CHƯƠNG II XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRUYỀN THÔNG
II.5. Xu hướng công nghệ mạng xanh “Green Netwwork”
II.5.1. Xu hướng trung tâm dữ liệu xanh “Green Datacenter”
Ngày nay các nền tảng dựa trên truyền video trực tuyến, điện toán đám mây, điện toán sương mù buộc các nhà cung cấp dịch vụ phải liên tục dựng lên những trung tâm dữ liệu mới để phục vụ cho nhu cầu. Theo báo cáo Clicking Clean mới nhất của tổ chức Hoà bình xanh Greenpeace, các trung tâm dữ liệu ngốn điện rất nhiều trong lĩnh vực CNTT. Đến năm 2017, trung tâm dữ liệu có thể sử dụng đến 21% tổng lượng điện năng trong ngành, hơn cả lĩnh vực sản xuất là 16%. Tốc độ “ăn điện” của trung tâm dữ liệu hàng năm tăng 13%, và mục tiêu của ngành CNTT dự kiến sẽ giảm lượng điện năng tiêu tốn này đến cuối năm 2017 đạt trong khoảng từ 7 đến 12%. Mục tiêu này cũng áp dụng cho cả những ngành công nghiệp khác. Một chi tiết khác là các nhà xuất bản báo chí cũng ngốn điện hơn trước nhiều khi cũng dùng nhiều trung tâm dữ liệu hơn, thậm chí hơn cả thời dùng điện để in ấn. Hiện trên toàn cầu có hơn 3 triệu trung tâm dữ liệu (TTDL) với nhiều kích cỡ khác nhau với tổng lượng điện tiêu thụ toàn cầu ở mức khổng lồ. Một trong những điều kiện của một TTDL chuẩn cần đáp ứng là tính sẵn sàng và đáng tin cậy của hệ thống, cần hoạt động liên tục 24/7/365 mà không bị ngắt quãng. Ví dụ một TTDL đạt hiệu suất 99,9% nghĩa là trung bình một năm sẽ ngừng hoạt động 8 tiếng, còn mức 99,99% hay thậm chí 99,999% thì thời gian ngắt hoạt động chỉ ở mức 5 phút/năm. Vậy chuẩn mực của một TTDL là khả năng hoạt động liên tục và hạn chế càng nhiều sự cố ngắt, ngưng hoạt động càng tốt, đồng thời hiệu quả sử dụng năng lượng (PUE) càng ngày phải càng được cải thiện.
Xu hướng mới của các TTDL chuẩn trong tương lai cũng bao gồm tự động hóa và khai thác công nghệ phần mềm trong việc vận hành các cỗ máy này, nhằm giảm chi phí nguồn nhân lực vốn cũng đang rất tốn kém. TTDL là những hệ thống tiêu tốn điện năng nhất, tổng lượng điện tiêu thụ trên toàn cầu ngang bằng với sản lượng điện của 30 nhà máy điện hạt nhân cỡ lớn. Vì thế cần phải áp dụng ngay các giải pháp xanh hóa để giảm lượng khí thải CO2 ra môi trường, đồng thời tiết kiệm đáng kể lượng điện và chi phí tiêu thụ, hướng đến sự phát triển xanh & bền vững trước hết cho chính doanh nghiệp và trên diện rộng hơn là cho Trái đất. Ước tính, 4-5 năm tới số lượng thiết bị kết nối với mạng Internet trên toàn cầu sẽ đạt ngưỡng 50 tỷ.
