三大新型节能技术在IDC的应用

中国电信股份有限公司北京分公司 | 赵晓峰 林武隽

目前的各类新节能技术层出不穷，各种技术在区域上的应用也不尽相同，北京电信正在通过试点多种IDC新型节能技术替代传统耗能的电源、空调等基础设施。

北京电信自2006年开始着眼于推进企业精确化管理和低成本运营，对各类机房节能工作高度重视，从工作组织、节能规范、技术论证、投资预算等多个方面做了大量工作。

截止到2011年底，通过全面规划建设节能型机房、应用飞轮储能引领通信业储能方式的革命、建设并运维国内首屈一指的冰蓄冷系统、推广DPS分散式供电系统、在核心机房应用高压发电机组及模块化UPS、在数据中心全面应用节能机电一体化产品和节能机柜、大力推广新风空调，同时积极进行类超导陶瓷节电、热管、太阳能、服务器节能、智能空调节能等各类新技术，已经向大气层减少排放超过6000万公斤的二氧化碳。

其中，飞轮储能系统、冰蓄冷系统、分散式供电系统是北京电信在国内及业界率先应用的新型节能技术，其配合相应的机房建设规范，在IDC的节能减排方面效果显著。

磁悬浮飞轮储能在业内的首次应用

飞轮储能技术是一种新兴的储能技术。其基本原理是由电能将飞轮驱动到高速旋转状态，电能转换为动能(图1)。当需要电能时，飞轮减速，通过电动机发电将动能转换成电能，从而实现电能的存入和释放。相比传统化学电池储能充放电次数有限、对环境污染严重、对工作温度要求高等缺点，飞轮储能具有充放电次数巨大、运行寿命长、无污染、无环境温度要求等优点，另外飞轮的储能密度大、效率高、维护简单，使得飞轮储能系统已经从实验室研究转变为实际应用，并向产业化、市场化方向发展。

北京电信公司2011年率先在亦庄局综合楼利用现有的部分供电设备及变配电系统搭建了一套真实的供电系统，对飞轮设备及油机等进行了联动应用。经过测试，在一般情况下，数据中心的负载在50%以下，此时飞轮UPS的效率是97%，在40%带载率时是96%；而传统蓄电池这两项数据分别是85%～87%和82%～83%。由于其系统效率很高，所以较之传统蓄电池式UPS大大节省了耗电量。对于数据中心更有意义的是，带载率越低时，飞轮节省的能量越多。

同时，飞轮UPS对环境的适应能力很强，可以在0℃到40℃之间正常运转，它不会因外界因素而发生退化现象，机房内不需要配置空调系统，所以较之传统蓄电池式UPS大大节省了空调系统运转耗电量。相比蓄电池而言飞轮系统的节电率为可高达77.54%。

另外，飞轮储能UPS节省空间，占地面积小，只相当于传统蓄电池式UPS 1/4的占地面积。通过面积的节省会给数据中心运营也带来一定的获利。如果一个数据中心UPS的额定容量达到6 MVA，按数据中心机房年租金16万元人民币／m2的价格估算(北京地区)，那么采用飞轮储能UPS的方案后，数据中心机房年租金的获利这方面来讲，每年大约能节省2400万元人民币。

DPS分散式供电系统的应用

DPS是一种全新的、为IDC机房设计的供电系统。它改变了传统集中式UPS的供配电方式，将电源系统分散到每个机架当中。

DPS分散供电针对每一个机架单独提供后备电源，同时采用高压直流电池直接作为服务器后备电源（图2）。正常情况下，市电直通，DPS模块向服务器输出交流电；当电网断电时，DPS通过转换开关切换到电池状态，后备电池开始工作，向服务器输出240V高压直流电源。DPS采用磷酸铁锂电池作为后备电池。

该系统有三方面的优势，第一，DPS系统由于采用后备式工作原理，其系统自损基本可以忽略不计，较传统N+1冗余模式的UPS系统效率提升8%左右。因此，节约了大量电能。且DPS系统自身散热较少，不需要单独建设电力室，节约了电力室空调的耗电及二氧化碳的排放。

