數據中心電源系統的節能設計

馬鑫軍+余寧

摘 要 隨著氣候變暖、能源緊張等問題日益明顯，使得數據中心面臨著降低能源消耗等巨大挑戰，數據中心節能受到了越來越多的關注。綠色理念在數據中心的滲透，為數據中心未來發展指出了全新的發展方向。文章結合當前數據中心電源系統能耗現狀，從直流電源等角度探討數據中心電源系統節能措施，旨在為數據中心進一步發展提供更多參考。

【關鍵詞】數據中心 電源系統 節能

21世紀，互聯網時代背景下，數據中心在政府、銀行等領域得到了廣泛推廣和應用，在提高數據集成化處理等方面發揮著積極作用。數據中心運行建立在電源系統基礎之上，設備用電負荷高達數千瓦。在環保節能理念下，降低數據中心能耗成為當前其發展亟待解決的問題之一。

1 數據中心電源系統能耗現狀

互聯網數據中心電源系統，是一個綜合性、全面性供配電系統。該系統主要負責解決計算機設備供電、用電問題，且要兼顧其他設備供用電需求。通常來說，該系統是由電源系統、輔助及配套設備構成。

我國某運營商調研數據顯示，數據中心能耗呈現增長趨勢，尤其是一些IDC業務較好的大城市，數據中心能耗占比非常大，如上海數據中心能耗比例為25%，而北京超過50%。另外，很多規模較大的數據中心機房仍然采用的是傳統能耗較高的UPS系統，單機負載量介于10%～30%之間，多數集中在20%，產生了極大的能源消耗。可見數據中心電源系統能耗較大，運營商在盡量更新節能減排產品時，要加大研究力度，將綠色、節能理念滲透至數據中心電源系統建設中，以此來實現節能降耗目標。

2 數據中心電源系統節能設計

數據中心電源系統節能設計是一項系統性、復雜性工程，在實踐應用中，可以從如下幾個方面入手：

2.1 評價指標

二十世紀初，能量使用概率概念首次提出，即PUE。隨著數據中心建設日益深化，PUE概念受到了廣泛關注，在數據中心中的應用能夠幫助我們掌握當前能源消耗情況，并進行針對性調整。一般來說，數據中心節能的關鍵在于IT主設備負載效率、空調系統及供配電系統三個方面。因此在電源系統節能設計過程中要圍繞著這三個方面進行。

2.2 數據中心電源系統結構

目前，常用數據中心多采用大規模服務器、小型機，網絡運行安全性與電源系統穩定性存在密切聯系，對于電源系統安全性提出了更高要求。而計算機中心服務器等設備用電特性等要進行設計，比對不同方案優劣勢，選擇最佳方案，從而為數據中心電源系統運行奠定堅實的基礎，促進計算機中心能夠穩定、有序運行。因此結合相關規范來看，本文將電子信息系統劃分為三個等級，即A、B、C三級，并將數據中心電源系統劃分為交流供電與高壓直流供電兩種。

2.3 高壓直流系統

現代技術快速發展，新技術、新產品層出不窮，HVDC電源供電效率得到顯著提升，為數據中心節能設計帶來了更多發展機遇。HVDC供電具有無可比擬的優勢，其電池能夠直接與服務器輸入端相連，不需要添加任何逆變設備的處理，實現不間斷供電目標。同時，在擴容方面，較傳統模式更具便利性，后續維護簡便。該項技術的應用，在很大程度上提高了模塊功率密度，且整機效率也得到了顯著改善。通過在實踐中應用的比較，引入HVDC供電模式能夠有效降低PUE指標，促進數據中心供電朝著綠色化、現代化方向轉變。當市電直供時，系統僅是線路系統與配電損耗，系統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停電時間都在1小時以內，可考慮均在99.9%以上，同時我國江蘇省等其他地區停電時間在2小時以內，系統運行效率為99%。

2.4 優化空調系統

除了對高壓直流系統進行改造，還要加強對空調系統綜合節能的調整和優化，以此來提高空調運行有效性。在實踐中，可以采取如下措施實現節能目標。如針對大型數據中心，可以設置集中式冷凍水型恒溫恒濕空調，架空地板精確下送風，充分利用自然風，提高對資源的優化配置和利用率，以此來減少能源過度消耗。同時，還要合理設定機房溫濕度、分區精確供冷，以此來實現節能目標。在系統節能改造中，要充分考慮相關影響因素，如針對部分空調，可以去掉加濕功能，以此來消除空調在加濕過程中產生的過多能耗，提高系統使用針對性和科學性。盡可能考慮應用自適應控制系統，根據數據中心機房負荷變化趨勢與特點，自動安排空調數量，以此來達到節能目標。隨著技術不斷發展，要及時更新和改造數據中心上送風口，提高節能有效性。

2.5 模塊交流電系統

為了有效突破傳統UPS系統存在的負載率低等弊端和問題，在節能改造過程中可以引入模塊化概念，將其應用于UPS設計生產領域，對交流電系統整體性能予以優化。通常而言，模塊化UPS系統有機架、UPS功率模塊等構成，與直接供電系統存在相似之處，能夠實現冗余，兼顧多臺設備運行需求，且具有較強的靈活性，能夠根據實際負載量，堅持針對性原則配置合理的電源容量，使得系統效率及可靠性等均能夠得到一定程度的提升，減少對能源的過度消耗。

3 結論

根據上文所述，全球變暖趨勢愈演愈烈，綠色節能理念逐漸深入人心，新型、高效綠色電源將成為未來社會各領域發展的主流趨勢。數據中心作為智慧城市建設的重要基礎和前提，且處于不間斷運行狀態當中，其能耗非常龐大，如果不加以處理，勢必會對城市發展產生過多的負擔。因此新時期，將綠色理念滲透至數據中心電源系統中勢在必行。在實踐中，我們不僅要優化空調系統，且可以采用模塊化方式調整交流電系統，不斷降低數據中心對能源的消耗，從而推動數據中心持續發展。

參考文獻

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作者單位

華信咨詢設計研究院有限公司 浙江省杭州市 310014