Chúng ta đã biết đến khái niệm PUE (Power Usage Effectiveness) - chuẩn thang đo hiệu quả điện năng tiêu thụ, và con số này đang ở mức 2 - 2,5 và có xu hướng tăng lên. Tại Việt Nam, nhiều doanh nghiệp bắt đầu đưa ra mục tiêu giảm tỷ lệ PUE xuống dưới mức 1,5 tiết kiệm đáng kể lượng điện tiêu thụ. Vậy, các TTDL xanh cần đạt mức PUE càng thấp càng tốt. Mức PUE lý tưởng mà Việt Nam có thể đạt được theo tôi là 1,1 tương tự Na Uy, Ireland…
Thuyết minh đề tài nghiên cứu Khoa học công nghệ
NGHIÊN CỨU, RÀ SOÁT CÁC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ TRONG LĨNH VỰC THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG (ITU, IEC, ISO,…) VÀ ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG CHO VIỆT NAM
2015 TVCC - RIPT Trang: 67/433 TTDL hiện nay được cấu trúc thành một hệ thống tích hợp toàn diện, gồm nhiều cấu phần khác nhau cần có của một TTDL. Hệ thống này được xây dựng theo chuẩn module nên hoàn toàn có thể điều chỉnh kích cỡ theo nhu cầu phát triển. Trước kia chúng ta thường xây dựng TTDL khổng lồ ngay từ đầu và sử dụng cho đến khi các trung tâm này hết công suất, nghĩa là đầu tư lớn ngay từ đầu vào các kết cấu hạ tầng như hệ thống làm mát, máy lưu điện và gây lãng phí điện rất nhiều. Ngày nay, hoàn toàn có thể lắp đặt hệ thống TTDL vừa với nhu cầu ban đầu và tiếp tục nâng cấp các module để tăng cường khả năng vận hành nếu cần. Hiện đang có phần mềm quản lý hạ tầng TTDL cho phép cập nhật, theo dõi thông tin trực tuyến liên tục để hạn chế xảy ra sai sót đến mức tối thiểu. Nhưng quan trọng hơn cả là tính linh hoạt của hệ thống, dễ dàng mở rộng, nâng cấp, điều chỉnh tùy theo nhu cầu theo thời gian. Có nhiều giải pháp nổi bật giúp tăng cường việc sử dụng năng lượng hiệu quả và tối ưu hóa vận hành TTDL, mới nhất là các giải pháp gồm hệ thống UPS ba pha (Galaxy VM), phần mềm quản lý hạ tầng (StruxureWare Data Center Operation v7.5) và công cụ tối ưu hóa hiệu quả làm mát TTDL (Cooling Optimize).
Trong TTDL các giải pháp tiết kiệm năng lượng có thể bao gồm:
- Tắt các thiết bị không sử dụng:
+ Các máy chủ không được sử dụng vẫn tiêu thụ năng lượng (có nghĩa là ngốn chi phí điện), sản xuất ra nhiệt, cần được bảo trì, chiếm diện tích, ...
+ Đừng coi thường vấn đề làm mát - tương tự, các hệ thống này cũng cần thích nghi theo lượng tải luôn thay đổi trong TTDL.
+ Phần mềm quản trị giúp tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng và giảm bớt phát thải.
- Sắp xếp tủ rack để tạo ra các luồng khí nóng và khí lạnh. Tới thời điểm này của lịch sử hình thành và triển khai TTDL, điều này chẳng có gì là mới. Tuy vậy, nhiều TTDL dường như vẫn chưa triển khai các biện pháp đóng gói luồng khí nóng hay khí lạnh. Các hàng tủ rack cần phải được sắp xếp sao cho mặt trước của các máy chủ (phía mát) đối diện với nhau. Một cách sắp xếp như thế và nếu được tổ chức hợp lý, có thể giúp giảm đáng kể việc thất thoát năng lượng cũng như kéo dài vòng đời cho bản thân các máy chủ.
- Điều chỉnh các hệ thống dự phòng: Các hệ thống dự phòng cũng đòi hỏi phải hoạt động hiệu quả. Các hệ thống dự phòng nói chung thường được sử dụng thấp hơn nhiều so với năng lực thiết kế của của chúng. Hãy điều chỉnh để chúng hoạt động hiệu quả trên cơ sở tỷ lệ với tải thực tế,và cân nhắc việc triển khai các kiến trúc cấp nguồn và làm mát mô đun, có tính khả mở cao.
