数据中心供电指南

数据中心供电指南 数据中心供电指南 Page 2 of 24 数据中心供电指南 数据中心电力供应把握着数据中心业务运营的命脉，它也从某种程度上决定了数据中 心的安全运营及可用性。对于广大数据中心管理人员而言，保持数据中心电力持续而稳定 的供应是他们工作的重中之重。而当前“节能减排，绿色 IT”的大环境又为数据中心电力 供应提出了新的要求，电力供应也会影响到数据中心的绿色运营。那么，如何估算数据中 心电力负载？如何为数据中心做好电力规划？如何为数据中心选择合适的 UPS？如何延长 数据中心 UPS 的使用寿命？数据中心是否应该采用飞轮 UPS？本手册将对这些问题进行解 答。 数据中心电力规划 制定良好的数据中心电力规划是做好数据中心电力供应的第一步。首先，您要知道您 数据中心的实际电力负载。数据中心工程师往往过分夸大了对电力负荷的要求，因为他们 并不了解如何估算电力负荷或者他们总是担心供电不足。但是当电力负荷估算过高时，就 可能造成能源和金钱的浪费以及冷却能效的降低。  如何估算数据中心电力负载  如何为数据中心做好电力规划？ 数据中心 UPS 的选择和运维 当你决定为数据中心采购 UPS 的时候，规模和型号都是个问题。如何为数据中心选择 合适的 UPS？如何确定数据中心所需的 UPS 规格？在完成 UPS 的安装和调试后，如何去对 其进行合理的运维？如何延长 UPS 的使用寿命？都是我们面临的一系列问题。 数据中心供电指南 Page 3 of 24  如何为数据中心选择合适的 UPS（一）  如何为数据中心选择合适的 UPS（二）  四大措施助你延长数据中心 UPS 电源寿命 数据中心飞轮 UPS 优劣势分析 为了防止在停电期间发生停机事故，一些数据中心会放弃使用传统的蓄电池，而利用 飞轮电源来保证不间断电源（UPS）系统的电力供应。但是，在选择飞轮进行能源储备之 前，你应该了解它与普通蓄电池的区别，并经过权衡比较来确定该系统究竟是否适合你的 数据中心。  SunGard 为什么要在数据中心使用飞轮 UPS？  利用飞轮电源备份技术对数据中心实现不间断供电（上）  利用飞轮电源备份技术对数据中心实现不间断供电（下）  使用双电源服务器提供 2N 冗余 数据中心供电指南 Page 4 of 24 如何估算数据中心电力负载 关于是否缩减不间断电源（UPS）或空调的数量，您要知道您数据中心的实际电力负 载。数据中心工程师往往过分夸大了对电力负荷的要求，因为他们并不了解如何估算电力 负荷或者他们总是担心供电不足。但是当电力负荷估算过高时，就可能造成能源和金钱的 浪费以及冷却能效。而更为常见的情况，是 IT 部门给工程师们施加了骇人的高负荷需 求。让我们来看看这是为什么。 这个问题的核心在于切实地理解什么是“真正的负荷”，对于大多数人来说“真正的负 荷”却还仍旧是一个神秘的东西。 很抱歉，我将使您回到高中物理那令人痛苦的回忆中，但是也许您能够回想起关于欧 姆定律的基本公式：功率(瓦特)=电压（伏特）Х 电流（安培）。这个公式对于直流 （DC）电路是正确的，但是对于交流（AC）则并不是很精确，而我们几乎所有的数据中 心都用交流电。在另外一篇文章中，我们将讨论为什么以及何时会发生这样的问题，但是 其误差对于如今的计算机硬件来说都显得微不足道，所以我们将忽略这部分误差而继续讨 论更为重大的事项。（如果您拥有一个大型的数据中心，这部分的误差可以进行累积，但 是您必须让您的工作人员都非常清楚地了解误差的存在。） 因此，如果我们仍然可以假定功率=电压 Х 电流，那么问题出在哪里？这个要追溯至 老程序员的口头禅，GIGO——如果您输入了无用信息，那么毫无疑问您将得到无用信 息。最重要的是公式中的伏特（V）和安培（A）这些数字来自于何处。如果那些数字是 错误的，那么其结果也必然是错误的。 每一个电气设备都必须有一个铭牌，在铭牌上面列出了工作电压和工作电流（安 培）。有时也会有功率，但通常并不会有。它可能并不是很醒目，但它总是在那里，以附 件形式、以丝网形式或印模至金属表面。对于人们来说普遍的做法是：将这些数字从每个 设备（或者往往是其中有相同信息的数据表）记录下来，并将电压 V 乘以电流 A，然后将 这些乘积结果进行累加，最后将最终结果交给设计工程师，说这就是预估的电力负荷。不 幸的是，那些数字往往会偏高 40%至 60%。电气工程师往往倾向于采用这种估算结果， 并设法将其降至最低。