馬鑫軍+余寧

摘 要 隨著氣候變暖、能源緊張等問(wèn)題日益明顯，使得數(shù)據(jù)中心面臨著降低能源消耗等巨大挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心節(jié)能受到了越來(lái)越多的關(guān)注。綠色理念在數(shù)據(jù)中心的滲透，為數(shù)據(jù)中心未來(lái)發(fā)展指出了全新的發(fā)展方向。文章結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀，從直流電源等角度探討數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)節(jié)能措施，旨在為數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步發(fā)展提供更多參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心 電源系統(tǒng) 節(jié)能

21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)中心在政府、銀行等領(lǐng)域得到了廣泛推廣和應(yīng)用，在提高數(shù)據(jù)集成化處理等方面發(fā)揮著積極作用。數(shù)據(jù)中心運(yùn)行建立在電源系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，設(shè)備用電負(fù)荷高達(dá)數(shù)千瓦。在環(huán)保節(jié)能理念下，降低數(shù)據(jù)中心能耗成為當(dāng)前其發(fā)展亟待解決的問(wèn)題之一。

1 數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)，是一個(gè)綜合性、全面性供配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)解決計(jì)算機(jī)設(shè)備供電、用電問(wèn)題，且要兼顧其他設(shè)備供用電需求。通常來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)是由電源系統(tǒng)、輔助及配套設(shè)備構(gòu)成。

我國(guó)某運(yùn)營(yíng)商調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心能耗呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其是一些IDC業(yè)務(wù)較好的大城市，數(shù)據(jù)中心能耗占比非常大，如上海數(shù)據(jù)中心能耗比例為25%，而北京超過(guò)50%。另外，很多規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心機(jī)房仍然采用的是傳統(tǒng)能耗較高的UPS系統(tǒng)，單機(jī)負(fù)載量介于10%～30%之間，多數(shù)集中在20%，產(chǎn)生了極大的能源消耗。可見(jiàn)數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)能耗較大，運(yùn)營(yíng)商在盡量更新節(jié)能減排產(chǎn)品時(shí)，要加大研究力度，將綠色、節(jié)能理念滲透至數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)建設(shè)中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

2 數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性、復(fù)雜性工程，在實(shí)踐應(yīng)用中，可以從如下幾個(gè)方面入手：

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

二十世紀(jì)初，能量使用概率概念首次提出，即PUE。隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)日益深化，PUE概念受到了廣泛關(guān)注，在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用能夠幫助我們掌握當(dāng)前能源消耗情況，并進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心節(jié)能的關(guān)鍵在于IT主設(shè)備負(fù)載效率、空調(diào)系統(tǒng)及供配電系統(tǒng)三個(gè)方面。因此在電源系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中要圍繞著這三個(gè)方面進(jìn)行。

2.2 數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，常用數(shù)據(jù)中心多采用大規(guī)模服務(wù)器、小型機(jī)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全性與電源系統(tǒng)穩(wěn)定性存在密切聯(lián)系，對(duì)于電源系統(tǒng)安全性提出了更高要求。而計(jì)算機(jī)中心服務(wù)器等設(shè)備用電特性等要進(jìn)行設(shè)計(jì)，比對(duì)不同方案優(yōu)劣勢(shì)，選擇最佳方案，從而為數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，促進(jìn)計(jì)算機(jī)中心能夠穩(wěn)定、有序運(yùn)行。因此結(jié)合相關(guān)規(guī)范來(lái)看，本文將電子信息系統(tǒng)劃分為三個(gè)等級(jí)，即A、B、C三級(jí)，并將數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)劃分為交流供電與高壓直流供電兩種。

2.3 高壓直流系統(tǒng)

