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艾默生網(wǎng)絡能源有限公司是全球通信/IT行業(yè)網(wǎng)絡能源產(chǎn)品、動力一體化整體解決方案及一體化服務的主流供應商。2008年，Emerson積極助力北京奧運會，旗下各集團與鳥巢、水立方、奧運火炬、玲瓏塔、自行車館、壘球中心等多個主要場館進行核心部件的深入合作。
毫無疑問，電費開銷是企業(yè)數(shù)據(jù)中心最大的單一運營成本支出，其占到了企業(yè)數(shù)據(jù)中心總成本的25-60%。由于需要持續(xù)的為其ICT設備供電，并提供持續(xù)的冷卻散熱，以保持其所有服務器的健康運行，支持系統(tǒng)的安全運行，故而對于目前常見的企業(yè)大型數(shù)據(jù)中心設施而言，相當多的企業(yè)每年僅僅在能源成本方面的開銷就高達數(shù)百萬英鎊。
無論企業(yè)數(shù)據(jù)中心的具體規(guī)模如何，任何效率方面的缺陷都會迅速增加不必要的能源浪費和成本開銷。而伴隨著互聯(lián)性、自動化和智能工業(yè)的興起，對于數(shù)據(jù)中心容量的需求也在不斷的增加，而業(yè)界如果不果斷的采取相應的應對措施，所帶來的經(jīng)濟和環(huán)境后果或?qū)菫碾y性的。
在本文中，來自RielloUPS公司的數(shù)據(jù)中心電力保護領域的專家門將為我們廣大讀者朋友們解釋當前模塊化不間斷電源(UPS)單元崛起的大趨勢將如何帶來整個數(shù)據(jù)中心行業(yè)巨大的效率提升，并進而幫助實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。
文章中，專家們分享了關于如何準確的測量數(shù)據(jù)中心能效的方面的較為實用的建議，并概述了模塊化UPS能夠為當下的企業(yè)在提升可擴展性、降低冷卻要求、以及使用電池以生成和存儲可再生能源方面所帶來的相關益處。
故而，仔細閱讀并借鑒本文所給出的相關意見和建議對于企業(yè)數(shù)據(jù)中心的管理人員來說是非常重要的。這將有助于幫助他們通過在減少碳排放量的同時，提升性能，并提高收益。
根據(jù)獨立的研究機構(gòu)Software.org的保守估計：到2020年，全球范圍內(nèi)將至少有500億臺互連的設備?；ヂ?lián)性的增加、“物聯(lián)網(wǎng)”的興起以及向工業(yè)4.0不可阻擋的轉(zhuǎn)變確保了對人們對于數(shù)據(jù)的需求。而與此同時，由所有數(shù)據(jù)的安全儲存所帶來的對于能量的需求也將繼續(xù)以驚人的速度增長。
根據(jù)全球可持續(xù)信息產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(GeSI，Globale-SustainableInitiative)的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心業(yè)界已經(jīng)消耗了全球總耗電量的3%，并產(chǎn)生了全球溫室氣體排放量的2%。該行業(yè)的碳足跡與航空業(yè)相同。有分析人士認為，盡管近年來硬件技術方面取得了巨大的進步，但全球數(shù)據(jù)中心業(yè)界每四年對于能源使用的數(shù)量卻翻了一番。
全球數(shù)據(jù)中心的功率消耗有兩種主要方式。用于運行IT設備——如服務器或不間斷電源(UPS)設備所需消耗的能源，以及使所有機器設備保持足夠的冷卻散熱，以保證數(shù)據(jù)中心的安全運行而不會有過熱風險的空調(diào)機組設備所消耗的能源。
根據(jù)TechUK的數(shù)據(jù)顯示，電力開銷是企業(yè)數(shù)據(jù)中心最大的單項運營成本，占到了數(shù)據(jù)中心總成本的25-60%。而在當下這樣一個超大規(guī)模設施的時代，一般企業(yè)每年將消耗大約30GWh的電力資源，年度電費賬單至少高達300萬英鎊。任何效率方面的缺陷都會迅速增加不必要的能源浪費和成本開銷，故而，業(yè)界如果不果斷的采取相應的應對措施，所帶來的經(jīng)濟和環(huán)境后果或?qū)菫碾y性的。
因此，無論企業(yè)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模大小或設置如何，無論其是現(xiàn)場數(shù)據(jù)中心站點，主機托管還是云計算，當下都沒有任何一家數(shù)據(jù)中心運營商敢忽視提高能效、降低功耗和減少碳排放的驅(qū)動力。
事實上，根據(jù)英國政府機構(gòu)的立法，現(xiàn)在，許多大型企業(yè)組織都被要求需要在其年度董事報告中公開說明企業(yè)在減少溫室氣體排放方面的進展情況，如果他們未能證明實施了必要的改進，將面臨來自監(jiān)管機構(gòu)的罰款。
