中國電信股份有限公司北京分公司 | 趙曉峰 林武雋

目前的各類新節(jié)能技術(shù)層出不窮，各種技術(shù)在區(qū)域上的應(yīng)用也不盡相同，北京電信正在通過試點(diǎn)多種IDC新型節(jié)能技術(shù)替代傳統(tǒng)耗能的電源、空調(diào)等基礎(chǔ)設(shè)施。

北京電信自2006年開始著眼于推進(jìn)企業(yè)精確化管理和低成本運(yùn)營，對(duì)各類機(jī)房節(jié)能工作高度重視，從工作組織、節(jié)能規(guī)范、技術(shù)論證、投資預(yù)算等多個(gè)方面做了大量工作。

截止到2011年底，通過全面規(guī)劃建設(shè)節(jié)能型機(jī)房、應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能引領(lǐng)通信業(yè)儲(chǔ)能方式的革命、建設(shè)并運(yùn)維國內(nèi)首屈一指的冰蓄冷系統(tǒng)、推廣DPS分散式供電系統(tǒng)、在核心機(jī)房應(yīng)用高壓發(fā)電機(jī)組及模塊化UPS、在數(shù)據(jù)中心全面應(yīng)用節(jié)能機(jī)電一體化產(chǎn)品和節(jié)能機(jī)柜、大力推廣新風(fēng)空調(diào)，同時(shí)積極進(jìn)行類超導(dǎo)陶瓷節(jié)電、熱管、太陽能、服務(wù)器節(jié)能、智能空調(diào)節(jié)能等各類新技術(shù)，已經(jīng)向大氣層減少排放超過6000萬公斤的二氧化碳。

其中，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、冰蓄冷系統(tǒng)、分散式供電系統(tǒng)是北京電信在國內(nèi)及業(yè)界率先應(yīng)用的新型節(jié)能技術(shù)，其配合相應(yīng)的機(jī)房建設(shè)規(guī)范，在IDC的節(jié)能減排方面效果顯著。

磁懸浮飛輪儲(chǔ)能在業(yè)內(nèi)的首次應(yīng)用

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種新興的儲(chǔ)能技術(shù)。其基本原理是由電能將飛輪驅(qū)動(dòng)到高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能(圖1)。當(dāng)需要電能時(shí)，飛輪減速，通過電動(dòng)機(jī)發(fā)電將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，從而實(shí)現(xiàn)電能的存入和釋放。相比傳統(tǒng)化學(xué)電池儲(chǔ)能充放電次數(shù)有限、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)工作溫度要求高等缺點(diǎn)，飛輪儲(chǔ)能具有充放電次數(shù)巨大、運(yùn)行壽命長、無污染、無環(huán)境溫度要求等優(yōu)點(diǎn)，另外飛輪的儲(chǔ)能密度大、效率高、維護(hù)簡單，使得飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際應(yīng)用，并向產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化方向發(fā)展。

北京電信公司2011年率先在亦莊局綜合樓利用現(xiàn)有的部分供電設(shè)備及變配電系統(tǒng)搭建了一套真實(shí)的供電系統(tǒng)，對(duì)飛輪設(shè)備及油機(jī)等進(jìn)行了聯(lián)動(dòng)應(yīng)用。經(jīng)過測(cè)試，在一般情況下，數(shù)據(jù)中心的負(fù)載在50%以下，此時(shí)飛輪UPS的效率是97%，在40%帶載率時(shí)是96%；而傳統(tǒng)蓄電池這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)分別是85%～87%和82%～83%。由于其系統(tǒng)效率很高，所以較之傳統(tǒng)蓄電池式UPS大大節(jié)省了耗電量。對(duì)于數(shù)據(jù)中心更有意義的是，帶載率越低時(shí)，飛輪節(jié)省的能量越多。

