據(jù)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前全國已經(jīng)形成了至少數(shù)百家大小不一的數(shù)據(jù)中心。而且，近2年以來，各運營商為了節(jié)約成本、便于管理、形成規(guī)模化效益，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模逐漸變得越來越大。巨大的用電容量給數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運營都帶來了巨大的壓力，因此，新一代或者說是下一代的數(shù)據(jù)中心，其發(fā)展趨勢必然是綠色數(shù)據(jù)中心。本文將主要從供電系統(tǒng)的角度出發(fā)，分析如何建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心。

一、什么是綠色數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)

綠色數(shù)據(jù)中心的本質(zhì)應(yīng)該是節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展，而不應(yīng)該只是簡單地追求降低PUE。從供電系統(tǒng)的角度看，主要應(yīng)包括保證安全可靠性、保證節(jié)能環(huán)保、保證維護管理方便、降低建設(shè)成本4個方面的內(nèi)容。

這4個方面是相互關(guān)聯(lián)而又互相影響的，甚至在不少情況下還是相互矛盾的。比如：要保證系統(tǒng)的安全可靠性，最簡單的手段就是增加備份;而增加了系統(tǒng)的備份，一方面降低了設(shè)備的利用率、降低了系統(tǒng)的效率，不利于節(jié)能減排;另一方面又增加了設(shè)備，不利于降低建設(shè)成本。而另一些手段在適當(dāng)降低系統(tǒng)可靠性的情況下，可以大大降低系統(tǒng)的建設(shè)成本，但是，同時卻又會增加維護管理的難度。


因此，建設(shè)合理的綠色數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)，不是一味追求某一項指標(biāo)的最優(yōu)化，而是應(yīng)該根據(jù)實際的需要，在保證安全可靠性、保證節(jié)能環(huán)保、保證維護管理方便、降低建設(shè)成本這4個要點中找出一個平衡點，建設(shè)出既節(jié)能環(huán)保，又安全可靠、經(jīng)濟適用的系統(tǒng)。

二、如何建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)

2.1保證安全可靠性

供電系統(tǒng)是整個通信系統(tǒng)的動力來源，它相當(dāng)于一個人的“心臟和血管”，負(fù)責(zé)把能量輸送到系統(tǒng)的每一臺設(shè)備。供電系統(tǒng)能夠正常工作，是其他所有系統(tǒng)能夠正常工作的前提和基礎(chǔ)。因此，綠色數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)首先應(yīng)該是安全可靠的。

然而，由于數(shù)據(jù)中心功耗巨大的特點，使得數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的整體規(guī)模和系統(tǒng)復(fù)雜性都大大高于一般通信工程中的供電系統(tǒng)，這又導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的投資規(guī)模和投資比例迅速上升。在一個數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本中，供電系統(tǒng)往往是整個數(shù)據(jù)中心投資最大的;如果不考慮服務(wù)器設(shè)備的投資，供電系統(tǒng)的投資甚至能超過整個數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本的50%。再考慮到一些數(shù)據(jù)中心是以盈利為目標(biāo)而建 設(shè)的，所以，在建設(shè)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)時，往往又不能像普通的通信工程一樣，為了保證系統(tǒng)安全可靠性，將設(shè)備配置和備份做得過大。

正因為上述因素，在現(xiàn)行的數(shù)據(jù)中心相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，不論是國際上的一些標(biāo)準(zhǔn)還是我國的國家標(biāo)準(zhǔn)又或是三大運營商的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都提倡根據(jù)數(shù)據(jù)中心運營業(yè)務(wù)的重要性，設(shè)定不同的建設(shè)等級。根據(jù)不同的建設(shè)等級，來控制系統(tǒng)的投資規(guī)模，區(qū)分系統(tǒng)的安全性級別，以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)需要。

目前，在市場上各運營商及客戶主要參照的標(biāo)準(zhǔn)有國際標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》(TIA942)和國標(biāo)《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》(GB50174)，另外，國際評級機構(gòu)UPTIME也對數(shù)據(jù)機房的等級進行了劃分。TIA942和UPTIME在最近2年均有新版發(fā)布，它們均把數(shù)據(jù)機房劃分為4個等級;而GB50174是2008年編制的，則把數(shù)據(jù)機房劃分為3個等級。不論哪個標(biāo)準(zhǔn)，均按照從低到高的順序，對每個等級應(yīng)配置的設(shè)備、應(yīng)進行什么樣的備份、應(yīng)達到什么程度的安全可靠性進行了詳細(xì)的規(guī)定。

