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数据中心告别柴发还需要多久

作者:陈敬福 来源:《数据中心建设+》杂志 发布时间:2022-06-18 浏览:

中国储能网讯:“高技术、高算力、高能效、高安全”是新型数据中心的特征,也成为了现下数据中心的发展方向。数据中心在设计、建设、运营等各个方面的理念和实践都发生了新的变化,其中,有关去掉柴油发电机组(以下简称“柴发”)的话题引起了广泛的关注。

一、柴发当前被广泛使用

数据中心担负着数据流的接收、处理、存储与转发等,一旦停止运行,就会影响相应数据的流通,造成相关应用和服务等无法使用,会造成巨大损失。此类例子屡见不鲜,2021年3月,欧洲云计算巨头OVH位于史特拉斯堡的一个数据中心发生火灾,致使350万个网站脱机;4月,主机托管公司WebNX位于美国犹他州的奥格登数据中心着火,导致奥格登市的一些IT服务在周日和周一无法使用。

根据数据统计,导致数据中心发生火灾或者造成运行故障的因素众多,包括供电、网络、制冷、软件系统等。其中,2020年与供电有关的数据中心故障占比最高,约为37%。而想要保证持续供电,稳定的供电系统必不可少。

电网供电系统可靠性虽然日益提升,但断电在某种程度上无法完全规避,如因为暴风、暴雨、暴雪等恶劣天气带来的断电;因为电网负荷过高,为保障电网运行稳定,区域短暂实施有序用电等。因此,应急电源成为数据中心的必备。而柴发便是当前数据中心广泛采用的应急电源之一。

这主要是因为柴发具备系统简单,起动、带负荷和停机时间短,操作、维修难度较小,技术成熟等特点,只要燃料足够,柴发可以长时间提供稳定、安全且能量巨大的电能,能够满足数据中心的用电负荷及供电需求。

值得注意的是,为更好地切合数据中心需要及保证供电的安全性,数据中心的柴发建设有着严格的标准和要求。据《GB50174-2017数据中心设计规范》,根据数据中心的使用性质、数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度,数据中心可以分为A、B、C三级。

A级数据中心应(N+X)冗余(X=1~N),B级数据中心当供电电源只有一路时,需设置后备柴油发电机系统,宜N+1冗余;A、B级数据中心柴发的基本容量应包括不间断电源系统的基本容量、空调和制冷设备的基本容量;A级数据中心柴发燃料存储量宜满足12h用油,当外部供油时间有保障时,燃料存储量仅需大于外部供油时间;应防止柴油微生物滋生;柴油在储存期间,应对柴油品质进行检测,当柴油品质不能满足使用要求时,应对柴油进行更换。

在配置柴发时,后备柴发的性能等级不应低于G3级;A级数据中心发电机应连续和不限时运行,发电机组的输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要;B级数据中心发电机组的输出功率可按限时500h运行功率选择。

二、为何出现“去柴发”讨论

柴发对于数据中心如此重要,但近期“无柴发”“去柴发”的讨论却不绝于耳,究其原因,主要归结为以下几点。

1.柴发本身造价高

柴发系统的建设涉及油罐,日用油箱,管路系统,供电及智能监控系统等多个设备和系统的搭建,在费用方面较高。据数据统计,柴发在数据中心整体投资中约占10%,而数据中心的投资动辄数亿、数十亿,柴发自身的造价由此可见一斑。

2.柴发运维成本高

为保障柴发能够在危急时刻及时、稳定、安全的供电,数据中心企业需对柴发长期进行较高频次的维护、检查,并且有着严格的标准,这是必须且必要的,但也在事实上造成了较高的运维成本。

《数据中心基础设施运行维护标准》规定,柴发应每年至少进行1次带载测试,检查机油压力、冷却液温度、转速、电气工作状态、负载均衡、ATS切换功能;柴发应每2年或累计运行250h进行三滤、机油、冷却液更换。

数据中心一旦使用柴发,消耗自然会更高。柴发的启动、运行需要大量柴油支撑,数据中心使用柴发的时间越长,柴油消耗也就越多,成本也会越高。其次,柴发会带来大量的碳排放。柴发的碳排放主要来源于柴油燃烧,日常运维启动和应急启动都会产生碳排放。

