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【UPS电源】借助模块化UPS,减少数据中心碳排放

2018-6-26 10:28:45      点击:

       毫无疑问,电费开销是企业数据中心最大的单一运营成本支出,其占到了企业数据中心总成本的25-60%。由于需要持续的为其ICT设备供电,并提供持续的冷却散热,以保持其所有服务器的健康运行,支持系统的安全运行,故而对于目前常见的企业大型数据中心设施而言,相当多的企业每年仅仅在能源成本方面的开销就高达数百万英镑。

  无论企业数据中心的具体规模如何,任何效率方面的缺陷都会迅速增加不必要的能源浪费和成本开销。而伴随着互联性、自动化和智能工业的兴起,对于数据中心容量的需求也在不断的增加,而业界如果不果断的采取相应的应对措施,所带来的经济和环境后果或将会是灾难性的。

  在本文中,将为我们广大读者朋友们解释当前模块化不间断电源(UPS)单元崛起的大趋势将如何带来整个数据中心行业巨大的效率提升,并进而帮助实现显着的节能效果。

  文章中,专家们分享了关于如何准确的测量数据中心能效的方面的较为实用的建议,并概述了模块化UPS能够为当下的企业在提升可扩展性、降低冷却要求、以及使用电池以生成和存储可再生能源方面所带来的相关益处。

  故而,仔细阅读并借鉴本文所给出的相关意见和建议对于企业数据中心的管理人员来说是非常重要的。这将有助于帮助他们通过在减少碳排放量的同时,提升性能,并提高收益。

  根据独立的研究机构Software.org的保守估计:到2020年,全球范围内将至少有500亿台互连的设备。互联性的增加、“物联网”的兴起以及向工业4.0不可阻挡的转变确保了对人们对于数据的需求。而与此同时,由所有数据的安全储存所带来的对于能量的需求也将继续以惊人的速度增长。

  根据全球可持续信息产业联盟(GeSI,Globale-SustainableInitiative)的调研数据显示,数据中心业界已经消耗了全球总耗电量的3%,并产生了全球温室气体排放量的2%。该行业的碳足迹与航空业相同。有分析人士认为,尽管近年来硬件技术方面取得了巨大的进步,但全球数据中心业界每四年对于能源使用的数量却翻了一番。

  全球数据中心的功率消耗有两种主要方式。用于运行IT设备——如服务器或不间断电源(UPS)设备所需消耗的能源,以及使所有机器设备保持足够的冷却散热,以保证数据中心的安全运行而不会有过热风险的空调机组设备所消耗的能源。

  根据TechUK的数据显示,电力开销是企业数据中心最大的单项运营成本,占到了数据中心总成本的25-60%。而在当下这样一个超大规模设施的时代,一般企业每年将消耗大约30GWh的电力资源,年度电费账单至少高达300万英镑。任何效率方面的缺陷都会迅速增加不必要的能源浪费和成本开销,故而,业界如果不果断的采取相应的应对措施,所带来的经济和环境后果或将会是灾难性的。

  因此,无论企业数据中心的规模大小或设置如何,无论其是现场数据中心站点,主机托管还是云计算,当下都没有任何一家数据中心运营商敢忽视提高能效、降低功耗和减少碳排放的驱动力。

  事实上,根据英国政府机构的立法,现在,许多大型企业组织都被要求需要在其年度董事报告中公开说明企业在减少温室气体排放方面的进展情况,如果他们未能证明实施了必要的改进,将面临来自监管机构的罚款。

  数据中心能源效率的测量

  在数据中心电源使用效率(PUE)评级这一概念于2006-07年推出后的几年中,对于许多数据中心的管理人员们而言,这一概念已经成为了他们证明其数据中心碳足迹减少的主要方式。

