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如何建设绿色数据中心的供电系统

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据不完全统计,全国至少形成了数百个不同规模的数据中心。而且,近两年来,为了节约成本、方便管理、形成规模效益,数据中心的建设规模也逐渐变大。巨大的电力容量给数据中心的建设和运营带来了巨大的压力。因此,新一代或下一代数据中心的发展趋势必然是绿色数据中心。本文将主要从供电系统的角度分析如何建设绿色数据中心。

1绿色数据中心的供电系统是什么
绿色数据中心的本质应该是节能和可持续发展,而不是简单地寻求降低PUE。从供电系统来看,主要应包括四个方面:保证安全可靠、保证节能环保、保证维护管理方便、降低建设成本。
这四个方面相互联系、相互影响,甚至在许多情况下相互矛盾。例如:为了保证系统的安全性和可靠性,最简单的方法就是增加备份;而增加系统的备份,一方面降低了设备的利用率和系统的效率,不利于节能减排;另一方面,设备的增加不利于降低建设成本。当系统的可靠性适当降低时,其他方法可以大大降低系统的建设成本,但同时也会增加维护和管理的难度。
因此,建设合理的绿色数据中心供电系统,不是盲目追求某一指标的优化,而是要保证安全可靠,保证节能环保,保证维护管理方便,根据实际需要降低建设成本。在这些点之间找到一个平衡点,建立一个既节能环保又安全、可靠、经济的系统。
2如何构建绿色数据中心的供电系统
2.1确保安全可靠
供电系统是整个通信系统的动力源。它相当于一个人';s";心脏和血管;并负责向系统中的每个设备输送能量。供电系统的正常运行是其他所有系统正常运行的前提和基础。因此,绿色数据中心的供电系统首先要安全可靠。
但由于数据中心耗电量巨大,数据中心供电系统的整体规模和系统复杂度远高于一般通信项目供电系统,进而导致数据中心供电系统投资规模和投资比例迅速上升。在一个数据中心的建设成本中,供电系统往往是整个数据中心最大的投资;如果不考虑服务器设备的投资,供电系统的投资甚至可以超过整个数据中心建设成本的50%。考虑到一些数据中心的建设目标是盈利。因此,在建设数据中心的供电系统时,往往不像普通的通信工程那样。为了保证系统的安全性和可靠性,进行了设备配置和备份。太大了。
由于上述因素,在目前的数据中心相关标准中,无论是一些国际标准、我国的国家标准,还是三大运营商的企业标准,都主张根据数据中心运营的重要性来制定。不同的施工水平。根据不同的建设层次,控制系统的投资规模,区分系统的安全级别,满足不同的业务需求。
目前,在市场上,运营商和客户主要参照国际标准;数据中心电信基础设施标准(TIA942)和国家标准;电子信息系统机房设计规范(GB50174)。此外,国际评级机构的正常运行时间也对数据室的级别进行了划分。TIA942和UPTIME在过去两年中都发布了新版本,它们都将数据室划分为4个级别;虽然GB50174是在2008年编制的,但它将数据室分为3个级别。无论哪一个标准,从低到高依次规定了每一级应配置的设备、应进行何种备份、应达到何种程度的安全性和可靠性。
在这些标准中,GB50174的编写时间比较早,在分类和设备配置方面还有很多需要改进的地方,目前正处于修订阶段。由于TIA942和正常运行时间是最新的修订版,他们已经纠正了不适当的要求,如过度的石油存储时间在以前的版本。同时,设置了4个层次结构,使层次结构更加清晰,具有较好的参考价值。但是,这些国际标准中的一些要求并不一定适合中国的国情,比如电池的后备时间。在TIA942中,从低到高规定了5、7、10和15分钟,并且有四个最低时间要求。对中国来说,时间要求相对较短';当前设备状态和维护水平。另一个例子是T4级别要求的电池寿命长达20年,这对于中国的采购方法和常用设备来说太长了';目前的运营公司。
因此,保证数据中心供电系统的安全性和可靠性是一个相对的概念。不要为了节省投资而盲目减少配置,也不要为了追求可靠性而盲目增加建设水平和备份;相反,它应该基于电源。设备的实际要求,参照相关标准,并按要求等级设置。同时,在参考相关标准时,要注意根据我国国情进行适当调整;结合我国国情和企业的实际情况,使所配置的供电系统能够各方面均衡协调,达到预期的效果。
