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数据中心能源白皮书03 —— 如何提升UPS效率

来源:机房360 作者:华为技术有限公司 赵韦伟 更新时间:2015-8-26 14:56:29

摘要:从世界上第一台UPS诞生开始,除了可靠以外,高效就是UPS一直追求的目标。从80%的效率发展到现在95%以上的效率,究竟业内的专家做了哪些努力,让UPS达到如此高效?未来还有哪些改进空间,可以让UPS达到更高的效率?本文试图就这个问题给出一些见解。

  1、为什么要高效?

  1.1 可靠性的需求

  在选用UPS产品之时,客户的第一关注点必然是可靠性。对UPS来说,更高的效率意味着更低的发热量,根据阿列纽斯理论(Arrhenius theory),认为温度每上升十摄氏度,电子产品(如电容、半导体器件)的寿命减半,发热量的降低将对器件内部温度的降低起到重要贡献,从而提高器件本身的寿命。

  当然,高效只是影响UPS内部温度的主要因素之一,还要综合考虑机器本身的散热设计。但是,效率越低往往意味着需要在成本(更好的散热器件或更大的散热空间)、可靠性(增加故障点)或工作温度(40摄氏度下不能连续工作)等方面作牺牲,以保障内部温度在可接受的范围之内。

  1.2 响应国家节能减排政策

  2013年初,工信部联合五部委共同出台《关于数据中心建设布局的指导意见》(工信部联通 (2013) 13号),要求新建数据中心PUE值达到1.5以下,原有改造的数据中心PUE值下降到2以下;而UPS系统的损 耗是数据中心能耗的主要组成部分,大约占到数据中心能耗的6%-10%,数据中心要到达低PUE,必须选择运行效率更高的UPS。

 

  图一:不同类型UPS对PUE贡献差异可达0.1以上

  1.3 客户节约电费的需求

  以一个中型数据中心为例,假设IT负载为500kW,A系列UPS效率为93%,B系列UPS效率为96%,空调能效比(EER)为3:1。根据以上条件,分别采用两种UPS所带来的损耗见下表:

  

表1:两种UPS损耗对比表

  从表中可见B系列比A系列一年要节省19.6万度电,根据中国工业用电,一般平均不低于0.5元/度,即每年最少将节省9万余元。而数据中心的典型使用寿命约为10年,采用B系列UPS将总计节省90万元,已远超过购买一台500kVA UPS的价格。一般来说UPS效率每提高一个百分点可节约10%-20%的电能费用,可见高效UPS给企业带来的收益是很可观的。

  1.4 认证门槛的要求

  为应对全球气候的变化及提升技术门槛,全球各地出台了针对各类产品的节能认证标准,如中国的CQC“节能产品认证”、美国的“Energy Star”,以上两者是当地政府部门强制性认证,没有通过相关认证的产品不能进入政府采购名单。如英国的ECA认证,要求200k以上UPS满载效率做到96%,针对具备ECA认证的产品,客户可以在购买产品的第一年申请100%的税收减免。此类节能认证极大的提升了高效产品的竞争力,也说明了各国对产品高效性能的重视。

 

  CQC 能源之星 ECA

  1.5 客户场景的低效现象

  高效是UPS的持续追求。可是实际客户的UPS使用现场,大量UPS仍然运行效率极低。探究原因,主要有以下几点。

  负载率对UPS的效率影响很大。如右图所示,一般情况下,UPS的效率会随着负载率的提高而提高,并且会在负载率达到70%时达到效率最高点。

 

  图二:常见UPS效率随负载率变化曲线

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