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數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心能效診斷系統(tǒng)及節(jié)能管理措施

時間:2023/4/12閱讀:606
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摘要:信息社會對數(shù)據(jù)的需求越來越大,數(shù)據(jù)中心已成為*的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。隨著國家雙碳政策的逐步推進(jìn),能耗密度高的數(shù)據(jù)中心也成為減碳行動的主要對象,甚至與傳統(tǒng)的高能耗行業(yè)并列,許多地區(qū)也對新數(shù)據(jù)中心的能源利用效率提出了影響(PUE)提出了很高的要求。原舊數(shù)據(jù)中心的機電系統(tǒng)落后,需要進(jìn)行能效診斷和升級,以改進(jìn)PUE。通過能效管理系統(tǒng)研究數(shù)據(jù)中心的能耗構(gòu)成,進(jìn)行能效診斷,提出節(jié)能改造的主要措施,為數(shù)據(jù)中心的綠色高效運行提供節(jié)能降耗優(yōu)化思路,提高數(shù)據(jù)中心的能源利用效率。


關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;能效診斷;電能治理;節(jié)能改造;

一綜述

  數(shù)據(jù)中心的能效診斷是通過對數(shù)據(jù)中心的整體能耗分析、IT設(shè)備能耗、制冷系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的能耗和能效對標(biāo)。制冷系統(tǒng)的主要能效評價指標(biāo)是制冷負(fù)載系數(shù)CLF,是數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備與IT設(shè)備的比值,供電負(fù)載系數(shù)PLF是數(shù)據(jù)中心供配電設(shè)備與IT設(shè)備的比值,數(shù)據(jù)中心的PUE值也與這兩個系數(shù)密切相關(guān)。如圖1所示:

圖1數(shù)據(jù)中心CLF、PLF與PUE的關(guān)系

  在數(shù)據(jù)中心,只有IT設(shè)備的功耗(圖1中的E4)被認(rèn)為是“有意義的"電能。因此,除IT設(shè)備外,其他設(shè)備消耗的電能比例越低,數(shù)據(jù)中心的PUE值性能就越好。Acrel-8000數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)主要從以上數(shù)據(jù)診斷數(shù)據(jù)中心能效,并提出有針對性的改造方案。

二能效診斷

  數(shù)據(jù)中心建成較早,機房建筑面積約1.5萬㎡,地上兩層,一層設(shè)置為變配電室、蓄電池室、冷水機組室、運營商機房等電力和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,如圖2所示。二樓主要設(shè)置12間機房,可部署約3000套機柜,已部署1500套機柜。供電系統(tǒng)設(shè)置兩個110kV主變,兩個10kV開關(guān),4個10/0.4kV低壓變配電室,8個低壓變壓器,總供電容量2萬KVA。低壓配電室配備UPS設(shè)備,確保供電。終端有70個安科瑞ANDPF精密配電柜,為IT設(shè)備提供主要電源。

圖2數(shù)據(jù)中心一層平面圖

  Acrel-8000數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)實現(xiàn)了從110kV變電站到終端精密配電柜的全覆蓋能源管理、設(shè)備監(jiān)控和能耗分析,如圖3所示。主要功能包括:

  電力監(jiān)控:監(jiān)控110kV變電站、2個10kV開關(guān)、4個10/0.4kV低壓變配電室配電系統(tǒng)的運行情況,實現(xiàn)遙控、遙信、越限報警、故障分析、電能質(zhì)量分析、運行報表等功能;

  設(shè)備監(jiān)控:柴油發(fā)電機、變壓器、UPS、電池組、精密配電柜、精密空調(diào)狀態(tài)及運行參數(shù),并提供異常預(yù)警、運行報表等功能;

  能耗診斷:統(tǒng)計數(shù)據(jù)中心總能耗、IT設(shè)備能耗、制冷系統(tǒng)能耗、供電系統(tǒng)能耗、照明和辦公能耗,計算CLF/PLF/PUE等能耗指標(biāo);

  環(huán)境監(jiān)測:監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、水浸、電池室氫濃度等數(shù)據(jù),并提供越限報警;

  運維管理:發(fā)布工單、巡檢計劃、工單跟蹤管理等,協(xié)助維修人員高效運維。

圖3Acrel-8000數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)高壓配電系統(tǒng)