2.2注重节能环保
在今天';我国日益稀缺的不可再生能源资源,随着数据中心能耗的快速增加和电价的逐步上涨,必然要求采取一切必要的技术措施和管理方法,建设更加节能环保的数据中心。
虽然PUE值在衡量数据中心是否节能环保方面有一定的局限性,但在当前IT行业,评价数据中心是否节能最常用、最重要、最直观的指标仍然是PUE值。它表示机房内配置的所有基础设施的总功耗与维持It设备本身正常运行所需的功耗之间的相对比率,以支持It设备的正常运行。应该注意的是,有意义的PUE值不应该是瞬时值,而应该是某一时期(例如,1年)的平均值。
虽然供电系统的节能效果不是决定数据中心是否节能的决定性因素,但其对降低PUE值的作用也是不可或缺的。我们对国内多个数据机房的PUE值进行了调查,发现在实际运行的多个机房中,PUE值高达2.5以上。在一些计算机房,供电系统的消耗导致PUE值上升0.3或更多。这固然与系统实际运行负荷远低于设计和建设能力有关,但在供电系统的设计和建设中,节能降耗没有得到充分考虑也是一个非常重要的原因。此外,供电系统建设中的许多环节都涉及到环境保护,如自备发电机组的治理和降噪、铅酸蓄电池的回收等。在设计和施工阶段,必须制定相应的计划和方案。准备好了。因此,保证节能环保是供电系统设计和建设的必要因素。
在保证供电系统安全可靠、不增加过多系统投资的前提下,提高供电系统效率的手段还有很多,可分为以下几个方面。
2.2.1优化体系结构
在设计和建设数据中心供电系统时,应根据负荷能力、供电距离及分布、用电设备特点等因素,合理选择集中供电方式或分散供电方式,合理选择导线截面和线路敷设方案,减少导线用量。减少配电线路的损耗。根据机房的总体布局和规划,合理布置动力机房,使电源尽量靠近负荷中心,减少因送电距离长而造成的损耗。
另外,在变配电系统结构和UPS系统结构方面,适当采用新型的组织结构,以适当的价格获得适当的安全性、可靠性和节能效果。例如,在三总线UPS系统中,其UPS设备的利用率从双总线UPS系统的不足50%提高到最高66.7%,从而提高了UPS系统的利用效率,降低了能耗。
2.2.2选择新产品、新技术
采用新产品和节能设备,可减少设备消耗;提高了系统的整体节能效果。是通信局供电系统节能的一项重要措施。
就新兴电力产品而言,如非晶合金干式变压器,其空载损耗明显低于普通干式变压器,可节省变压器年运行成本。虽然初期设备投资会比使用普通干式变压器要大,但如果考虑到整个寿命的整体成本,可能对非晶合金干式变压器更为有利。例如高压直流电源系统。这种供电方式省去了逆变环节带来的损耗,与传统的工频UPS相比,效率大大提高;而且,直流系统的维护方法维修人员比较熟悉,控制元件和模块比UPS更容易维护;另外,系统的电池直接连接到负载端,提高了系统的可靠性。另一个例子是高频UPS设备(包括模块化UPS),与传统的6脉冲和12脉冲工频UPS相比,在效率上有明显的优势。
在新兴的节能技术方面,一些UPS产品目前有;动态休眠;和;交流直接供电;技术,而有些服务器;内置电池;功能。这些技术改变了传统UPS系统的运行方式,大大提高了UPS系统的整体效率,甚至可以达到99%。
新产品、新技术是对现有产品和技术措施的改进。在保证系统安全等因素的前提下,积极采用这些新兴产品和技术。它们往往能在节能降耗方面发挥非常重要的作用。效果显著。
2.2.3合理的设备配置
a) 合理计算和选择设备的容量和配置数量。调查中发现,PUE值大于2.5的机房,其建筑容量往往远大于实际荷载。由于这些机房中的大量设备都是在轻负荷下运行,各个环节的效率远远低于系统设计效率。因此,在设计和建设数据中心时,首先要对近期和远期的发展进行周密的规划或预测,然后根据近期和远期的发展逐步分批建设供电系统,以最大限度地提高设备的利用率和使用效率。达到最佳状态。
b) 补偿设备配置。通过无功补偿,可以提高设备的运行功率因数,降低线路的运行电流。在建设供电系统时,应注意就地补偿和集中安装。使补偿后的供电系统负载功率因数达到0.9甚至0.95以上[第2.2.4页合理选择电线和敷设方式
a) 布线时,优化布线,尽量减少导线长度,减少不必要的浪费。