現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，HVDC電源供電效率得到顯著提升，為數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計(jì)帶來(lái)了更多發(fā)展機(jī)遇。HVDC供電具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，其電池能夠直接與服務(wù)器輸入端相連，不需要添加任何逆變?cè)O(shè)備的處理，實(shí)現(xiàn)不間斷供電目標(biāo)。同時(shí)，在擴(kuò)容方面，較傳統(tǒng)模式更具便利性，后續(xù)維護(hù)簡(jiǎn)便。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上提高了模塊功率密度，且整機(jī)效率也得到了顯著改善。通過(guò)在實(shí)踐中應(yīng)用的比較，引入HVDC供電模式能夠有效降低PUE指標(biāo)，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心供電朝著綠色化、現(xiàn)代化方向轉(zhuǎn)變。當(dāng)市電直供時(shí)，系統(tǒng)僅是線路系統(tǒng)與配電損耗，系統(tǒng)效率有了較大的提升。如2016年，上海、北京及天津等電力公司用電客戶系統(tǒng)停電時(shí)間都在1小時(shí)以內(nèi)，可考慮均在99.9%以上，同時(shí)我國(guó)江蘇省等其他地區(qū)停電時(shí)間在2小時(shí)以內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行效率為99%。

2.4 優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)

除了對(duì)高壓直流系統(tǒng)進(jìn)行改造，還要加強(qiáng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)綜合節(jié)能的調(diào)整和優(yōu)化，以此來(lái)提高空調(diào)運(yùn)行有效性。在實(shí)踐中，可以采取如下措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。如針對(duì)大型數(shù)據(jù)中心，可以設(shè)置集中式冷凍水型恒溫恒濕空調(diào)，架空地板精確下送風(fēng)，充分利用自然風(fēng)，提高對(duì)資源的優(yōu)化配置和利用率，以此來(lái)減少能源過(guò)度消耗。同時(shí)，還要合理設(shè)定機(jī)房溫濕度、分區(qū)精確供冷，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。在系統(tǒng)節(jié)能改造中，要充分考慮相關(guān)影響因素，如針對(duì)部分空調(diào)，可以去掉加濕功能，以此來(lái)消除空調(diào)在加濕過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)多能耗，提高系統(tǒng)使用針對(duì)性和科學(xué)性。盡可能考慮應(yīng)用自適應(yīng)控制系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房負(fù)荷變化趨勢(shì)與特點(diǎn)，自動(dòng)安排空調(diào)數(shù)量，以此來(lái)達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，要及時(shí)更新和改造數(shù)據(jù)中心上送風(fēng)口，提高節(jié)能有效性。

2.5 模塊交流電系統(tǒng)

為了有效突破傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)存在的負(fù)載率低等弊端和問(wèn)題，在節(jié)能改造過(guò)程中可以引入模塊化概念，將其應(yīng)用于UPS設(shè)計(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)交流電系統(tǒng)整體性能予以優(yōu)化。通常而言，模塊化UPS系統(tǒng)有機(jī)架、UPS功率模塊等構(gòu)成，與直接供電系統(tǒng)存在相似之處，能夠?qū)崿F(xiàn)冗余，兼顧多臺(tái)設(shè)備運(yùn)行需求，且具有較強(qiáng)的靈活性，能夠根據(jù)實(shí)際負(fù)載量，堅(jiān)持針對(duì)性原則配置合理的電源容量，使得系統(tǒng)效率及可靠性等均能夠得到一定程度的提升，減少對(duì)能源的過(guò)度消耗。

3 結(jié)論

根據(jù)上文所述，全球變暖趨勢(shì)愈演愈烈，綠色節(jié)能理念逐漸深入人心，新型、高效綠色電源將成為未來(lái)社會(huì)各領(lǐng)域發(fā)展的主流趨勢(shì)。數(shù)據(jù)中心作為智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)和前提，且處于不間斷運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中，其能耗非常龐大，如果不加以處理，勢(shì)必會(huì)對(duì)城市發(fā)展產(chǎn)生過(guò)多的負(fù)擔(dān)。因此新時(shí)期，將綠色理念滲透至數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)中勢(shì)在必行。在實(shí)踐中，我們不僅要優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)，且可以采用模塊化方式調(diào)整交流電系統(tǒng)，不斷降低數(shù)據(jù)中心對(duì)能源的消耗，從而推動(dòng)數(shù)據(jù)中心持續(xù)發(fā)展。

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