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2022-12-30 瀏覽量:1790
與過去不同,隨著人類對數(shù)據(jù)資產(chǎn)的重視,每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中很大一部分將被存儲、處理,海量的數(shù)據(jù)處理需求推動承載數(shù)據(jù)與算力的基礎(chǔ)設(shè)施——數(shù)據(jù)中心向大型化、高密化發(fā)展。
新型數(shù)據(jù)中心的“四高”發(fā)展趨勢
數(shù)據(jù)中心是算力的物理載體,數(shù)據(jù)的最終歸屬地,是數(shù)字經(jīng)濟的基石。隨著數(shù)字產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,各領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)中心的需求也水漲船高。
2021年,工信部發(fā)布了《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃(2021-2023年)》,提出足以支撐經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新型數(shù)據(jù)中心,將具備高技術(shù)、高算力、高能效、高安全等四個特征。
與“四高”相對應(yīng)的,則是數(shù)據(jù)中心單體規(guī)模的持續(xù)擴大和單機柜功率密度不斷增加。在過去一年新增的數(shù)據(jù)中心建設(shè)項目中,超過3000機柜的大型數(shù)據(jù)中心比比皆是,且單機柜功率多數(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的2.5KW-4KW,提升到8KW-16KW以上,部分采用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心單機柜則可以達到40KW甚至上百千瓦的超高標準。
隨著單體數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴大,數(shù)據(jù)中心機柜算力密度的提升,大型數(shù)據(jù)中心對電力的需求也將隨之節(jié)節(jié)攀升。如何保障高算力時代數(shù)據(jù)中心可以獲取穩(wěn)定、安全的電力供應(yīng),是作為數(shù)據(jù)中心供能“心臟”的供配電系統(tǒng)正在面臨的前所未有的挑戰(zhàn)。
亟需進化的“心臟”
成本與效率,是數(shù)字時代的生命線,對于大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)來說也是如此。而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)在全新的時代需求下,已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出結(jié)構(gòu)過于龐雜,安裝以及運維難度大,交付周期長,能源損耗占比高,占地空間大等系列瓶頸。
電力從市電進入數(shù)據(jù)中心后,需要經(jīng)過中壓變壓器、低壓配電柜、輸入輸出配電柜、UPS電源等,最后進入電子信息設(shè)備中轉(zhuǎn)化為算力。在傳統(tǒng)的供配電模式下,以上各個環(huán)節(jié)都由獨立的設(shè)備完成,相互之間缺乏足夠的契合,特別是當采用了不同品牌的產(chǎn)品時,設(shè)計選型和安裝難度會大幅提升,設(shè)備間轉(zhuǎn)換的損耗也難以控制。
獨立設(shè)備還帶來了供配電整體占地空間的龐大,并且隨著單機柜用電密度的提升不斷增加。在單機柜功率在2.5KW-5KW的情況下,供配電系統(tǒng)占地面積一般為IT設(shè)備占地面積的1/4左右;而當單機柜功率提升到8KW左右時,供配電系統(tǒng)占地面積將達到IT設(shè)備占地面積的1/2左右;當單機柜密度提升到16KW,供配電系統(tǒng)占地面積將與IT設(shè)備占地面積一樣大。這對于可以用“寸土寸金”來形容的數(shù)據(jù)中心來說,顯然是極大的損失。