同時(shí)，飛輪UPS對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng)，可以在0℃到40℃之間正常運(yùn)轉(zhuǎn)，它不會(huì)因外界因素而發(fā)生退化現(xiàn)象，機(jī)房內(nèi)不需要配置空調(diào)系統(tǒng)，所以較之傳統(tǒng)蓄電池式UPS大大節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)耗電量。相比蓄電池而言飛輪系統(tǒng)的節(jié)電率為可高達(dá)77.54%。

另外，飛輪儲(chǔ)能UPS節(jié)省空間，占地面積小，只相當(dāng)于傳統(tǒng)蓄電池式UPS 1/4的占地面積。通過面積的節(jié)省會(huì)給數(shù)據(jù)中心運(yùn)營也帶來一定的獲利。如果一個(gè)數(shù)據(jù)中心UPS的額定容量達(dá)到6 MVA，按數(shù)據(jù)中心機(jī)房年租金16萬元人民幣／m2的價(jià)格估算(北京地區(qū))，那么采用飛輪儲(chǔ)能UPS的方案后，數(shù)據(jù)中心機(jī)房年租金的獲利這方面來講，每年大約能節(jié)省2400萬元人民幣。

DPS分散式供電系統(tǒng)的應(yīng)用

DPS是一種全新的、為IDC機(jī)房設(shè)計(jì)的供電系統(tǒng)。它改變了傳統(tǒng)集中式UPS的供配電方式，將電源系統(tǒng)分散到每個(gè)機(jī)架當(dāng)中。

DPS分散供電針對(duì)每一個(gè)機(jī)架單獨(dú)提供后備電源，同時(shí)采用高壓直流電池直接作為服務(wù)器后備電源（圖2）。正常情況下，市電直通，DPS模塊向服務(wù)器輸出交流電；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，DPS通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到電池狀態(tài)，后備電池開始工作，向服務(wù)器輸出240V高壓直流電源。DPS采用磷酸鐵鋰電池作為后備電池。

該系統(tǒng)有三方面的優(yōu)勢(shì)，第一，DPS系統(tǒng)由于采用后備式工作原理，其系統(tǒng)自損基本可以忽略不計(jì)，較傳統(tǒng)N+1冗余模式的UPS系統(tǒng)效率提升8%左右。因此，節(jié)約了大量電能。且DPS系統(tǒng)自身散熱較少，不需要單獨(dú)建設(shè)電力室，節(jié)約了電力室空調(diào)的耗電及二氧化碳的排放。

第二，DPS產(chǎn)品重量較輕，不需要對(duì)機(jī)房承重提出單獨(dú)要求，在大樓建設(shè)初期節(jié)約了鋼筋及混凝土用量，間接做到節(jié)能減排。

第三，DPS分散式供電自低壓室至交流分配屏到列頭柜，縮短了電纜路徑，節(jié)約了蓄電池至UPS間的電力電纜，減少了電力傳輸線路上電能的損耗。DPS系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰電池，其轉(zhuǎn)換效率約為95%，較傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)采用的鉛酸蓄電池更加節(jié)能、高效和環(huán)保。

國內(nèi)首屈一指的冰蓄冷系統(tǒng)

所謂冰蓄冷技術(shù)，就是在電力負(fù)荷很低的夜間，即用電低谷期，采用電制冷機(jī)制冰，將冷量以冰的方式儲(chǔ)存起來；而在電力負(fù)荷較高的白天，也就是用電高峰

北京電信節(jié)能型機(jī)房主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

北京電信結(jié)合數(shù)據(jù)中心不同客戶群需求和機(jī)房制冷送風(fēng)方式差異，參照集團(tuán)公司相關(guān)規(guī)范，相繼制訂并頒布了《北京電信數(shù)據(jù)中心機(jī)房電源空調(diào)設(shè)備基本配置標(biāo)準(zhǔn)》以指導(dǎo)和控制投資、《北京電信數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)環(huán)境設(shè)計(jì)規(guī)范》以降低運(yùn)行能源支出。

1.數(shù)據(jù)中心機(jī)房電力能耗按照建筑面積每平米1.5KVA設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房客戶設(shè)備用電按照建筑面積每平米1KVA容量考慮，有效提高能源產(chǎn)出比；