- Khai thác các công cụ phần mềm quản lý năng lực. Những công cụ này có thể sẽ trở thành “bạn thân” của các nhà quản trị nhờ khả năng giúp giảm thiểu những tình
Thuyết minh đề tài nghiên cứu Khoa học công nghệ
NGHIÊN CỨU, RÀ SOÁT CÁC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ TRONG LĨNH VỰC THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG (ITU, IEC, ISO,…) VÀ ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG CHO VIỆT NAM
2015 TVCC - RIPT Trang: 68/433 huống “loãng tải” trong TTDL và tối ưu hóa số lượng thiết bị IT có thể được lắp đặt.
Phương pháp tối ưu hóa này cho phép bạn quản lý năng lực cấp nguồn và làm mát gộp và đưa tổng thể hệ thống đạt điểm tối ưu về hiệu quả năng lượng. Nhờ tối ưu hóa được năng lực của các thiết bị trong TTDL, tránh được việc đầu tư mua các thiết bị không cần thiết và giảm chi phí năng lượng nhờ vận hành hiệu quả hệ thống hiện thời của mình.
- Giám sát tiêu thụ năng lượng. Trên thị trường có nhiều công cụ phần mềm có khả năng giúp giám sát và duy trì mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu - vậy hãy sử dụng chúng. Các chương trình phần mềm này có thể được cấu hình để nhận diện và cảnh báo về tình trạng hiện thời của hệ thống cũng như môi trường IT hiện đang hoạt động dưới công suất, nhờ đó có những biện pháp thích hợp để giảm thiểu các tình huống lãng phí năng lượng.
- Lắp đặt các thiết bị cấp nguồn và làm mát có khả năng thích ứng cao. Có thiết kế TTDL của mình để có thể cho phép mở rộng về năng lực cấp nguồn và làm mát?
Điều này đặc biệt hữu ích đối với các TTDL mới. Nhờ thiết kế một TTDL với khả năng mở rộng về cấp nguồn và làm mát, xây dựng được TTDL theo đúng quy mô cần thiết và tăng được đáng kể mức độ tiết kiệm năng lượng.
+ Tại sao lại cần các hệ thống cấp nguồn và làm mát vận hành hết công suất khi thực tế TTDL vận hành với một nửa hay một phần tư tải thiết kế ?
+ Nhờ việc chỉ chạy các hệ thống cấp nguồn và làm mát cần thiết, tiết kiệm được năng lượng và kéo dài được tuổi thọ cho các hệ thống, tạm hoãn lại việc sử dụng ngân sách đầu tư cho tới khi thực sự cần thiết.
- Triển khai giải pháp làm mát theo hàng máy. Kỹ thuật làm mát theo hàng giúp đưa khí mát tới đúng chỗ cần - phía mát của máy chủ. Giảm được sự hòa trộn của các luồng khí mát và khí nóng, cải thiện được khả năng dự báo về phân phối khí và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng bằng cách cung cấp khí mát tới đúng các tải cần được làm mát.
- Triển khai giải pháp đóng gói luồng khí nóng. Liên quan đến việc sắp xếp để tạo thành các luồng khí nóng và khí lạnh riêng biệt, một hệ thống đóng gói luồng khí nóng cho phép một số luồng có nhiệt độ làm việc cao hơn, giảm chi phí để làm mát các phần khác của TTDL. Việc này làm tăng nhiệt độ của nước làm lạnh, cho phép tăng thời gian hoạt động ở chế độ tiết kiệm và tiết kiệm đáng kể chi phí điện.
- Tiết kiệm với “làm mát miễn phí”. Tùy vào địa điểm và khí hậu nơi đặt TTDL,
“làm mát miễn phí” cũng có thể là một tùy chọn. Các hệ thống làm mát tiết kiệm giúp tiết kiệm năng lượng nhờ sử dụng không khí tự nhiên trong những tháng lạnh trong năm. Với sự trợ giúp “mát lạnh” của Mẹ Thiên nhiên, các hệ thống làm mát kỹ thuật như Chiller và các thiết bị nén có thể được tắt đi hoặc vận hành ở tải thấp.