第二，DPS产品重量较轻，不需要对机房承重提出单独要求，在大楼建设初期节约了钢筋及混凝土用量，间接做到节能减排。

第三，DPS分散式供电自低压室至交流分配屏到列头柜，缩短了电缆路径，节约了蓄电池至UPS间的电力电缆，减少了电力传输线路上电能的损耗。DPS系统采用磷酸铁锂电池，其转换效率约为95%，较传统的UPS系统采用的铅酸蓄电池更加节能、高效和环保。

国内首屈一指的冰蓄冷系统

所谓冰蓄冷技术，就是在电力负荷很低的夜间，即用电低谷期，采用电制冷机制冰，将冷量以冰的方式储存起来；而在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰

北京电信节能型机房主要标准和规范

北京电信结合数据中心不同客户群需求和机房制冷送风方式差异，参照集团公司相关规范，相继制订并颁布了《北京电信数据中心机房电源空调设备基本配置标准》以指导和控制投资、《北京电信数据中心机房空调环境设计规范》以降低运行能源支出。

1.数据中心机房电力能耗按照建筑面积每平米1.5KVA设计，数据中心机房客户设备用电按照建筑面积每平米1KVA容量考虑，有效提高能源产出比；

2.优先采用机房下送风制冷方式，相邻机列相向、反向排列，机柜底部设置送风口并安装导流板，列间形成冷热通道，在热通道上方安装强制回风管路，使气流组织更完善，充分发挥空调系统的制冷效率，减少电能损耗节约能源；

3.发电机按照双路市电供电容量的50%配置，即保证供给单路中断时的应急供电，减少发电设备投资；发电机组具备并机运行、市电中断自动发电能力；

4.由于发电机组具备自动发电能力，除灾备中心客户UPS蓄电池后备时间按照集团规范保证30分钟以上，其余客户蓄电池后备时间调整为20分钟，大幅减少了电池的初期和更新投资（电池的使用寿命为3至5年），同时降低设备的充电电流，有效地减少了能源消耗。的时期，把储存的冷量释放出来，从而满足建筑物空调负荷的需要，实现用电负荷的“移峰填谷”。通俗地说，就是利用夜间0.3元的电费做白天1元电费的事，最大限度实现中央空调用户能源运行费用的节省。

冰蓄冷的最终目的是为电网削峰平谷，实现能源的合理利用（图3）。就技术本身而言，基本在所有大中型空调系统的场合都能应用，但考虑到其制冷原理较普通空调多一次能量转换，必然带来更多能耗的消费，如果没有合适的分时电价结构和相关优惠政策，很难起到节约成本的目的。所以一般认为在电价结构合理、有备用冷源需求、电力需求容量明确的楼宇最为适用，具体而言，该系统具有五方面的优势。

1.利用低谷电价，冰蓄冷系统的运行费用比常规电制冷空调系统减少38%左右。

2.制冷主机冗余数量可以减少，可以使用双工况机组作为制冷冗余配置，可减少制冷主机的装机容量和功率30%-50%，大幅度降低设备初投资费用。

3.冰蓄冷系统中的冷冻水温度可降到1－4℃，能够实现大温差、低温送风，满足数据机房高负荷冷源供应需求，为未来云技术平台高冷量需求奠定基础。

4.无污染、安全可靠且自动化程度高，人员管理相对减少，在一定程度上节约了人工成本。

5.减少烟尘和CO2的排放量，具有环保效益。

以北京电信永丰冰蓄冷系统为例，设定夜间制冰时间为8小时，冰蓄冷系统每年节约运行资金超过400万元，为通信生产带来相当丰厚的回报。

目前的各类新节能技术层出不穷，各种技术在区域上的应用也不尽相同，在这种环境下，北京电信针对自身业务情况，重点解决IDC机房的能耗问题，立志成为通信行业节能工作的领头兵。