这并不是一个很合适的方法，对吗？ 数据中心供电指南 Page 5 of 24 那么，为什么会存在这么大的误差？答案就在于铭牌上的额定值是如何进行评定的。 铭牌上的工作电流的数值是指该设备在完全以每个可能的选项进行配置，并在 100%的使 用率和设备仍能正常运行的最低电压下运行所输出的最大电流值。我们都知道，几乎没有 任何一个设备能够在每个可能的配置都安装的情况下每天 24 小时每周 7 天以 100%的效 率运行。但那只是部分的误差。这只是造成最大误差的一部分。 您也许还记得，电流与电压成反比。（这里再次涉及了那令人讨厌的物理，老师曾告 诉你总有一天那将是对您有益的。）既然不考虑电压一个设备消耗的功率是恒定的，那么 电流就必须变化——因此当电压降低时，电流就上升。大多数的设备将以低于 90 伏特或 更低的电压运行，而这就是指定电流所基于的电压。 当您将电流条目从铭牌上拿走，而只是简单地将电压乘以电流时，您使用什么电压值 呢？如果您在美国，您可以使用 120 伏或 208 伏的电压，因为那就是我们 UPS 系统所 稳定和持续提供的电压值。但是当您使用铭牌上的电流值并将之乘以 120 伏，您得到的 结果可能至少超过了 33%，但那并不是全部。制造商可以舍入将铭牌上的电流值取其更 高的数值，那么 2.4 安培就迅速变成了 3 安培，这就造成了未知量值的另外一个增加。 而且我们仍旧还未考虑硬件配置或使用级别。我们都很清楚数值将会如何快速增长至一个 骇人听闻的程度，所以这显然并不是确定您数据中心功耗的最佳方法。 一些制造商会提供更好的数据，一个方法就是可以通过大部分主要制造商使用合适的 在线“配置”。如果你有足够的时间和耐心使用它们，它们会针对特殊的硬件配置为您提供 准确的功耗数值，一般都极为繁琐。但比我们用于估计数据中心电力需求分析的精度更 高。此外，他们通常都是基于 100%的使用率，而这种 100%的情况对于任何机器来说 都是罕见的。更少见的是数据中心中的每一个硬件都同时以 100%的使用率在运行。所以 让我们来看一个更为实际可行的方法。 什么是硬件电源的额定功率？一个 500 瓦的电源是不会提供超过 500 瓦的功率的， 因此您立刻就至少拥有了一个“限额”数值。电源很少会以超过其能力 80%的使用率提供 能源，因为它们在大多数电子设备中都是属于易损部件，所以它们常常被逾限使用以便于 尽量减少失效情况的发生。根据历史记录，大多数电源的效率都不高（大约 75%），这 就意味着为了获得 500 瓦的功率输出，您就需要输入 667W。较新型电源的效率则可接 近 90%，即对于 500 瓦的功率输出只需要 555 瓦的输入。为简单起见，让我们假定效 数据中心供电指南 Page 6 of 24 率因子可以抵消使用率百分比。因此，收集数据中心中的每个硬件的额定功率就可以得到 数据中心实际最大功耗的合理估计。 一句忠告: 目前大多数硬件都是双接线的，这就意味着这个设备具有两个不同的 电源供应线路。在正常操作中，这些电源共享负载，这意味着每个电源都只有一半的负 载。不必累加这两个电源的负荷，一个带有两个 500 瓦电源的服务器仍旧是一个 500 瓦 的设备单元，因为任何一个电源都必须能够在另外一个电源失效时瞬时支持满负载。（对 于带有多于两个电源的设备，例如大型网络交换机和刀片服务器系统，您将需要确定需要 至少多少那样的电源在其最小负载下满足设备正常运行，并将它们的数值累加。在这种情 况下，这就可能最好的使用配置。） 当然，如果您拥有现成的硬件，那么您能够从 UPS 的读数、机柜 plug strips with IP-addressable metering 或记录计量设备得到实际的负载测量，这些设备能够提供所 有的最佳数据。但是测量必须持续一段时间。瞬时读数有可能发生在当天的最低点，因此 瞬时读数的数据可能会引起误解。 在本文另一部分中，我们将为大家介绍在完成对设备电力负载估算后，如何对数据中 心进行电力规划。 (作者：McFarlane 译者：滕晓龙 来源：TechTarget 中国) 数据中心供电指南 Page 7 of 24 如何为数据中心做好电力规划？ 在本文的上一部分中，我们介绍了如何估算数据中心电力负载，接下来我们来探讨数 据中心电力规划问题。 在您对于实际电力负荷有了合理准确的估算之后，就需要为未来做好规划。