[收藏]数据中心供配电节能方式（二）

五、利用新技术

1、巴拿马电源

目前应该最广泛的供配电架构如下图，不间断电源采用AC UPS， AC UPS主要包括:整流（功率因数校正)、蓄电池组以及其充电放电部分、逆变、静态旁路，和输出转换开关等，为负载提供稳定电压、稳定频率的能量来源。产品成熟，可靠性高，但供电链路长。该方案的供电效率大约为:AC UPS效率95%(低压市电至IT rack输入)，加上变压器和配电线缆损耗（大约2%），整个链路的效率大约93%。

AC UPS供电架构

巴拿马电源采用多绕组的移相变压器,大大减小了变压器副边绕组的短路电流，降低其下游开关的短路电流容量，并结合整流模块单元，对传统供电架构的配电层级进行优化整合，缩短了传统供电中从变压器输出到AC UPS柜间的漫长链路，简化了此链路中的多级配电。与传统供电系统架构比，巴拿马电源供电链路中的开关器件大大减少，更加简洁高效、成本更低、效率更高。巴拿马电源方案将传统AC UPS供电中的配电环节大大简化。如下图

巴拿马电源供电架构

巴拿马电源利用多脉冲移相变压器实现低THDi和高功率因数，从而去掉传统AC UPS系统中，功率模块内部的功率因数校正环节。这部分环节的节省，使得巴拿马电源模块仅仅负责调压即可，拓扑大大简化，模块效率可以达到峰值98.5%，在轻载下20%时，效率就高达97.5%以上。机房整体效率提升3%，每年损耗降低66%，整体机房运营成本减少3%-5%，其优势更明显。

2、智能小母线

数据中心末端IT配电形式主要包括列头柜配电和智能小母线配电两种方式，如下图：

列头柜配电与智能小母线配电两种方式

传统列头柜配电形式即列头柜作为IT机柜的电源分配与保护的终端配电柜，连接形式为电力电缆。

智能小母线配电形式的电源由UPS设备、高压直流设备或者市电电源柜引来，用电缆或封闭母线连接至末端母线的干线馈电单元，在末端母线上根据每个机柜的功率要求装设相应规格的分接单元，分接单元内配有监控设备、输出端口、保护设备等，可为每个机柜提供精准电力供应。

智能小母线配电形式将始端箱代替列头柜，小母线代替电缆进线电源分配，在节能方面主要体现在减少了对风道的占用，可降低10％以上冷却能耗；较少铜损，可降低20％以上线路损耗。

六、运维管理

在数据中心生命周期中，数据中心运维管理是数据中心生命周期中最后一个、也是历时最长的一个阶段。在规划设计阶段是考虑如何才能节能，那么运维阶段是实现节能。

运维阶段合理分配负荷，使变压器、UPS等设备处在低损耗状态，负载率低时可开启UPS模块休眠功能；UPS可考虑使用ECO或 “超级旁路”模式。

由于风机水泵功率与转速的三次方成正比，如果实际风机或水泵的转速为额定转速的75%，则实际功率仅为额定转速时的42%。若5用2备的设备，实际需求为5台100%运行，可改为7台71.5%运行，在总输出相等的情况下，能耗可降低51%。

七、储能应用

储能即能量的储存。根据能量存储形式的不同，广义储能包括电储能、热储能和氢储能三类。电储能是最主要的储能方式，按照存储原理的不同又分为电化学储能和物理储能两种技术类型。其中电化学储能技术主要包括铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池和超级电容器;物理储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和超导储能。

目前数据中心最常见的储能系统是用不间断电源的储能系统。不间断电源配置的储能系统，可以采用电化学储能，即蓄电池储能;也可采用物理储能，即飞轮储能。采用电化学储能是主流。蓄电池的选取，当前以铅酸蓄电池为主，也有部分数据中心选取锂离子电池，这些技术在可再生能源并网、分布式发电及微网领域已实现兆瓦级的示范应用，同时在调频辅助服务、电力输配、电动汽车等领域也在进行应用示范。

通过采用能量型电池组作为储能电源，储能电源本身即可当不间断电源，给数据中心的负载设备供电，也可以实现电力削峰填谷。这不但可以降低电网的峰值负荷，有利于电网安全运行，实现数据中心的节能减排，还能通过峰谷电价套利，产生巨大的经济效益和社会效益。在未来随着储能技术的发展，数据中心可减少或不设置柴油发电机组，即可减少投资，又可节能减排，推动在数据中心实现“碳中和”。

以上列举了很多供配电系统的节能方式，针对具体项目，可根据实际情况选择合理的节能方案，形成一个完整的、高效的供配电系统。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.数据中心设计规范：GB50174-2017[S].北京：中国计划出版社，2017.

[2]国家市场监督管理总局. 电力变压器能效限定值及能效等级：GB20052-2020[S].北京：中国标准出版社，2020.