數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施工程師必知必會(huì)(4)-直流系統(tǒng)篇(上)
4. 直流數(shù)據(jù)中心的其他優(yōu)勢(shì)
a) 更高的可靠性
數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)的直流方法使用的組件比當(dāng)前的交流方法要少得多。更少的組件需要更少的時(shí)間來安裝和服務(wù),減少潛在的錯(cuò)誤,提高系統(tǒng)的可靠性,減少安裝和維護(hù)成本,這使得直流方法也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。根據(jù)日本電報(bào)電話公司(NTT)進(jìn)行的一項(xiàng)研究,數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的可靠性有望提高10倍,這僅僅是因?yàn)樗荒敲磸?fù)雜。此外,根據(jù)ABB等公司的計(jì)算和研究,服務(wù)器達(dá)到效率(supply-to-serverefficiency)提高了約10%,減少基礎(chǔ)設(shè)施投資成本約15%,同時(shí)減少了大約25%的所需的空間。
b) 良好的電源質(zhì)量
直流數(shù)據(jù)中心架構(gòu)也提高了電源的質(zhì)量。它們消除了不必要的諧波和諧波失真問題,以及相位補(bǔ)償、同步(為了耦合不同的源和網(wǎng)絡(luò))、甚至整流器和逆變器的問題,因?yàn)殡姵刂苯舆B接到直流電源。
c) 更好的集成性
此外,由于人口密集的土地成本較高,數(shù)據(jù)中心幾乎完全位于偏僻地區(qū),因此整合可再生能源(如光伏、燃料電池或風(fēng)力渦輪機(jī))要容易得多,特別是因?yàn)樗鼈円呀?jīng)以直流電的形式提供電力。
5. 數(shù)據(jù)中心直流標(biāo)準(zhǔn)
在中國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)和瑞士已經(jīng)有了一些直流數(shù)據(jù)中心。但是,目前還沒有任何需要遵守的綁定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)TS 62735,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)已經(jīng)著手用標(biāo)準(zhǔn)化的插頭和插座設(shè)備來創(chuàng)建缺失的環(huán)節(jié)。IEC TS 62735-1標(biāo)準(zhǔn)用于2.6kW以下的配電系統(tǒng),自2015年8月起被采用。IEC TS62735-2標(biāo)準(zhǔn)于2016年12月獲得批準(zhǔn),適用于輸出功率不超5.2kW且在負(fù)載下不能分離的配電系統(tǒng)。
下一步是批準(zhǔn)設(shè)備端等效程序。幾種不同的直流連接器的方法已經(jīng)被引入市場(chǎng),但是由于目前缺乏標(biāo)準(zhǔn),沒有一種方法能夠占上風(fēng)。因此,各種供應(yīng)商正在與IEC標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)合作,在之前AC標(biāo)準(zhǔn)IEC60320的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建一個(gè)國(guó)際認(rèn)可的直流插頭連接標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)中心電壓供應(yīng)的全球轉(zhuǎn)換需要是一個(gè)漸進(jìn)的過程,以防止所有的供電設(shè)備需要同時(shí)從交流電源切換到直流電源。然而,支持這一巨大變化的解決方案,包括能夠同時(shí)為數(shù)據(jù)中心設(shè)備提供交流和直流電源的設(shè)備,全球廠商正在積極探索。這些設(shè)備的供電單元可以處理兩種供電電壓,但國(guó)際上有效的解決方案還必須確保所有與安全有關(guān)的預(yù)防措施都被考慮在內(nèi)。
近期一些制造商發(fā)布了首個(gè)UL批準(zhǔn)的IEC TS 62735-1連接器系統(tǒng)、GS21插座插座和GP21可重新布線插頭,旨在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心直流配電的標(biāo)準(zhǔn)化全球方法。IP20連接器系統(tǒng)的額定電壓可達(dá)400VDC,額定電流達(dá)8.8A,工作溫度從-5℃延長(zhǎng)到105℃。它還支持熱插拔,可以在2.6千瓦的負(fù)載下安全地?cái)嚅_連接。
6. 數(shù)據(jù)中心直流方案缺點(diǎn)
哪里有光,哪里就有陰影。這個(gè)通用準(zhǔn)則也適用于直流數(shù)據(jù)中心。與目前流行的交流系統(tǒng)架構(gòu)相比,直流數(shù)據(jù)中心架構(gòu)仍相對(duì)較少。因此,缺乏關(guān)于它們長(zhǎng)期表現(xiàn)和利益的數(shù)據(jù)。直流元件的可用性也還處于起步階段,這些元件不僅需要標(biāo)準(zhǔn)化,而且還需要一種新的直流電源系統(tǒng)方法,即從電網(wǎng)到服務(wù)器的整體規(guī)劃。例如,由于損耗在每個(gè)電力系統(tǒng)中都會(huì)發(fā)生,所以直流數(shù)據(jù)中心仍然會(huì)遇到損耗,比如熱量損耗,因此也需要直流供電的冷卻系統(tǒng)。他們還需要直流空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和建筑控制系統(tǒng)等。
所有的制造商、供應(yīng)商、工程師、設(shè)計(jì)師、標(biāo)準(zhǔn)組織、運(yùn)營(yíng)商和電力供應(yīng)鏈的其他成員之間的大規(guī)模市場(chǎng)合作將是必要的,以一種有效的方式實(shí)現(xiàn)這種大規(guī)模的范式轉(zhuǎn)變,并分享直流數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)的許多好處。
7. 直流數(shù)據(jù)中心前景
基于直流電源的數(shù)據(jù)中心具有巨大的潛力。其好處包括可觀的能源節(jié)約,以及在操作和基礎(chǔ)設(shè)施成本、物理空間需求以及安裝和維護(hù)所需的時(shí)間上的顯著節(jié)省。由于它們使用更少的組件,因此也提供了更高的可靠性性能。直流數(shù)據(jù)中心還可以直接利用可再生能源提供的直流電力,而無需額外的整流或轉(zhuǎn)換過程,這將進(jìn)一步提高效率、整體系統(tǒng)成本和可持續(xù)性。最后,直流電源的質(zhì)量明顯優(yōu)于交流電源。因此,一些連接部件供應(yīng)商正和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織如IEC正在積極合作,以實(shí)現(xiàn)直流數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的巨大潛力。
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