这是所有 环节中最困难的部分，并且没有人能够为您提供一个公式来完成这个任务。您必须对业 务、IT 增长历史和您的典型设备负荷数据进行全面、客观的评估，并且尽力做到最好。 您不必担心规划是否过于精确，您已经去除了最大的误差因素，最终不管怎么说您都必须 去收集数据，因为 UPS 和空调总是在增长。这里主要有三个因素需要考虑。可预见的增 长。（例如，当您迁入一个新的数据中心或当您将搬出您现有的数据中心时。） 对 于未来两到三年的预期增长。（您不必在搬入之后升级，实际上您也许不必在您有预计的 时候就撤离。） 对于预计设施生命周期的规划增长。（这一点必须纳入考虑中，合并组 织、发展至高密度计算、高能效的硬件开发以及您的组织发生巨大变革的可能性，如收购 或超级计算机。） 不管您认为自己的工作是否已经足够完美，为了长期的工作，做一个交叉检查还是比 较现实的。在数据中心的机柜地板平面上，为每个设备（网络补丁、网络交换机、传统的 服务器、刀片服务器、磁盘存储、磁带存储、主机、超级计算机、或其它大型的系统）指 定若干组机柜。其位置和安排在您的计划中准确与否并不重要，只要机柜总数是现实可行 的即可。现在基于之前制定的数值对每种类型的机柜以瓦或千瓦为单位指定一个最大的平 均负荷，并将这些数值累加。然后提出两个问题。 这个数值与您长期观测的数值相比如何？ 这个数值与您现有的或计划的冷却能力相比如何？（您也许需要一个工程师或设备工作 人员来帮助您回答这个问题，特别是如果您在您的建筑中受到了最大可允许容量的限 制。） 如果您的预测和交叉检查数是相当接近（10%至 15%），那么您的数据中心目前状 况良好。如果不是这样，那么您就需要做出一些调整。请记得，这里的目标是做出一个符 合实际的预测，因此如果您的平均机柜负荷值远远高于您的长期估计，那么您的数据中心 数据中心供电指南 Page 8 of 24 的电力负荷可能高于实际需要。但是如果冷却能力已成为了您的限制，您要么必须需要更 多的理由（这将在另外一篇文章中进行讨论），或者那将是您的估计数值。在您的冷却能 力之外没有多余的能源可供使用。 所以，现在您拥有了您最重要的数字：短期未来和长期增长。通过实际地完成这些工 作，您能够将您的 UPS 和冷却装置缩减到最佳程度，同时您能够对您提出的需求提供最 好的。敬请了解如何处理那两个关键项目。 (作者：McFarlane 译者：滕晓龙 来源：TechTarget 中国) 数据中心供电指南 Page 9 of 24 如何为数据中心选择合适的 UPS（一） 当你决定为数据中心采购 UPS 的时候，规模和型号都是个问题。本篇技巧将探讨数 据中心 UPS 的规模和容量规划问题。 小孩甲：“我爸爸的 UPS 比你爸爸的规模大！” 小孩乙：“但是我爸爸每千瓦功率获得的 KVA 更高！” 这段虚构的小孩子间的对话可以说是数据中心管理人员长期受 UPS 规模问题困扰的 真实写照。如今许多数据中心的 UPS 规模都超出了实际需求，这是很普遍的，人们总是 认为“越大越好”。UPS 电源究竟多大规模最好？这对数据中心又意味着什么？接下来我将 解释为什么说小孩甲的爸爸可能在浪费能源，而小孩乙的描述也可能需要质疑。如果你曾 经也为这一问题所困扰，那这篇文章应该对你有所帮助。 首先，我们需要明白一些术语。 伏特（V）×安培（A）=伏安（VA） 那么，480V×250A=120000VA。 这个数字有些大，我们将其除以 1000 就是 120 千伏安（KVA）。 在我之前一篇关于计算数据中心电力负载的文章中，我介绍了同样电压的直流电和交 流电做得到的功率是不一样的，在这里就不再进行赘述了。此外，我还介绍说对于如今的 服务器而言，我们可以忽略其中的误差。而对于 UPS 规模而言，这也不是很重要。原因 如下： 对于交流电源来说，完整的公式是这样的： 瓦特=伏特×安培×功率因数（W=V×A×pf）。 数据中心供电指南 Page 10 of 24 功率因数是“实际功率”与“视在功率”的比值，瓦特是实际功率而伏安则是视在功率， 看起来伏安明显有些难以理解。但是对于如今的数据中心而言，瓦特似乎更为重要，因此 伏安一直也不为大家所了解。 有一件事需要提醒大家，我们所谓的功率因数几乎很少可以为 1，除了在白炽灯、电 热炉及烤面包机等电器上。通常这个值都是低于 1 的，永远都不会超过 1，因此瓦特肯定 是要小于伏安的。如今的服务器功率因数都在 0.95 到 0.99 之间。 