Thuyết minh đề tài nghiên cứu Khoa học công nghệ
NGHIÊN CỨU, RÀ SOÁT CÁC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ TRONG LĨNH VỰC THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG (ITU, IEC, ISO,…) VÀ ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG CHO VIỆT NAM
2015 TVCC - RIPT Trang: 69/433 - Sử dụng bộ biến tần. Nhiều thiết bị chạy bằng động cơ điện trong TTDL vận hành hết tốc độ ngay cả khi lượng tải nó hỗ trợ đòi hỏi công suất thấp hơn. Các bộ biến tần (VFD) giúp điều chỉnh công suất quạt theo đúng tải. Cơ chế kiểm soát tốc độ trong những thiết bị này giúp tối ưu hóa hiệu suất. Cả phần mềm quản trị và các bộ cảm biến nhiệt có dây hay không dây có thể giúp điều chỉnh hoặc kiểm soát các bộ biến tần..
- Lắp đặt bộ lưu điện (UPS) hiệu suất cao. Trong những năm gần đây, hiệu suất của các hệ thống UPS đã được tăng đáng kể.
+ Bởi UPS là các thiết bị ngốn nhiều điện, UPS hiệu suất cao có thể thực sự giúp giảm chi phí phí điện năng tiêu thụ.
+ Ngay cả khi chỉ chạy với 30% tải, các hệ thống UPS mới nhất vẫn đạt hiệu suất cao hơn tới trung bình 10% so với các UPS thế hệ cũ.
- Cân nhắc các giải pháp mô đun, tiền chế để tiết kiệm chi phí. Tại sao lại để chính yếu tố tòa nhà làm hạn chế khả năng sử dụng năng lượng hiệu quả hơn? Các mô đun cấp nguồn và làm mát được đặt sẵn trong các công-ten-nơ chuyên dụng sử dụng các cấu phần tiêu chuẩn và đạt được các mục tiêu về PUE (hiệu suất sử dụng năng lượng) nêu rõ trong thiết kế. Đóng gói, vận chuyển và lắp đặt sẵn trong các vỏ công- ten-nơ chuyên dụng để gắn trực tiếp vào kết cấu tòa nhà hiện có, các giải pháp mô-đun này nhanh chóng cải thiện hiệu suất cho trung tâm dữ liệu hiện tại. Hãy để cho trung tâm dữ liệu phát triển nhanh chóng và đạt hiệu quả chi phí cao hơn khi đồng hành với tăng trưởng kinh doanh.
II.5.2. Xu hướng năng lượng xanh cho mạng di động “Green Power for Mobile”
Khi giá dầu diesel ngày càng tăng và các dịch vụ di động cũng cần phải phát triển ở những vùng sâu vùng xa thì cần phải có những giải pháp khác về nguồn năng lượng để cung cấp cho sự vận hành của các thiết bị mạng. Tháng 9-2008, Hiệp hội GSM đã đưa ra chương trình được gọi là Năng lượng xanh cho mạng di động - Green Power for Mobile – để thúc đẩy việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong ngành công nghiệp điện thoại di động. Mục tiêu của chương trình này là hướng đến việc tiết kiệm năng lượng cho 118.000 trạm thu phát mới và các trạm cũ. Chương trình này khi thành công sẽ tiết kiệm tới 2,5 tỷ lít dầu diesel mỗi năm đồng thời cắt giảm lượng khí thải nhà kính hằng năm lên đến 6,8 triệu tấn. Ngoài ra, các nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai các dịch vụ di động ở những nơi xa xôi như hải đảo, rừng sâu mà đường dây điện chưa thể kéo đến được. Hiệp hội GSM đã tiến hành một cuộc khảo sát các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối, các nhà cung cấp thiết bị năng lượng xanh cũng như các tổ chức tài chính để đánh giá thị trường mạng di động và giải pháp tổng thể về việc sử dụng năng lượng cho các thiết bị trong mạng di động.