1能效分析

  經(jīng)過一年的系統(tǒng)調(diào)試,系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的能源利用效率相對較低。系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示,全年IT設(shè)備能耗占51%,制冷系統(tǒng)(冷凍水機組、空調(diào)末端、新風(fēng)等。)能耗占36%,供電系統(tǒng)(變壓器、UPS、發(fā)電機、開關(guān))10%,照明及辦公占3%左右。

  PUE值約為1.96;

  CLF約為0.71;

  PLF約為0.2;

  由于數(shù)據(jù)中心機電設(shè)備陳舊,缺乏有效的節(jié)能管理控制措施,能效利用效率低,落后于新建數(shù)據(jù)中心。

2空調(diào)系統(tǒng)

  數(shù)據(jù)中心大樓采用集中空調(diào)系統(tǒng)供冷,主要設(shè)備有冷水機組、冷卻塔、冷凍泵和冷卻泵。通過系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn),空調(diào)系統(tǒng)水冷式制冷主機全年連續(xù)運行。當(dāng)定頻制冷主機負(fù)荷率為80%-90%時,當(dāng)變頻制冷主機負(fù)荷率為60%-70%時,主機運行時綜合能效較高。但在系統(tǒng)運行和控制過程中,兩臺主機大部分時間都沒有在較高的效率范圍內(nèi)運行。夏、春、秋、冬季工況下,系統(tǒng)冷凍水出水溫度保持恒定5℃,系統(tǒng)輸出沒有根據(jù)實際環(huán)境負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)整,冬季自然冷源也沒有得到充分利用。

3變配電系統(tǒng)

  數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有8臺變壓器,分別來自2個10kV開關(guān)站。變配電系統(tǒng)采用雙通道互備模式接入。UPS系統(tǒng)為5個數(shù)據(jù)室服務(wù)器供電。通過系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)變壓器低壓側(cè)測量發(fā)現(xiàn)諧波嚴(yán)重,現(xiàn)場未安裝諧波處理裝置。UPS系統(tǒng)中大量電池組的單個電池性能不一致,內(nèi)阻過大導(dǎo)致整組電池充放電加熱,損耗增加,存在安全隱患。

4照明系統(tǒng)

  數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)采用節(jié)能燈和筒燈,公共區(qū)域和數(shù)據(jù)中心區(qū)域采用手動控制。建筑照明光源主要采用普通熒光燈和筒燈。燈具規(guī)格多樣,部分區(qū)域照度不符合規(guī)范規(guī)定的照度要求,控制方法相對落后。

三節(jié)能改造措施

1充分利用自然冷源

  當(dāng)室外濕球(或干球溫度)低于室內(nèi)空調(diào)設(shè)計溫度并達(dá)到一定值時,通過冷卻塔的冷凍水或冷卻水直接或間接為空調(diào)系統(tǒng)提供冷量,消除室內(nèi)冷負(fù)荷,使用自然冷源。

2高效控制空調(diào)機組

  完善機房設(shè)備參數(shù)監(jiān)測控制,監(jiān)測主機負(fù)荷率、冷凍冷卻出回水溫度壓力、室外濕球溫度等參數(shù),為中央空調(diào)系統(tǒng)提供全系統(tǒng)優(yōu)化運行平臺。自動調(diào)節(jié)制冷主機在高效范圍內(nèi)運行,根據(jù)負(fù)荷變化實時調(diào)節(jié)出水溫度,預(yù)計冷水機組能效提高8%左右。

3電能質(zhì)量管理

  由于數(shù)據(jù)中心的主要負(fù)荷是IT設(shè)備,UPS被廣泛用于供電、制冷系統(tǒng)使用的變頻設(shè)備較多,在工作過程中會對低壓電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生諧波反饋,嚴(yán)重影響配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。變壓器低壓側(cè)諧波畸變率達(dá)到50%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)。這也會導(dǎo)致電纜發(fā)熱,增加電能損耗,影響開關(guān)電源的使用壽命,降低設(shè)備的使用性能。

  在每個變壓器下安裝500A有源諧波處理系統(tǒng)裝置進(jìn)行集中處理,型號為Ansin-500-MⅠ類型,自動跟蹤補償負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流,大大降低諧波畸變和中性線電流,確保供電系統(tǒng)安全可靠運行,減少系統(tǒng)損耗,見圖4。