  PUE指标是衡量企业数据中心总能耗与用于执行数据处理相关任务的ICT设备所消耗的能源之比。该指标数值越接近于1,证明数据中心的效率就越高。

  然而,近年来,这一指标的影响力变得越来越小,业界的相关评论家们强调了其归于简化的方法论中所存在的几个缺陷。PUE值并不考虑气候差异或其他相关因素,例如设施使用了多少水,以及数据中心现场站点是否产生任何可再生能源。

  尽管如此,该指标至今仍然是一个有用的基准,以鼓励企业数据中心不断的提高性能。但若要将其作为比较两处完全不同的数据中心的方法,这一指标还有很多的不足之处。

  作为数据中心企业所使用的一种营销工具——尤其是对于主机托管服务供应商们而言——在当下这样一个竞争日益激烈的市场中,PUE评级这一概念指标的意义也遭到了一些过份的夸大。

  故而市场上相应诞生了一系列新的指标:包括绿色能源使用效率(GPUE)——涵盖了二氧化碳排放和可再生能源使用情况等因素、有效PUE(ePUE)、数据中心基础设施效率(DCIE)和电网使用效率(GUE)。

  然而,迄今为止,这些后来的新指标都没有成功让自己从其它指标中脱颖而出,成为数据中心业界的更有效和值得信赖的替代方案。因此,尽管PUE并非完美无缺,但其目前仍然可能继续成为衡量能源效率的主要指标。

  采用模块化UPS提高能源效率

  考虑到空调机组的能耗可占到数据中心总功耗的一半以上,近年来,冷却技术也取得了巨大的进展。智能化的冷却技术,如配置独立的冷/热通道,盲板和后门热交换器的使用,均有助于减少冷却能量损失。

  但仅仅依靠这些措施来实现能效的改进还远远不够。作为数据中心基础设施的另一个不可缺少的组成部分,不间断电源(UPS)系统同样为数据中心实现显著的额外能耗节省提供了潜力。

  直到最近几年,UPS单元通常安装在由大型独立系统组成的数据中心中,这些系统仅在承载了80-90%的工作负载时才实现其最佳效率。为了提供所需的冗余度,这些固定容量的单元在其初始安装期间倾向于部署设置超大规格,这意味着它们将以较低的效率负载运行,进而浪费了大量的能量。

  然而,现在,业界所掀起的朝着模块化UPS系统方向的转变不仅有助于提高数据中心的运营效率,而且还提供了简单的可扩展性,以及与“智能化”系统的更高水平的互连性。在过去十年左右的时间里所安装的许多UPS系统现在已经趋于成熟,现在是数据中心利用这些技术进步的绝佳时机。

  模块化的安装由几个较小的机架安装式单元组成的。实际上它们各自的UPS并联在一起,以提供必要的功率和冗余。这种模块化的方法意味着容量与数据中心的特定工作负载要求更紧密地匹配,从而减少了超大规格尺寸的安装或不必要容量的空间——减少了浪费,从而提高了效率,并降低了功耗。

  模块化还为数据中心的基础设施管理人员们提供了灵活性。因为他们可以在需要时添加额外的模块,或者通过将额外的模块垂直安置到机架中,或者通过安装额外的机架来水平地添加。或者简单地说,具备了内置的可扩展性,就是在需要扩展时选择“随着业务需求的增长而付费”。

  这些现代化的模块化UPS“体积更小、重量更轻、并且产生的热量更少,因此不再需要配备耗费大量能源的空调机组。这些设备也是无变压器的,其自身单独就能实现提高效率达5%;并且可以跨各种工作负载运行,实现约96%的效率,甚至低至25%,这远远超出了他们上正在取代较大的、静态的、基于变压器的版本。

  当涉及到UPS系统的预防性维护时,模块化设备具有“热插拔”的额外优势——如果任何模块存在故障风险,甚至出现故障,则可以单独更换该故障模块,而无需让数据中心的宝贵电源保护系统下线。

  智能节能模式、UPS监控和电池存储

  在“智能节能模式(Ecomode)”下运行时,模块化UPS设备的效率甚至可以提高到99%。但是,使用此设置所带来的额外环境效益需要权衡数据中心关键工作负载暴露给主电源波动的潜在风险,因此并不适用于任何情况。

