三大新型節能技術在IDC的應用

中國電信股份有限公司北京分公司 | 趙曉峰 林武雋

目前的各類新節能技術層出不窮，各種技術在區域上的應用也不盡相同，北京電信正在通過試點多種IDC新型節能技術替代傳統耗能的電源、空調等基礎設施。

北京電信自2006年開始著眼于推進企業精確化管理和低成本運營，對各類機房節能工作高度重視，從工作組織、節能規范、技術論證、投資預算等多個方面做了大量工作。

截止到2011年底，通過全面規劃建設節能型機房、應用飛輪儲能引領通信業儲能方式的革命、建設并運維國內首屈一指的冰蓄冷系統、推廣DPS分散式供電系統、在核心機房應用高壓發電機組及模塊化UPS、在數據中心全面應用節能機電一體化產品和節能機柜、大力推廣新風空調，同時積極進行類超導陶瓷節電、熱管、太陽能、服務器節能、智能空調節能等各類新技術，已經向大氣層減少排放超過6000萬公斤的二氧化碳。

其中，飛輪儲能系統、冰蓄冷系統、分散式供電系統是北京電信在國內及業界率先應用的新型節能技術，其配合相應的機房建設規范，在IDC的節能減排方面效果顯著。

磁懸浮飛輪儲能在業內的首次應用

飛輪儲能技術是一種新興的儲能技術。其基本原理是由電能將飛輪驅動到高速旋轉狀態，電能轉換為動能(圖1)。當需要電能時，飛輪減速，通過電動機發電將動能轉換成電能，從而實現電能的存入和釋放。相比傳統化學電池儲能充放電次數有限、對環境污染嚴重、對工作溫度要求高等缺點，飛輪儲能具有充放電次數巨大、運行壽命長、無污染、無環境溫度要求等優點，另外飛輪的儲能密度大、效率高、維護簡單，使得飛輪儲能系統已經從實驗室研究轉變為實際應用，并向產業化、市場化方向發展。

北京電信公司2011年率先在亦莊局綜合樓利用現有的部分供電設備及變配電系統搭建了一套真實的供電系統，對飛輪設備及油機等進行了聯動應用。經過測試，在一般情況下，數據中心的負載在50%以下，此時飛輪UPS的效率是97%，在40%帶載率時是96%；而傳統蓄電池這兩項數據分別是85%～87%和82%～83%。由于其系統效率很高，所以較之傳統蓄電池式UPS大大節省了耗電量。對于數據中心更有意義的是，帶載率越低時，飛輪節省的能量越多。

同時，飛輪UPS對環境的適應能力很強，可以在0℃到40℃之間正常運轉，它不會因外界因素而發生退化現象，機房內不需要配置空調系統，所以較之傳統蓄電池式UPS大大節省了空調系統運轉耗電量。相比蓄電池而言飛輪系統的節電率為可高達77.54%。

另外，飛輪儲能UPS節省空間，占地面積小，只相當于傳統蓄電池式UPS 1/4的占地面積。通過面積的節省會給數據中心運營也帶來一定的獲利。如果一個數據中心UPS的額定容量達到6 MVA，按數據中心機房年租金16萬元人民幣／m2的價格估算(北京地區)，那么采用飛輪儲能UPS的方案后，數據中心機房年租金的獲利這方面來講，每年大約能節省2400萬元人民幣。

DPS分散式供電系統的應用

DPS是一種全新的、為IDC機房設計的供電系統。它改變了傳統集中式UPS的供配電方式，將電源系統分散到每個機架當中。

DPS分散供電針對每一個機架單獨提供后備電源，同時采用高壓直流電池直接作為服務器后備電源（圖2）。正常情況下，市電直通，DPS模塊向服務器輸出交流電；當電網斷電時，DPS通過轉換開關切換到電池狀態，后備電池開始工作，向服務器輸出240V高壓直流電源。DPS采用磷酸鐵鋰電池作為后備電池。

該系統有三方面的優勢，第一，DPS系統由于采用后備式工作原理，其系統自損基本可以忽略不計，較傳統N+1冗余模式的UPS系統效率提升8%左右。因此，節約了大量電能。且DPS系統自身散熱較少，不需要單獨建設電力室，節約了電力室空調的耗電及二氧化碳的排放。

第二，DPS產品重量較輕，不需要對機房承重提出單獨要求，在大樓建設初期節約了鋼筋及混凝土用量，間接做到節能減排。

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系統采用磷酸鐵鋰電池，其轉換效率約為95%，較傳統的UPS系統采用的鉛酸蓄電池更加節能、高效和環保。

國內首屈一指的冰蓄冷系統

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

北京電信節能型機房主要標準和規范

北京電信結合數據中心不同客戶群需求和機房制冷送風方式差異，參照集團公司相關規范，相繼制訂并頒布了《北京電信數據中心機房電源空調設備基本配置標準》以指導和控制投資、《北京電信數據中心機房空調環境設計規范》以降低運行能源支出。

1.數據中心機房電力能耗按照建筑面積每平米1.5KVA設計，數據中心機房客戶設備用電按照建筑面積每平米1KVA容量考慮，有效提高能源產出比；

2.優先采用機房下送風制冷方式，相鄰機列相向、反向排列，機柜底部設置送風口并安裝導流板，列間形成冷熱通道，在熱通道上方安裝強制回風管路，使氣流組織更完善，充分發揮空調系統的制冷效率，減少電能損耗節約能源；

3.發電機按照雙路市電供電容量的50%配置，即保證供給單路中斷時的應急供電，減少發電設備投資；發電機組具備并機運行、市電中斷自動發電能力；

4.由于發電機組具備自動發電能力，除災備中心客戶UPS蓄電池后備時間按照集團規范保證30分鐘以上，其余客戶蓄電池后備時間調整為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），同時降低設備的充電電流，有效地減少了能源消耗。的時期，把儲存的冷量釋放出來，從而滿足建筑物空調負荷的需要，實現用電負荷的“移峰填谷”。通俗地說，就是利用夜間0.3元的電費做白天1元電費的事，最大限度實現中央空調用戶能源運行費用的節省。

冰蓄冷的最終目的是為電網削峰平谷，實現能源的合理利用（圖3）。就技術本身而言，基本在所有大中型空調系統的場合都能應用，但考慮到其制冷原理較普通空調多一次能量轉換，必然帶來更多能耗的消費，如果沒有合適的分時電價結構和相關優惠政策，很難起到節約成本的目的。所以一般認為在電價結構合理、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，該系統具有五方面的優勢。

1.利用低谷電價，冰蓄冷系統的運行費用比常規電制冷空調系統減少38%左右。

2.制冷主機冗余數量可以減少，可以使用雙工況機組作為制冷冗余配置，可減少制冷主機的裝機容量和功率30%-50%，大幅度降低設備初投資費用。

3.冰蓄冷系統中的冷凍水溫度可降到1－4℃，能夠實現大溫差、低溫送風，滿足數據機房高負荷冷源供應需求，為未來云技術平臺高冷量需求奠定基礎。

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

5.減少煙塵和CO2的排放量，具有環保效益。

以北京電信永豐冰蓄冷系統為例，設定夜間制冰時間為8小時，冰蓄冷系統每年節約運行資金超過400萬元，為通信生產帶來相當豐厚的回報。

目前的各類新節能技術層出不窮，各種技術在區域上的應用也不盡相同，在這種環境下，北京電信針對自身業務情況，重點解決IDC機房的能耗問題，立志成為通信行業節能工作的領頭兵。