تخمین تاثیرات کربنی صنعت مرکز داده

مقدمه

مسائل و مشکلات ناشی از کربن [1] و انرژی در تیترها و اخبار بین‌المللی به دفعات زیاد مشاهده شده است. به طور مداوم پژوهش‌های بسیاری توسط دولت ها، سازمان های غیرانتفاعی و شرکت‌ها جهت تحلیل تاثیرت  کربنی‌شان بر محیط انجام می‌شود. هدف از این پژوهش ها اندازه‌گیری و سنجش آثار ایجاد شده توسط فعالیت های این سازمان ها بر گرمایش کره‌ی زمین و همچنین فراهم کردن یک طرح از اقدامات لازم برای کاهش نشر کربن، می‌باشد.

طبق گزارش مرکز حفاظت محیط زیست (EPA)[2] در آمریکا، مراکز داده در این کشور 61 میلیارد کیلو وات ساعت، برق در سال 2006 مصرف کرده‌اند. این مقدار، 1.5% از کل برق مصرف شده در ایالات متحده‌ی آمریکا بوده و 4.5 میلیارد دلار هزینه داشته است.در میان مصرف کنندگان انرژی، مراکز داده سریعترین رشد را در میزان مصرف دارند. مرکز EPA، آژانس های دولتی را ملزم می‌کند تا در مراکز داده با عملکرد دولتی، سیاست هایی را برای بهره‌وری انرژی و با هدف بهبود 20 درصدی تا سال 2011، اتخاذ کرده و توسعه بخشند[3] و مراکز داده‌ی بخش خصوصی نیز ممکن است به زودی، با این محدودیت اجباری CO₂ روبرو شوند.

15 کشوری که تا پیش از سال 2004 عضو اتحادیه اروپا بودند نیز به اصول پروتکل کیوتو[4] متعهد بودند. این کشورها توافق کرده اند که تا پایان سال 2012، مقدار ترکیبی انتشار گازهای گلخانه‌ای خود را تا 8% کمتر از سطح سال 1990، کاهش دهند.[5] علاوه بر آن، مقرراتِ کمیسیون اروپایی حاکم بر بهره‌وری انرژی در مراکز داده (EC)، که شامل مجموعه از معیارهای سنجش داوطلبانه برای بهره‌وری است، نیز بدین منظور پایه گذاری شده که استانداردهای حداقلی را به عنوان مبنایی برای قانون‌گذاری دقیق‌تر در آینده، تعیین کند. هدف نهایی بهبود بهره‌وری مراکز داده‌ی متوسط تا 30% است.

در سال 2007، در اروپای غربی مصرف برق مراکز داده در یک سال بسیار بالا و در حدود 56 تراوات-ساعت (TWh) بوده است. مطابق EU، احتمال دارد که این عدد تا سال 2020، تا دو برابر افزایش یافته و به 104 TWh نیز برسد.[6] این رشد مشاهده شده، چنانچه با کمک نوآوری‌های مدیریت بهره‌وری انرژی، کنترل نشود، می تواند اتحادیه اروپا را از رسیدن به اهداف خود در کاهش کلی کربن و تغییرات آب و هوایی، باز دارد. مصرف انرژی مراکز داده و تعبیر آن در جهت تخمین تاثیرات کربنی، به عنوان محور اصلی این مقاله قرار داده شده است. در شکل 1 رشد جهانی CO₂ در اتمسفر نمایش داد شده است.  

مرکز داده‌ ی در نظر گرفته شده، چقدر “سبز” عمل می‌کند؟ برای پاسخگویی به این سوال، خبرگان مرکز داده ابتدا باید مقدار انرژی مصرف شده خود را تعیین کرده و سپس، آن مقدار را به عددی برای مقدار کربن منتشر شده، تبدیل کنند. اندازه گیری مصرف می‌تواند گام اول در اطمینان از کاهش تاثیرات کربنی مرکز داده باشد. سه متغیر کلیدی اثر قابل توجهی بر مصرف برق در مرکز داده دارند: مکان مرکز داده، مصرف IT و بهره‌وری الکتریکی. می توان تاثیر حاصل از اعمال تغییرات در این سه متغیر را با کمک مجموعه‌ای از ابزارهای مبتنی بر وبِ APC TradeOff شبیه‌سازی کرد. این ابزارها در ادامه‌ی مقاله، مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

تعریف کلمات کلیدی

در زمان تعیین آثار زیست‌محیطی یک مرکز داده، کلمات کلیدی به‌کار رفته در اندازه گیری خروجی‌ها باید به درستی درک شوند. به همین منظور، لیستی از کلمات کلیدی در زمینه‌ی آثار زیست محیطی مرکز داده به کار رفته در این مطلب، در ادامه آورده شده است:

ضریب انتشار دی‌اکسید کربن (“تاثیرات کربنی“) – این ضریب در واقع معیار اندازه‌گیری مقدار گازهای گلخانه‌ای منتشر شده است که شامل دی‌اکسید کربن (CO₂) نیز بوده که مثلا از فعالیت های متداول مانند تردد وسائط نقلیه و یا تولید برق نیروگاه ها ایجاد می‌شود. در مورد نیروگاه، این اندازه گیری ها شامل هدررفت انرژی در فرایند تولید برق، انتقال و توزیع آن تا نقطه مصرف نیز می‌باشد. در این مقاله، تاثیرات کربنی مرکز داده تحت عنوان کربن منتشر شده برابر با مقدار کل الکتریسیته‌ی مصرف شده در مرکز داده در نظر گرفته می شود.