120V×3.0A=360VA×0.95pf=342W 伏安和瓦特之间是有一点小小的区别的。如果功率因数高一点，这种区别会变得更 小，这也是我为什么说这种差别可以忽略不计的原因所在。 然而，大多数 UPS 依据的都是 KVA 指标，而且多年来功率因数一直在 0.8 左右。因 此一台 100KVA 的 UPS 在 0.8 的功率因数下只能提供 80KW 的实际功率。如果你认为 它们是一样的，那你就会发现有 20000W 的差额。这也是许多人在得知在 UPS 达到设计 容量 98%而实际距额定的 KVA 指标还很远时感到吃惊的原因所在。相应的规律是：如果 你的 UPS 功率因数低于计算机硬件的功率因数，你的实际 UPS 容量指标为 KW，而不是 KVA。 自从服务器功率因数得到改善之后，许多 UPS 的设计功率因数也达到了 0.9，因此 100KVA 的 UPS 将能提供 90KW 的容量。甚至还有厂商生产出了功率因数为 1 的设 备，这意味着 KW 指标和 KVA 指标都一样了。（使用这种 UPS，对于负载的限制将来自 KVA，而不是 KW，因为你的计算机设备并不是绝对完美的。换句话说，一台 100KW 或 100KVA 的 UPS 或许最多能提供 95KW 的功率。小型 UPS 的功率因数都在 0.7 左右， 这里不做讨论，因为它们都是以瓦特为指标的。 在本文的第二部分中，我们将继续为大家介绍如何确定数据中心 UPS 的规模和效率 需求。 (作者：McFarlane 译者：王霆 来源：TechTarget 中国) 数据中心供电指南 Page 11 of 24 如何为数据中心选择合适的 UPS（二） 在本文的第一部分中，我们为大家介绍了数据中心 UPS 功率标准的区别及负载方 法，接下来我们将为大家介绍如何确定数据中心 UPS 的规模和负载需求。 如何确定 UPS 的规模 在了解了 KW 和 KVA 的概念之后，我们就可以确定 UPS 的规模了。之前我们已经演 示了如何估算实际的负载功率并分析了数据中心负载过高的原因所在。接下来我们向大家 介绍如何正确评估 UPS 的规模。从第一天开始，应该先从评估数据中心负载的 KW 指标 开始，然后逐渐拓展开来。然后，挑选下一代最高规模的 UPS。这可以允许有一定的业务 增长，并允许在升级时安装一些平行的系统。 从短期考虑这很好，但长期考虑呢？我们需要适当地扩大我们计算出的最终负载，但 是我们又不愿意超出预期的规模太多。在低负载情况下，UPS 会浪费许多能耗，一般说 来，在接近自身容量范围内运行时，UPS 的效率是最高的。当然，不同的环境下效率会大 不相同，但许多双转换 UPS 在 80%到 100%负载情况下效率会达到 90%到 95%，负 载越低，效率也就越低。如今有好多高效的系统该效率会达到 98%，用的也不过是我们 平时所用的技术而已，但其效率变化却很令人吃惊。因此，要想检测到真实的效率我们需 要考虑造成这种差别的原因所在。我们可以将这些普遍的系统效率变化规律当成是一种行 业标准。  50%负载下效率为 89%  40%负载下效率为 88%  30%负载下效率为 86%  20%负载下效率为 82% 负载效率之外的能源 1 年 365 天都在流失，而且还会消耗更多的冷却资源。 如今模块化系统是一个不错的选择。模块化系统允许你按照当前的最大容量进行规 划，提供的仅仅是你最初实际需要的容量，在你需要 UPS 容量的时候，可直接进行添 加。这些系统发展状况不同，但原理都是一样的——允许你在有需求的时候添加相应设备 数据中心供电指南 Page 12 of 24 容量并支付其费用。当然了，要想保证这种灵活性，你是要提前付款的，但是，它避免了 早期全部的投资，同样也可以节省能耗，这应该算是不错的投资回报率。我们一起来分析 一下原因： 一台 100 千瓦的 UPS 上 1%的负载流失每天要浪费 1000 瓦或 24 千瓦时的电力。 1%×100KW=8760 千瓦时/年=876 美元（0.14 美元每千瓦时） 1%×500KW=43800 千瓦时/年（0.14 美元每年） 1%×1000KW=87600 千瓦时/年（0.14 美元每年） 如果能源的流失率为 5%，那损失会更大，这也是说适当的规模对于 UPS 来说比冗 余更重要的原因所在。我们假设有一台 100KW 的 UPS，看它在不同模块下保持 N+1 冗 余和 2N 冗余的效率差异。 