4.png

圖4ansin-500000-MⅠ集中治理裝置

  對一些諧波較嚴(yán)重的電路進(jìn)行當(dāng)?shù)匮a償,如選擇中心UPS出線端對前后波形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,通過安裝Ansin-300-BⅠ型有源濾波處理系統(tǒng)后,電壓畸變率從6.32%降值2.05%,電流畸變率從28.94%降值5.67%,提高電網(wǎng)波形質(zhì)量,見圖5。

5.png

圖5Ansin-30000-BⅠ壁掛式處理裝置

4UPS電池監(jiān)控系統(tǒng)

  UPS供電系統(tǒng)是滿足數(shù)據(jù)中心供電可靠性的核心部分,電池是整個系統(tǒng)的重要組成部分之一,是整個供電系統(tǒng)的“后屏障"。當(dāng)電池性能因過充、過放電等原因下降,電池內(nèi)阻增大,導(dǎo)致電池加熱、鼓包等現(xiàn)象,導(dǎo)致供電系統(tǒng)安全整體下降,增加電池充放電損耗。

系統(tǒng)在電池室增加氫濃度監(jiān)測傳感器,當(dāng)氫濃度可啟動排氣系統(tǒng)時,增加電池監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測電池電壓、內(nèi)阻和內(nèi)部溫度功能,數(shù)據(jù)接入Acrel-8000數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng),通過電池系統(tǒng)科學(xué)運行維護、監(jiān)測維護,及時發(fā)現(xiàn)故障風(fēng)險,客觀延長電池使用壽命,確保供電安全,降低整體擁有成本,見圖6。


  圖6電池在線監(jiān)控示意圖

5智能照明控制系統(tǒng)

  數(shù)據(jù)中心機房采用高光效LED光源燈代替原節(jié)能燈和筒燈,增加智能照明控制系統(tǒng)。紅外人體傳感器安裝在走廊、電梯前室、衛(wèi)生間等公共照明區(qū)域,由智能照明控制器控制,使人燈亮,人燈熄滅。同時,整個數(shù)據(jù)中心照明的集中控制和狀態(tài)監(jiān)控也可以集成在值班室的Acrel-8000系統(tǒng)主機上,節(jié)省照明用電,見圖7。

圖7智能照明控制系統(tǒng)示意圖

6光伏發(fā)電系統(tǒng)

  數(shù)據(jù)中心屋頂具有較大的光伏組件安裝面積。通過增加光伏太陽能組件和逆變器,采用自用和剩余電源互聯(lián)網(wǎng)模式并入低壓電網(wǎng),為數(shù)據(jù)中心提供清潔能源供電,減少數(shù)據(jù)中心的碳排放。光伏組件吸收太陽能轉(zhuǎn)化電能,同時反射和反射太陽熱量,在屋頂形成遮蔽結(jié)構(gòu),避免陽光直射引起的熱量聚集,有效降低夏季建筑空調(diào)能耗,降低數(shù)據(jù)中心空調(diào)能耗,預(yù)計光伏系統(tǒng)年發(fā)電量40萬kWh。

7其它應(yīng)用

  除能效管理系統(tǒng)和上述電能質(zhì)量控制裝置、電池監(jiān)控、智能照明控制和分布式光伏外,安科瑞還包括高低壓配電綜合保護監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置(A類)、智能小母線系統(tǒng)、精密配電柜、電氣消防解決方案等。

8.png

四結(jié)束語

  隨著越來越多的新數(shù)據(jù)中心,對數(shù)據(jù)中心的要求越來越高,無論是新的還是多年的數(shù)據(jù)中心都需要通過技術(shù)手段診斷數(shù)據(jù)中心的能源利用效率,找到節(jié)能空間,確定適合項目的節(jié)能改造方法,以提高數(shù)據(jù)中心的PUE值。Acrel-結(jié)合空調(diào)控制相關(guān)技術(shù),8000數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)、安科瑞電力監(jiān)控、電能質(zhì)量監(jiān)控與治理、電池監(jiān)控、智能照明控制、分布式光伏等硬件產(chǎn)品,幫助數(shù)據(jù)中心提高能效,減少碳排放,建設(shè)綠色環(huán)保數(shù)據(jù)中心。


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