مکان جغرافیایی مرکز داده نیز نقش مهمی را ایفا می کند. به عنوان مثال، مرکز داده‌ی واقع شده در موقعیتی با دسترسی آسان به منبع انرژی باد، انرژی آبی و انرژی هسته‌ای، تاثیرات کربنی کمتری در قیاس با منطقه‌‌ای خواهد داشت که به زغال سنگ، نفت و یا گازهای طبیعی برای تامین انرژی خود وابسته است.

Peaker plant –شرکت های توزیع ، مقدار توان مورد نیاز شبکه در ساعات اوج مصرف برق، را با به کارگیری نیروگاه های کمکی که اصطلاحا ” Peaker plant” نامیده می شوند، تامین می کنند. ازآنجا که این دستگاه ها با ذغال‌سنگ کار می‌کنند، مقدار انتشار CO₂ در آنها بسیار بالاست. بسته به شرایط شبکه‌ی برق منطقه ای، Peaker plant می تواند ساعات طولانی در هر روز و یا تنها ساعات کمی در سال، کار کند.

نیروگاه‌های مذکور برای تامین برق در زمان اوج مصرف-مانند بعدازظهرهای روزهای گرم تابستان که شرکت ها هنوز باز بوده و افراد از محل کار به خانه می‌رسند و در حال آماده کردن شام هستند.- ، وابسته به این دستگاه های قدیمی و کم‌بازده هستند. دستگاه‌های peaker plant اگر در منطقه‌ی جغرافیایی مرکز داده‌ی مورد نظر در ابعاد بزرگی به‌کار گرفته شود، بر خروجی های “انتشار غیرمجاز” در ابزار محاسبه‌ی کربن مرکز داده (جلوتر توضیح داده خواهد شد) اثرگذار خواهد بود.

انتشار غیرمجاز – زمانی که از مصرف برق مرکز داده کاسته می‌شود، تقاضای برق نیز کاهش یافته و در نتیجه، از انتشار کربن جلوگیری شده و تاثیرات کربنی نیز کاهش می‌یابد.

اگر کاهش برق مصرفی به کاهش در استفاده از تجهیزات peaker plant بیانجامد، این مقدار “انتشار غیرمجاز” چند برابر خواهد شد. یکی از خروجی های قابل انتخاب در “ابزار محاسبه‌ی اثرات کربنی مرکز داده” مقدار انتشار غیرمجاز می باشد که در ادامه تشریح خواهد شد. در شرایطی که تامین برق مرکزداده درساعاتی از روز توسط  Peaker plant، تولید شود، معیار”انتشار غیرمجاز” نسبت به تاثیرات کربنی عامل دقیق تری در مطالعه ویژگی های کربنی به شمار خواهد رفت.

CO₂ (دی اکسید کربن و یا “کربن”) – CO₂ گازی است که منشا بیشترین تاثیرات گلخانه ای بوده و 74% گازهای گلخانه ای اتمسفر را تشکیل می دهد.[7] حجم بسیاری زیادی از این گاز در اتمسفر منتشر شده و چرخه‌ی عمر آن نیز تقریبا 100 سال می‌باشد. از منظر چرخه‌ی عمر کلی یک مرکز داده، عنوان کلی “انتشار کربن” شامل CO₂ منتشر شده در طول فرایندهای تولید تمام اجزا (سرورها، UPS، ساختمان، سرمایش و غیره) که یک مرکز داده را شکل خواهند داد، می‌باشد.

این جنبه از انتشار کربن را می‌توان با نام “حجم کربن تجمیعی منتشره” خواند. کلمه‌ی انتشار کربن همچنین می تواند دربرگیرنده‌ی CO₂ تولید شده در طول عملیات مرکز داده (در قالب مصرف برق)، نگهداری مرکز داده (جابجایی قطعات مصرفی مانند باتری‌ها، خازن‌ها و غیره) و از بین بردن قطعات مرکز داده در پایان عمر مفیدشان، باشد. (به شکل 2 مراجعه کنید.) تمرکز اصلی این مقاله – و ابزارهایی که جلوتر توضیح داده می‌شوند- بر انتشار CO₂ حاصل از مصرف انرژی مرکز داده در طول انجام عملیات ها می‌باشد.

