關注：
發(fā)電是數(shù)據(jù)機房和網(wǎng)絡機房高可用性供電系統(tǒng)的關鍵組成部分。盡管IT系統(tǒng)依靠電池或飛輪發(fā)電機也能堅持工作數(shù)分鐘甚至幾小時，但若要達到"五個九"的可用性水平，必須具備本地發(fā)電的能力。在供電情況較惡劣的地方，也必須進行發(fā)電，使可用性達到99.99%或99.9%。要解決該問題，傳統(tǒng)的辦法是采用備用柴油機或燃氣發(fā)電機與UPS相結合，在可用性要求很高的應用中，可使用此類備用發(fā)電機的N+l陣列。 (4)本地發(fā)電的低效率抵銷了采用低成本燃料所帶來的大部分好處。
也有人提出，燃料電池和微型燃氣輪機是網(wǎng)絡機房和數(shù)據(jù)機房發(fā)電方案的上乘之選。這類系統(tǒng)不僅可以持續(xù)為網(wǎng)絡機房或數(shù)據(jù)機房供電，還可以產生超額的電力以用于其它負載或反饋給市電網(wǎng)絡。其系統(tǒng)可用性和總擁有成本因系統(tǒng)的使用方式而異，下面將對此進行論述。
1.發(fā)電機工作模式
(1)備用模式
該模式采用交流市電作為主要的供電電源，本地發(fā)電只是作為計劃中的斷電或交流主電源出現(xiàn)故障時的后備電源。備用系統(tǒng)啟動時，將使用UPS作為系統(tǒng)啟動延時的過渡。對于擁有本地發(fā)電機的網(wǎng)絡機房和數(shù)據(jù)機房，有99%以上采用這種工作模式。
(2)持續(xù)模式
該模式采用本地發(fā)電作為主要的供電方式，而將市電作為斷電或本地發(fā)電出現(xiàn)故障時的后備電源。負載由本地發(fā)電機供電，并在系統(tǒng)切換過程中采用UPS作為延時的過渡。本地發(fā)電機只為關鍵負載供電，如果本地發(fā)電機的功率超出負載功率，則可能末充分利用發(fā)電系統(tǒng)，或其工作效率處于效率曲線上某個較低的點。
(3)市電交互模式
該模式采用本地發(fā)電作為主要的供電方式，而將市電作為斷電或本地發(fā)電出現(xiàn)故障時的后備電源。本地發(fā)電機與市電并聯(lián)，這樣可以將產生的超出關鍵負載功率的電能反饋給市電。在該模式中，超出的電量可能只是被系統(tǒng)中其它的非關鍵負載所消耗，也可能逆向流入市電網(wǎng)絡。通常，需要采用UPS來為關鍵負載提供緩沖保護，以免受到供電變化的影響。正常情況下，發(fā)電系統(tǒng)工作于其效率曲線上經(jīng)濟效益最高的點。
2.容錯模式
無論采用何種技術或模式，都可以通過以下方法來提高可用性。
(1)雙路結構
若采用雙路結構，則整個發(fā)電系統(tǒng)都將處于冗余保護下。理想情況下，冗余性應遍及整個電源系統(tǒng)，并且一直延伸到關鍵負載，關鍵負載本身應配置為可接受雙路電源輸入。
(2)N+1結構
在該結構中，發(fā)電系統(tǒng)中可靠性最低的組件由多個并聯(lián)設備構成，以便在其中一個出現(xiàn)故障后，其它設備可以繼續(xù)為關鍵負載供電。
3.總擁有成木(TCO)
在選擇發(fā)電系統(tǒng)時，成本問題雖然不一定起決定作用，但始終是一個至關重要的考慮因素。發(fā)電系統(tǒng)的總擁有成本(TCO)由以下成本構成:○1工程設計成本;○2投資成本;○3安裝/啟動成本;○4維護成本;○5燃料成本;○6節(jié)能(用于減少燃料成本)。
在實際應用中，以下因素會對TCO的計算結果造成較大的影響:○1燃料成本與電力成本:
○2市電閑置費或備用電源費;○3反向饋電價格和管理費;○4供電系統(tǒng)的負載百分比。
我們可以構建一個模型來估算各種技術與工作模式的總擁有成本。對于傳統(tǒng)的備用發(fā)電機，計算所需的數(shù)據(jù)很容易獲得，估算結果也比較可靠。對于燃料電池和微型燃氣輪機，我們基于行業(yè)未來3～5年的規(guī)劃對設備成本進行了估算，這一前瞻性的結果可以為這些技術未來的經(jīng)濟效益提供有益的指導。
