好氛围,由社区干部挨家挨户走访,采取择人谈心、多维沟通的办法,既讲惠民政策,更讲“乡情”“亲情”,逐人打通思想“堵点”,赢得居民们的理解和支持。梁村沟社区党支部组织社区干部分组包户,采取因户施策、多向发力的办法,既谈长远大局,也谈传承家风,通过讲明利害、多方引导,“解开住户心里的‘疙瘩”,为拆除、迁移道路红线内的地面附属物夯实群众基础。

各家各户的思想做通了,影响道路施工的电力线杆、通讯线杆等公共设施也需要逐根迁移。县领导李新红、袁剑、常光磊等多次协调电力、公路、国志信、乡村振兴公司等相关单位负责人,到郭黑线河滨段现场办公,明确各相关单位联动职责,指导推动工程建设,有力清除道路施工中的各种“障碍”,马营、梁村沟两个社区累计迁移、新设电力、通讯等线杆28根。

地表的附属物需要清理,地下的给、排水管网同样要改建连通。为了把实事办实,马营社区坚持遵循群众意愿与保证施工要求相结合的原则,由社区干部现场协调,安排专业水电安装人员,对相关住户门前和路下的给、排水管网进行统一改建,先后改建给、排水管网1200余米。

迁移、破拆、切割、清运,街道和社区干部们头顶烈日,调度人力物力,协调各方关系,克服现场矛盾纠纷多、破拆安装阻力大等重重困难,将马营、梁村沟两个社区原本3.5米宽的坑洼路和红线内的障碍物进行了彻底清理,使郭黑线河滨段的路基宽度成功拓宽至6.5米,为道路施工创造了有利条件。

破解施工难

郭黑线河滨段地处岭区,沟壑纵横,其中,有3处深度超过8米、总长度300余米的高填方路段。施工单位克服时间紧、任务重等困难,采取多机械组合作业、多工种交叉施工等措施,埋设直径1.5米的地下管涵8处,还田渠下软泥1600立方米,累计完成回填土方8000余立方米,使道路成功穿越深沟地段。

郭黑线在梁村沟社区拐了4个约90度的弯,个别路段施工中开挖出大量砖块大小的料姜石,该工作片片长刘跃辉协调社区干部将这些石块收集储存,既为下步社区文化广场建设保留了原生态物料,也为道路施工清除了障碍。梁村沟社区内有一段长约150米的引水渠,因道路施工需要将该段引水渠进行整体北移,梁村沟社区克服资金紧缺等困难,组织人力加班加点重建该段引水渠,不但保证了社区西坡300亩耕地的灌溉用水需求,也满足了道路施工要求。

破解管护难

铺设道路水稳层、沥青层,需要暂时封闭道路。为减少铺路给社区居民生产生活造成的不便,马营社区党支部安排社区干部轮流在道路出入口值班,聘请社区老党员、老村干等为道路施工环境监督员,维持施工现场秩序,引导居民将电动车、三轮车、机动车等交通工具暂时停放在施工区域以外,防止车辆随意碾压和人车穿行干扰施工,保障道路施工安全。沥青路铺设完工后,由社区道路监督员负责日常巡逻,督促搞好路面管护,防止重型货车轧坏道路。

沥青路铺成后,马营社区的居民微信群里好评如潮,点赞不断。微信名为“林响钱”的居民说,“马营自来水通到家,不用再家家户户打井了。马营天然气通到家,方便了每户厨房。马营的道路修好修平了,小伙子们说媳妇再也不会因为社区路况差被挑理。”马营社区居民林永强用无人机从空中航拍马营新路全貌,并制作成抖音视频,赞美家乡变化。

“以新铺道路为起点,正在规划社区提质改造工程。”河滨街道党工委书记翟胜军说,我们将围绕建设宜居宜业现代化街道的目标,通过美化、绿化、净化、亮化等措施,打造精品社区,留住美好乡愁,建设美丽乡村。

【#124公里巢湖沿岸筑起防洪铁壁# 】八百里巢湖物华天宝,是直面长江的天然屏障。多年来,合肥人倾尽心血寻求与巢湖和谐共生的相处之道。近日,2020年汛情造成的巢湖环湖防洪治理工程项目水毁修复全面完工。124公里湖岸线历时数年,从基础防洪刚需到打造沿湖防洪景观带,伴随水毁修复的完成,标志着巢湖沿岸防洪体系全面完成。

  环湖防洪治理工程串起巢湖沿岸防洪体系

  八百里巢湖烟波浩渺,且美且险。如何与水共处,在碧波旁寻求安宁生活,合肥人近百年来不断努力着。

  2017年7月,国务院确定的172项节水供水重大水利工程和安徽省2017年重点推进的15项重大水利工程中,巢湖环湖防洪治理工程赫然在列,加固巢湖建设屏障蓄势待发。

  工程建设范围为环巢湖岸线中尚未达标和存在安全隐患的堤段、崩岸严重的岸段以及支流河口段,涉及巢湖市、庐江县、肥西县、肥东县和包河区。治理堤岸线总长124.8公里(其中沿湖圩区堤防长84公里,岸岗地长38.7公里,支流河口长2.1公里)。通过堤防加固、崩岸治理、防浪林台建设等工程措施,提高巢湖环湖地区防洪能力,减轻湖岸崩塌损失,保障地区经济社会可持续发展。