شکل 2: فازهای تولیدکننده‌ی کربن در چرخه‌ی عمر محصول در مرکز داده

مشخصات کلی کربن مرکز داده

این مقاله بر تخمین مقدار کربن منتشر شده در اثر مصرف انرژی در عملیات های مرکز داده تمرکز داشته -که ممکن است در محاسبات از ابزارهای توضیح داده شده استفاده کند ولی اگر ساختمان تنها مختص مرکز داده باشد، تحلیل‌های آورده شده شامل : 1) حجم کربن تجمیعی منتشره حاصل از تمام فازهای چرخه‌ی عمر نشان داده شده در شکل 2 و 2) سهم کربن منتشر شده از خود ساختمان، نیز می‌باشد. این تخمین‌ها فراتر از محور این مقاله بوده ولی نگاهی مختصر و گذرا بر تصویر کلی تخمین‌ها در ادامه ارائه شده  است:

مرکز داده (مقادیر کمی برای مرکز داده‌ی 1MW)
الکتریسیته	177.000.000 kW-hr
آب	60.000.000 gal (227.000.000 l)
مس	145.000 lbs (65.771 kg)
سرب	21,000 lbs (9,525 kg)
پلاستیک	33,000 lbs (14,968 kg)
آلومینیوم	73,000 lbs (33,112 kg)
قلع	12,000 lbs (5,443 kg)
فولاد	377,000 lbs (171,004 kg)
فرض: چرخه‌ی عمر 10 سال، افزونگی بالا، دو دوره بروز رسانی تجهیزات فاوا، شامل برق/سرمایش/رک/IT، ولی ساختمان را در بر نمی گیرد.

 

پوسته‌ی ساختمان (مقادیر کمی برای مرکز داده‌ی 1MW)
بتن
مصالح بنایی	آجر، سنگ و دوغاب
فلزات	تیرهای فولادی، لوله‌های سربی، سیم‌های مسی، ورق‌های آلومینیومی، پلکان، نرده‌ها، صفحات کف، میله ها، میخ ها، پیچ ها، بلت ها، درز بند آلومینیومی، ورق های فلزی، تهویه آلومینیومی، سیستم های بادبند
چوب، پلاستیک، کامپوزیت	چهارچوب اتاق، پوشش سیم ها، درها، پنجره ها
محافظ رطوبت یا گرما	عایق‌بندی، سد رطوبتی
آب	نظافت، سرمایش، اطفای حریق
مواد شیمیایی	چسب، گلیکول، تمیز کننده، درزگیر آب، اطفای حریق
شیشه
قیر	سقف ها، جاده ها، پیاده روها، پارکینگ ها
توفال، تایل

 

در زمان ساخت تجهیزات معمول، چگونه می توان تمام این مصالح به کار رفته را در قالب مقدار انتشار کربن درآورد؟ جدول 1[8] نگاهی کوتاه بر مصالح اصلی استفاده شده در ساخت یک “پوسته”ی ساختمان دارد.

جدول 1: جزییات از حجم CO₂ تجمیعی منتشره در مصالح یک ساختمان

مصالح – پوسته‌ی ساختمان 5.700 ft2 (530 m2)  تجهیزات داری	تن از CO2	درصد از کل
فونداسیون (بتن)	4.7	4%
کف (دال بتنی، عایق بندی)	39.9	31%
سقف (صفحات پلاستیکی)	2.3	2%
سازه (تیرهای فولادی)	15.4	12%
دیوارهای خارجی (آجر، عایق بندی)	32.1	25%
دیوارهای داخلی (چهارچوب های چوبی و صفحات پلاستیکی)	8.7	7%
پلکان (بتنی)	1.1	1%
پنجره ها (قاب و شیشه)	0.59	0.4%
درهای داخلی (نئوپان)	-0.4*	-0.3%
درهای خارجی (پلاستیک)	0.6	0.5%
بام (چوب، بتن، عایق بندی)	23.4	18%
جمع کل	128.3	100%

* این اعداد منفی در واقع به معنی تاثیرات مثبت حاصل از انتشار CO₂ بوده (یعنی به خنثی سازی CO₂ منتشر شده می پردازد) چرا که از مصالح قابل بازیافت استفاده شده است.

چگونه ساختمان های اداری با مراکز داده مقایسه شوند؟

ساختمان های اداری و تجاری و مراکز داده، به روش های مختلفی انرژی مصرف می کنند. مرکز داده ظرفیت انرژی بالایی داشته و در مقایسه با یک ساختمان اداری، به سطح بالاتری از برق و سرمایش نیاز خواهد داشت. این بدان معناست که مصالح به کار رفته در ساخت یک ساختمان معمولی اداری بیانگر درصد بالاتری از انتشار کربن بوده چرا که ظرفیت انرژی این ساختمان اداری پایین‌تر است.