數(shù)據(jù)中心能源效率的測量
在數(shù)據(jù)中心電源使用效率(PUE)評級這一概念于2006-07年推出后的幾年中，對于許多數(shù)據(jù)中心的管理人員們而言，這一概念已經(jīng)成為了他們證明其數(shù)據(jù)中心碳足跡減少的主要方式。
PUE指標是衡量企業(yè)數(shù)據(jù)中心總能耗與用于執(zhí)行數(shù)據(jù)處理相關任務的ICT設備所消耗的能源之比。該指標數(shù)值越接近于1，證明數(shù)據(jù)中心的效率就越高。
然而，近年來，這一指標的影響力變得越來越小，業(yè)界的相關評論家們強調(diào)了其歸于簡化的方法論中所存在的幾個缺陷。PUE值并不考慮氣候差異或其他相關因素，例如設施使用了多少水，以及數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場站點是否產(chǎn)生任何可再生能源。
盡管如此，該指標至今仍然是一個有用的基準，以鼓勵企業(yè)數(shù)據(jù)中心不斷的提高性能。但若要將其作為比較兩處完全不同的數(shù)據(jù)中心的方法，這一指標還有很多的不足之處。
作為數(shù)據(jù)中心企業(yè)所使用的一種營銷工具——尤其是對于主機托管服務供應商們而言——在當下這樣一個競爭日益激烈的市場中，PUE評級這一概念指標的意義也遭到了一些過份的夸大。
故而市場上相應誕生了一系列新的指標：包括綠色能源使用效率(GPUE)——涵蓋了二氧化碳排放和可再生能源使用情況等因素、有效PUE(ePUE)、數(shù)據(jù)中心基礎設施效率(DCIE)和電網(wǎng)使用效率(GUE)。
然而，迄今為止，這些后來的新指標都沒有成功讓自己從其它指標中脫穎而出，成為數(shù)據(jù)中心業(yè)界的更有效和值得信賴的替代方案。因此，盡管PUE并非完美無缺，但其目前仍然可能繼續(xù)成為衡量能源效率的主要指標。
采用模塊化UPS提高能源效率
考慮到空調(diào)機組的能耗可占到數(shù)據(jù)中心總功耗的一半以上，近年來，冷卻技術也取得了巨大的進展。智能化的冷卻技術，如配置獨立的冷/熱通道，盲板和后門熱交換器的使用，均有助于減少冷卻能量損失。
但僅僅依靠這些措施來實現(xiàn)能效的改進還遠遠不夠。作為數(shù)據(jù)中心基礎設施的另一個不可缺少的組成部分，不間斷電源(UPS)系統(tǒng)同樣為數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)顯著的額外能耗節(jié)省提供了潛力。
直到最近幾年，UPS單元通常安裝在由大型獨立系統(tǒng)組成的數(shù)據(jù)中心中，這些系統(tǒng)僅在承載了80-90%的工作負載時才實現(xiàn)其最佳效率。為了提供所需的冗余度，這些固定容量的單元在其初始安裝期間傾向于部署設置超大規(guī)格，這意味著它們將以較低的效率負載運行，進而浪費了大量的能量。
然而，現(xiàn)在，業(yè)界所掀起的朝著模塊化UPS系統(tǒng)方向的轉(zhuǎn)變不僅有助于提高數(shù)據(jù)中心的運營效率，而且還提供了簡單的可擴展性，以及與“智能化”系統(tǒng)的更高水平的互連性。在過去十年左右的時間里所安裝的許多UPS系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)趨于成熟，現(xiàn)在是數(shù)據(jù)中心利用這些技術進步的絕佳時機。
模塊化的安裝由幾個較小的機架安裝式單元組成的。實際上它們各自的UPS并聯(lián)在一起，以提供必要的功率和冗余。這種模塊化的方法意味著容量與數(shù)據(jù)中心的特定工作負載要求更緊密地匹配，從而減少了超大規(guī)格尺寸的安裝或不必要容量的空間——減少了浪費，從而提高了效率，并降低了功耗。
模塊化還為數(shù)據(jù)中心的基礎設施管理人員們提供了靈活性。因為他們可以在需要時添加額外的模塊，或者通過將額外的模塊垂直安置到機架中，或者通過安裝額外的機架來水平地添加?；蛘吆唵蔚卣f，具備了內(nèi)置的可擴展性，就是在需要擴展時選擇“隨著業(yè)務需求的增長而付費”。
這些現(xiàn)代化的模塊化UPS“體積更小、重量更輕、并且產(chǎn)生的熱量更少，因此不再需要配備耗費大量能源的空調(diào)機組。這些設備也是無變壓器的，其自身單獨就能實現(xiàn)提高效率達5%;并且可以跨各種工作負載運行，實現(xiàn)約96%的效率，甚至低至25%，這遠遠超出了他們上正在取代較大的、靜態(tài)的、基于變壓器的版本。
當涉及到UPS系統(tǒng)的預防性維護時，模塊化設備具有“熱插拔”的額外優(yōu)勢——如果任何模塊存在故障風險，甚至出現(xiàn)故障，則可以單獨更換該故障模塊，而無需讓數(shù)據(jù)中心的寶貴電源保護系統(tǒng)下線。
智能節(jié)能模式、UPS監(jiān)控和電池存儲