  “洪水防御主要分为堤防防护、地势高岗地段的自然防护。我们在堤防迎水面栽种植物建设防浪林,同时建设错位台阶状的消浪坎以减轻水浪冲击,并且将迎水面护坡全部进行钢筋混凝土加固。在崩岸段采用格宾石笼进行加固,减少风浪对岸线崩塌的影响。”

  负责庐江县庐北大圩标段的束小云,在负责项目的5.125公里沿湖岸线上整整待了一年半。从2017年12月6日开工到2019年8月份完成验收,抛石(大石块)围堰、防浪林栽种、护坡建设,他都亲身经历了一遍。

  “最危险的时候是2018年夏天,水上挖掘机正在将船只运来的大块石抛进岸边50m左右的地方进行围堰。台风忽然来了,最大的时候吹到了11级,水面上船只全部紧急避险,不少填好的泥沙、块石都被冲进了湖水中。”抛石围堰是堤防工程最靠近水域的“防护栏”,既能挡浪、又可防止水土流失,是一切建设的基础。为了不耽误工期,台风刚走,施工人员们又紧急穿着雨衣,重新对损毁的地方进行重建。

  在无数一线员工夜以继日、勤恳奋战的努力下,2019年底,巢湖环湖防洪治理工程主体工程全面完工。谁也没想到,这在隔年,成了守卫巢湖安澜的关键力量。

  经受住了百年一遇的极限大考

  “52天超长梅雨期平均降雨916毫米,为常年3.7倍。巢湖(忠庙站)最高水位达13.43米,超实测历史最高水位0.63米;超百年一遇设计洪水位0.07米。最大蓄水量近60亿方,相当于常年蓄水量近3倍。”2020年的汛情来势凶猛,往日一派平和的巢湖经历了一场百年一遇的考验,迎洪而战的正是刚刚建成的环湖防洪治理工程。

  环湖圩堤加高培厚、堤身堤基防渗处理、堤防护坡、堤后填塘固基起到了抵御高标准洪水问题,过去未治理的堤防背水侧渗漏、管涌等重大险情在治理后未发现大的险情,治理效果显著;崩岸治理有效减少了湖岸线的崩塌,减少了水土的流失;建设加固30公里防浪林台和迎水面的消浪坎,起到了挡浪消浪的作用,在高水位情况下有效减轻了对护坡及岸线的冲击;穿堤涵闸密封效果好,可靠性强,提高了高水位情况下安全性能;修建防汛道路和防汛交通桥等为工程抢险提供了交通条件。

  巢湖环湖防洪治理工程抵御住了洪水考验。

  自2020年7月16日晚的暴雨开始,合肥市巢湖环湖防洪治理工程建设管理局工程科科长王锐和同事们,就几乎“泡”在了一百多公里的环湖沿线上。

  汛情凶猛,眼看着巢湖水漫过了防护林、冲刷了消浪坎,被抵御在了堤防的最高处下方一点点的位置,在长舒一口气的同时,王锐也感叹自己真是“又心疼又欣慰”!

  心疼是可惜那些刚刚栽种下去的防浪林小树苗,还没站稳扎根就被洪水冲泡没顶,很多被“闷死”在幼年期。欣慰则是在这场前所未有的险情面前,环湖防洪治理工程以零险情的姿态,守卫在人民、家园与洪水之间。

  受洪水损毁的环湖防洪治理工程修复完工

  洪水退却,在环巢湖大堤上,还隐约可见去年夏天留下的洪水印记。

  今年5月,受洪水损毁的环湖防洪治理工程全面修复完工。建设单位对水毁进行了修复,护坡花池花槽植物和局部防浪林也进行了恢复。

  经过多方考察,最终柳树成为为环巢湖大堤站岗放哨的“士兵”。出于环保的考虑,美国杂交灌木柳具有较强的氮、磷吸附力,最高可长至3米,既有一定的防浪阻水作用,又不会形成观景障碍,平日里市民站在岸边远眺,巢湖美景依然可以尽收眼底。

  “让八百里巢湖成为合肥最好的名片!”为了让冰冷坚毅的防洪堤防工程成为巢湖沿岸的一抹亮色,项目采取了植被生态护坡工程、防浪林平台采取“乔-灌-草”搭配种植,景色丰富起来、亲水性更强,防洪也更有层次。

  此外,填塘区通过人工撒草籽结合自然植被恢复等措施防止水土流失,对土壤扰动区以及施工布置区进行了复垦,并平整绿化;对巢湖湖底扰动部位进行了底栖生物投放。保障巢湖整体生态环境不受干扰的同时,这一工程还在消浪坎及钢筋混凝土的护坡上开辟了花池、花坛,以植物点缀工程设施。

  顺着环巢湖大堤走向黄麓小镇,除了新栽种的柳树丛丛簇簇绿意盎然,在巢湖市和黄麓镇还有两处长30公里的亲水平台,可以直观欣赏巢湖的壮美。124公里环湖防洪治理工程在汛情面前宛如一堵厚重的墙壁,阻隔洪水凶险。而在风平浪静的岁月里,如一条翠绿色绸带将巢湖美景轻轻缠绕。

  合肥报业全媒体记者 孙皞乾 文 高博 摄


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