در واقع، ظرفیت انرژی مرکز داده 4 برابر یک ساختمان معمول اداری است. در نتیجه، مرکز داده نسبت به ساختمان اداری، شباهت بیشتری به تجهیزات صنعتی دارد. مراکز داده همچنین برای کامپیوترها طراحی شده اند، و نه برای افراد و به همین دلیل نیز پنجره های کمتری داشته و از کمترین جریان هوای تازه برخوردارند. همچنین بازه‌ی زمانی کارکرد در ساختمان های اداری (چرخه‌ی عمر 50 سال) در مقایسه با مرکز داده(چرخه‌ی عمر 10 سال) بسیار متفاوت است. مشخصات مصرف انرژی برای هر دو مراکز داده و ساختمان های اداری، در شکل 3 با هم مقایسه شده است.[9][10]

کربن تجمیعی منتشره

باید توجه داشت که اعداد آمده در جدول 1 شامل دی‌اکسید کربن تولید‌شده‌ایست که حاصل تمام فرایندهای صورت گرفته از تولید، تحویل و در نهایت نیز از بین بردن ضایعات تمام مصالح و تجهیزات بوده و اصطلاحا ” حجم کربن تجمیعی منتشره ” نامیده می شود.

در زمان نصب یک سرور جدید در مرکز داده، این کربن تجمیعی منتشره ناشی از فرایندهای تولید و تحویل باید با تاثیرات کربنی مرکز داده به عنوان میزبان سرور جدید(شامل مصرف آب برای سرمایش، مصرف برق، عملکرد دودکش برای تامین کنندگان مصالح خام، و حمل و نقل کارکنان مانند وسایل نقلیه و پروازها)، جمع شود. تنها عدد مربوط به حمل و نقل کارکنان به خودی خود می تواند بسیار چشمگیر باشد.

سازمان بزرگی را در نظر بگیرید که 100000 کارمند داشته و 50% آن ها به طور متوسط دو بار در سال، برای کار از هواپیما استفاده می کنند. فرض کنید برای هر پرواز رفت و برگشت (مثلا لندن به نیویورک و بالعکس) 0.33 تن تاثیرات کربنی وجود داشته باشد.[11] این عدد، به معنی انتشار سالانه 33.000 تن CO₂ (100.000پرواز× 0.33 تن در هر پرواز) می‌باشد. علاوه بر آن، تمام سرورها و دیگر تجهیزات مرکز داده نیز در حین عملیات خود، این عدد انتشار دی اکسید کربن را افزایش می‌دهند.

سازمان ها و دولت ها با دغدغه‌ی گرم شدن کره‌ی زمین پیشنهاد داده اند که تمامی شرکت ها تنها اجازه ی انتشار سهم مشخصی از کربن را داشته باشند. تحت چنین برنامه‌ای، پیشروی از مقدار اختصاص داده شده به هر شرکت، با جریمه یا مجازاتی دیگر مواجه خواهد شد. مفهوم اعتبار کربن و توانایی مبادله‌ی این اعتبار (به طور مثال کاشتن درخت بر زمین و یا در محوطه ی اطراف مرکز داده جهت کاهش تاثیرات کربنی) نیز در بسیاری از نقاط جهان، از این طرح نشات گرفته است. این اندازه گیری تاثیرات کربنی در جهان تمامی فرایندها و خریدهای یک سازمان را در بر می گیرد. در شکل 3 مشخصات انرژی یک ساختمان معمولی اداری با یک مرکز داده مقایسه شده است.

 

تاثیر تولید برق

برای درک بهتر اثر مصرف برق مرکز داده بر تاثیرات کربنی، ابتدا باید چگونگی تولید انرژی مصرفی مرکزداده درک شود. انتشار دی اکسید کربن مرتبط با انرژی تقریبا 60% از کل دی اکسید کربن منتشر شده در جهان(و متوسط 80% در بیشتر کشورهای توسعه یافته) را تشکیل می‌دهد. نیروگاه هایی که انواع مختلفی از مواد خام را گرفته و به برق تبدیل می کنند، به ندرت در قالب نهادی یکپارچه عمل می‌کنند. این نیروگاه‌ها از منابع مختلفی مانند ذغال سنگ، گاز طبیعی، هیدروالکتریسیته، انرژی جزر و مد و نیروگاه بادی، برق تولید می‌کنند.

در محاسبات تاثیرات کربنی، مشخصات و یا ترکیبات منابعی که در این نیروگاه‌ها جهت تامین سوخت مورد نیاز در تولید برق به کار گرفته شده، مهم است. هنوز هم سوخت‌های فسیلی که در انتشار CO₂ بزرگترین آلاینده به شمار می‌روند(جدول 2)، بزرگترین تامین کننده‌ی منابع انرژی جهان (82% در سال 2007) محسوب می‌شوند. همچنین نوع سوخت فسیلی که در نیروگاه برای تامین انرژی مورد نیاز سوزانده می‌شود، نیز نقش بسزایی دارد. اگرچه در سال 2007، ذغال سنگ تنها 26% از منبع انرژی اولیه را تشکیل داده ولی در حدود 42% از انتشار جهانی CO₂ را موجب می‌شود.(به جدول 2 مراجعه شود.[12]) درصد کربن در هر واحد از انرژی ایجاد شده از سوزاندن ذغال سنگ ، بسیار بالاست. در مقایسه با گاز طبیعی، به طور متوسط ذغال سنگ دو برابر ظرفیت انرژی دارد.