如果是 50KW 的模块，那 N+1 冗余实际上就是一个 150KW 的系统之提供 100KW 的可用容量。（如果三个模块中又任一个坏了，其它两个依然在系统中运行）。100KW 的 80%是 80 千瓦，这只占实际的 150KW 容量的 53%。我们损失的效率不到 1%—— 还不算坏，除了系统经常要在这个水平下运行之外。 如果是 10KW 的模块，N+1 冗余就是一个 110KW 的系统，能提供 100KW 的工作 负载。（如果 11 个模块中有任何一个出现故障，其它十台还可以维持系统的运行。） 100KW 的 80%是 80KW，占 110KW 实际负载的 73%。我们已经接近了最高的能效 范围。 2N 冗余就是两个 100KW 的系统，不论规模和配置如何，每个模块都只提供 40KW 的负载（如果有任一模块宕机，另一个模块会承担全部负载）。40 千瓦只占设计容量的 40%，已经属于低效率范围，在这个范围以下能源的流失会更严重。这也是为什么说绿 色设计需要仔细考虑我们实际冗余需求的原因所在。 因此，为了确定合适的 UPS 规模，你需要做以下一些事情：  制定可行的负载评估  提供合理的峰值储备和短期增长需求 数据中心供电指南 Page 13 of 24  掌握 KW 和 KVA 两项指标  购买既满足当前所需容量又满足长期业务增长需求的系统  仔细考虑你实际需要的冗余等级  审查你所运行的负载层面的效率  仔细考虑市场上的各种 UPS 产品 (作者：McFarlane 译者：王霆 来源：TechTarget 中国) 数据中心供电指南 Page 14 of 24 四大措施助你延长数据中心 UPS 电源寿命 数据中心备用电源是保证数据中心正常运行时间和可用性的关键设施。在发生停电事 故后，UPS 电源可以自动将电源开关从公用电源上转移到备用电源上。但是，对于大多数 UPS 来说，都有一个相对不太可靠但却很昂贵的部件——蓄电池。 “简单地说，蓄电池有三个特点：规模大、造价高、消耗性强，”N.J Franklin Lakes PTS 数据中心解决工程公司总裁 Pete Sacco 说，“你能做的只是想方设法去延长蓄 电池的使用寿命，事实上也就增加了数据中心的可用性。” 这里介绍数据中心设备经理们拓展其数据中心 UPS 蓄电池使用寿命的四项措施。 为数据中心选购规模适中的 UPS 蓄电池 在大多数数据中心中，UPS 都可以在 20 分钟内将蓄电池充满。这被称之为高负荷充 电，相比较低负荷充电而言，高负荷充电的电池板更薄、数量更多，但是，高负荷蓄电池 的使用寿命往往更短。 在选购 UPS 蓄电池时还会有许多其它因素需要考虑，比如说平均寿命、电压、 前端控制、附带成本及其它一些考虑因素。例如，小型 VRLA 电池的初期成本相对较低， 但稳定性也相对较差。NiCd 电池所提供的可靠性最好，服务周期也最长，但其初期成本 很高，是其它电池的四倍左右。 此外，数据中心经理们还要考虑到其它一些潜在的问题，比如说电池密封和内部连接 等问题。 正确地安装、运行和维护蓄电池 错误的安装及维护会缩短蓄电池的使用寿命。所谓良好的维护措施，就是要给蓄电池 提供良好的通风条件，温度尽可能控制在 77 华氏度左右，同时确保到达所有电池组中蓄 电池的空气温度都在 3 华氏度左右，此外，还应该确保电池组中的一些蓄电池的老化速度 不会比其它电池快太多。 数据中心供电指南 Page 15 of 24 这是为什么呢？将不同使用时间和内电阻大小不同的蓄电池混合使用会加速其老化过 程。对蓄电池进行定期检查可以解决诸如注液电池连接松散及密封不良等多种问题，而这 些问题会导致设备被腐蚀，甚至是酿成火灾。 此外，数据中心管理者们还应该随时关注蓄电池的放电状态。如果一台空电池在 48 小时内没有被充电，这台电池基本上会报废。对蓄电池过度放电会导致重复充电问题，而 过度放电也会降低蓄电池的使用寿命。 对 UPS 蓄电池容量进行监测 受到腐蚀等因素的影响，蓄电池的内电阻会逐渐增大，当其增加量达到 30%之后， 就该对其进行替换了。通过容量测试，这个问题很容易被发现，就像大多数制造商所讲的 那样，当一台蓄电池容量降到它原始容量的 80%之后，就应该更换了。 用户在对其蓄电池性能和容量进行测试时，应该基于 IEEE 标准，最好是 IEEE1180 或 IEEE450。 