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人工智能技術的廣泛應用，給數據中心的供配電基礎設施建設帶來顯著變化。從我國大型金融數據中心的情況來看，其主要生產和災備數據中心聚集地仍然以北京、上海兩地為主。相比于西部和北部地區，北京、上海等城市土地資源稀缺，能耗指標緊張，年平均氣溫較高，新建數據中心的能源利用效率(PUE)受到嚴格限制，因此金融數據中心面臨的節能降耗問題比較突出。同時，金融數據中心業務資金量大，一旦供配電系統出現問題將造成重大經濟損失和社會影響。綜上，金融數據中心供配電系統宜選用安全、穩健的綠色節能技術。 傳統供配電系統在占地面積、交付周期、施工質量、集成監控等方面存在諸多痛點，因此，構建一個經濟、高效、安全和智慧的供配電系統對于數據中心來說至關重要。在金融領域，一些大型金融機構特別關注電力模組落地后是否可以兌現其宣傳的價值。同時，不少金融機構基于具體場景論證預制式電力模組方案應用在項目中的可行性，部分大型金融機構已經嘗試采用預制式電力模組方案。在運營商和IDC領域，預制式電力模組已經得到較為廣泛的應用。 本文將對預制式電力模組的特點和價值進行分析，從多個角度探討如何構建一個經濟、高效、安全和智慧的供配電系統，并對預制式電力模組在金融數據中心的實際應用提出相關建議。 一、傳統供配電系統的痛點 1.變配電室與IT機房面積比發生逆轉 追求IT機房面積占比的最大化，即盡可能減少輔助區的占地面積，一直是數據中心設計的主要訴求之一。在數據中心總面積不變的情況下，IT機柜的單機柜功率越高，則變配電室的面積越大，能建設的IT機柜數量就越少。 在傳統金融數據中心單機柜功率為2.5～5kW的情況下，變配電室占地面積一般為IT設備占地面積的1/4左右;而當單機柜功率提升至目前大型金融數據中心主流的8kW時，變配電室占地面積將達到IT設備占地面積的1/2左右，隨著智算中心機柜功率的快速提升，變配電室面積的占比也隨之顯著提高。以1個基于英偉達HGX平臺的千卡集群智算中心為例，配置128臺智算服務器，每臺服務器配置8個H100 GPU(PSU采用4+4冗余)，每個服務器機架放置2臺智算服務器(最大功耗20.4kW)，則智算中心IT總功耗1411.2kW(計入網絡和管理設備功耗)，可提供約1000P(16FP)稠密算力。IT機房占地面積約334m2，變配電系統采用2N架構，配置2套2000kVA傳統供配電系統，變配電室占地面積約470m2，變配電室占地面積達到IT設備占地面積的1.4倍左右。 變配電室占地面積從IT設備占地面積的1/2左右到其1.4倍，可見20kW機柜功率下的變配電室面積是8kW時的近3倍。隨著AI驅動IT機柜的高密化，優化變配電室占地面積是數據中心供配電系統發展的一個必然方向。 2.交付周期長，施工質量隱患多 傳統供配電系統的中壓開關柜、變壓器、不間斷電源、低壓配電柜等設備需要分散采購，安裝就位時要相互等候匹配，不同設備安裝人員之間均需要對接交底，從而延長了系統的整體交付周期。 傳統供配電系統不間斷電源與上下級的低壓輸入輸出配電柜一般采用多拼電纜連接，多拼電纜必須保證每根電纜的長度一致，現場操作過程繁瑣且耗時漫長，易出現連接不穩固、接觸不良等問題，為后續系統運行埋下安全隱患。同時，供電系統的搭建需要總包商及各供應商互相協作，交叉工序多、界面分割難，施工階段易埋下漏項隱患。 3.設備接口多且分散，集成監控工作繁瑣 傳統供配電系統的繼保裝置、變壓器溫控器、多功能表計、SVG、APF等設備分散且接口不一，需在現場分別接入上級電力或動環監控系統，智能化集成工作繁瑣。 二、預制式電力模組相關行業規范及政策支持 為解決傳統供配電系統的痛點，預制式電力模組等創新解決方案應運而生。行業規范及政策的支持，為預制式電力模組快速發展提供了理論依據和指導方向： 一是《上海市數據中心建設導則(2021版)》指出，供配電系統宜采用預制化電力模塊(組)解決方案；二是《國家工業和信息化領域節能技術裝備推薦目錄(2022年版)》顯示，信息化領域節能技術推薦采用電力模塊(組)；三是2022年9月，中國電子節能技術協會發布的《數據中心電力模塊預制化技術規范》團體標準正式施行。 此外，中國泰爾實驗室依據其《電力模塊產品認證實施規則》從系統外觀及總體評估、系統性能指標測試、系統功能測試、系統可靠性測試、系統安規、系統監測、傳輸及控制、系統配電技術等多個方面對預制式電力模組產品進行全面檢測，為其質量和性能提供保障，推動了行業規范化發展。 