在這些標(biāo)準(zhǔn)中，GB50174的編制時間相對較早，對等級劃分和設(shè)備配置上都存在不少需要改進的地方，目前正處于修訂階段。而TIA942和UPTIME由于是最新修訂版，它們修正了以前版本中諸如儲油時間過長等不合適的要求，同時，設(shè)置4個建設(shè)級別，使層次更加分明，具備較好的參考價值。但是，這些國際標(biāo)準(zhǔn)中的一些要求并不一定適合中國的國情，比如蓄電池的后備時間，在TIA942中按照等級從低到高規(guī)定了5、7、10和15min，共4種最少時間要求，這一項時間要求對于中國的現(xiàn)行設(shè)備狀況和維護水平而言就相對偏短。再比如T4級別中要求的高達20年的蓄電池使用壽命，對于中國目前運營企業(yè)的采購方式和普遍所采用的設(shè)備而言，又顯得太長了。

因此，保證數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的安全可靠性，是一個相對的概念，不應(yīng)為了節(jié)省投資而一味降低配置，也不能為了追求可靠性而隨意提高建設(shè)等級、盲目增加備份;而是應(yīng)根據(jù)所供電設(shè)備的實際需求，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按照需要的等級來設(shè)置。同時，在參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，一定要注意結(jié)合中國國情和企業(yè)的實際情況進行適當(dāng)調(diào)整，使得配置出的供電系統(tǒng)在各方面均衡協(xié)調(diào)，才能達到希望的效果。

2.2重視節(jié)能環(huán)保

在不可再生能源資源日益稀缺的今天，隨著數(shù)據(jù)中心能耗的急劇增加和電價的逐漸上漲，必然要求盡可能地采取各種必要的技術(shù)措施和管理手段來建立更加節(jié)能、環(huán)保的數(shù)據(jù)中心。

雖然PUE值在衡量一個數(shù)據(jù)中心是否節(jié)能環(huán)保上具有一定的局限性，但在目前的IT行業(yè)中，最常用、最重要和最直觀的評估數(shù)據(jù)中心是否節(jié)能的指標(biāo)仍舊是PUE值。它代表為支持IT設(shè)備的正常運行，機房所配置的所有基礎(chǔ)設(shè)施所消耗的總功耗與維持IT設(shè)備本身的正常運行所需的功耗之間的相對比值。需要說明的是，有意義的PUE值不應(yīng)該是一個瞬時值，而應(yīng)該是在某一個時間段(比如1年)內(nèi)的平均值。

供電系統(tǒng)的節(jié)能效果雖然不是決定一個數(shù)據(jù)中心是否節(jié)能的決定因素，但其對于降低PUE值的作用，同樣不可或缺。我們調(diào)查了國內(nèi)多個數(shù)據(jù)機房的PUE值，發(fā)現(xiàn)在不少實際運行的機房中，PUE值竟然高達2.5以上。而其中一些機房，僅供電系統(tǒng)的消耗就使得PUE值升高了0.3或更多。這固然和系統(tǒng)實際運行負(fù)荷遠低于設(shè)計建設(shè)容量有關(guān)，但在供電系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)時，沒有充分考慮節(jié)能降耗也是一個非常重要的原因。另外，供電系統(tǒng)建設(shè)中有不少環(huán)節(jié)涉 及對環(huán)境的保護，比如自備發(fā)電機組廢氣的治理和噪聲的降低，對鉛酸蓄電池的回收等，都需要在設(shè)計建設(shè)階段就做好相應(yīng)的方案和準(zhǔn)備。因此，保證節(jié)能環(huán)保是供電系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)時的一個必要因素。

在保證供電系統(tǒng)安全可靠性和不過多增加系統(tǒng)投資的前提下，提高供電系統(tǒng)的效率仍舊有許多手段，主要可以分為以下幾個方面。

2.2.1優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在設(shè)計建設(shè)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷容量、供電距離及分布、用電設(shè)備特點等因素合理選擇集中供電或分散供電方式，合理選擇導(dǎo)線截面、線路敷設(shè)方案，從而降低導(dǎo)線的使用量，降低配電線路損耗。根據(jù)機房的總體布局以及規(guī)劃情況，合理布置電力機房，使供電電源盡量靠近負(fù)荷中心，減少較長送電距離造成的損耗。

另外，在變配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面，適當(dāng)采用新型的組織結(jié)構(gòu)，以適當(dāng)?shù)拇鷥r獲取合適的安全可靠性和節(jié)能效果。比如三母線UPS系統(tǒng)，其UPS設(shè)備的使用率從雙母線UPS系統(tǒng)的50%以下上升到最大66.7%，從而提高了UPS系統(tǒng)的使用效率，減小了能源消耗。

2.2.2選用新產(chǎn)品和新技術(shù)

用新產(chǎn)品及節(jié)能型設(shè)備可減少設(shè)備的自身能耗，提高系統(tǒng)的整體節(jié)能效果，是通信局房供電系統(tǒng)節(jié)能的重要措施。