在“智能節(jié)能模式(Ecomode)”下運行時，模塊化UPS設備的效率甚至可以提高到99%。但是，使用此設置所帶來的額外環(huán)境效益需要權(quán)衡數(shù)據(jù)中心關鍵工作負載暴露給主電源波動的潛在風險，因此并不適用于任何情況。
模塊化UPS可以幫助企業(yè)數(shù)據(jù)中心提升效率的另一個領域是：通常在整個行業(yè)鼓勵采用的能源管理系統(tǒng)(EMS)和數(shù)據(jù)中心基礎設施管理(DCIM)軟件自動化所帶來的兼容性。
本質(zhì)上，該設系統(tǒng)成為一個“智能化”的UPS，可不斷整理、處理和交換諸如操作環(huán)境溫度、主電源電壓、UPS輸出和剩余電池時間等性能信息。
這些信息可以實時的用于優(yōu)化整體系統(tǒng)性能，并確定未來改進的領域，確保追求節(jié)約能源，減少碳排放成為持續(xù)的過程。
對于分散在多個地點(通常無人值守或在不同城市乃至國家)中的具有電源保護系統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)中心而言，這種連接性和遠程監(jiān)控多個UPS系統(tǒng)的能力是一種寶貴的工具，有助于優(yōu)化負載管理，并減少浪費。
隨著市場不斷的向需求端響應(DSR)模式邁進，UPS系統(tǒng)(或者更準確地說其電池)也可能作為可再生能源的發(fā)電機具有未開發(fā)的潛力。許多UPS現(xiàn)在可以選擇使用鋰離子(Li-Ion)電池，它們只占到傳統(tǒng)密封鉛酸(SLA)電池型號所占空間的大約一半，但其功率密度要高得多。
實際上，當電網(wǎng)價格較低時，鋰離子UPS電池可用于存儲非高峰期間產(chǎn)生的剩余能量。這些儲存的能量可以在更昂貴的高峰時間使用，或者在發(fā)生停電的情況下使用。盈余甚至可以根據(jù)需求回售給國家電網(wǎng)機構(gòu)，為數(shù)據(jù)中心運營商帶來寶貴的額外收入。
效率節(jié)約的實踐證明
最近，提高數(shù)據(jù)中心UPS的效率所產(chǎn)生的令人難以置信的影響可能會大大有助于減少數(shù)據(jù)中心的碳排放量。例如，該公司所承接的一項任務是替換全球最大的消費品供應商之一的兩處數(shù)據(jù)中心的整個電力保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)是其數(shù)據(jù)中心日常運營的重要組成部分。
該系統(tǒng)最初是在2007年安裝的，現(xiàn)有的電力保護裝置由單個靜態(tài)400千伏安和800千伏安單元組成，其在低負載下僅有12-25%低運行效率。整體UPS系統(tǒng)的平均效率為92%，主交換機室的效率低至89%，這意味著浪費了大量的能源。
其大型機組也需要大量的冷卻——每年需要消耗大約414千瓦的能源，導致每年的電費成本超過了315,000英鎊，而這僅僅還只是空調(diào)機組，不包括操作UPS的電費賬單。
所有規(guī)模較大、效率低下的基于變壓器的UPS設備都升級為壓縮的，模塊化，無變壓器的多功率設備，其配置與數(shù)據(jù)中心建筑的實際功率要求非常接近。最終使得兩處數(shù)據(jù)中心站點的UPS效率立即從所有負載水平的92%躍升至96%，從而大大節(jié)省了整體能源使用率，空調(diào)和空間利用率。
兩處數(shù)據(jù)中心站點的年度碳排放量從2,147公斤減少到603.5公斤，減少了71.89%。空調(diào)機組需求下降了71.81%(每年節(jié)省226,000英鎊的資金和297.3kW的能源)，全年UPS和冷卻節(jié)能總計高達125萬kWh(足以為316家英國家庭提供一年的電力)。
所有這些成本節(jié)約和操作運營環(huán)境的改善所帶來的結(jié)果是：數(shù)據(jù)中心占地面積不到以前的一半，并且該項目使得每平方米的碳排量減少了59%。
這為該企業(yè)客戶未來的擴展提供了充足的空間，或者可以將這些占地空間用于其他需求。
結(jié)論
英國的數(shù)據(jù)中心每年已經(jīng)消耗了近3TWh的電量，而且這一要求只會越來越高。而我們正在朝著一個數(shù)據(jù)中心管理人員們需要提供相當大的擴展容量，以滿足這些不斷增長的需求，同時還不會大幅度增加能源消耗的時代邁進。
現(xiàn)在，“少花錢，多辦事”已經(jīng)不是一種理想，而已經(jīng)變成了一條不容談判的原則。故而，企業(yè)數(shù)據(jù)中心采取積極主動的措施來降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗，并減少碳排放量不僅僅從環(huán)境保護角度來看是必須的，而且從經(jīng)濟角度來看也是必須的。很明顯，升級到效率更高、浪費更少的現(xiàn)代模塊化UPS的措施則適用于各種規(guī)模和要求的數(shù)據(jù)中心。