  模块化UPS可以帮助企业数据中心提升效率的另一个领域是:通常在整个行业鼓励采用的能源管理系统(EMS)和数据中心基础设施管理(DCIM)软件自动化所带来的兼容性。

  本质上,该设系统成为一个“智能化”的UPS,可不断整理、处理和交换诸如操作环境温度、主电源电压、UPS输出和剩余电池时间等性能信息。

  这些信息可以实时的用于优化整体系统性能,并确定未来改进的领域,确保追求节约能源,减少碳排放成为持续的过程。

  对于分散在多个地点(通常无人值守或在不同城市乃至国家)中的具有电源保护系统的大型数据中心而言,这种连接性和远程监控多个UPS系统的能力是一种宝贵的工具,有助于优化负载管理,并减少浪费。

  随着市场不断的向需求端响应(DSR)模式迈进,UPS系统(或者更准确地说其电池)也可能作为可再生能源的发电机具有未开发的潜力。许多UPS现在可以选择使用锂离子(Li-Ion)电池,它们只占到传统密封铅酸(SLA)电池型号所占空间的大约一半,但其功率密度要高得多。

  实际上,当电网价格较低时,锂离子UPS电池可用于存储非高峰期间产生的剩余能量。这些储存的能量可以在更昂贵的高峰时间使用,或者在发生停电的情况下使用。盈余甚至可以根据需求回售给国家电网机构,为数据中心运营商带来宝贵的额外收入。

  效率节约的实践证明

  最近,提高数据中心UPS的效率所产生的令人难以置信的影响可能会大大有助于减少数据中心的碳排放量。例如,该公司所承接的一项任务是替换全球最大的消费品供应商之一的两处数据中心的整个电力保护系统,该系统是其数据中心日常运营的重要组成部分。

  该系统最初是在2007年安装的,现有的电力保护装置由单个静态400千伏安和800千伏安单元组成,其在低负载下仅有12-25%低运行效率。整体UPS系统的平均效率为92%,主交换机室的效率低至89%,这意味着浪费了大量的能源。

  其大型机组也需要大量的冷却——每年需要消耗大约414千瓦的能源,导致每年的电费成本超过了315,000英镑,而这仅仅还只是空调机组,不包括操作UPS的电费账单。

  所有规模较大、效率低下的基于变压器的UPS设备都升级为压缩的,模块化,无变压器的多功率设备,其配置与数据中心建筑的实际功率要求非常接近。最终使得两处数据中心站点的UPS效率立即从所有负载水平的92%跃升至96%,从而大大节省了整体能源使用率,空调和空间利用率。

  两处数据中心站点的年度碳排放量从2,147公斤减少到603.5公斤,减少了71.89%。空调机组需求下降了71.81%(每年节省226,000英镑的资金和297.3kW的能源),全年UPS和冷却节能总计高达125万kWh(足以为316家英国家庭提供一年的电力)。

  所有这些成本节约和操作运营环境的改善所带来的结果是:数据中心占地面积不到以前的一半,并且该项目使得每平方米的碳排量减少了59%。

  这为该企业客户未来的扩展提供了充足的空间,或者可以将这些占地空间用于其他需求。

  结论

  英国的数据中心每年已经消耗了近3TWh的电量,而且这一要求只会越来越高。而我们正在朝着一个数据中心管理人员们需要提供相当大的扩展容量,以满足这些不断增长的需求,同时还不会大幅度增加能源消耗的时代迈进。

  现在,“少花钱,多办事”已经不是一种理想,而已经变成了一条不容谈判的原则。故而,企业数据中心采取积极主动的措施来降低数据中心的能源消耗,并减少碳排放量不仅仅从环境保护角度来看是必须的,而且从经济角度来看也是必须的。很明显,升级到效率更高、浪费更少的现代模块化UPS的措施则适用于各种规模和要求的数据中心。