在新興的電源產(chǎn)品方面，如非晶合金干式變壓器，其空載損耗比普通干式變壓器有非常明顯的降低，可以節(jié)省變壓器年運行費用。雖然初期設(shè)備投資會比采用普通干式變壓器大，但如果考慮全壽命期內(nèi)的綜合成本，反而是非晶合金干式變壓器可能更有優(yōu)勢。比如高壓直流供電系統(tǒng)，該供電方式由于省去了逆變環(huán)節(jié)，節(jié)約了該項損耗，效率相對傳統(tǒng)的工頻UPS大為提高;而且，直流系統(tǒng)的維護方式對于維護人員來說比較熟悉，控制器件和模塊均比UPS容易維護;另外該系統(tǒng)的蓄電池直接接在負(fù)載端，也提高了系統(tǒng)的可靠性。再比如高頻UPS設(shè)備(包括模塊化UPS)，相對傳統(tǒng)的6脈沖、12脈沖工頻UPS在效率方面有較明顯的優(yōu)勢。

在新興的節(jié)能技術(shù)方面，目前一些UPS產(chǎn)品具備了“動態(tài)休眠”和“交流直供”技術(shù)，而一些服務(wù)器則具備了“電池內(nèi)建”的功能，這些技術(shù)都改變了傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)運行方式，使得UPS系統(tǒng)的整體效率大大得到提升，甚至最高能夠提高到99%以上。

新產(chǎn)品和新技術(shù)，是對現(xiàn)有的產(chǎn)品和技術(shù)措施的改進，在保證系統(tǒng)安全性等因素的前提下，應(yīng)該積極采用這些新興的產(chǎn)品和技術(shù)，它們往往能夠?qū)?jié)能降耗起到非常重要而顯著的作用。

2.2.3合理進行設(shè)備配置

a)合理計算、選擇設(shè)備的容量及配置數(shù)量。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，PUE值高于2.5的機房的建設(shè)容量往往遠大于實際使用負(fù)荷。這些機房由于大量設(shè)備都在輕載運行，導(dǎo)致各環(huán)節(jié)的效率都遠低于系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，在設(shè)計建設(shè)數(shù)據(jù)中心時，應(yīng)首先認(rèn)真對近遠期的發(fā)展情況進行規(guī)劃或預(yù)測，然后根據(jù)近遠期的發(fā)展情況，逐步、分批建設(shè)供電系統(tǒng)，使設(shè)備的利用率和使用效率盡量達到最優(yōu)。

b)補償設(shè)備的配置。通過無功補償可以提高設(shè)備的運行功率因數(shù)，降低線路的運行電流。在建設(shè)供電系統(tǒng)時，應(yīng)注意就地補償，集中裝設(shè)。使補償后供電系統(tǒng)的負(fù)荷功率因數(shù)達到0.9甚至0.95以上。[page]2.2.4合理選擇導(dǎo)線和布放方式

a)布放導(dǎo)線時，應(yīng)優(yōu)化導(dǎo)線路由，盡量減少導(dǎo)線長度，減少不必要的浪費。

b)對于供電線路較長的情況，在滿足敷設(shè)條件、載流量、熱穩(wěn)定、保護配合及電壓降要求的前提下，適當(dāng)增加導(dǎo)線截面來降低線路損耗。

2.3兼顧維護管理方便

隨著功耗的上升，供電系統(tǒng)的整體規(guī)模也不斷增加。一個普通的通信機樓，其供電系統(tǒng)一般僅引入2路市電，配置2~5臺變壓器和油機以及幾套UPS系統(tǒng)和幾套直流系統(tǒng)。而一個大型數(shù)據(jù)中心甚至是一個大型的數(shù)據(jù)基地，其供電系統(tǒng)所配置的變壓器、油機、UPS系統(tǒng)的數(shù)量動輒就是幾十套甚至數(shù)百套，后備蓄電池的數(shù)量更是可能多達上千套和上萬只。如此眾多的系統(tǒng)和設(shè)備，使得大型數(shù)據(jù)中心維護工作量比傳統(tǒng)通信機樓的維護工作量有一個飛躍性的增長。

因此，在設(shè)計建設(shè)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)時，必須考慮后期使用維護的方便性。要做到后期使用維護方便，就應(yīng)該在前期建設(shè)時做好如下幾個方面的內(nèi)容。

2.3.1必須提高系統(tǒng)的自動化程度

如此眾多的設(shè)備和系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障，完全靠人工來進行恢復(fù)需要的時間可以想象肯定較長，而較長的恢復(fù)時間往往容易引起業(yè)務(wù)中斷。因此，系統(tǒng)應(yīng)能在一定情況下，自動處理和解除一些簡單的故障。比如一路市電中斷的情況，系統(tǒng)應(yīng)能自動判斷故障情況并自動轉(zhuǎn)換到另一路市電。再比如兩路市電全部中斷的情況下，系統(tǒng)應(yīng)能自動啟動油機繼續(xù)保障供電。