簡化建設(shè)流程,提升得柜率,成為大規(guī)模數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建設(shè)必須解決的問題,數(shù)據(jù)中心“心臟”的進化勢在必行。
超越極致,深度融合
在不斷的創(chuàng)新嘗試中,供配電系統(tǒng)“深度融合”理念逐漸成型,并已成為當前數(shù)據(jù)中心供配電行業(yè)的共識。
所謂深度融合,是通過一體化、模塊化的設(shè)計方式,將原本獨立的供配電設(shè)備整合成為一個整體。根據(jù)不同類型的方案,深度融合組件可以包含配電柜、UPS電源、饋線柜、監(jiān)控設(shè)備等眾多設(shè)備。
通過深度融合方案整合的供配電系統(tǒng)組件之間契合度高,電力轉(zhuǎn)化損耗??;用銅排替代線纜,減少連接點,提升能效的同時也提升了系統(tǒng)整體的可靠性;模塊化結(jié)構(gòu),大幅降低了運維難度;預(yù)制化的生產(chǎn)方式簡化現(xiàn)場裝配流程,提升交付速度。
可以說,深度融合的供配電解決方案解決了目前數(shù)據(jù)中心供配電面臨的大部分問題。這其中,深度融合帶來最顯著的優(yōu)勢就是體積上的大幅縮小,業(yè)內(nèi)較為優(yōu)秀的深度融合解決方案,占地面積較傳統(tǒng)分散式方案可以減少近半——這意味著機房得柜率的大幅提升,數(shù)據(jù)中心用地成本也將得到很大的優(yōu)化。
當然,要實現(xiàn)深度融合,并不是簡單的將供配電設(shè)備裝配在一起。這需要創(chuàng)新的設(shè)計,復(fù)雜的測試和精密的裝配,數(shù)據(jù)中心行業(yè)在供配電系統(tǒng)的深度融合上也進行了多方向的探索,目前較為主流的技術(shù)手段如下:
提升UPS電源設(shè)備的功率密度,即高密UPS電源方案,也是目前被廣泛采用的方案。以模塊化UPS電源為例,在體積不變的情況下,3U高的單模塊功率,在近年來已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)倍的增加,從10年前的25KW,上升到40KW、50KW、100KW,甚至有廠商宣傳做到了125kW功率密度。不過,當前功率密度的提升已經(jīng)達到瓶頸,進一步提升非常困難。
取消UPS電源輸入、輸出配電柜和開關(guān),這是一種較為激進的方案。輸入、輸出柜的主要功能是對單臺UPS電源進行配電和維護,取消輸入、輸出配電柜和開關(guān)后,一旦需要維護就需要整列下電維護。因此完全取消UPS輸入、輸出配電柜的方案可以在市電十分穩(wěn)定有保障的情況下,供配電設(shè)備可靠性極高,且采用2N架構(gòu)的系統(tǒng)中嘗試。
“隔離開關(guān)+熔斷器”替代框架斷路器(ACB)的方案。配電柜中最主要的部分就是部件眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的ACB,通過對這一設(shè)備的功能拆解和架構(gòu)融合創(chuàng)新,借鑒在工廠、數(shù)據(jù)中心電池配電間、光伏電站的成熟應(yīng)用經(jīng)驗,用“隔離開關(guān)+熔斷器”替代ACB功能。因為隔離開關(guān)與熔斷器結(jié)構(gòu)簡單,體積可控,在成本與占地方面的優(yōu)勢突出。并且在數(shù)據(jù)中心供電場景實際應(yīng)用中,“隔離開關(guān)+熔斷器”這一替代方案在安全性、壽命、可維護性方面完全可以替代傳統(tǒng)的ACB。
一體化集中監(jiān)控替代傳統(tǒng)電力儀表方案,采用電子監(jiān)控卡采集低壓柜的電壓、電流、溫度等信息,傳遞到集中控制器做統(tǒng)一監(jiān)控,可以減少分散的傳統(tǒng)儀表占據(jù)低壓柜空間。
當然,廠商在采用深度融合方案的時候,也往往是多種技術(shù)手段融合使用。
隨著算力時代的開啟,數(shù)據(jù)中心規(guī)模越來越大,交付周期越來越短,部署要求越來越高,數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)必將隨之進化。包括深度融合在內(nèi)的道路還在進一步探索之中,這不僅需要設(shè)備企業(yè)的創(chuàng)新努力,同樣也需要從企業(yè)到用戶的共同嘗試和推動。深度融合理念也將憑借其能耗低、占地小、交付周期短、運維便捷等優(yōu)勢,為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提供持久、可靠的澎湃動力。