數(shù)據(jù)中心大工業(yè)用電盈虧平衡分析

邵正忠

（中國電信股份有限公司南京分公司，江蘇 南京210008）

0 引 言

工業(yè)和信息化部、電監(jiān)會等五部委聯(lián)合發(fā)文明確“數(shù)據(jù)中心，符合大工業(yè)用電條件要求的可執(zhí)行大工業(yè)用電電價”（見工信部聯(lián)通〔2013〕13號）。但是通信企業(yè)對大工業(yè)用電的計費(fèi)方式不是太了解，選擇何種計費(fèi)方式、在何種情況下采用大工業(yè)用電節(jié)省電費(fèi)顯得尤為重要。

1 大工業(yè)用電計費(fèi)規(guī)則

大工業(yè)用電一般采用“兩部制電價”，就是將電價分為基本電價和電度電價兩部分，計算電費(fèi)時將按用電容量乘以基本電價和按電量乘以電度電價所得的電費(fèi)之和作為總電費(fèi)的計算辦法。即：

基本電費(fèi)＝用電容量×基本電價；

電度電費(fèi)＝電度電量×電量電價；

電費(fèi)＝基本電費(fèi)＋電度電費(fèi)＝用電容量×基本電價＋電度電量×電量電價。

其中，用電容量有兩種選取方式，一種是按受電變壓器容量（即變壓器容量）計取，稱為容量計費(fèi)；一種是按企業(yè)用電最大需量計取，稱為需量計費(fèi)。計算時兩者選其一。電度電量指電度表計量的電費(fèi)，每月按表讀數(shù)。

采用需量計費(fèi)時，若需量不足容量的40%，按40%計取。

基本電費(fèi)與電量電費(fèi)各省市不一致，下面舉例分析時以南京市的電價為例，如表1、表2所示。

表1 電量電價（單位：元／度）

表2 基本電價

2 大工業(yè)用電方案

為了比較不同大工業(yè)用電方案的優(yōu)劣及其適用場景，分別采用不同的模型進(jìn)行分析。

以下為分析的已知條件：

A．假設(shè)總負(fù)載（含空調(diào)）是一個相對恒定的負(fù)載X，單位kva；

B．假設(shè)月峰段平均PUE＝月平段平均PUE＝月谷段平均PUE；

C．假設(shè)功率因數(shù)為0．95；

D．變壓器容量為Y，單位kva；

E．負(fù)載系數(shù)η＝X／Y；

F．月計算天數(shù)為30。

2．1 采用容量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0）

假設(shè)非機(jī)房類負(fù)載為0；則：

未采用大工業(yè)用電時：

月電費(fèi)1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電容量計費(fèi)時：

月電費(fèi)2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×30；

若，節(jié)電費(fèi)＝月電費(fèi)1－月電費(fèi)2＞0，則η＞26．3%；

節(jié)電率＝1－月電費(fèi)2／月電費(fèi)1＝19．22%－5%／η＜14．22%。

采用容量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0）節(jié)電率見圖1。

圖1 采用容量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0）節(jié)電率

結(jié)論：采用容量計費(fèi)，當(dāng)負(fù)載率大于26．3%時，采用大工業(yè)用電節(jié)省電費(fèi)。滿載時，節(jié)電率最大為14．22%。

2．2 采用需量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0，未進(jìn)行市電切換）

假設(shè)：非機(jī)房類負(fù)載為0。最大需量自動采集。對于兩路市電母聯(lián)供電的場合，未開展市電倒換由母聯(lián)帶全部負(fù)載。則：

未采用大工業(yè)用電時：

月電費(fèi)1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電需量計費(fèi)時：

當(dāng)η＞40%時，

月電費(fèi)2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋X×40；

節(jié)電費(fèi)＝月電費(fèi)1－月電費(fèi)2＞0，恒成立。

節(jié)電率為：12．48%。

當(dāng)η＜40%時，

月電費(fèi)2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×40%×40；

若，節(jié)電費(fèi)＝月電費(fèi)1－月電費(fèi)2＞0，則η＞14．0%；

節(jié)電率＝1－月電費(fèi)2／月電費(fèi)1＝19．22%－2．7%／η＜12．48%。

采用需量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0，未進(jìn)行市電切換）節(jié)電率見圖2。

結(jié)論：不考慮市電倒換造成需量增加一倍時的情況，需量占變壓器容量大于14%，采用大工業(yè)用電節(jié)省電費(fèi)。負(fù)載系數(shù)大于40%時，節(jié)電率始終為12．48%。

2．3 采用需量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0，考慮市電切換）

假設(shè)：非機(jī)房類負(fù)載為0。最大需量自動采集，對于兩路市電母聯(lián)供電的場合，考慮開展市電倒換由母聯(lián)帶全部負(fù)載，需量增加一倍的情況。則：

圖2 采用需量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0，未進(jìn)行市電切換）節(jié)電率