三、預制式電力模組的價值剖析 作為創新的供配電解決方案，預制式電力模組展現出較強的競爭力和創新力，正在引領行業的變革。以下結合一個較有代表性的預制式電力模組方案，探討預制式電力模組的特點和價值。 該模組為一套IT-2.5MVA系統，整體長度為13.8m，高度2.5m，深度1.0m(變壓器深度1.5m)，其高度由2m的設備柜本體和0.5m的母排倉組成。從左往右依次為變壓器、進線柜、聯絡柜、補償柜、UPS輸入柜、4臺600kVA交流UPS、UPS輸出柜、維修旁路柜和饋線柜(如圖1所示)。 圖1 某IT-2.5MVA系統預制式電力模組方案 1.經濟——空間資源利用更充分 以1個225機架、單機架功率8kW的金融數據中心包間為例，采用2套2.5MVA傳統供配電系統方案時，通過將實際設備擺放到配電室中，按照國標要求預留出過道空間之后，得出配電室的長度為15.1m，寬度為7m，變配電室占地面積為2×15.1×7≈212m2；若替換為2套2.5MVA預制式電力模組方案，配電室的長度為18.4m，寬度為4.3m，變配電室占地面積為2×18.4×4.3≈159m2。相比傳統供配電系統方案，采用預制式電力模組方案節省配電室面積接近30%，節省出的空間可以部署更多服務器等核心設備，從而可大大提升數據中心的空間資源利用率。 2.高效——交付速度更快 預制式電力模組方案交付周期為2周左右，相比傳統方案1個月左右的交付周期，可至少節省50%的時間。同時，預制式電力模組設備可迅速完成安裝和調試，讓數據中心更早投入運營。此外，相較于傳統供配電系統，預制式電力模組在招標環節也能夠減少大量工作流程，在后續的運維過程中，還能夠降低溝通成本和相互扯皮的可能性。 3.安全——交付質量更高 在工廠內，預制式電力模組已通過標準化的生產流程以及嚴格的質量檢測手段，確保了設備具有穩定可靠的性能，從而降低了因現場施工人員水平參差不齊帶來的風險。 4.智慧——集成程度更高 預制式電力模組先是在本地將模組內的各個組件進行集成，再通過通信交換機采用標準通信協議接入電力或動環監控系統。由于上級系統無需對接南向的各類設備，所以系統架構得到了明顯的簡化。 通過智能電力監控管理系統，預制式電力模組可實現對電力設備的遠程監控、數據分析和故障診斷，并可迅速定位故障點、縮短故障排查時間。此外，智能電力監控管理系統具備全鏈路溫度檢測功能，可實時上傳顯示溫度，并記錄運行歷史曲線，顯著提高運維管理的效率和準確性。 5.靈活——可在線維護、可硬件解耦 針對預制式電力模組中各組件生命周期不一、更新其中某一組件的同時整套系統仍需正常工作的難點，通過硬件可解耦的架構，可實現UPS整機在線不斷電更換，避免了因設備維護和更新而導致的業務中斷，從而為用戶提供持續穩定的電力保障，有效滿足金融數據中心的運維需求。 6.綠色——整體效率提升 預制式電力模組采用銅排連接，整套系統長度更短，所以損耗較傳統供配電系統可降低近1%。雖然看似下降比例不大，但對于長期運行的數據中心而言，1%的損耗降低仍然能夠帶來較為顯著的節能和降本的效果。 四、預制式電力模組建構的注意事項 1.關注系統架構和元器件選擇 預制式電力模組方案和傳統供配電系統的低壓配電方案相比，各組件設備基本相同，因此系統架構和元器件選擇是預制式電力模組技術應關注的重點。首先，不建議為追求極致的空間而過度省略原有架構中的重要組件；其次，元器件應選用MTTR低、可用性高、便于檢修的產品；最后，無論采用什么架構和元器件，建議對整個模組進行短路電流計算及選擇性驗證，有條件的可進行計算機電力仿真，以確保系統的準確性和安全性。 2.關注金融客戶的運維習慣 預制式電力模組方案可能對金融機構的運維習慣產生一定影響，例如部分金融機構習慣主路和靜旁路分開開關操作運維等。在選擇預制式電力模組方案時，需要提前告知金融機構方案的整體架構、優缺點等信息，視其接受程度靈活調整模組架構和選型。 3.關注組件的升級迭代 由于不間斷電源和輸入輸出低壓柜并柜放置，所以預制式電力模組方案和傳統供配電方案相比更需要關注組件的升級迭代能力。升級產品需要具有兼容的、標準化的接口，且與之前產品尺寸一致，以降低升級迭代帶來的系統風險。 預制式電力模組是對現有供配電設備的集成及優化，順應數據中心供配電系統綠色低碳的發展趨勢。在不降低安全可靠性的前提下，預制式電力模組方案可充分利用土建空間和電力資源，顯著縮短交付周期，適量降低能耗和施工碳排放。隨著技術的不斷進步和市場需求的持續增長，預制式電力模組有望進一步升級和完善，為各行業的發展提供更加強有力的電力保障。（本文刊于《中國金融電腦》2024年第9期 作者：上海建筑設計研究院有限公司 高曉明） |