2.優(yōu)先采用機(jī)房下送風(fēng)制冷方式，相鄰機(jī)列相向、反向排列，機(jī)柜底部設(shè)置送風(fēng)口并安裝導(dǎo)流板，列間形成冷熱通道，在熱通道上方安裝強(qiáng)制回風(fēng)管路，使氣流組織更完善，充分發(fā)揮空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，減少電能損耗節(jié)約能源；

3.發(fā)電機(jī)按照雙路市電供電容量的50%配置，即保證供給單路中斷時(shí)的應(yīng)急供電，減少發(fā)電設(shè)備投資；發(fā)電機(jī)組具備并機(jī)運(yùn)行、市電中斷自動(dòng)發(fā)電能力；

4.由于發(fā)電機(jī)組具備自動(dòng)發(fā)電能力，除災(zāi)備中心客戶UPS蓄電池后備時(shí)間按照集團(tuán)規(guī)范保證30分鐘以上，其余客戶蓄電池后備時(shí)間調(diào)整為20分鐘，大幅減少了電池的初期和更新投資（電池的使用壽命為3至5年），同時(shí)降低設(shè)備的充電電流，有效地減少了能源消耗。的時(shí)期，把儲(chǔ)存的冷量釋放出來，從而滿足建筑物空調(diào)負(fù)荷的需要，實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的“移峰填谷”。通俗地說，就是利用夜間0.3元的電費(fèi)做白天1元電費(fèi)的事，最大限度實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)用戶能源運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省。

冰蓄冷的最終目的是為電網(wǎng)削峰平谷，實(shí)現(xiàn)能源的合理利用（圖3）。就技術(shù)本身而言，基本在所有大中型空調(diào)系統(tǒng)的場(chǎng)合都能應(yīng)用，但考慮到其制冷原理較普通空調(diào)多一次能量轉(zhuǎn)換，必然帶來更多能耗的消費(fèi)，如果沒有合適的分時(shí)電價(jià)結(jié)構(gòu)和相關(guān)優(yōu)惠政策，很難起到節(jié)約成本的目的。所以一般認(rèn)為在電價(jià)結(jié)構(gòu)合理、有備用冷源需求、電力需求容量明確的樓宇最為適用，具體而言，該系統(tǒng)具有五方面的優(yōu)勢(shì)。

1.利用低谷電價(jià)，冰蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用比常規(guī)電制冷空調(diào)系統(tǒng)減少38%左右。

2.制冷主機(jī)冗余數(shù)量可以減少，可以使用雙工況機(jī)組作為制冷冗余配置，可減少制冷主機(jī)的裝機(jī)容量和功率30%-50%，大幅度降低設(shè)備初投資費(fèi)用。

3.冰蓄冷系統(tǒng)中的冷凍水溫度可降到1－4℃，能夠?qū)崿F(xiàn)大溫差、低溫送風(fēng)，滿足數(shù)據(jù)機(jī)房高負(fù)荷冷源供應(yīng)需求，為未來云技術(shù)平臺(tái)高冷量需求奠定基礎(chǔ)。

4.無污染、安全可靠且自動(dòng)化程度高，人員管理相對(duì)減少，在一定程度上節(jié)約了人工成本。

5.減少煙塵和CO2的排放量，具有環(huán)保效益。

以北京電信永豐冰蓄冷系統(tǒng)為例，設(shè)定夜間制冰時(shí)間為8小時(shí)，冰蓄冷系統(tǒng)每年節(jié)約運(yùn)行資金超過400萬元，為通信生產(chǎn)帶來相當(dāng)豐厚的回報(bào)。

目前的各類新節(jié)能技術(shù)層出不窮，各種技術(shù)在區(qū)域上的應(yīng)用也不盡相同，在這種環(huán)境下，北京電信針對(duì)自身業(yè)務(wù)情況，重點(diǎn)解決IDC機(jī)房的能耗問題，立志成為通信行業(yè)節(jié)能工作的領(lǐng)頭兵。