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數據中心的能源供應來源

在論述國內數據中心資源供應來源之前，有一個不得不說的故事，這個故事來自于一本書，書名叫做《IT不再重要》，在這本書里的第二章節講述了塞繆爾。英薩爾（SamuelInsull）和私有電廠時代的結束，公用電網占據了主導的故事。

本文無意去八卦他和愛迪生的故事，作為后來者能看到的是，無論在美國，還是在中國，公用電網都占據了絕對主導地位。

根據目前市場上數據中心的能源供給，絕大多數情況下占據主導地位的能源供給都是電力能源，如果從國內的數據中心電力供應來看，幾乎都是來自于國家電網和南方電網。

寫到這里，似乎引領讀者進入了一個誤區，認為數據中心一定遵循公用電網，甚至只能利用國家電網和南方電網電力供應，這并不是本文所要表達的觀點，因此有必要澄清一下。即使目前的現狀是這樣，但并不等于這是唯一的路徑。對于未來的數據中心而言，也許可以重新考慮愛迪生的思路。這也是本文希望讀者可以開放思路，畢竟條條大路通羅馬，成功的路從來都不止一條。以往的分布到集中，對于未來的某些數據中心而言，可能反之，即從集中到分布。

目前數據中心幾乎所有的電力供應均來自于公用電網，而用電也是數據中心能源消耗的絕大部分。電力是從工業社會文明爆發以來，最重要的生產資料，傳統觀念認為，電力具有清潔、高效、便捷的能源特征。所以在僅百年的時間，全球建立了覆蓋超過80%陸地面積的電網覆蓋，全球總發電量達到為21.3萬億千瓦時。在2011年，中國有一項數據超過美國保持了110年的記錄，躍居世界第一：2011年中國凈發電量總額達到4.47萬億千瓦時，超過美國的年凈發電量4.1萬億千瓦時，中國目前有十萬億千瓦發電機組裝機量。這背后是根源有很多，2011年中國7.3萬億美元GDP大約只是美國15萬億美元GDP的一半，但實體經濟比例居高使得中國的凈發電量已經超過美國。

電是二次能源，這與一次能源煤炭、石油、天然氣等有著本質的區別。

1、數據中心能源消耗的結構和特征

今天，無論是在政府，還是地方招商引資，或是在規劃運營層面，大家都對數據中心是個能源消耗“大戶”達成共識。能源消耗主要體現在兩方面：一是電力，二是制冷。一般情況下，這里特指的“電”的消耗，主要體現在對電的容量的要求和電量的消耗。這里的制冷，主要是指為了保證數據中心內的IT設備保持正常運行（或者基于SLA中對于IT設備制冷需求的定義）而需要的冷量。在中國，在非自然冷卻的情況下，主要是通過電制冷設備來為IT設備冷卻的，即把電這個高級能源轉換為冷這個低級能源，用于冷卻IT設備。既然是電制冷，當然是需要電的容量供給和電量的消耗。IT設備的用電加上制冷系統的用電，構成了數據中心電力能源的絕大部分消耗。

數據中心的制冷需求雖然也包括諸如照明和建筑隔熱等方面，但占其絕對比例部分是為IT設備制冷用。對于IT設備本身的冷量需求，如果用一個不是非常嚴謹但又比較簡單的說法來表達，IT設備的制冷量約等于IT設備的用電消耗量，即約為1：1的數學關系。例如：一臺功耗為300瓦的服務器在其額定工況運行時，產生300瓦的熱量，需要約300瓦的冷量進行冷卻。

在這里，要補充一句，即數據中心的電和冷是可以通過低級能源和其他能源獲得的，這也是本文的一個重要基礎。

備注：這個簡單的數學關系至關重要，是數據中心和分布式能源（特指三聯供系統）結合的基礎數據。

太原機務段救援基地位于石太鐵路線嗚李火車站,因原嗚李火車站用的是市電380V電源,此電源無法滿足新建救援基地的用電負荷要求,根據太原鐵路局《關于對太原救援基地配套改造工程設計審查的意見》及太原鐵路局組織的有關太原救援基地用電問題的會議精神,由中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院設計采用牽引供電接觸網27.5kV電源,使用牽引供電專用單相變三相UPS作為太原救援基地的工作電源使用,降壓變壓器設計容量160kVA,UPS設計容量150kVA,設計饋出配出四個回路:既有低壓配電箱所帶停留車庫、消防、地面電源負荷;綜合樓空調辦公負荷;食堂、浴室照明負荷和檢修庫負荷(見圖1)。

150kVA單相變三相UPS是由伊頓公司深圳山特工廠生產的高頻UPS,150kVA高頻UPS共有10個功率模塊,單個功率模塊容量15kVA,UPS由兩個柜體組成,安裝在電力箱變內,因電力箱變內部在夏季溫度能達到50～60℃,為保證UPS正常運行,箱變設計了排風和制冷系統,UPS在2011年9月開通投入運行。

由于電氣化鐵道專用工頻單變三UPS在使用中故障頻發,影響正常使用,高頻模塊化單變三UPS以其先進的設計理念和高可靠性走進這個領域。高頻機通常由濾波器、IGBT高頻整流器、逆變器組成,IGBT可以通過加在其門極的驅動來控制IGBT的開通與關斷,IGBT整流器開關頻率通常在幾千到幾十千赫茲,甚至高達上百千赫茲。典型的高頻機UPS拓撲如圖2所示。

高頻UPS整流屬于升壓整流,其輸出直流母線的電壓比輸入線電壓的峰值高,一般典型值為768V左右,所以逆變器輸出相電壓可以直接達到220V,逆變器之后就不再需要升壓變壓器。

由于采用了IGBT高頻整流技術使功率單元實現了模塊化生產,因此,實現了功率模塊的N+1運行模式。當高頻模塊化UPS某一個模塊發生故障時,故障模塊會自動退出運行,非故障模塊可以正常運行不影響供電。在設備巡檢人員巡檢時,將故障模塊帶電拔出換上新的模塊就可以了。大大提高了運行的可靠性。

由于在電氣化鐵路電力機車通過時,會產生過電壓及諧波,這樣UPS的輸入電源會時常出現很高的尖峰沖擊電壓,整流以后的BUS電壓也會跟著出現一個非正常的峰值電壓,這個電壓有時高達700V,高于正常正負BUS電壓400V的標準。監測保護系統一旦檢測到高于正負BUS電壓400V時,設備就會保護關機,這時需要人員去現場重新啟動。

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