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数据中心机房采用直流UPS供电的前提

来源:机房360 作者:田博光 更新时间:2014-1-22 14:34:23

摘要:一直以来,数据中心机房中特别重要负载的供电都用交流UPS系统,但实际上,机房内的用户设备都是数字设备,数字设备的电子线路需要低压直流供电,如:DC12V、DC15V和DC5V等。数据中心机房供电中用直流UPS系统是必然趋势,但在项目方案设计中不是简单的事情。机房供电采用直流UPS系统的前提是要有比交流UPS更高的效率及确定合适的直流电压!以下通过实例来说明。

  某项目建筑面积: 6 0 万平米, 4 万个机柜,20kW/机柜,10个机柜/列,特别重要的负载的总用电量800MW。

  1 用电量估算

  (1)交流UPS系统供电方式(交流UPS效率97.6%,输出电压380V/220V)数据中心总耗电:1111.32MW,电能利用效力(PUE):1.39,总耗电/建筑使用面积:2.22kW/m2,发电机组容量:1104.89MW。其中UPS系统耗电19.7MW,占总耗电的1.77%;空调系统耗电284.91 MW,占总耗电的25.64%;

  机房内照明耗电5.5MW,占总耗电的0.49%;参考北京地区平时电价(0.821元/kWh)计,年总电费:79.93 亿元。UPS的整机效率对于其耗电也有重大影响,例如:

  当η=0.963时,UPS系统耗电30.79MW;

  当η=0.976时,UPS系统耗电19.70MW;

  效率提高后节电:30.79-19.70=11.09MW,每年11090×24×365=97,148,400kWh;每年节约电

  费0.821×97,148,400≈79,758,836元≈0.8亿元!

  (2)直流UPS系统供电方式(直流UPS效率93%,输出48V)

  数据中心总耗电:1185.43MW,电能利用效力(PUE):1.48,总耗电/建筑使用面积:2.37kW/m2,

  发电机组容量:1179MW。其中:UPS系统耗电与总耗电: 75.28MW,占6.35%;空调系统耗电与总耗电: 303.44 M W ,占25.26%;机房内照明与总耗电:5.5MW,占0.46%;参考北京地区的平时电价(0.821元/kWh)计,年总电费:85.26亿元。

  以上两种情况的数字对比,由于直流UPS的效率(0.93)低于交流UPS的效率(0.976),使得数据中心总耗电分别为:1185.43MW,1111.32MW;电能利用效力(PUE):1.48,1.39;其中:

  UPS系统耗电:75.28MW,19.7MW;

  空调系统耗电:303.44MW,284.91MW;

  发电机组容量:1179MW,1104.89MW。

  年总电费:85.26亿元;79.93亿元;两者相差85.26-79.93=5.33亿元!

  从以上对比看,交流UPS系统比直流UPS系统更省电而且年电费更低,其原因就是目前交流UPS的整机效率(0.976)比直流UPS的整机效率(0.93)高。所以,直流UPS要取代交流UPS的关键是要有高于它的效率,否则没有意义。几家著名品牌的直流UPS整机效率都是0.93。其实直流UPS的整流是交流双变换UPS系统的一部分,应有更高的效率,为何它的效率反而低呢?!这是电源厂家必须要解决的问题。

  下面分析机房内用户设备(特别重要负载)可能的五种供电方式的总效率,其中的设备参数来源于几家著名厂商的产品资料,假定用户设备内线路板的工作电压是DC12V。

  图1是传统的交流UP S供电方式,它的总效率是最高的。如果要传递800MW,供电端应给出800/0.859=931.32MW,全年电费66.98亿元。

  图2是直流(48V)传输的供电方式,如果要传递800MW,供电端应给出800/0.818=978MW,全年电费70.34亿元。

  图3是直流(110V)传输的供电方式,如果要传递800MW,供电端应给出800/0.818=978MW,全年电费70.34亿元。

  图4是直流(220V)传输+低压(12V)直接供电方式,即直接供给负载设备中的线路板。如果要传递800MW,供电端应给出800/0.818=978MW,全年电费70.34亿元。

  图5 是直流( 220 V ) 传输+ 低压(48V) 供电方式,如果要传递800MW,供电端应给出800/0.769=1040.31MW,全年电费74.82亿元。



  可见,图1方式是最节省的。如果采用高压直流传输+低压(48V)的两次变换的方式,总效率是0.93×0.94×0.88=0.769,最低,因而会更加耗电!所以图5方式不可取。图3、图4方式使得机柜外输电上更节省;但目前还没有发现高压直接变到DC12V且大于3000W的变换器,所以图4也不可取。如果服务器厂家接受,图3方式是最好的,因为它兼顾了供电传输与用电的矛盾且结构简捷;其次是图2方式,目前IBM已有直流48V供电的服务器。

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