給定設備成本、安裝成本、維護成本和能量數(shù)據(jù)，可以很容易計算出一個使用壽命為10年的典型數(shù)據(jù)機房的TCO，此處不再贅述。
分析得出以下基本結論。
(1)前期成本與使用壽命期間的能源成本相當。
(2)燃料電池和微型燃氣輪機節(jié)約的能源成本不足以抵消因采用這些技術而提高的前期成本。
(3)假定通常情況下數(shù)據(jù)機房的利用率遠遠低于100%，那么與備用模式或市電交互模式相比，持續(xù)本地發(fā)電是最不經(jīng)濟的模式。
4.其它注意事項
從經(jīng)濟的角度而言，數(shù)據(jù)機房發(fā)電系統(tǒng)采用燃料電池和微型燃氣輪機并不比采用備用發(fā)電機更具優(yōu)勢。不過在考慮到其它一些實際情況之后，采用燃料電池或微型燃氣輪機技術也不失為一個值得嘗試的選擇，以下對此進行了詳細論述。
(1)排放物
當?shù)氐姆罘ㄒ?guī)或公司的規(guī)章制度有可能對排放物做出了限制。在眾多本地發(fā)電系統(tǒng)方案中，面臨排放物困擾最為嚴重的是柴油發(fā)動機。支持將柴油機作為備用發(fā)電機的觀點認為，雖然其單位時間的排放量較大，不過工作時間很短，因而總的排放量較低。不過實際上備用柴油機在啟動時會產生大量的可見煙塵，尤其是當柴油機作為備用電源要在瞬間承擔起負載時更是如此。因此柴油機在啟動時往往會遭到周圍居民的抱怨，從而可能導致事后遭到有關法規(guī)的管制這樣一個非常旭忱的局面。
為了進行TCO分析，我們假設用天然氣或丙烷燃料的備用發(fā)電機來替代廣泛使用的柴油發(fā)電機。這些發(fā)電機的成本要比柴油發(fā)電機的成本高出大約30%，但極大地減少了排放物，尤其是可見排放物。如果主要目的是為了減少排放物，有數(shù)據(jù)顯示，以天然氣或丙烷為燃料的發(fā)電機要比電池材料或微型燃氣輪機經(jīng)濟得多。
(2)可用性
對于許多數(shù)據(jù)機房和網(wǎng)絡機房而言，停機成本十分昂貴。有人曾提出，與備用發(fā)電機相比，燃料電池和微型燃氣輪機可以提高系統(tǒng)的總體可用性。人們經(jīng)常會提及一個統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即各用發(fā)電機在需要啟動時只有90%的成功概率。
要評定此論點是否正確，需要燃料電池和微型燃氣輪機的可靠性數(shù)據(jù)，以及故障模式的特性及其所需的修理時間，目前還無法獲得這些數(shù)據(jù)。
我們能夠肯定的是，在容錯方面進行投資可以提高任何供電系統(tǒng)的可用性。例如，前面討論過的N+l結構和雙路結構。此外，加強同步維護設計、改進狀態(tài)監(jiān)控以及增強維護等措施都可以提高可用性。目前有證據(jù)表明，如果將備用發(fā)電機系統(tǒng)所節(jié)約的TCO用于提高此類系統(tǒng)的可用性，則可以抵銷燃料電池或微型燃氣輪機的任何可能的(及尚未證實的)可用性優(yōu)勢。
(3)取消其它設備
許多有關燃料電池和微型燃氣輪機的討論都認為，采用新技術后，供電系統(tǒng)中其它某些設備可以取消，從而可能會降低成本、提高可用性及效率，去掉UPS或電池是討論得較多的一個話題。若采用市電交互模式，則仍然需要采用UPS來隔離關鍵負載與市電。若采用持續(xù)模式，也仍然需要采用UPS來為關鍵負載提供緩沖保護，使之免受其它負載(如空調裝置)的影響。若采用備用模式，很顯然，在發(fā)電機能夠運轉之前必須用UPS為關鍵負載供電。
