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未來數據中心建設的趨勢思考及采用柔性直流供電的思路
日期:2019-07-01 訪問次數: 字號:[ ]

數據中心站依托柔性直流配電智能調配電能,泛在物聯,實現精細化能源的合理利用。同時,柔性直流配電系統作為“能源流”的物理載體,為邊緣化的分散式數據中心站提供一種新型、高效的動力保障,減少電能變換能量損耗,提高用能效率。

(來源:微信公眾號智見能源ID:SmartEnergyView作者:SmartView)

眾所周知,這些年對于數據中心PUE的要求是越來越嚴,從1.5到1,4,再到1.3。隨著北京,上海,廣州等一線城市新政的不斷出臺,一方面折射出了這些城市對數據中心的高能耗已經到了容忍極限,另一方面也間接為周邊地區催生了新的經濟增長點。甚至可能會在不久的將來深刻改變產業格局。經濟的發展是必然的,資源條件的約束也是現實的,理性分析未來數據中心的建設趨勢,改變我們傳統與固有的思路,是解決問題的途徑。

一、數據中心由集中式向分散式布置的趨勢

隨著計算機系統規模變得越來越大,將所有業務單元集中部署在一個或者若干個大型機上的體系結構物,已經越來越不能滿足當今計算機系統,尤其是大型互聯網系統的快速發展,各種靈活多變的系統架構模型層出不窮。同時,隨著微型計算機的出現,越來越多廉價的PC機成為了各大IT企業架構的首選,分布式的處理方式越來越受到業界的青睞----計算機系統正在經歷一場前所未有的從集中式到分布式架構的變革。

分布式數據中心,在這幾年概念很火。簡單的定義,分布式數據中心。就是說,多個數據中心,處于不同的地理位置,然后可以實現統一管理,無視地理位置的間隔。其實,更多的時候,這個會被稱作為,分布式云數據中心。

眾所周知,目前國內運營超過5年的以上的數據中心,PUE基本上都在2.0以上。有些新建的數據中心,能夠達到1.5以下,或者1.3,但是其中有些可能含有水分,受能耗制約,大型的數據中心的供電容量申請及運營監管會越來越嚴格,數據中心化整為零,在物理上分散布置,適應當前數據業務發展的主流趨勢毋庸置疑。

二、數據中心由交流向直流過渡的趨勢

隨著數據中心能耗問題的凸顯,現行的交流供電方式會使今后的耗電量劇增,越來越多的人開始轉而投向直流和高壓直流的供電方式。相信將來會出現交流、直流長期共存的局面。

在數據中心到底應該采用交流還是直流供電一直備受爭議,實際在數據中心也是兩種供電方式都存在,一般的高端設備也都支持兩種方式供電,在傳統的運營商網絡有不少需要-48V直流供電的設備,這樣就需要將交流電轉換為直流電,轉換的過程仍然必不可少。有些數據中心最開始就是以直流電供應型設備發展建立起來的,這樣整體設備供電只需要從電網做一次轉換,效率將變得很高。

無論是交流供電還是直流供電,都有優缺點。經過了近期永無休止的爭論,出現了一種折衷的方式,即高壓直流供電。高壓直流供電既電能損耗小,又沒有易受干擾的問題,似乎是兩種方式爭論的折中結果。隨著數據中心能耗壓力越來越大,必將進一步推動高壓直流的普及。

三、數據中心及配套供電的建設采用模塊化建設的趨勢

模塊化數據中心漸成趨勢,設備廠商必須整合。這個整合分為數據中心的機柜及底層構架上的模塊化,建構筑及其附屬機電設備的模塊化,供電方式及產品的模塊化。

一線城市對于數據中心PUE的“緊箍咒”越來越狠。要想符合要求,首先就得規劃并優化好建設方式,采用微模塊或者說密閉通道+近端制冷的方式來建設數據中心就是從底層架構上降低PUE的舉措。這對于行業的引導,也會產生重要的影響。

借鑒國內近年推行的裝配式建筑的理念,對機房的建設采用組合裝配式結構,采用工廠化生產,機械化施工,盡量減少現場的濕作業,有利于科學管理和文明施工,加快建設速度。

以中國西電集團開發的柔性直流配電系統為例,將整個數據中心供配電系統中10kV開閉所、能量管理裝置、±10kV斷路器、交直流低壓開關及二次設備等均采用模塊化預制艙式組合設備,標準化設計、工廠化加工、模塊化建設。具有節省土地占用、環境友好、布置靈活等特點。

四、柔性直流配電是在泛在物聯網環境下的重要應用場景

國網公司在2019年公司兩會上確立了建設世界一流能源互聯網企業的目標,提出了“三型兩網”的戰略新思路,打造具備樞紐型、平臺型、共享型特征的現代企業,并充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術和先進通信技術,實現電力系統各個環節萬物互聯、人機交互,打造狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活的泛在電力物聯網

泛在電力物聯網將與有關行業和專業共同構成能源流、業務流、數據流“三流合一”的綜合能源互聯網。泛在電力物聯網的建設必將催生出以電能為核心的更廣泛的能源互聯、以新型能源服務為核心的業務重構,以及以合作共贏為理念的能源產消新生態。

國網2019一號文件中提出:研究探索利用變電站資源建設運營充換電(儲能)站和數據中心站的新模式。三站合一作為建設泛在電力物聯網的重要方向之一,利用變電站資源整合充換電(儲能)站和數據中心站的“三站合一”新模式是泛在電力物聯網的一種典型應用場景,這種模式下,數據中心站距離電源近,儲能系統靈活、可控的為數據中心提供持續、可靠的后備電源。以能量路由器為樞紐的柔性直流輸配電系統可作為三站間的連接器,高效的連接變電站、儲能站、數據中心站,實現由清潔能源至直流負荷的高效傳輸,網荷儲協同供電。

五、柔性直流配電是未來數據中心建設的發展方向

柔性直流輸配電技術是一種基于電壓源型換流器的新型直流輸電技術,其具有有功、無功獨立控制能力,容易實現潮流反轉,響應速度快。柔性直流輸配電系統直接用直流電壓對負載供電,以上問題迎刃而解,同時也解決了分布式電源、儲能系統和多元化交直流負荷的高效穩定接入,使配電網從靜態運行結構轉變為靈活的、可主動運行的“智能”結構,從而為數據中心提供穩定的、高質量的電能,提高可再生能源消納能力。此外,由于沒有交流電源振幅、頻率、相位等同步要求,并機擴容也更為簡單。

傳統的數據中心供能主要依靠雙總線 UPS 供電系統,備用電池要經過UPS設備中最薄弱環節—逆變器才能向負載供電,使得UPS系統必須兩次變換能源、負載和UPS本身兩個諧波源使系統過于復雜和臃腫、效率低下、可靠性不高。

依托國網泛在電力物聯網的建設思路,結合未來直流在分散數據中心的建設與發展趨勢,采用“三站合一”的智能化系統實現對數據中心的供電,是一種新的嘗試。數據中心站依托柔性直流配電智能調配電能,泛在物聯,實現精細化能源的合理利用。同時,柔性直流配電系統作為“能源流”的物理載體,為邊緣化的分散式數據中心站提供一種新型、高效的動力保障,減少電能變換能量損耗,提高用能效率。

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