根据BP中国碳排放计算器提供的资料:节约1升柴油=减排2.63千克“二氧化碳”。也就是说,1升柴油的排碳量约2.63千克二氧化碳。1800千瓦的柴发每小时油耗约500L,假设一座数据中心,拥有3000个机架,每个机架功耗为6千瓦,那么这座数据中心的功耗为1.8万千瓦,需要10个1800千瓦的柴发,每小时油耗则为5000L,排放二氧化碳的量将达到13150千克。

家庭用电中,每用100度电,排放二氧化碳约78.5千克,通过计算,这样一座数据中心使用柴发1小时产生的二氧化碳排放是100度家庭用电的167倍。而碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称,温室气体的主要组成部分就是二氧化碳,由此可见柴发的使用会带来大量的碳排放。

3.柴发本身造价高

柴发系统的建设涉及油罐,日用油箱,管路系统,供电及智能监控系统等多个设备和系统的搭建,在费用方面较高。据数据统计,柴发在数据中心整体投资中约占10%,而数据中心的投资动辄数亿、数十亿,柴发自身的造价由此可见一斑。

在数据中心实现“碳中和”的过程中,IT设备、能源使用比例等均在节能减碳的优化范围,柴发的运维尤其是使用会产生较多的碳排放,自然也位列其中。这也是推动“去柴发”讨论增多的重要原因。

三、“去柴发”的可行性及可能性方案

数据中心的行业特征是长周期运营,一旦建成,运营周期长达20至30年,并且在周期内要保持不间断的运行,这就要求供电方面要持续、稳定、安全,应急电源也应当如此,这是讨论替代柴发方案的第一要点。

其次,柴发产生碳排放的主要原因是使用了化石能源。因此,想要减少碳排放可以从解决能源性质这方面出发,选择使用清洁能源的设备或者方案来替代柴发。

目前满足以上两点,并且正在探索或者拥有可能性的方案,集中体现在对储能系统的开发以及取代柴油的燃料能源研究上。

数据中心的储能研究,是为降低数据中心用电成本而提出的解决方案之一。减少柴油的使用,乃至用储能系统取代柴发是储能研究的重要一环。目前,取代柴发的可行性解决方案上,主要表现为锂电池储能系统和燃料电池储能系统这两种。

锂电池具备能量密度高、质量轻体积小等特征,能较好的解决电池储能系统部署空间的问题,伴随着价格的下降,成为数据中心取代柴发的备选之一。据了解,谷歌在此方面已有计划,其在今年宣布,将在比利时的StGhislain数据中心采用锂电池储能系统替代同等装机容量的柴油发电。据谷歌无碳能源业务主管介绍,该电池储能系统装机容量为3MW。如电网出现故障,谷歌希望电池储能系统能够为特定工作负载提供1小时的电力。

燃料电池是将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置,燃料气包括氢气、天然气、生物质气等,具有排放有害气体少、使用寿命长等特征,有利于节约能源和保护生态环境。从已有实践来看,微软在去年宣布,其旗下数据中心正在测试采用氢燃料电池供电方案,产生的电力足够10个服务器机架运行48小时。

由此可知,通过研发完善储能系统,是有可能去掉柴发的。但这一系统在目前阶段存在着较为明显的短板,即无法长时间为大型数据中心提供稳定的供电,一旦断电时间较长,储能系统便无法满足数据中心的需要。同时,锂电池在安全性上也依旧需要增强。

取代柴油燃料能源研究方面,清洁、100%可再生合成燃料是其中一个重要方向,并且也已有取得了一定成效的案例。微软表示,它在瑞典的一个数据中心的备用发电机组将使用Evolution柴油Plus,这是一种含有Tall油的燃料,是一种低碳可再生燃料,能够有效减少碳排放。

另一方向则是包括氢能、核能等高效能源的研究使用,此类能源在节能减排上有着天然优势,并且能效高,能够满足数据中心的用电使用,但此类能源在技术、运输、安全等方面均存在较大的限制,需要在多个关键性的研究上有所突破才能够在数据中心上应用,目前,高效能源的应用还依旧处于早期的设想阶段。

综合来看,作为应急电源,柴发在数据中心的安全持续的运营上发挥着重要作用,目前取代柴发的可行性方案虽然有一定的方向和实践,但并不成熟。因此,短时间内想要去掉柴发并不现实,未来能否出现成熟的方案来取代柴发也需验证。

(来源:《数据中心建设+》杂志)

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