考虑将飞轮 UPS 与蓄电池 UPS 配合使用 如果将飞轮 UPS 和蓄电池 UPS 配合使用，飞轮就可以处理一些段时间的或是较频繁 的停电事故，从而减少蓄电池的电力循环次数。 Austin CBS KEYE-TV 首席工程师 Art Smith 表示，他所利用的 Active Power 飞 轮能将蓄电池的寿命延长两年。 “电源中时常会有一些„浪涌‟和„峰值‟，我希望飞轮可以对电源进行„过滤‟，”他说，“飞 轮电源可以将其过滤，如果让其进入蓄电池，就会削减电池的使用寿命。” (作者：Mark Fontecchio 译者：王霆 来源：TechTarget 中国) 数据中心供电指南 Page 16 of 24 SunGard 为什么要在数据中心使用飞轮 UPS？ 对于数据中心而言，飞轮 UPS 系统是否可以将数据中心负载从基础电源转移到备用 发电机是需要考虑的一个问题之一。因此，有好多人在质疑，像 SunGard 这样数据中心 的连续正常运行对其灾难恢复业务尤其重要的公司为什么要采用飞轮 UPS 系统，要知道 飞轮 UPS 系统所能提供的 RT 时间要更短一些。SunGard Availability Service 公司 数据中心关键运行环境负责人 Karl Smith 为我们解释了这一原因。 SunGard 使用飞轮 UPS 电源多久了？ Karl Smith：我们第一次安装 VYCON 飞轮电源大约是在三年前，当时是将其作为 一种测试，看系统在一个时期内的性能如何。 SunGard 是什么时候开始考虑使用飞轮电源的，为什么会有这种考虑？ Karl Smith：应该有好几年的时间了，当时飞轮电源刚刚走向市场，我们希望可以 积累一些经验。我们比较喜欢 VYCON 的解决方案，因为我们比较看重其高速飞轮性能和 全磁方位设计技术，这可以免去之前飞轮系统中对轴承的维护。 驱使我们利用飞轮电源的因素主要是想降低大型蓄电池的生命周期成本及其维护需 求。此外，飞轮电源对于成本和电池的节省也意味着更低的建设开支和更多的空间选择。 如果你将飞轮和 UPS 蓄电池配合使用，其中飞轮电源大概占多大比例？你们在 SunGard 数据中心是不是这样做的？ Karl Smith：我们的一些传统数据中心还在使用蓄电池，但就目前来看是很有必要 将这些蓄电池替换掉，我们想减少蓄电池组的数量，用一系列飞轮来替换它们。而对于未 来的数据中心建设项目，我们计划将短期蓄电池和飞轮配合使用。 业内外对于飞轮电源有个普遍的质疑，认为它所能支持的 RT 时间要比蓄电池更短。 这是否也是你们所面临的问题，如果是，你们是如何去处理的？ 数据中心供电指南 Page 17 of 24 Karl Smith：的确，蓄电池可以提供更长的 RT 时间，但大多数情况下前 30 秒的 RT 时间是最重要的。我们启动备用发电机也不会超过这个时间。大多数情况下，我们启 动备用发电机并完成负载转换只需 30 秒到 40 秒的时间。这样的话飞轮电源实际上是我 们的第一道防线，但如果我们还需要几分钟时间来启用冗余发电机的话，我们就可以使用 蓄电池。首先使用飞轮电源供电就意味着蓄电池在正常情况下是不需供电的，这也就延长 了其使用寿命。 飞轮电源的维护情况如何？与蓄电池 UPS 相比呢？ Karl Smith：飞轮电源的维护秩序每年更换一次真空泵油，整个过程只需十分钟时 间。飞轮的使用寿命一般为 20 年。与之相比，蓄电池每三个月就需要检查一次，通常来 讲每六个月到七年更换一次。此外，还经常需要电池间的连接状况进行核查，以防止有电 池连接不好。 飞轮电源的另一个优势是可以随时掌握能源存储的状况。只要飞轮在转，就有电能可 用。尽管说你有电池监控系统，但你并不知道还有多少电能可用，除非电池被接入负载， 而这种情况只有在停电时才会发生。 (作者：Mark Fontecchio 译者：王霆 来源：TechTarget中国) 数据中心供电指南 Page 18 of 24 利用飞轮电源备份技术对数据中心实现不间断供电（上） 为了防止在停电期间发生停机事故，一些数据中心会放弃使用传统的蓄电池，而利用 飞轮电源来保证不间断电源（UPS）系统的电力供应。但是，在选择飞轮进行能源储备之 前，你应该了解它与普通蓄电池的区别。下面列出的是你在确定飞轮储能技术是否适合你 的组织时需要考虑的主要差异：  飞轮电源在满负荷状况下的供电时间要比蓄电池短得多。  飞轮电源需要的空间较小，其自身质量较轻。  