数据中心直流供电系统能效提升方法分析

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1、万方数据华北电力大学硕士学位论文中扮演越来越重要的角色，数据中心也成为了海量数据存储、中转的枢纽站，规模已经达到了数万台甚至数十万台服务器的水平，其配套的非IT运营设备也日趋完善，此时的数据中心已经迎来了发展的全盛阶段。1．1．2数据中心的能耗互联网时代的到来引领了一场全世界范围内的革命，网络与信息的应用与普及也使人类的生活产生了翻天覆地的变化。当前社会环境下，互联网的高速发展与信息、数据的极速膨胀，使得传统的网络接入与信息管理方式被逐渐淘汰，数据中心也在这种背景下应运而生【11。4．数据中心(即DataCenter，亦称Intem

2、etDataCenter)，是基于高速网络接入，海量数据存储、交换与处理的一种平台。人们日常的移动通信、网络接入、信息搜索与处理，都会对数据中心进行访问，此外，各行业的发展对信息数据的依赖程度越来越高，数据中心作为其枢纽中转站，有着不可替代的作用。可以说数据中心的安全、稳定、有效、可靠的运行，支撑着人们的日常生活，维持着整个社会的正常运转‘2，引。数据中心不同于普通计算机机房，其环境要求是非常严格的，在温度、湿度、噪声、照明、磁场干扰等方面都有一定的条件。为了给数据中心的核心设备服务器提供良好的运行条件，大量的辅助设备被应用其中，这

3、也使得数据中心的能源消耗水平越来越高，数据中心运营过程中的能效问题也亟待解决。2010年至2012年数据中心能耗情况如图1．1所示。图l—l20lO．2012年世界数据中心能源消耗情况统计近十年来，数据中心的规模已经呈现出爆炸式的增长，其能源消耗量也是极其惊人的，据统计，2010年北京市各行业数据中心的电能总消耗占到了城乡居民用电总量的15％【41。2005年度，全美国的数据中心总的电能消耗量为450亿千瓦时，20062万方数据华北电力大学硕士学位论文年，其数值已经激增至610亿千瓦时，增长率高达35．6％【5J，电能使用成本达到4

4、5亿美元，到了2011年，其总耗电量已经增长到1000亿千瓦时以上，电能成本更是高达74亿美元。在我国，仅通信行业的数据中心年用电量就已经超过了200亿千瓦时，电能使用成本达到了100亿元人民币以上。据预测，2015年我国数据中心的电能消耗量将超过1000亿千瓦时，2020年之后很有可能超过2500亿千瓦时。虽然数据中心的主要功能与作用是提供网络接入、信息中转与数据存储，但由于数据中心的重要性与特殊性，为了保障其运行的可靠性与稳定性，大量的非IT设备被应用其中，这些设备也会消耗大量的电能。因此，了解和分析各类设备的用电特性，掌握各类

5、设备的能耗比重，对于数据中心的能效分析有着很大的价值，文献[6．8】中对此进行了大量的统计与实验，虽然不能完全表征所有数据中心的能耗分布情况，但是对其有一定的参考价值，经统计分析，数据中心各类负荷的平均能源消耗情况如图1．2所示。制冷网络设备7．50％图l-2数据中心各类负荷能源平均消耗情况观察上图可知，数据中心各类负荷中能源消耗比重最大的负荷类型是制冷系统，其次才是其运营的核心设备服务器，再次是存储设备、网络设备等IT基础设备，最后才是其它非IT设备。而且，核心IT设备与非I：r设备的能源消耗几乎各占一半。数据中心的能源消耗，特别

6、作为非核心设备的辅助设备的能源消耗，开始引起人们的重视，如何对一个数据中心的能源利用效率进行评价和改进，成为一个重要课题。2006年，全球数据中心领域颇有影响力的专家Christi锄Belady提出了数据中心能源利用率(PUE，PowerUsageEf．fectiveness)的概念【91，它的定义如式1．1所示：眦=÷糍等m-，PUE是一个比率，其基准值为2，其值越接近于l，说明数据中心的能效水平越高。但目前的数据中心PUE值大多在2．5。3之间，说明当前数据中心的能效水平还是偏低的【l们。这意味着，数据中心里辅助设备的电能消耗比

7、核心IT设备的电能消耗量万方数据华北电力大学硕士学位论文还要大。随着数据中心的规模不断增大，PUE开始成为数据中心建设者最为关心的一个指标。目前在建的数据中心基本都是按照PUE值等于J．8的标准进行规划设计的，世纪互联、鹏博士与腾讯计划建设的数据中心PUE规划值都在1．5左右。“十二五”规划也对数据中心的能耗问题提出了要求，其能效水平PUE值要求在1．5以下【ll】。国外已经建成的数据中心，由于先进节能技术的应用，PUE值已经被大幅降低，全球数据中心能源利用率冠军一一雅虎“鸡窝”式数据中心一一的PUE值为1．081121，已经非常接

8、近1的极限值，可以说，这为数据中心的节能降耗设计提供了参考和依据，也为未来低能耗数据中心的发展奠定了基础。1．2数据中心供电方式的比较数据中心发展之初，大多采用传统交流UPS作为数据中心不问断电源，为了提高供电的可靠性与稳定性，多采取