b) 在供电线路较长的情况下,在满足敷设条件、载流能力、热稳定性、保护配合、电压降等要求的前提下,适当增大导线截面,减少线损。
2.3考虑到维护管理的方便性
随着用电量的增加,供电系统的整体规模也在不断扩大。一座普通的通信大楼,其供电系统一般只引入2条干线,配备2至5台变压器和发电机,以及几套UPS系统和几套直流系统。大型数据中心甚至是大型数据库。其供电系统中变压器、柴油发电机、UPS系统的数量很容易达到几十台甚至几百台,备用电池的数量甚至可能达到几千台。成千上万。由于系统和设备众多,大型数据中心的维护工作量比传统电信大楼的维护工作量急剧增加。
因此,在数据中心供电系统的设计和建设中,必须考虑到后期使用和维护的方便性。为了便于后期使用和维护,在前期施工中应做好以下几方面的工作。
2.3.1必须提高系统的自动化程度
由于设备和系统太多,一旦发生故障,需要很长时间才能完全手动恢复,恢复时间越长容易造成业务中断。因此,系统应能在一定的情况下自动处理和排除一些简单的故障。例如,当一个主电源中断时,系统应能自动判断故障并自动切换到另一个主电源。再比如,在两次市电中断的情况下,系统应能自动启动柴油机继续保证供电。
2.3.2必须提高系统的智能化管理
由于设备和系统众多,完全依靠传统的人工抄表和记录方式很难很好地完成。这就需要在数据中心的设计和建设中建立一个完整的、智能化的监控管理系统。智能化系统取代了人工抄表甚至设备状态分析。
2.3.3尽量使系统简洁明了
简单的系统更便于负荷分配,也更便于故障查找和恢复。这对于提高系统的安全性具有重要意义,同时也大大降低了维护和管理的难度。例如,三总线UPS系统在节约投资和节能方面具有明显的优势,但在负荷分配和故障查找方面比单系统和双系统UPS更为复杂,为以后的维护和管理增加了一定的工作量。困难。因此,在设计和建设供电系统时,必须综合考虑合理的选择。
2.4降低建设成本
2.4.1建设理念是控制投资的基础
要控制供电系统的投资规模,首先要把握绿色数据中心供电系统的建设理念。先进的建设理念应该是定位合适的机房等级,同时要分步进行建设,保证系统的灵活性。其中,分步建设主要是指根据数据中心的中短期负荷需求,逐步建设供电系统。精心规划的分步建设,可以保证各阶段投入的资金是必要的,建设的供电系统不必因空置而浪费资金、增加能耗。保证系统的灵活性主要是指所要建设的供电系统能够灵活地适应各种负荷要求,灵活地增减安全等级,这就需要在系统设计的各个方面预留和接口[第2.4.2页采用新技术、新思路,减少投资
由于数据中心的供电系统非常庞大和复杂,在一些关键环节采用一些新的技术和思路往往能起到非常明显的节约投资的作用。例如,使用变压器直接插入负荷中心的系统结构对普通供电系统的投资影响很小。然而,它对大型数据中心供电系统的影响非常明显。
以一个3万平方米、平均设计负荷为6kW/柜的数据中心为模型进行计算。从表1可以看出:选择系统结构的变压器直接深入负荷中心,一个3万平方米的设计中心共可节省投资约1400万元。此外,还节省了大量的布线空间,减少了对大量低压电缆的需要,避免了布线的交叉和重叠,使布线更加顺畅,使施工更加简洁方便,相应地提高了系统的安全性。性。
再比如,在同一个数据中心用一台高压油机代替一台低压油机,面积3万平方米,平均每个机柜设计负荷6千瓦,通过计算,可以节省约2400万元的投资。采用三总线UPS系统结构代替双总线UPS系统结构,可节省机房电源投资约20%。这些新思想、新观念对节约投资、控制成本起到了重要作用。
三、结束语
数据中心的供电系统庞大而复杂。由高压配电系统、变压器、低压配电系统、备用单元系统、UPS系统、直流系统、备用电池系统、监控管理系统等十多个子系统组成,由成千上万的设备组成。其中,影响供电系统建设投资和使用效果的关键因素不计其数,甚至任何环节的瓶颈或不协调环节都会影响供电系统的整体效果。因此,构建合理的绿色数据中心供电系统,必须从实际需要出发,精心规划设计,把握好安全可靠、节能环保、维护管理方便四个重点目标的协调,降低建设成本。团结一致。
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