بعضا وقتی که مراکزداده مقدار مشخصی از برق را از شبکه توزیع می خرند، در طی مراحل تبدیل سوخت به الکتریسیته و انتقال آن به مکان استفاده، سه برابر کربن مورد انتظار تولید می‌شود.

جدول 2: منابع اولیع انرژی جهانی و CO₂ منتشر شده در جهان

نوع سوخت	درصدی از منابع اولیه انرژی جهانی	درصد از CO2 منتشر شده در جهان
نفت	34%	38%
ذغال سنگ	26%	42%
گاز طبیعی	21%	20%
دیگر*	19%	0%

* شامل انرژی هسته‌ای، آبی، ژئوترمال، خورشیدی، جزر و مد، بادی، سوخت‌های تجدیدپذیر و ضایعات.

تولید الکتریسیته یکی از سه منبع اصلی در انتشار گارهای گلخانه‌ای (دو عامل دیگر نیز ماشین/وسایل نقلیه و کشاورزی/جنگل‌زدایی) می‌باشد. یکی از بزرگترین چالش های پیش رو در تلاش برای کاهش مصرف برق مرکز داده (انتشار گازهای گلخانه‌ای) در ایجاد ارتباط بین فعالیت های مرکز داده با مصرف برق است. برق مصرفیِ مرکز داده در مصارف IT و زیرساخت‌های فیزیکی، استفاده می شود مانند زمانی که اطلاعات پردازش شده و یا سیستم های سرمایش پیچیده حرارت را از مرکز داده خارج کرده تا دما را ثابت نگه دارد.

سوخت یا منبع انرژی به‌کار گرفته شده در تولید برق، مهم ترین عامل اثرگذار بر تغییرات سالانه‌ی انتشار CO₂ به شمار می‌رود. از آن جا که هر گاه انرژی ها هیدروالکتریکی و هسته‌ای در دسترس باشد، جایگزین سوخت‌های فسیلی در تولید برق می‌شوند، در جایی که این انرژی‌ها در اختیار نبوده و مجبور به استفاده از سوخت فسیلی هستیم، انتشار CO₂ نیز افزایش خواهد یافت. بالعکس نیز، می‌توان با استفاده‌ی بیشتر از انرژی های هسته ای، هیدروالکتریکی و انرژی‌های تجدیدپذیر از انتشار CO₂  کاست.[13]

چگونه مصرف انرژی مرکز داده با انتشار کربن مرتبط است؟

سه عامل کلیدی در تاثیرات کربنی مرکز داده نقش اساسی دارند:

1. مکان و موقعیت
2. مصرف IT
3. بهره‌وری الکتریکی

اولین عامل کلیدی: مکان

متغیرهای هوا مانند سطح رطوبت و دما عوامل موثر بر مصرف انرژی هستند. مراکز داده واقع شده در مکان های جغرافیایی که دارای دما و رطوبت شدیدی باشند، طبیعتا انرژی بیشتری نیز مصرف می کنند چرا که سیستم های زیرساخت فیزیکی باید سخت‌تر کار کرده تا سطح رطوبت و دما را تعدیل کرده و ثابت نگه دارند.

منابع محلی استفاده شده در تولید برق اثر محسوسی بر تاثیرات کربنی مرکز داده دارند.(به شکل 4 مراجعه شود.[14]) به عنوان مثال در نیروگاه‌های فرانسه، بیشتر مقدار برق از انرژی هسته ای تولید می‌شود. از منظر عملیات روزانه، یک مرکز داده در فرانسه می تواند تاثیرات کربنی بسیار کمتری نسبت به مرکز داده‌ی دیگری واقع در Midwestern آمریکا داشته باشد. در مورد مرکز داده‌ی آمریکا، ممکن است منبع انرژی ترکیبی از 60% ذغال سنگ، 20% نفت، 10% گاز طبیعی و 5% نیروگاه آبی و 5% نیروگاه بادی باشد. مرکز داده در مرکز فرانسه، از طرف دیگر 95% الکتریسیته‌ی خود را از کارخانه‌ی انرژی هسته ای تامین می کند. یک رآکتور هسته‌ای هیچ مقدار CO₂ منتشر نمی کند اما سوزاندن ذغال سنگ می کند.

شکل 4: نوع سوخت در تولید الکتریسیته: آمریکا در برابر فرانسه

منحصر به فرد بودن مکان مرکز داده تاثیر بزرگی بر دفعات “انتشار غیرمجاز” که موقعیت مکانی می‌تواند از آن بهره ببرد، می‌گذارد. انتشار غیرمجاز متوسطِ فعالیت peaker plant در شبکه برق محلی را بازتاب می کند. با نگاهی دقیق بر peaker plant ، درمی‌یابیم که با کاهش مصرف، این تجهیزات نیز از عملکرد خارج شده یا خاموش می‌شوند. انتشار غیرمجاز تنها زمانی امکان پذیر بوده که از تجهیزات تولید برق با سوخت فسیلی استفاده شود. معمولا peaker plant ها، تجهیزات قدیمی تر و پربازده‌تری هستند که تنها در زمان ضرورت و نیاز به الکتریسیته‌ی بیشتر، به کار گرفته می‌شوند.

