Colo及大型数据中心供配电系统实践及发展趋势

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前不久，“思无界•设享未来——维谛技术（Vertiv）设计院高峰论坛”盛大开幕，来自数据中心领域及相关设计院的嘉宾齐聚美丽珠海，共同探讨数字经济时代下的数据中心、智能制造领域关键基础设施的创新与发展。
　　
　　在本次论坛上，国网思极紫光云数科技设施技术部总监彭广香、维谛技术（Vertiv）亚太区ACPOWER事业部高级总监彭怀东，全面分享了Colo及大型数据中心供配电系统的实践及发展趋势。
　　
　　中国Colo数据中心供配电应用趋势和创新实践——预制化、模组化
　　
　　与会期间，彭广香作了题为《助力客户业务价值最大化——中国托管型数据中心供配电应用趋势和创新实践》的精彩演讲。他表示，没有完美的项目，比如一个项目包含4大要素：成本、质量、进度和安全，“交付时根据客户的需求就必须要去舍弃一些东西，那么如何去权衡，这对业主来说是特别难的事情”。彭广香认为，传统建设方案中总会出现很多的问题，原因在于设计院跟业主、厂商（设备供应商）之间不是一个强吻合的关系。
　　
　　对于如何解决Colo数据中心建设中的难题，彭广香进行了深入的思考，“数据中心建设作为重资产行业，更多地在向国外靠拢，引入基金这种方式已成为一个趋势。客户要求不可能为投资方而等待，未来Colo数据中心服务商将更像房地产商，需要提供样板机房以吸引客户。”他指出，传统建设模式需进行详细复杂的深化设计，现场施工难以把控施工质量，耗时耗力、可靠性低、美观度差。控制再好的传统建设方案基本上也要18~24个月交付，而实际上客户的需求大部分都是3~6个月，甚至有两个月的交付，时间差是一个巨大的鸿沟，无法解决。相较而言，预制式、一体化电力模组可以快速安装部署、省时高效、安全可靠。
　　
　　“预制式电力模组”在工厂完成预装和集成，同时经过了相应测试验证，可以成为一个实现独立功能的模块或模组。测试验证作为现在机房交付的标配环节，要完成一个完整的项目交付测试基本上就会需要1~2个月。而预制式电力模组可以提前在设计、制造阶段完成模拟验证或测试认证。
　　
　　但是模块化意味着标准化，相应的很可能就丧失了一些灵活性，那么怎样去控制它的颗粒度，从大规模云数据中心到分布式边缘计算中心，可以任意组装、拼接成匹配客户要求且经济的整体，这是需要花费心力去设计和调整的。“在标准化的同时要让它具备一定的柔性。就像搭积木一样，通过这种随意组装的方式获得灵活性，就可以搭出我们想要的任何东西。”这是彭广香在设计院工作时就设想过的，通过优化和组合模块形成独立工作的模组，通过模组形成优化建设单元，不同的模组可以根据业务不同保障等级要求，提供不同冗余配置，从而形成一个有机整体。
　　
　　总体来说，预制式电力模组提升了数据中心Colo服务商的运营能力，主要体现在三个方面：（1）降低了建设阶段项目管理成本；（2）子系统级别预制式模组有效提升了建设效率；（3）控制预制式模组颗粒度有效降低了Opex。
　　
　　最后，彭广香展望了未来Colo数据中心建设发展的方向。他认为，未来数据中心建设的发展方向是高度预制集约化的，机房模组与建筑解耦，只需地面处理即能满足承重要求。除此之外，大型数据中心的发展趋势主要有四方面：（1）区域布局：由城市或城郊为主逐渐转变至对土地和审批要求低的区域为主；（2）建设规模：由中小规模数据中心为主逐渐转变至大规模和超大规模数据中心为主；（3）集中度：由Colo服务商分散布置向规模化、龙头企业集中发展；（4）边缘计算：由集中化数据中心向边云分层协同发展，各司其职。
　　
　　全球大型数据中心供配电最佳实践——不妥协的使用每一个kW的价值
　　
　　“在未来可见的时间内，数据中心用电量将达到全国用电量的10%，电已经成为很重要的一个生产力资源，业内人员围绕电的设计怎样把这个资源发挥到最大的价值，单独用PUE来衡量用电量有些过于简单粗暴，不应只关注‘量’，而缺乏关注‘质’。”基于此，彭怀东在此次论坛上做了题为《不妥协的使用每一个kW的价值——全球化大型数据中心供配电最佳实践》的精彩演讲。