Bản báo cáo của đợt khảo sát này ước tính có khoảng 300.000 trạm thu phát sẽ được xây dựng ở các nước đang phát triển và trong số đó khoảng 75.000 trạm sẽ
Thuyết minh đề tài nghiên cứu Khoa học công nghệ
NGHIÊN CỨU, RÀ SOÁT CÁC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ TRONG LĨNH VỰC THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG (ITU, IEC, ISO,…) VÀ ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG CHO VIỆT NAM
2015 TVCC - RIPT Trang: 70/433 không sử dụng lưới điện quốc gia mà sử dụng năng lượng từ các nguồn khác như năng lượng mặt trời, gió, nhà máy thủy điện nhỏ, pin nhiên liệu, ... Cũng theo bản báo cáo này, nếu như việc mở rộng lưới điện theo các trạm thu phát của các mạng di động sẽ rất tốn kém chi phí, hơn nữa hiện nay lượng điện cung cấp cũng đang thiếu trầm trọng, như ở những vùng nông thôn Ấn Độ, thì việc cung cấp điện có thể bị cắt đến 14 giờ mỗi ngày. Hiện nay, các trạm của mạng di động ở những nơi không có điện lưới thường vận hành bằng máy phát điện chạy bằng dầu diesel. Tuy nhiên, giá dầu diesel đã tăng đáng kể trong thời gian qua và chi phí cho việc vận chuyển, cung cấp nhiên liệu đến các trạm xa cũng tốn kém không ít. Hiệp hội GSM đã phân tích tính khả thi của các nguồn năng lượng khác như pin mặt trời, gió, dầu diesel sinh học, máy phát thủy điện nhỏ, pin nhiên liệu để sử dụng cho các trạm thu phát di động, thay thế cho máy phát điện diesel và điện lưới.
- Giải pháp năng lượng từ pin mặt trời: Nguồn ánh sáng mặt trời vô tận luôn sẵn có ở những vùng nông thôn, cao nguyên của các nước đang phát triển, sự phát triển công nghệ của pin mặt trời, các thiết bị pin mặt trời ngày càng nhiều và rẻ, tất cả những yếu tố đó làm cho năng lượng mặt trời là một lựa chọn phổ biến cho các trạm cần công suất tiêu thụ khoảng 2kW. Tuy nhiên, bản báo cáo của Hiệp hội GSM cũng cho rằng các giải pháp năng lượng mặt trời lại không có hiệu quả về mặt kinh tế ở những nơi cần công suất phát lớn hơn, nhưng chắc chắn trong vài năm tới giá của các thiết bị năng lượng mặt trời sẽ giảm.
- Giải pháp năng lượng từ gió: Các thiết bị tạo năng lượng từ gió thường rẻ hơn so với các thiết bị năng lượng mặt trời, chi phí khoảng 10 hoặc 11 cent cho mỗi kWh để sản xuất điện cho các trạm có công suất nhỏ. Theo một cuộc nghiên cứu của Hiệp hội Năng lượng gió của Mỹ thì giá thành này dự kiến sẽ giảm đến khoảng 7 cent trong vòng năm năm tới. Tuy nhiên, năng lượng điện từ gió chỉ khả thi ở những khu vực ven biển và miền núi, nơi gió thổi mạnh và thường xuyên; tại những nơi khác có thể kết hợp gió và mặt trời để tạo ra nguồn năng lượng.
- Giải pháp năng lượng từ tổ máy thủy điện mini (Pico Hydro): Các nhà máy thủy điện nhỏ với công suất khoảng 10 kW được xây dựng dọc theo các con sông nhỏ hoặc suối cũng là một phương án tạo ra nguồn năng lượng. Đây là công nghệ được hình thành từ các ứng dụng trong việc điện khí hóa nông thôn với vốn đầu tư tương đối thấp. Tuy nhiên, nó chỉ áp dụng được ở một vài nơi mà thôi tùy theo vị trí địa lý của khu vực đó.
- Giải pháp năng lượng từ nhiên liệu diesel sinh học: Nhiên liệu diesel sinh học (bắt nguồn từ dầu thực vật hay mỡ động vật) có thể được sử dụng thay thế trực tiếp cho dầu diesel thông thường của các máy phát điện ở các trạm thu phát của mạng di động, tuy nhiên khi áp dụng giải pháp này cần phải cân nhắc đến khả năng cung cấp