[供配电常识]再谈直流电:这是数据中心能耗的良方吗?
作者:机房360发布时间:2014-08-29
导读:在跨越尽可能多区域的地方使用直流电肯定是一个有效办法,但想知道这么做究竟可不可行,我们需要考虑许多项因素。
       数据中心大部分电子元件都是由低压直流电源驱动运行的,例如芯片,电阻器,电容器等等。然而我们坚持引入高压单向和三向交流电源,经降压器处理达到所需电压。每次转换都会导致电量消耗,即使是现今最好的转换器最高转换率通常也只有98%。          想像一下电能从发电厂输送到数据中心所经历的过程,以及抵达数据中心之后在内部的流转情况。首先,发电厂必须把电压提高到适合输送的程度。其次,到了变电站,要把电源还原到配电电压。这个过程中可能涉及到变电站两次电压还原,之后电源抵达数据中心,以三向450V或者单向110/220/240V的方式供电。接下来,还要再进一步降压至IT元件常用的12V,5V,3.3V和1.5V直流电压。这里显示了电源经过四步转换的直接路径--或者说是总体效能约为92%的一个转换路径。          这还只是在效能高达98%情况下8%电源在转换过程中就已经流失了。而现实中,情况比这个要糟糕得多。          数据中心的电源配送多数是单向交流电。每台IT设备内部都有一个主要转换器满足多变压输出。更多机载转换器甚至能满足特定元件对电压的要求。不过,大型转换器往往比这些小型转换器更有效。所以这些迷你型转换器可能只达到95%效能。如果是这种情况的话,涉及到6个转换步骤,那么将近四分之一的电能就在这个过程中流失了。          因此,在跨越尽可能多区域的地方使用直流电肯定是一个有效办法。这可以避免在数据中心设备上额外使用转换器。但想知道这么做究竟可不可行,我们需要考虑许多项因素。          使用直流电之前要消除的障碍
       首先,在电力传输阶段,直流电效率低下。根据物理定律,让一定量的电力(以瓦特为单位)通过管线传输是电压(以伏特为单位)乘以电流(以安培为单位)。使用高达数百,数千千伏特的高传输电压来降低电流。这点很关键,因为电阻损耗跟电流有关。在电力高压传输中,可以使用直流电或交流电,但目前主要使用的是交流电。想在传输阶段消除传输损耗量目前不可行。这种情况在电力配送层面也一样存在。把现有的交流电传输架构改为直流电方式不是件容易的事。仍需要用到高压直流电,所以转换过程仍然必不可少。          提倡在数据中心使用直流电的人士指出,在电信行业里,他们的设备一直使用的是直流电。但这是有原因的。因为整个行业都是以直流电供应型设备发展建立起来的,老式电信设备对于多向直流电压没有过多需求。因此,在这种设备上的电力配送可以通过内置于设备构造之中的转换器实现,而大型铜制汇电板则负责高电流直流电的配送。而且,在上世纪八、九十年代,虽然油价浮动引起能源价格的波动,但主要产量仍是通过相对便宜和可用的煤炭资源实现的。能源效能不像现今这样成为关注点。          对于构建一个直流电驱动的数据中心,存在的最大问题就是配套的设备并不是到处都有。虽然元件是直流电型,但厂商的重心在于满足大众市场需求,所以生产的设备多数是交流电型。一些厂商也生产直流电型设备,但是价格要高出许多。          想象一下,额外支出大笔经费在设备上安装直流电转换器,直流电配电和管理系统,并使用服务器,存储器和网络系统,其结果是花了大价钱却只是起到跟交流电一样的功效,没有任何意义。相比之下基于交流电的系统更为大众所接受,也代表了更低价格的标准化。          一个可行的直流电数据中心
       但是,建立直流电数据中心仍有两大希望。其一,模块化。随着一些系统的出现,这些预配置“模块”可以根据厂商所想进行内部自由连接。这样厂商会愿意去除不必要的元件,在设计和搭建时移除多向转换阶段。          同样地,制冷系统也从原先的设备移到机架制冷系统模块上。随着在所需地方进行单向交流电布线的设备内置电源配送网络的出现,电源管理将从设备本身转到模块管理上也将变得更有可能。          第二大希望是,云计算逐渐普及。对于一个有着成百上千服务器,及大量可扩展存储架构和一个复杂网络架构的云服务供应商,从一开始就向直流电型转变是有可行的投资回收期。          向直流电架构转型的战略性决策,最终可能是以投入大量经费,企业从此依赖于特定硬件告终。但是,厂商会通过优化直流电在系统中的使用效果从而推动行业向着节能方向发展。
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