为何数据中心正在重塑关键基础设施的韧性与网络安全

• 数据中心是大规模的“产消者”,因为它们既能帮助生产能源,也会消耗能源,这对电网韧性产生了复杂影响。

• 因此,最具韧性的数据中心会采用网络安全和监测措施,以保护其能源系统。

• 提前保护数据中心基础设施,并与电网运营商协调事件响应,有助于在网络事件或电力中断期间支持电网稳定。

数据中心正成为增长最快、结构最复杂的电力需求来源之一。2024年,数据中心的用电量占 全球电力的1.5%,据国际能源署统计,同期其能源消耗增长了12%。但电网运营商在规划数据中心的预期增长时,需要考虑的不仅仅是这一增长的需求。

数据中心可能导致大型负载突然接入或脱离电网,从而带来 电网稳定性方面的挑战。

与此同时,数据中心直接或间接地支持各类经济活动,从虚拟会议到电力公司的能源预测和调度策略。没有电力供应,无论来自电网还是现场备用电源,数据中心都无法提供这种支持。

数据中心与能源系统之间的相互依存关系,使得理解和管理能源基础设施(包括数据中心设施内的现场发电)所面临的网络风险变得十分重要。了解数据中心、其现场能源系统及其与区域电网的互动所需的韧性,将增强当前及未来关键基础设施的韧性。

打造具有韧性的数据中心

数据中心的韧性是数据服务可用性的基础,这些服务可涵盖从在线广告到业务物流、开票、数字银行等各类服务。因此,数据中心必须能够在不中断这些服务的情况下抵御、检测并清除网络威胁。在设计或运营数据中心能源系统时若不考虑网络安全,可能会引入或忽视漏洞。

为提供数据服务,数据中心设施的部分区域必须连接外部网络。这种与互联网的持续连接,要求安全架构能够保护现场能源系统。

因此,数据中心的发电厂或备用电池系统应通过正确配置的数字控制措施(包括防火墙以及关闭未使用端口)进行防护,即实现“加固”。由于安全工具往往会随时间推移而失效,定期审查安全措施是一项最佳实践。

发电厂系统及其备用系统也必须进行监测,因为这些系统将采用数字化管理。将传感器和生产数据与安全事件数据结合监测,有助于在损害发生之前发现威胁和漏洞。即使是经过加固的系统,也应进行监测。

此外,网络安全需要对整个系统之系统实现可视化。发电厂、备用电源、冷却和物理访问系统各自都存在可能被滥用的风险,从而影响数据中心和电网的稳定性。与分别监测各系统相比,跨这些系统的可视化有助于更快速地识别并处理高影响异常。

协调同样重要,因为数据中心是大型需求负载。当它们切换至备用电源或恢复基于电网的运行时,可能给电网管理带来挑战。定期、有计划地使用备用电源系统运行,有助于运营商积累经验,学会就这些系统之间的任何非预期互动进行沟通、识别并加以管理。

管理电力中断

具有韧性的数据中心基础设施必须能够承受电网供电中断,同时持续提供数据服务。对大多数数据中心而言,目标是至少实现12小时的备用电力和水源。采用多种能源和成套相同设备,可以提高冗余性并消除单点故障。

电池储能是短期备用电力的常见解决方案。从并网供电切换至电池备用供电可在毫秒级内完成,甚至可能在未经计划的情况下发生。电池备用可为公用事业公司解决停电问题争取时间,或为数据中心运营商启动启动较慢的发电设备(如燃气轮机)争取时间。

在确定安装何种规模的电池时,数据中心运营商必须考虑放电速率和总容量。安装完成后,运营商还须决定何时储存电力、何时进行调度。当涉及额外的现场发电层或绩效指标时,这些决策会变得更加复杂,例如,以低排放或低成本为优化目标,或将电池与太阳能、风能或燃气轮机配合使用。

开发电力来源

数据中心通常以电力优先为原则进行设计。现场发电系统能够无限期地满负荷运行设施。在日常运营中,这些数据中心需要做出经济决策,决定是在现场发电还是从电网取电,而其往往依赖电网更高效的发电能力。

在美国等监管严格的地区,数据中心的快速部署往往促使其采用现场发电。新建发电及输电线路需要经过必要的监管审批,这一过程耗时较长,但人工智能(AI)创新的投资者则要求加快速度。

与此同时,供应链限制可能会延迟燃气轮机等重型设备的采购与部署。开发商可以先使用小型、可立即投入使用的发电机,待风能、太阳能或核能等建设周期较长的系统投入运行后,再逐步过渡至这些能源。整合多种能源来源有助于分散风险,但需要仔细确保系统之系统的可视化,以便开展网络安全监测。

数据中心可以通过在地域上分散数据服务,进一步降低局部电力中断的风险。这带来了若干技术挑战,例如延迟以及与数据主权要求的匹配,这些因素可能使此类策略难以实施或不经济。从电网运营商的角度看,数据服务可能在不同数据中心之间切换,这意味着某一地区的非计划停电,可能导致国境内其他地区的负载迅速攀升。

电力与数据的双重韧性

数据中心与电力行业的韧性是相互关联的。数据中心在电网停电期间必须运行备用电力系统,而电网运营商则必须建设能够应对数据中心负载波动的系统。当电网持续稳定地提供低成本电力时,双方均能受益。这种互利关系应推动各方在韧性方面开展合作。

电力中断与网络事件可能同时发生。但若能在数据中心与电力行业的关系中建立韧性,并随着各行业需求的演变持续开展跨行业合作,便有助于应对那些可解决的工程挑战,从而将这些事件从重大紧急情况转变为轻微事件。