数据中心未来供电技术发展浅析

数据中心未来供电技术发展浅析

2014-06-09 17:14李典林腾讯字号：T|T

随着数据中心技术的发展以及降低运营成本和节能减排的需求，市电直供方案将在大型的互联网数据中

心等场合的应用会越来越广泛，成为未来趋势。

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随着数据中心技术的大规模建设，以及更为关注能源利用效率，数据中心供电技术未来的发展方向一定是市电直供技术，

在降低前提投资成本的同时，还通过高效率供电减少后期运营成本。这里所说的高效率不仅仅是指电网侧到IT 设备的

供电路径高效率，而是一次能源侧到 CPU等的整个能源路径上的高效率和绿色环保，虽然传统概念的 PUE可能升高，但单位总能耗是降低的。未来的总体发展趋势是高压 / 集中式 / 交流大 UPS向低压 / 分布式 / 直流小 UPS方向发展，由机房外集中式铅酸电池向 IT 机柜内分布式小 ( 锂) 电池等方向发展，从化石能源向绿色能源方向发展。

数据中心数据中心供电不间断的核心在于不间断电源及其电池技术，因此电池连接的位置也决定了不同的供电架构。目

前业界主流的备用电池电压从高到低分别有UPS的四百多伏，到直流电源的380V、240、及 48V，甚至电池内嵌到IT 设备内的 12V 等。下图是目前业界在数据中心供电方面的主要技术方案，首先从集中式四百多伏铅酸电池的传统 UPS，其次到

标准服务器不用定制、 240V电池直挂输出母线的 240V高压直流技术，接着还有服务器采用定制 48V 或者 380V输入电源的48V 直流或者 380V高压直流电池直挂技术，最后再到 google 等的 12V 电池直挂服务器主板输入方案。电池越靠近末端服务

器主板或者 CPU，供电系统越为分散，相应的 IT 系统也更为分布式 ; 电池越靠近末端，供电系统的定制化程

度越高，普通用户规模开展的难度也越大 ; 电池越靠近末端，对 IT 电源及电池的控制管理水平要求也越高。最后，电池越

靠近末端，从电网到 CPU供电路径上的转换级数也相应减少，带来更高的转换效率，但可能在低压侧传输损耗又会增

加。因此，对比集中式和分布式、高压还是低压，选择不同的供电架构，会很大程度上影响供电系统可靠性、供电效率、造价成本等，还有技术、生态的成熟性以及应用灵活性等。

此外，随着电池技术的发展，以及风能、太阳能、燃料电池等绿色能源在数据中心内的引入，给数据中心带来更多的机遇和

挑战。从某种意义上说，数据中心不间断供电技术取决于电池技术的发展，电池的革新也会带来数据中心供电架构

的变化，比如从传统的低密度铅酸电池到高能量密度锂电池技术的发展，就很可能把备份电池从电池室改放到 IT 机柜内。同样的电池技术的发展，使得风能、太阳能等波动性绿色能源实现储能的可能，也将改变传统数据中心来自单一电

网供电模式等。这些更进一步的讨论这里不再展开，本文暂以业界用到的主流技术为主，通过梳理粗浅分析，抛砖引玉，以便大家可以更为深入的探讨未来数据中心供电技术的发展方向。

一、 380V的高压直流系统

1.1传统的380V直流暂时没有市场

380V高压直流技术在国内外已经开展了很多年了，也有很多研究和标准等，虽然较传统的 UPS及 48V 通信电源系统有很多优势，但涉及 IT 设备电源的定制以及直流供配电等配套的跟进，截至目前开展的应用规模都很小，基本停留在实验

室试点阶段。数据中心内部的设备复杂多样，从主要的服务器设备到相对少量的网络设备，以及消防、弱电、照明等等，涉及很多行业及不同供应商，如果仅仅为了适应 380V直流供电，数据中心内的全部设备都要定制，那么带来的成本增

加及开展难度就足以抵消了其节能利好，不管是在数据中心租赁方难以推广，在用户侧也无法接受，因此截至目前业界

开展的 380V高压直流项目规模都很小，示范意义大于实际节能收益。

1.2 380V 高压直流在未来新能源方面存在一定应用空间

随着太阳能、风能及燃料电池等绿色能源的发展，这些分布式供电可能在未来会推进380V高压直流电源技术的发展。因为大部分的分布式清洁能源通常都是波动性的，需要先整流稳压并电池储能后才可以直接用于数据中心供电。而传统

的 48V 电源系统因为电压较低，传输损耗及线缆投资较大，不适合于较大规模的分布式能源使用，而相对而言380V高压直流系统在这方面有较大优势。在IT 设备侧，可以由 DC/DC变换器直接将 380V高压直流降压到 12V 或 5V 甚至更低电压，减少了电源内部AC/DC整流环节，整个供电路经上效率较高，很可能是未来的发展趋势。但同样涉及IT 设备电源的定制，以及依赖电池储能技术的发展，短期内仍无法规模开展。

二、基本不用定制的240V直流

针对 380V高压直流技术技术不够成熟，且需要定制IT 设备电源等问题，目前在国内大规模应用的240V高压直流技术很好的解决了 380V高压直流的这些问题。源于220V电力电源技术和48V通信电源技术的240V高压直流，具有较为成熟的技术及生态积累，以及绝大多数的IT 设备不用任何改造，可直接由240V高压直流直接供电。此外240V高压直流技术有高达 96%的高效率、智能节能休眠、高可靠性、热插拔易维护等特性，这些优点大大普及了240V高压直流技术在国内的开展实用，截至目前，全国已经有近10 万台以上 IT 设备运行在 240V高压直流下。

2.1 AC+240V HVDC 50%+50%

目前业界以腾讯为首等互联网公司提出的基于 240V高压直流技术衍生出来的市电 +240V高压直流供电架构，正进一步改变传统 UPS等靠硬件多重冗余来保障可靠性的高投入低能效模式。

对于目前大多数的双电源服务器，可以采用如上图所示的采用一路市电直供，另外一路来自240V高压直流的供电架构。服务器电源内部自动均流，市电和240V高压直流各承担一半负载。由于市电直供支路可以达到近100%的供电效率，而