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带你读《企业数字化基石-阿里巴巴云计算基础设施实践》第三章数据中心能效3.1数据中心电能利用率(二 )

简介: 《企业数字化基石-阿里巴巴云计算基础设施实践》第三章数据中心能效3.1(二 )
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变配电系统电能损耗,主要来源于设备变换损耗和设备传输损耗。对于设备变换损耗,我们减少损耗的办法是尽量选择更加合理的变配电方案,以减少变化次数,以及使用更加节能的变配电设备,比如在变压器的选型中,我们不仅仅要选择能效更好的变压器,更重要的是根据数据中心负荷特点、设备冗余等选择设备容量或设备能效,实现系统工作在最佳效率点的目的。对于设备传输损耗,我们需要考虑的是尽量缩短输送的距离或者减少输送的电流损耗。众所周知,在功率一定的情况下,电流和电压成反比,所以一般情况下,要尽量缩短传输的路径和导线截面,将尽量高的电压等级引入靠近负荷侧,从而实现减少配电的损耗。

对于变配电系统的环境能耗,最主要的是变配电设备的散热损耗和变配电室环境温度的保持,一方面,我们需要关注变配电设备本身的散热装置,包括变压器、变频器、电能质量处理设备、配电设备等,它们都需要有良好的散热设计;另一方面,我们需要将不同温度敏感性和功率的设备尽量分开布局,避免因此而导致的消耗。除此之外,设备布局也应当考虑送风方式、送风距离和冷热隔离等因素,尽量提高变配电设备的散热效率。

在一般的数据中心中,电源系统往往是除了 IT设备、散热系统的第三大电能消耗系统,电源系统一般也是数据中心区别于普通设施供电系统的关键。数据中心的电源系统一般包括应急电源系统柴油发电机组、不间断电源系统、蓄电池组等。

数据中心的不间断电源系统即 UPS系统,其主要作用是为数据中心IT设备提供不间断的高质量的供电。为了提供不间断的供电系统需要并入电池,我们必须将交流市电变换为直流与电池并联,从而实现为数据中心 IT设备提供毫秒级不间断供电。与变配电系统类似,不间断电源都有变换损耗和环境损耗 ;在不间断电源系统中,其整流和逆变环节的 MOSFETIGBT开关管为损耗最大的元器件,这些开关管的发热量在整个设备内占到 60以上。一般通过提高元器件的效率、减少变换环节等方案降低变换的损耗。

热设计是整个设备散热中最需关注的点,比如采用直流不间断供电比交流不间断供电减少了逆变环节,提升了效率。所有的电源转换类设备都会有最佳的负载效率曲线,在低负载的时候往往效率表现比较差,特别是数据中心内供电类设备一般都存在冗余,所以在负荷难以预期或者负荷爬坡期比较长的数据中心,采用小型高效率模块化不间断电源会取得比较好的节能效果,如图3-9所示,电源系统除了变换损耗,环

境损耗也比较多,一般的电源系统都有大约 3%10%的变换损耗,损耗都转换成热量,需要以合理的制冷方式带走,合理的设备布局、冷热隔离、精确的送风方式和送风温度都可以实现比较好的能效。

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目前对于大功率的不间断电源,可以采用板式水冷的方式解决散热问题,其功率密度和可靠性可以得到大幅度提升,如图 3-10 所示。

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图 3-10板式水冷不间断电源模块

 

数据中心的柴油发电机组一般处于备用状态,只有在停电的时候才会启动运行,所以柴油发电机组的电能消耗需要区分备用状态和发电状态。备用状态的柴油发电机组的能耗一般都比较低,只有充电、加热及油路等部分负载,其中比较关键的是加热部分,在柴油发电机组机房设计的过程中需要充分考虑隔热密闭,并适当控制机房温度,尽量减少平时的加热电能消耗。

当柴油发电机组处于发电状态时,除柴油发电机组本身效率外,还需要考虑包括进排风风扇的电能消耗,在柴油发电机组设计中尽量选用自然进风和轴驱风扇散热,减少电能的消耗。数据中心大都采用铅酸电池,电池是数据中心除IT设备外温度最敏感的设备,温度对电池寿命和充放电能力有很大影响,要保证电池有比较好的工作状态,一般情况下电池不发热,但是电池在充电放电过程中会伴随着吸热和发热,所以在寒冷地区电池室的加热也会消耗较大的能量。一般采用低品位的热回收技术为电池室加热。

除了数据中心的散热系统、供电系统,数据中心的采暖系统、通风系统、建筑系统等也都对数据中心能效有很大影响。对于采暖系统来说,我们需要尽量通过布局设计减少采暖量,数据中心本身就是巨大的热源,所以数据中心本身采暖需要尽可能采用能量回收的方式,在北欧的一些地方甚至采用数据中心作为市政采暖的热源。另外,建筑系统、通风系统等也需要采用合适的方案,以尽量减少能源消耗。

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