飞轮电源对空调和通风条件的要求没有蓄电池那么严格。  飞轮电源的电力消耗略大。  飞轮电源需要的日常维护较少。  飞轮电源的使用寿命可能更长。  飞轮电源不像蓄电池那样，在达到使用寿命后需要进行回收和预防泄露处理。  飞轮电源不会受到放电周期的限制。  但飞轮电源会受到其放电周期频率的限制。 飞轮电源 VS.传统的蓄电池：要考虑的关键因素 在电力设备出现故障而备用电源系统还没启动之前，有一种情况经常会发生。那就 是，UPS 输入电源无法利用或是不符和标准，这就要求 UPS 后备电源必须支持 UPS 输 出负载。在你确定飞轮电源是否适合一个项目时，备用电源的响应时间是要考虑的关键因 素，它必须要支持 UPS 输出。花费同等的安装成本，在 UPS 负载输出状况下，飞轮系统 只能提供 15 秒的备用电力，而一部蓄电池至少可以支持 15 分钟。考虑到飞轮系统只能 提供 15 秒钟的电能，因此必须对 UPS 的容量进行限制，使备用电源能够满足它的需 求。在 15 秒钟之内，备用电源必须完成以下任务：  它必须要识别出效用损失。  它必须要等候一段时间，让设备的自动转换开关或继电器来尝试着恢复供电。  如果供电没有恢复，它必须立即启动发电机。  当电压恢复正常后它必须要将 UPS 系统转移到发电机上。 数据中心供电指南 Page 19 of 24 如果备用电源只能坚持不到 15 秒钟，那么确实没有足够的时间来同时运行两个或是 两个以上的备用发电机。你可以安排发电机轮流供电，但总有一天 UPS 系统的供电能力 会受到一台单一发电机发电能力的限制。一个 3000 千瓦的备用发电机（发电量最大的在 美国）会将 UPS 系统的供电量限制在大约 2200 千瓦。我认为这种限制是要考虑的主要 因素。 飞轮备用电源与其它方法的区别 空间要求：假设侧边要留有 2 英尺的空隙，后方也要留 2 英尺，前方要留 3.5 英 尺，那么为一个 675 千瓦 UPS 模块配置的飞轮备用电源大约需要 121 平方英尺的空间 面积，其质量大约要达到 9400 英镑。而在两层机架上为同样 UPS 模块配置的湿蓄电池 要占 350 平方英尺的地板空间，或者可以说几乎是飞轮电源的三倍，质量大约是 33000 英镑（比飞轮电源的三倍还多）。而如果换成是阀控式密封铅酸（VRLA）蓄电池，也将 需要大约 250 平方英尺的地板空间（飞轮电源的两倍），质量要达到 35000 英镑（几乎 是飞轮电源的 4 倍）。 通风：飞轮电源对于工作温度的范围要求与 UPS 设备一致（32 华氏度到 104 华氏 度），然而蓄电池则需要 77 摄氏度的工作环境，以保持额定的性能。蓄电池还需要通风 的环境以防氢积累，并且需要配置氢气探测器来测控氢积累。因此，飞轮电源可以与 UPS 设备安装在同一个房间内，而蓄电池则需要被安装在单独的电池室内。 能源消耗：飞轮电源比蓄电池要消耗更多的能源。有一个制造商在广告中说，对于一 个配置到 675 千瓦 UPS 模块的飞轮电源，使用一次要消耗 1.5 千瓦的电力（占模块输出 总量的 0.2%），而另一厂家表示当飞轮完全充电并保持连通时，每次会消耗 6.6 千瓦的 电能。根据我的经验，如果支持同样的 675 千瓦的 UPS 模块，在对蓄电池进行浮动充电 时只需大约 0.3 千瓦电（占模块输出的 0.04%）。假设 UPS 整流器的效率为 95%，电 能使用效率（PUE）为 1.7，每度电的购买成本为 10 美分，那么上面所描述的飞轮电源 每年要比蓄电池多耗费 1900 美元到 9900 美元的成本。 在本文的下半部分中，我们将继续讲解飞轮备用电源与普通蓄电池在维护要求、使用 寿命、以及放电周期限制等方面的区别。 (作者：Christopher M. Johnston 译者：王霆 来源：TechTarget 中国) 数据中心供电指南 Page 20 of 24 利用飞轮电源备份技术对数据中心实现不间断供电（下） 在本文的上半部分中，我们比较了飞轮电源与传统的蓄电池在工作环境、能耗等方面 的区别，本部分将继续介绍它们在维护要求和使用寿命等方面的异同之处。 维护要求和使用寿命：一个可靠的蓄电池比飞轮电源需要更多的维护。至少，湿蓄电 池每年需要进行两次维护（使用 6 个月后进行一次检测，6 个月后再进行一次更为深入的 维修检测）此外，当蓄电池刚开始使用时还需要对其进行临时的季度维护，并经常更换电 解液。