在持續(xù)模式或市電交互模式中使用時，UPS的后備時間原則上要比用在備用模式中的后備時間短，因而其電池可以更小。不過，縮短特定負載的電池運行時間，會給電池造成更大的壓力，并降低系統(tǒng)可靠性。采用目前的電池技術，不可能將電池的大小縮小至運行時間低于5分鐘。如果在持續(xù)模式或市電交互模式下采用帶飛輪的UPS，那么發(fā)電系統(tǒng)可以不用電池。不過，沒有數(shù)據(jù)表明該措施會給TCO帶來任何益處。此外，實際數(shù)據(jù)機房的故障數(shù)據(jù)顯示，電池所提供的后備時間可以為在發(fā)生異常故障時進行人為干預提供時間，從而防止停機。
(4)從交流電轉換為直流電
某些關于燃料電池和微型燃氣輪機的討論認為，數(shù)據(jù)機房和網(wǎng)絡機房采用這些技術后可以不再需要交流電源。其觀點是，采用直流電源為關鍵負載供電可以減少電力轉換步驟，而燃料電池和微型燃氣輪機產生的都是直流電，因而有可能直接采用。
這種觀點實際上不切實際。首先，數(shù)據(jù)機房或網(wǎng)絡機房運營所需的許多設備都需要交流電，讓這些設備改為采用直流電幾乎是不可能的。這些設備包括照明設施、空調裝置、辦公設備，甚至個人計算機。其次，認為直流電比交流電效率更高或更具優(yōu)勢的觀點無疑是錯誤的。
(5)熱電聯(lián)產
無論何種發(fā)電系統(tǒng)，除了產生電能之外，還會產生更多的熱能。如果能將這部分熱量轉化為有用的能源，從而取代其它必需的熱源，那么有可能大大降低成本。但很可惜，數(shù)據(jù)機房本身所產生的熱量已經(jīng)足夠多了，并不帶要多余的熱能。因此，在將節(jié)約成本的構想付諸現(xiàn)實之前，必須先找到持續(xù)熱能的用武之地，雖然這樣的應用環(huán)境難以找到。但有數(shù)據(jù)顯示，在此類特殊環(huán)境中市電交互熱電聯(lián)產發(fā)電系統(tǒng)的TCO要低于備用供電系統(tǒng)的TCO。
請注意，當采用熱電聯(lián)產時，有數(shù)據(jù)顯示，以天然氣為燃料的發(fā)動機的TCO仍比燃料電池或微型燃氣輪機低許多。
(6)冷電聯(lián)產
發(fā)電過程中所產生廢熱的另一個用途是通過名為"吸收式制冷機"的設備來驅動制冷裝置。此時，廢熱實際上轉換為數(shù)據(jù)機房所需的制冷能源。由于一般的數(shù)據(jù)機房在運行制冷系統(tǒng)方面所需的電能并不少于關鍵負載所需的電能，因此這種方法帶來了雙重好處:既降低了電力負載，又提高了發(fā)電系統(tǒng)的效率。從理論上而言，這會顯著減少數(shù)據(jù)機房的TCO。
就目前而言，在不損失優(yōu)勢的情況下為冷電聯(lián)產系統(tǒng)提供容錯功能仍然是一個尚未攻克的技術難題。
廢熱的溫度越高，采用吸收式制冷機的冷電聯(lián)供系統(tǒng)的性能也越高。因此。PEM等燃料電池技術不適合采用吸收式制冷機。因為其工作溫度太低，而微型燃氣輪機的廢熱溫度最適合冷熱聯(lián)產方案。
(7)與市電完全斷開
某些文章中偶爾會提到，采用燃料電池或微型燃氣輪機的數(shù)據(jù)機房可以徹底與市電網(wǎng)絡斷開。這樣一來，便無需備用費用或其它市電費用，這也使得可以將數(shù)據(jù)機房建在無法取得交流市電增容許可的地方。
與市電隔絕確實帶來了諸多新的技術問題。例如，發(fā)電機的冷啟動、無市電作為后備電源的損失等等。此外，設施還要依賴于通過管道或汽車運送的燃料，因而可能會面臨供應不暢問題。燃氣設備也可能在緊急關頭停止運行，例如，在遇到罕見寒冷天氣而急需燃氣時，燃氣壓力卻在下降。
有數(shù)據(jù)顯示，如果不得不完全與市電斷開，那么傳統(tǒng)發(fā)電機組的TCO仍然要低于燃料電池或微型燃氣輪機的TCO。
客戶服務熱線
Customer Service Hotline
江蘇省泰州市醫(yī)藥高新區(qū)西徐路1號
+86-0523-86581021
在線客服有需求 , 請在線留言!
Online Service