زمان اوج مصرف صبح ها و بعدازظهرهای روزهای هفته هستند. در این زمان‌ها بسیاری از مکان های کاری هنوز فعال بوده و افراد به خانه بازگشته و در حال آماده کردن شام بوده و بسته به ناحیه‌ی جغرافیایی و زمان سال دستگاه های تهویه مطبوع و گرمایش را روشن می کنند. در این زمان احتمالا peaker plant روشن بوده و در نتیجه، تاثیرات کربنی مرکز داده نیز افزایش می‌یابد. (به شکل 5 مراجعه شود.)

دومین عامل کلیدی: مصرف IT

مصرف IT بیانگر مقدار برقی است که کل تجهیزات IT در مرکز داده استفاده می کنند. این مصرف شامل تمام اجزای سخت افزاری IT بوده که در معماری زیرساخت‌های کسب و کار استفاده شده اند: سرورها، روترها، کامپیوترها، دستگاه های ذخیره سازی، تجهیزات مخابراتی، و همچنین شامل سیستم های امنیتی، سیستم های اعلام حریق و سیستم‌های نظارت که از این حفاظت می کند نیز می شود. این مقدار مصرف ممکن است بالا رفته ( در اثر افزایش توان پردازشی مورد نیاز کسب و کار ) یا پایین بیاید (تحت تاثیر مجازی‌سازی و یا تجمیع). هرچه مقدار مصرف بیشتر بوده، برق بیشتری نیز برای تداوم عملکرد مرکز داده مورد نیاز بوده و درنتیجه، تاثیرات کربنی نیز افزایش می‌یابد.

سومین عامل کلیدی: بهره‌وری الکتریکی

متاسفانه اقدامات سنتی در مراکز داده جهت پشتیبانی مصرف IT  ابعادی بزرگ‌تر از حد مورد نیاز برای زیرساخت‌های فیزیکی در نظر گرفته و این امر، تاثیر منفی بر بهره وری کل مرکز داده و در نتیجه، تاثیرات کربنی می‌گذارد. این ابعاد بزرگ در زمان تخمین ظرفیت مرکز داده، جهت تامین حاشیه امن در صورت بروز خطا در نظر گرفته می‌شود.  ابعاد بزرگ‌تر از حد نیاز به عدم استفاده‌ی کامل از تجهیزات (مانند سرورهایی که تمام 24 ساعت شبانه‌روز به برق بوده ولی به ندرت استفاده می‌شوند) منجر می‌شود.

خوشبختانه، نسل جدید تجهیزات مدولار و توسعه‌پذیر IT و زیرساخت های فیزیکی امکان آن را فراهم آورده تا مراکز داده فقط به اندازه‌ی مصرف خود هزینه کرده و به استفاده‌ی بهینه از تجهیزات کمک کنند. علاوه بر آن، پیشرفت های اخیر در نرم‌افزارهای برنامه‌ریزی ظرفیت، امکان پیش‌بینی دقیق مصرف برق و ظرفیت مرکز داده را فراهم آورده است.

عوامل مختلفی قادرند بهره‌وری مرکز داده را افزایش و یا کاهش دهد. هرچیزی از طراحی وسیع مرکز داده (جهت گیری ردیف سرورها، طراحی برق، طراحی سرمایش، طراحی سرور، سطح افزونگی، مصرف IT و غیره) گرفته تا اجرای تکنولوژی ای خاص(UPS، چیلرها، حالت‌های بهینه‌ساز) بر بهره‌وری اثر می گذارد.

ابزارهای تخمین تاثیرات کربنی الکتریکی

خبرگان مرکز داده با کمک ابزارهای اتوماتیک مانند (TradeOff Tools™)، محاسبه گر مقدار کربن مرکز داده اشنایدر الکتریک، محاسبه گر بهره‌وری مرکز داده، محاسبه گر تخصیص انرژی و کربن IT و محاسبه گر برآورد توان مرکز داده، قادر خواهند بود درک بهتری از چگونگی مصرف الکتریسیته داشته و نحوه‌ی اثرگذاری تغییرات بهره‌وری بر تاثیرات کربنی را تشخیص دهند.

این ابزارها حجم کربن تجمیعی منتشره –کربن منتشر شده از برق استفاده شده برای تولید، انتقال و از بین بردن تجهیزات و مصالح به کار رفته در مرکز داده و در مرحله‌ی ساخت ساختمان آن- را در نظر نمی گیرند.   

با استفاده از این ابزارهای مبتنی بر وب، می توان به سرعت تخمینی از تاثیرات کربنی مرکز داده به دست آورد. هر چهار ابزار با فرمتی استاندارد طراحی شده و ورودی ها در سمت چپ و خروجی‌ها در سمت راست قرار دارند.

