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双碳时代,数据中心供配电的“智”与“能”

里夫金在《第三次工业革命》中曾预测:“当新型通信技术与新型能源系统结合,预示着重大经济转型时代的来临。”

如今来看,诚然如斯。随着互联网、5G、大数据、人工智能等数字化技术的崛起,以及全球拥抱绿色能源的大趋势,数字经济正在成为经济发展的新引擎,对全球经济社会发展产生深远影响。

数字经济蓬勃发展之际,也对节能减排带来迫在眉睫的新需求。数据中心作为数字经济的数字底座,无论是单体规模还是数量都呈现出持续增长的趋势,碳排放和耗电量也随之水涨船高,成为双碳目标下节能减排的重要目标。

那么,数据中心节能减排会有哪些新趋势、新技术和新理念?近日,在2021 华为数据中心技术年会上释放出强烈的信号,即数据中心供配电系统将加速朝着智能化和节能化的方向发展。

双碳时代下供配电新趋势

近年来,全球各大经济体纷纷推出各自碳达峰/碳中和的双碳目标。数据中心作为能耗和碳排放的大户,自然成为节能减排的重点目标。国家能源局数据显示,2020年我国数据中心耗电量突破2000亿千瓦时,创历史新高,能耗占全国总用电量2.7%,预计到2030年,数据中心用电量可能在2020年基础上翻一番,降低数据中心碳排放势在必行。

事实上,从国家政策牵引以及供配电技术趋势等角度来看,数据中心能源利用从粗放型向精细化的升级、能源结构深度“脱碳”都成为大势所趋。

去年7月《新型数据中心发展三年行动计划(2021—2023年)》明确提出到2023年,新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下,绿色低碳等级达到4A级以上;10月《2030年前碳达峰行动方案》,明确加强新型基础设施用能管理,将年综合能耗超过1万吨标准煤的数据中心全部纳入重点用能单位能耗在线监测系统……

正如比尔盖茨在《气候经济与人类未来》一书中所提,实现零排放的目标是基于技术创新来驱动。落实到数据中心供配电技术体系上,供配电系统未来将围绕“智能化”和“节能”做文章,利用AI、锂电池等多项技术来驱动数据中心供配电的变革。

供配电的“智”与“能”

众所周知,从传统解决方案上看,数据中心供配电建设主要面临空间紧张、安装周期长、能耗高、运维困难等四个层面的问题。例如,几年前建设一个数据中心,如果是采用6千瓦到8千瓦的设计布局,电力机房能占到一半的机房空间,相当于3万平米的数据中心,需要有1万平米来放置供配电设备,加上安装、接线和联调工期长,管理割裂和被动维护,传统模式的弊病一览无遗。

这种模式面对数据中心的发展趋势已经是举步维艰,在双碳目标的大趋势下,必然会被用户所抛弃。首先,随着数字经济近年来的高速增长,数据中心在整体规模和数量上都保持着较高的增长速度,这将成为不可阻挡的趋势。

以超大规模数据中心为例,SynergyResearch最新数据显示,截止到2021年第三季度,全球超大规模数据中心突破700个,超大规模数据中心数量在过去五年翻了一番;

另一方面,随着边缘场景的丰富,数据中心向边缘侧延伸也成为趋势,数量众多的边缘数据中心也成为数据中心另一大发展方向,这些趋势无疑驱动着数据中心供配电系统加速变革。

另外,数字经济、产业数字化和数字化转型的提速,应用场景加速走向云化和智能化,使得数据中心数据中心自身也在朝着云化的方向发展,敏捷部署、快速上线成为刚需。

以如今越来越多的智慧场景为例,充分融入大数据、AI等技术,往往带来持续的高速案例和高功率需求,随之而来的就是驱动供电系统走向高密化和线性扩展化;而业务数字化和在线化,使得业务持续性成为一大考验,需要供配电系统运行更加安全和管理更加智能。

针对数据中心供配电的“供需矛盾”,华为近年来积极推动深度智能融合电力模块解决方案,推动数据中心供配电走向一体化、预制化和智能化,彻底颠覆数据中心供配电模式,为数据中心节能减排打开新局面。

首先,华为采用一体化设计思路和全链路深度融合的理念,设计出超高密度UPS、小尺寸隔离开关和集中监控等,将电力模块从传统22柜变成11柜,节省数据中心占地空间40%;此外,电气连接节点减少,也有利于可靠性的提升,华为融合电力模块通过高密UPS和负荷隔离开关的融合,实现了单柜600kW带输入输出保护。

其次,数据中心建设呈现出单kW占地面积不断降低、平面设计多元创新的趋势,使得供电技术由分散设备向一体化的方式演进,这无疑让预制化供配电系统成为新潮流。传统供配电建设模式横跨多个部门,从设备采购到安装、后期调试都需要多个部门参与和协同,耗费大量工期和资源;而预制化则将生产、安装和测试在出厂前即完成,大幅降低建设成本和工期。

此外,智能化无疑会成为数据中心供配电的一大差异化能力。AI智能技术的加持,让数据中心供配电不仅在管理层面实现统一监控和管理,还能充分利用智能技术实现故障预警和健康度评估,大幅提升整个供配电系统的安全性和可靠性。

以华为智能融合电力模块解决方案为例,其全新智能在线模式(S-ECO)实现了模式间0ms切换、99%超高系统效率和主动滤波。华为全新智能在线模式(S-ECO)在正常工作时,由旁路供电,系统能效高达99%;当旁路输入异常时,0ms切换至电池供电,确保数据中心业务的持续性,当旁路输入恢复正常时,又能0ms切换回旁路供电;而逆变器自动检测谐波和主动补偿,也确保整个供配电稳定可靠。

据悉,华为智能电力模块还实现了全链路的统一监控和维度检测,对电容、风扇、开关等组件进行AI健康度评估,实现智能化的故障分析和提前预警,进一步完善数据中心供配电的可靠性。

用户加速拥抱电力模块解决方案

目前来看,随着新基建战略的提出,以及绿色数据中心建设系列指导文件的出台,各大数据中心用户都在积极加速拥抱一体化、预制化和智能化的供配电解决方案。

以万国数据为例,其作为新型基础设施服务供应商,旗下数据中心分布于国内外,为数量众多的互联网、云计算、金融机构灾备和大型企业提供服务,因灾备业务的特殊性,对于电力模块要求极高的可靠性,还需要电力系统占地面积小。为此,万国数据采用华为电力模块解决方案,首先用于万国廊坊数据中心,电力模块融合从变压器到UPS输出全链路,采用全模块设计、母排连接和一体化交付,实现了40%的机房空间节省和在线运维,大幅降低运营成本。

另外,华为云东莞数据中心也采用华为深度智能融合电力模块解决方案。众所周知,云服务市场是典型的高技术壁垒、高投入和高成本的三高市场,云服务商需要在基础设施层尽可能地降低成本和提升效率,以换取用户的青睐。华为云利用一体化、预制化和智能化的融合电力模块,实现30%的占地空间节省和60%的安装工时节省,高效支撑起华为云各项业务。

总体来看,在数据中心规模和数量持续增加的大趋势下,供配电作为数据中心的动力心脏,其重要性愈发突出。数据中心供配电如何建得更快、更好和更节省无疑是一项长期考验,而华为率先引领数据中心供配电的一体化、预制化智能化变革趋势,真正让供配电系统为数据中心的未来保驾护航。

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