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数据中心的能源供应来源

在论述国内数据中心资源供应来源之前，有一个不得不说的故事，这个故事来自于一本书，书名叫做《IT不再重要》，在这本书里的第二章节讲述了塞缪尔。英萨尔（SamuelInsull）和私有电厂时代的结束，公用电网占据了主导的故事。

本文无意去八卦他和爱迪生的故事，作为后来者能看到的是，无论在美国，还是在中国，公用电网都占据了绝对主导地位。

根据目前市场上数据中心的能源供给，绝大多数情况下占据主导地位的能源供给都是电力能源，如果从国内的数据中心电力供应来看，几乎都是来自于国家电网和南方电网。

写到这里，似乎引领读者进入了一个误区，认为数据中心一定遵循公用电网，甚至只能利用国家电网和南方电网电力供应，这并不是本文所要表达的观点，因此有必要澄清一下。即使目前的现状是这样，但并不等于这是唯一的路径。对于未来的数据中心而言，也许可以重新考虑爱迪生的思路。这也是本文希望读者可以开放思路，毕竟条条大路通罗马，成功的路从来都不止一条。以往的分布到集中，对于未来的某些数据中心而言，可能反之，即从集中到分布。

目前数据中心几乎所有的电力供应均来自于公用电网，而用电也是数据中心能源消耗的绝大部分。电力是从工业社会文明爆发以来，最重要的生产资料，传统观念认为，电力具有清洁、高效、便捷的能源特征。所以在仅百年的时间，全球建立了覆盖超过80%陆地面积的电网覆盖，全球总发电量达到为21.3万亿千瓦时。在2011年，中国有一项数据超过美国保持了110年的记录，跃居世界第一：2011年中国净发电量总额达到4.47万亿千瓦时，超过美国的年净发电量4.1万亿千瓦时，中国目前有十万亿千瓦发电机组装机量。这背后是根源有很多，2011年中国7.3万亿美元GDP大约只是美国15万亿美元GDP的一半，但实体经济比例居高使得中国的净发电量已经超过美国。

电是二次能源，这与一次能源煤炭、石油、天然气等有着本质的区别。

1、数据中心能源消耗的结构和特征

今天，无论是在政府，还是地方招商引资，或是在规划运营层面，大家都对数据中心是个能源消耗“大户”达成共识。能源消耗主要体现在两方面：一是电力，二是制冷。一般情况下，这里特指的“电”的消耗，主要体现在对电的容量的要求和电量的消耗。这里的制冷，主要是指为了保证数据中心内的IT设备保持正常运行（或者基于SLA中对于IT设备制冷需求的定义）而需要的冷量。在中国，在非自然冷却的情况下，主要是通过电制冷设备来为IT设备冷却的，即把电这个高级能源转换为冷这个低级能源，用于冷却IT设备。既然是电制冷，当然是需要电的容量供给和电量的消耗。IT设备的用电加上制冷系统的用电，构成了数据中心电力能源的绝大部分消耗。

数据中心的制冷需求虽然也包括诸如照明和建筑隔热等方面，但占其绝对比例部分是为IT设备制冷用。对于IT设备本身的冷量需求，如果用一个不是非常严谨但又比较简单的说法来表达，IT设备的制冷量约等于IT设备的用电消耗量，即约为1：1的数学关系。例如：一台功耗为300瓦的服务器在其额定工况运行时，产生300瓦的热量，需要约300瓦的冷量进行冷却。

在这里，要补充一句，即数据中心的电和冷是可以通过低级能源和其他能源获得的，这也是本文的一个重要基础。

备注：这个简单的数学关系至关重要，是数据中心和分布式能源（特指三联供系统）结合的基础数据。

太原机务段救援基地位于石太铁路线呜李火车站,因原呜李火车站用的是市电380V电源,此电源无法满足新建救援基地的用电负荷要求,根据太原铁路局《关于对太原救援基地配套改造工程设计审查的意见》及太原铁路局组织的有关太原救援基地用电问题的会议精神,由中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院设计采用牵引供电接触网27.5kV电源,使用牵引供电专用单相变三相UPS作为太原救援基地的工作电源使用,降压变压器设计容量160kVA,UPS设计容量150kVA,设计馈出配出四个回路:既有低压配电箱所带停留车库、消防、地面电源负荷;综合楼空调办公负荷;食堂、浴室照明负荷和检修库负荷(见图1)。

150kVA单相变三相UPS是由伊顿公司深圳山特工厂生产的高频UPS,150kVA高频UPS共有10个功率模块,单个功率模块容量15kVA,UPS由两个柜体组成,安装在电力箱变内,因电力箱变内部在夏季温度能达到50～60℃,为保证UPS正常运行,箱变设计了排风和制冷系统,UPS在2011年9月开通投入运行。

由于电气化铁道专用工频单变三UPS在使用中故障频发,影响正常使用,高频模块化单变三UPS以其先进的设计理念和高可靠性走进这个领域。高频机通常由滤波器、IGBT高频整流器、逆变器组成,IGBT可以通过加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断,IGBT整流器开关频率通常在几千到几十千赫兹,甚至高达上百千赫兹。典型的高频机UPS拓扑如图2所示。

高频UPS整流属于升压整流,其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高,一般典型值为768V左右,所以逆变器输出相电压可以直接达到220V,逆变器之后就不再需要升压变压器。

由于采用了IGBT高频整流技术使功率单元实现了模块化生产,因此,实现了功率模块的N+1运行模式。当高频模块化UPS某一个模块发生故障时,故障模块会自动退出运行,非故障模块可以正常运行不影响供电。在设备巡检人员巡检时,将故障模块带电拔出换上新的模块就可以了。大大提高了运行的可靠性。

由于在电气化铁路电力机车通过时,会产生过电压及谐波,这样UPS的输入电源会时常出现很高的尖峰冲击电压,整流以后的BUS电压也会跟着出现一个非正常的峰值电压,这个电压有时高达700V,高于正常正负BUS电压400V的标准。监测保护系统一旦检测到高于正负BUS电压400V时,设备就会保护关机,这时需要人员去现场重新启动。

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