• محاسبه گر برآورد توان مرکز داده- Data Center Power Sizing Calculator

محاسبه گر برآورد توان مرکز داده خصوصیات اصلی مصرف IT را تعریف کرده و مقدار برق مورد نیاز برای پشتیبانی این مصرف را محاسبه می کند. ماهیت تعاملی این ابزارها به کاربر اجازه می‌دهد تا با تغییر خصوصیات مصرف سرور، mainstream و ذخیره کننده ها، سناریوهای “چه می شود اگر؟” را تجربه کنند. سپس مصرف کلی را محاسبه کرده و ابزار، الزامات مربوط به برق را تعیین می‌کند.

• محاسبه گر بهره‌وری مرکز داده- Data Center Efficiency Calculator

محاسبه‌گر بهره‌وری مرکز داده مشخصات مرکز داده را تعیین کرده و بهره‌وری حاصله و هزینه های الکتریکی را بر اساس خصوصیات کلیدی مرکز داده محاسبه می کند. کاربر جزییات زیرساخت برق و سرمایش را وارد کرده و نتایج، بر اساس یک مدل بهره‌وری چهار پارامتری تست و تایید شده، محاسبه می‌شود.

• محاسبه گر کربن و انرژی تخصیص یافته به تجهیزات فاوا IT Carbon & Energy Allocation Calculator

این ابزار کربن منتشر شده و هزینه‌ی انرژی را به کاربران مرکز داده تخصیص می‌دهد. هدف آگاه‌سازی کاربر از هزینه‌های انرژی است که متحمل می‌شود و آنان را تشویق کرده تا روش های صرفه جویی انرژی مانند مجازی‌سازی و یا از دور خارج کردن سرور، دنبال کنند. برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد روش های استرداد وجه انرژی کاربر مرکز داده، به گزارش “تخصیص هزینه‌های انرژی و کربن مرکز داده به کاربران IT” مراجعه شود. [15]

• محاسبه‌گر کربن مرکز داده- Data Center Carbon Calculator

ابزار محاسبه‌گر کربن مرکز داده با تبدیل نرخ مصرف انرژی به انتشار کربن، به محاسبه‌ی خصوصیات “سبز” مرکز داده می‌پردازد. این ابزار نشان می‌دهد که چگونه تغییرات فرضی در موقعیت مکانی، بهره‌وری و مصرف IT مرکز داده، بر انتشار دی‌اکسید کربن و قبض الکتریکی تاثیر می گذارد.

ورودی‌های محاسبه‌گر کربن، ساده و واضح هستند:

• جزییات زیرساخت فیزیکی برای دو سناریو، قبل و بعد
• مصرف IT – قبل و بعد
• موقعیت جغرافیایی مرکز داده

تمام مقدار کیلووات ساعت مصرف شده، بر اساس DCiE/PUE و مصرف IT محاسبه شده، و در نرخ انتشار مجاز کربن تجهیزات الکتریکی هر منطقه‌ی جغرافیایی ضرب شده، سپس مقدار حاصل شده را با مابه ازای اتومبیل مقایسه می کنیم. به جز داده هایی که پیشاپیش برای محاسبه‌ یا اندازه‌گیری DCiE/PUE جمع آوری شده، لازم نیست که هیچ داده ی خاص دیگری از محل مرکز داده جمع‌آوری شود.

برای محاسبه‌ی کربن منتشر شده، داده های هر استان و تمام کشور از گزارش  EIAگرفته می شود.[16] مقدار مابه ازای اتومبیل ، 4.5 تن کربن به ازای هر سال فرض می‌شود که این مقدار از طرف EPA منتشر می‌شود.

همه‌ی این چهار ابزار با هم کار می کنند به طوری که خروجی یکی می تواند ورودی دیگری باشد. اگرچه به کارگیری همه ی چهار ابزار در ترکیب با هم نیز ممکن است، ولی احتمال دارد بسته به حجم داده ها در دست، تنها به زیرمجموعه ای از ابزارها نیاز باشد. به عنوان مثال، اگر شما پیشاپیش از مقدار مصرف IT اطلاع داشته باشید، دیگر به محاسبه گر برآورد توان نیاز نخواهید داشت. اگر عدد PUE از قبل مشخص شده باشد، دیگر به محاسبه گر بهره وری نیاز نمی‌باشد. (مگر در صورتی که نیاز به تصدیق ضمنی PUE باشد.)

به طور مثال، وقتی هدف شما تخمین تاثیرات کربنی مصرف انرژی سالیانه‌ی مرکز داده و همچنین ارائه‌ی هزینه‌های پیش‌بینی شده باشد، استفاده از ابزار TradeOff برای شما مفید خواهد بود. شکل 6 روش کار را توضیح داده است.

