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本地发电应对数据中心断电的可靠性分析

[日期:2013-09-01]   来源:机房360  作者:佚名   阅读:1122次[字体: ]
发电是数据中心和网络机房高可用性供电系统的关键组成部分。尽管IT系统依靠电池或飞轮发电机也能坚持工作数分钟甚至几小时,但若要达到“五个九”的可用性水平,必须具备本地发电的能力。在供电情况较恶劣的地方,也必须进行发电,以使可用性达到99.99%或99.9%1。
  
  要解决该问题,传统的办法是采用备用柴油机或燃气发电机与UPS相结合。在可用性要求很高的应用中,可使用此类备用发电机的N+1阵列。
  
  也有人提出,燃料电池和微型燃气轮机是网络机房和数据中心发电方案的上乘之选。这类系统不仅可以持续为网络机房或数据中心供电,还可以产生超额的电力以用于其他负载或反馈给市电网络,或者可以用作备用发电机。其系统可用性和总拥有成本因系统的使用方式而异,下文将对此进行论述。
  
  一、发电系统总拥有成本
  
  在选择发电系统时,成本问题虽然不一定起决定作用,但始终是一个至关重要的考虑因素。发电系统的总拥有成本(TCO)由以下成本构成:  
  (1)工程设计成本 
  (2)投资成本 
  (3)安装/启动成本  
  (4)维护成本  
  (5)燃料成本
  
  二、节能(用于减少燃料成本)
  
  在实际应用中,以下因素会对TCO的计算结果造成影响: 
  (1)燃料成本与电力成本 
  (2)市电闲置费或备用电源费 
  (3)反向馈电价格和管理费 
  (4)供电系统的负载百分比
  
  我们可以构建一个模型来估算各种技术与工作模式的总拥有成本。对于传统的备用发电机,计算所需的数据很容易获得,估算结果也比较可靠。对于燃料电池和微型燃气轮机,我们基于行业未来3-5年的规划对设备成本进行了估算,这一前瞻性的结果可以为这些技术未来的经济效益提供有益的指导。
  
  给定设备成本、安装成本、维护成本和能量数据,可以很容易计算出一个使用寿命为10年的典型数据中心的TCO,此处不再赘述。从中不难得出,燃料电池和微型燃气轮机设备的前期成本与使用寿命期间的能源成本相当;其节约的能源成本不足以抵消因采用这些技术而提高的前期成本。
  
  假定通常情况下数据中心的利用率远远低于100%,那么,与备用模式或市电交互模式相比,持续本地发电是最不经济的模式。本地发电的低效率抵销了采用低成本燃料所带来的大部分好处。
  
  三、燃料电池及燃气轮机供电可行性分析
  
  从经济的角度而言,数据中心发电系统采用燃料电池和微型燃气轮机并不比采用备用发电机更具优势。不过,在考虑到其他一些实际情况之后,采用燃料电池或微型燃气轮机技术也不失为一个值得尝试的选择。以下对此进行了详细论述。


图 1 -- 各种技术与工作模式下的发电系统 TCO 

  排放物  
  当地的法令法规或公司的规章制度有可能对排放物做出了限制。在众多本地发电系统方案中,面临排放物困扰最为严重的是柴油发动机。柴油发动机的审批过程十分复杂,与所在地理位置有很大关系,在某些地方甚至不可能采用柴油机。支持将柴油机作为备用发电机的观点认为,虽然其单位时间的排放量较大,不过工作时间很短,因而总的排放量较低。不过,实际上备用柴油机在启动时会产生大量的可见烟尘,尤其是当柴油机作为备用电源要在瞬间承担起负载时更是如此。因此,柴油机在启动时往往会遭到周围居民的抱怨,从而可能导致“事后”遭到当局有关法规的管制这样一个非常尴尬的局面。
  
  为了进行TCO分析,我们假设用天然气或丙烷燃料的备用发电机来替代广泛使用的柴油发电机。这些发电机的成本要比柴油发电机的成本高出大约30%,但极大地减少了排放物,尤其是可见排放物。如果主要目的是为了减少排放物,有数据显示,以天然气或丙烷为燃料的发电机要比电池材料或微型燃气轮机经济得多。
  
  可用性 
  对于许多数据中心和网络机房而言,停机成本十分高昂。有人曾提出,与备用发电机相比,燃料电池和微型燃气轮机可以提高系统的总体可用性。人们经常会提及一个统计数据,即备用发电机在需要启动时只有90%的成功概率。
  
  要评定此论点是否正确,需要燃料电池和微型燃气轮机的可靠性数据,以及故障模式的特性及其所需的修理时间。目前还无法获得这些数据。
  
  我们能够肯定的是,在容错方面进行投资可以提高任何供电系统的可用性,例如,前面讨论过的N+1结构和双路结构。此外,加强同步维护设计、改进状态监控以及增强维护等措施都可以提高可用性。目前,有证据表明,如果将备用发电机系统所节约的TCO用于提高此类系统的可用性,则可以抵销燃料电池或微型燃气轮机的任何可能的(及尚未证实的)可用性优势。
 

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