采用一般用電時：

月電費(fèi)1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電需量計費(fèi)時：

當(dāng)η＞20時，

月電費(fèi)2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋2×X×40；

節(jié)電費(fèi)＝月電費(fèi)1－月電費(fèi)2＞0，恒成立。

節(jié)電率為：5．73%

當(dāng)η＜20%時，

月電費(fèi)2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋2×Y×40%×40；

節(jié)電費(fèi)＝月電費(fèi)1－月電費(fèi)2＜0，恒成立。

節(jié) 電 率 ＝1－月 電 費(fèi) 2／月 電 費(fèi) 1＝19．22%－13．49%／η＜－48．23%。

采用需量計費(fèi)時（非機(jī)房類負(fù)載為0，考慮市電切換）節(jié)電率見圖3。

圖3 采用需量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載為0，考慮市電切換）節(jié)電率

結(jié)論：采用需量計費(fèi)時，考慮到市電倒換造成需量增加一倍時的情況，負(fù)載系數(shù)大于20%時，節(jié)電率始終為5．73%。負(fù)載率低于20%時，采用大工業(yè)用電不節(jié)省電費(fèi)。

2．4 需量與容量比較（非機(jī)房類負(fù)載為0，不考慮市電切換）

假設(shè)非機(jī)房類負(fù)載為0，最大需量自動采集。對于兩路市電母聯(lián)供電的場合，未開展市電倒換由母聯(lián)帶全部負(fù)載。

容量計費(fèi)時：

月電費(fèi)1＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×30；

需量計費(fèi)時：

當(dāng)η＞40%時，

月電費(fèi)2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋X×40；

若，月電費(fèi)2＜月電費(fèi)1，則η＜75%；

當(dāng)η＜40%時，

月電費(fèi)2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×40%×40；

月電費(fèi)2＜月電費(fèi)1，恒成立。

結(jié)論：在容量計費(fèi)與需量計費(fèi)方案比較時，不考慮市電切換造成的需求倍增，當(dāng)負(fù)載系數(shù)低于75%時，采用需量計費(fèi)比容量計費(fèi)節(jié)省電費(fèi)。

圖4 需量與容量比較（非機(jī)房類負(fù)載為0，不考慮市電切換）

2．5 采用需量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載不為0，不考慮市電切換）

假設(shè)最大需量自動采集，不考慮市電切換時需量增加一倍的情況。

非機(jī)房類負(fù)載＝αX，單位kva。其中α為非機(jī)房類負(fù)載系數(shù)。

機(jī)房類負(fù)載＝（1－α）X，單位kva。

則：

采用一般用電時：月電費(fèi)1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電需量計費(fèi)時：

當(dāng)η＞40%時，

月電費(fèi)2＝（1－α）X×0．95×1．112×8×30＋（1－α）X×0．95×0．667×8×30＋（1－α）X×0．95×0．322×8×30＋αX×0．95×24×30×0．867＋X×40；

節(jié)電費(fèi)＝月電費(fèi)1－月電費(fèi)2＞0，恒成立。

節(jié)電率＝12．48%－19．22%α；

當(dāng)α＝20%時，節(jié)電率為8．64%。

當(dāng)η＜40%時，

月電費(fèi)2＝（1－α）X×0．95×1．112×8×30＋（1－α）X×0．95×0．667×8×30＋（1－α）X×0．95×0．322×8×30＋αX×0．95×0．867×24×30＋Y×0．4×40；

若，節(jié)電費(fèi)＝月電費(fèi)1－月電費(fèi)2＞0，則η＞14．04%／（1－α）；

節(jié)電率＝19．22%－19．22%α－2．7%／η；

當(dāng)α＝20%，η＝30%時，節(jié)電率為6．38%。

結(jié)論：總電量中當(dāng)非機(jī)房類負(fù)載較大時，會降低節(jié)電率。若辦公電費(fèi)占到20%，節(jié)電率下降3．84%。

圖5 采用需量計費(fèi)（非機(jī)房類負(fù)載不為0，不考慮市電切換）節(jié)電率

3 結(jié) 論

綜上所述，可得出如下結(jié)論：

（1）數(shù)據(jù)中心一般采用雙路市電供電。當(dāng)初期負(fù)載較低時，采用大工業(yè)用電并不經(jīng)濟(jì)。

（2）非通信負(fù)荷占比較高時，會影響節(jié)電率，要將非通信負(fù)荷減少到最低，必要時可以從供電公司單獨(dú)引一路市電。

（3）在容量計費(fèi)與需量計費(fèi)方案比較時，不考慮市電切換造成的需量倍增，當(dāng)負(fù)載系數(shù)低于75%時，采用需量計費(fèi)較經(jīng)濟(jì)。考慮到電池充電及空調(diào)冗余，一般通信負(fù)荷低于75%，適用于此場景。

（4）對于雙路供電帶母聯(lián)的系統(tǒng)，考慮到市電切換造成的需量增加，負(fù)載系數(shù)大于20%時，節(jié)電率始終為5．73%，整體節(jié)電率有所下降，一年中建議減少市電帶負(fù)載倒換頻次。負(fù)載系數(shù)低于20%時，不宜帶負(fù)載切換。