2.3.2必須提高系統(tǒng)的智能化管理

如此眾多的設(shè)備和系統(tǒng)，完全靠傳統(tǒng)的人工抄表記錄等模式，實在是難以很好地完成。這就要求數(shù)據(jù)中心在設(shè)計建設(shè)時，同時建立完善的、智能化的監(jiān)控管理系統(tǒng)。由智能化的系統(tǒng)來替代人工進行抄表甚至是設(shè)備狀況分析等工作。

2.3.3盡量使系統(tǒng)更簡潔清晰

簡潔的系統(tǒng)更方便負(fù)荷分配、也更方便故障的查找和恢復(fù)，對提高系統(tǒng)安全性的意義重大，也大大降低了維護管理的難度。比如三母線的UPS系統(tǒng)，其在節(jié)約投資和節(jié)能降耗方面都具有非常明顯的優(yōu)勢，但其在負(fù)荷分配和故障查找上比單系統(tǒng)和雙系統(tǒng)UPS都要復(fù)雜，給后期維護管理增加了一定的困難。因此，在設(shè)計建設(shè)供電系統(tǒng)時，就要綜合考慮，合理取舍。

2.4降低建設(shè)成本

2.4.1建設(shè)理念是控制投資的基礎(chǔ)

控制供電系統(tǒng)的投資規(guī)模首先要把握好綠色數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的建設(shè)理念。先進的建設(shè)理念應(yīng)該是定位合適的機房等級，同時在建設(shè)時應(yīng)盡量做到分步建設(shè)和保證系統(tǒng)的靈活性。其中，分步建設(shè)主要是指要結(jié)合數(shù)據(jù)中心的近遠期負(fù)荷需求情況，逐步建設(shè)供電系統(tǒng)。規(guī)劃良好的分步建設(shè)可以保證每期投入的資金都是必須的，保證建設(shè)的供電系統(tǒng)不必因為空置而浪費資金、增加能耗。保證系統(tǒng)靈活性則主要是指使建設(shè)的供電系統(tǒng)能夠靈活地適應(yīng)各種負(fù)荷需求、靈活地提高安全等級或降低安全等級，這就需要在系統(tǒng)設(shè)計上做好各方面的預(yù)留和接口。[page]2.4.2采用新技術(shù)、新思路節(jié)減投資

由于數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)非常龐大而復(fù)雜，在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用一些新的技術(shù)和思路，往往能夠?qū)?jié)省投資起到非常明顯的作用。比如，采用變壓器直接 深入負(fù)荷中心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在普通的供電系統(tǒng)中對投資的影響不算很大，然而，對于規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)則效果非常明顯。

以一個30000m2，平均每機柜設(shè)計負(fù)荷為6kW的數(shù)據(jù)中心為模型進行計算。由表1可以看出：選擇變壓器直接深入負(fù)荷中心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一個30000m2規(guī)模的設(shè)計中心總計可節(jié)約的投資在1400萬元左右。另外，還節(jié)約了大量的走線空間，減少了大量低壓電纜的走線通道需求，避免了線路的交叉重疊敷設(shè)，使走線路由更通暢，使施工更簡潔方便，相應(yīng)也提高了系統(tǒng)的安全性。

再比如，采用高壓油機替代低壓油機的方案，在同樣一個30000m2，平均每機柜設(shè)計負(fù)荷為6kW的數(shù)據(jù)中心里，經(jīng)過計算可以節(jié)省高達約2400萬元左右的投資。而使用三母線的UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)替代雙母線的UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省機房電源部分約20%左右的投資。這些新思路、新理念對于節(jié)省投資、控制成本的作用是不可忽視的。

三、結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，它是由高壓配電系統(tǒng)、變壓器、低壓配電系統(tǒng)、備用機組系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、后備電池系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)等十多個子系統(tǒng)、上百種、成千上萬臺設(shè)備組成的。這其中影響供電系統(tǒng)建設(shè)投資和使用效果的關(guān)鍵因素數(shù)不勝數(shù)，甚至是任一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸或者不協(xié)調(diào)，都會影響到供電系統(tǒng)的整體效果。因此，要建設(shè)合理的綠色數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)，必須從實際需求出發(fā)、認(rèn)真細(xì)致地進行規(guī)劃設(shè)計、把握好保證安全可靠性、重視節(jié)能環(huán)保、兼顧維護管理方便、降低建設(shè)成本4個關(guān)鍵目標(biāo)的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。