　　
　　彭怀东介绍，数据中心现在主要分为中美两大流派，中国一级大型数据中心较倾向于更经典的2N+1/2N供电架构，但美国体系要求更高的利用率，并接受相对低可用性的业务正转向备份（“catcher”）架构，使利用率50%以下可提升至75%甚至80%以上，也使UPS工作在效率曲线中的更佳位置（自40%提升至70%）。
　　
　　分布式备份系统的优势在于：（1）交错使用STS可降低风险；（2）减少使用太复杂的开关柜；（3）通过未使用的UPS容量实现储备冗余。缺点在于它的切换逻辑会变得比较复杂，需要较多的服务能力、较精准的负荷相关知识或是操作守则来确保切换安全，且受UPS交叉使用设备限制，比较适用于自有业务或单一客户托管业务。
　　
　　国内客户对于UPS的颗粒度相对保守，一直维持在400kVA、600kVA，但海外目前的颗粒度通用量都已经是1.2MVA或1.6MVA。值得一提的是，维谛技术（Vertiv）旗下的Liebert®EXL系列大功率UPS在可靠性、可用性上实现了很大提升，设备可随着用户的需求以400kW为一个模组扩展容量，根据业务增值分布投资。
　　
　　同样，在储能方式方面中美也存在较大差异。众所周知，锂电具有寿命长、轻量化、绿色无污染等优点，但锂电在中国的使用是相对滞后的，可能主要担心两种原因：（1）易燃；（2）各厂家BMS不统一，出现问题不可控。HPL（Highpowerlithium）是维谛技术（Vertiv）自主研发的一个新的锂电产品，它的BMS在关键的通信与自控方面均做了备份，且与UPS通信，当出现问题时，UPS可识别。通过与铅酸电池案例的对比可以看出，锂电池的投资经济性更好。
　　
　　随后，彭怀东就全球超大客户对环境友好性的探索方面做了介绍，如Google、Microsoft此类超大互联网公司目前关注的内容有：（1）UPS采用全球统一设计，忽略地区差异，将推动UL、CE安全制式统一，合并到IEC标准中。苹果在中国所建的iCloud数据中心就要求480V的设计，需同时满足UL、CE。维谛技术（Vertiv）在切换这个关键部分为客户提供了解决方案。（2）使用更高的工作电压提高能效，交流三线电压由208V向480V靠拢，同样分布式直流电压正从12V向48V提升。（3）提高机房工作温度＞40，使锂电池和UPS塔机此类适宜高温工作环境的设备更降耗节能。（4）微软发出2030年实现碳负排放、消灭柴油机的口号，力推天然气发电机/燃料电池机组来取代传统柴油机，甚至是取代部分非关键的UPS保护。（5）不同于国内备分时间需要15min的规定，美国更多使用锂电或高倍率电池，将电池备份时间压缩低于5min甚至达到90s来作为运维团队能力的一个考量。
　　
　　在快速部署方面，彭怀东认为，全球预制式数据中心的市场规模和中国的发展一致，未来几年将会大幅提升，不同点在于海外使用集装箱、户外预制式、撬块模式居多，而国内则更倾向于室内预制式。针对国内外客户的不同需求，维谛技术（Vertiv）在全球范围内为客户提供了具有针对性的预制式解决方案，其中VertivAPT预制式电力模组就是一款革新性产品。
　　
　　不仅如此，维谛技术（Vertiv）一直致力于研究UPS系统应用的突破，比如，把传统的UPS从保护装置变成一个智能电源，可以满足电源质量和需求管理，同时产生一些能源效应，在UPS不断电的情况下，能够起到削峰填谷，针对电网情况进行频率调节，利用UPS电池储存的能量来降低客户的使用成本或回馈电网获取收益。
　　
　　综合彭广香、彭怀东的观点可以发现，尽管国内外用户在供电系统应用上有很多不同，但是“预制式”、“颗粒度”等是共同关注的热点问题。
　　
　　值得一提的是，针对目前业内普遍关注的这些热点内容，维谛技术（Vertiv）基于对市场需求的准确把握和前瞻性的研发创新，在预制式解决方案及最佳供电颗粒度等方面，都创新推出了相应的产品方案，并拥有广泛的成功实践。