این ابزارها به کمک هم داده‌ها و محاسباتی را برای دستیابی به یک تخمین بهره‌وری و تاثیرات کربنی، فراهم می‌آورند. برای وارد کردن داده ها به هر یک از این ابزارها، به دانش و معلوماتی در زمینه‌ی مشخصی از مرکز داده (مانند تعداد سرور، نوع سیستم سرمایش، توزیع برق) نیاز است. در برخی موارد، کارکنان  ITو تاسیسات، با هم برای فراهم آوردن داده های ورودی مناسب، کار می کنند. یک نهاد ثالث مانند اشنایدر الکتریک، نیز می‌تواند با ارائه ی خدمات ارزیابی بهره وری مرکز داده که ورودی ارزشمندی برای این ابزارها نیز محسوب می‌شود، با آن ها همکاری کند. (به شکل 7 مراجعه شود.)

نتیجه‌گیری

به خاطر دلایل سیاسی، اجتماعی و یا اقتصادی، صاحبان مراکز داده ممکن است برای کاهش مصرف انرژی در مراکز داده‌ی خود، تحت فشار زیادی قرار بگیرند. امروزه بسیاری از مراکز داده‌ی ساخته شده، هنوز تلاش جدی در جهت کنترل انرژی مصرفی خود آغاز نکرده اند. سیستم‌های سنتی برق و سرمایش، کم‌بازده بوده و ظرفیت مازاد و بلا استفاده‌ی بالایی دارند و بهره وری سرور نیز در آن‌ها کمتر است. در نتیجه، تاثیرات کربنی این مراکز دده به شکل قابل توجهی بالاتر از مقدار مورد نیاز است.

قسمتی از راه کارها در دست تامین کنندگان انرژی قرار دارد. طراحی مجددی باید برای شبکه‌های ملی و بین المللی برق صورت گرفته تا کارخانه هاای کم‌بازده ای که با سوخت فسیلی کار می کنند، یا اصلاح شده و یا از دور خارج شوند. اما مصرف کنندگان انرژی نیز نقشی به همان اندازه مهم در بهبود بهره وری الکتریکی بر عهده دارند. مراکز داده می توانند با برآورد درست در زیرساخت‌های برق و سرمایششان اولین گام را براشته تا مصرف واقعی IT به ظرفیت کامل مصرف نزدیک باشد.

واسطه‌های بین کاربران و تولید کنندگان انرژی – شرکت‌هایی نظیر اشنایدر الکتریک – نیز می توانند با ارائه‌ی راه کارهای پربازده به مراکز داده، ساختمان ها و خانه ها و همچنین با ایجاد ابزارهایی به کاربران جهت مدیریت موثر انرژی، در این راه سهیم شوند.

بهره‌وری انرژی یک ابتکار بلند مدت و جهانی بوده که شامل تلاش هایی از سوی همه‌ی سازمان هایت.  ابزارهای TradeOff مانند محاسبه گرهای برآورد برق، بهره‌وری، کربن و تخصیص کربن، به عنوان گامی در جهت رویارویی با چالش های انرژی محسوب می‌شوند.

 

 

[1] – میزان کل انتشار گاز گلخانه‌ای ایجاد شده توسط سازمان، رویداد، محصول و یا شخص

[2] – Environmental Protection Agency

[3] – US Environmental Protection Agency, Report to Congress on Server and Data Center Energy- Public Law 109-431, August 2, 2007

[4] – Kyoto Protocol

[5] – European Environment Agency, Greenhouse Gas Emission Trends and Projections in Europe 2008,EEA Report No. 5, 2008

[6] – European Commission, Code of Conduct on Data Centres Energy Efficiency – Version 1.0, October 30, 2008

[7] – Intergovernmental Panel on Climate Change, Fourth Assessment Report, 2007

[8] – Edinburgh Centre for Carbon Management Ltd., Forestry Commission Scotland Greenhouse Gas Emissions Comparison Carbon Benefits of Timber in Construction, August 2006

[9] – LBNL 53483, High Performance Data Centers, William Tschudi, Teng Fung Xu, Dale Sartor, Jay Stein, March 30, 2004

[10] – http://www.epa.gov/RDEE/documents/sector-meeting/4bi-officebuilding.pdf (adapted from E Source 2006)

[11] – The Edinburgh Centre for Carbon Management, Estimates of Emissions for Selected Items and Activities, ECCM technical document #4, October, 2000

[12] – International Energy Agency, CO2 Emissions from Fuel Combustion Highlights, 2009 edition

[13] – Department of Energy / Environmental Protection Agency, Carbon Dioxide Emissions from the Generation of Electric Power in the United States, July 2000

[14] – http://www.getenergyactive.org/fuel/mix.htm – accessed February 8, 2010

http://ec.europa.eu/energy/energy_policy/doc/factsheets/mix/mix_fr_en.pdf – accessed February 15,2010

[15] – White Paper 161, Allocating Data Center Energy Costs and Carbon to IT Users

[16] – Carbon emissions data in the carbon calculator are derived from the US Department of Energy document, “Voluntary Reporting of Greenhouse Gases” (Appendix F – Electricity Emission Factors, 2007). http://www.eia.doe.gov/oiaf/1605/pdf/Appendix%20F_r071023.pdf accessed December 2009