VRLA 电池每 6 个月也要进行一次维护。据一家飞轮电源供应商介绍，飞轮电源每 年只需进行一次维护，每三年更换一次电解液。而另一家厂商则建议每年进行一次维护， 每 6 年更换一次电容。 如今的飞轮电源制造商宣扬他们的产品使用寿命可以达到 20 年，这是他们自己的预 测。但目前为止现役的产品中使用时间还没有超过 11 年的。但我预计它们的使用寿命可 以达到 20 年，这与如今的 UPS 产品是一致的。根据我的经验，蓄电池的使用寿命都比 它们保单上描述的要短。尽管湿电池保单上描述其使用寿命是 20 年，但实际上很少超过 14 年；VRLA 电池的使用寿命很少能超过 4 年，但它保单上却表示可以使用 10 年。那 么我们得出这样的假设也是合情合理的：在一个 UPS 系统的服务周期内，蓄电池必须被 更换，而飞轮电源却不需要。 有害物质：所有常用的蓄电池都含有酸性电解液和铅，而这些物质的排放都是要受政 府控制的。因此对于使用蓄电池的大多数站点来说，预防泄露是必须要做的工作，而政府 对于蓄电池的回收也是强制性的。与之相比，飞轮电源就不会含有那么多政府控制排放的 有害物质。 放电周期限制：在蓄电池的服务周期内，它所能够提供的放电周期是有限的。一个标 准的湿电池所能提供的额定供电周期为 2700 次，每次供电时间在 30 秒以内，而根据保 费负担模式它至少应该提供 105000 次此类额定的供电周期。尽管有厂商表示其 VRLA 产品的额定供电次数为 100 次，每次发电时间可达 15 分钟，但实际上 VRLA 电池的供 电数据相对还要差一些。飞轮电源供应商表示在其产品生命周期内供电次数是不受限制 的。从实际上讲，我预计该类产品的供电限制每小时不超过 20 次，因为有厂商介绍说其 数据中心供电指南 Page 21 of 24 产品在连续的两个供电周期间必须休息 2.5 分钟。只有在那些设备供应极为不可靠的站 点，对于供电周期的此类限制才能够发挥作用。 我们假设一组湿电池的使用寿命 12 年，额定的供电次数为 2700 次，也就是说它每 个月需要供电 18 次，或者说是每 38 小时一次。如果该设备的可靠性要低于这个平均水 平，预计电池的使用寿命就达不到设计要求。假设你用的是保费负担电池，其使用寿命为 14 年，那么每月平均要供电 63 次，或者说每 12 小时一次。 然而，飞轮电源在一个短时期内可提供的供电周期也是有限的。通常来讲，一个飞轮 电源在两次供电间要有 2.5 分钟的间隔。就像蓄电池一样，通常来讲只有在 UPS 得到相 应设备供电后才会启用飞轮电源进行再供电，这样就可以尽量减少对备用发电厂的需求。 如果在再供电过程完成之前又有供电需求，飞轮电源恐怕就无法胜任这项任务了。因此我 们需要将供电频率也考虑在内。假设在一个配置了 UPS 蓄电池的站点有许多设备供应缺 乏可靠性，但大多数设备的断电时间并不超过 15 秒，你蓄电池的使用寿命就会迅速减 少。在以上任何情况下，备用发电站都要接受严峻考验并耗费大量能源，这样的话，运营 成本就会被抬高，废气排放也可能会超过空气质量许可的限制。假设备用发电厂在每次供 电之前都需要先运行两小时，那么每月 18 次的供电需求就要求备用电源每年运行 430 小 时。因此，我建议客户不要去考虑那些设备供应不够可靠的站点。 接下来我所讲的可能会与之前的观点有些不一致。假设在一个配置了 UPS 蓄电池的 站点有许多设备供应缺乏可靠性，但大多数设备的断电时间并不超过 15 秒，你蓄电池的 使用寿命就会迅速减少。但你可以安装一个飞轮电源并将其与蓄电池配合使用来解决这一 问题。你可以对飞轮电源控制器进行安排，使其只有在储存能量耗尽的情况下才开始给 UPS 供电。你也可以推迟备用电源的启用时间，使其与对飞轮电源的利用保持一致。这项 措施使你可以延长蓄电池的使用寿命，并减少备用电源的运行次数。 在本文中，我们已经讨论了飞轮电源与传统蓄电池的主要区别。现在你可以认真地考 虑并做出一个决定，看这种数据中心飞轮电源备份系统究竟是否适合你的数据中心。 (作者：Christopher M. Johnston 译者：王霆 来源：TechTarget 中国) 数据中心供电指南 Page 22 of 24 使用双电源服务器提供 2N 冗余 电源是数据中心的基础要素之一，通常由服务器管理员负责管理。而且，断电或低质 量电源是造成数据中心服务器停机的一大主要因素。这里，我指的不是公用电源故障，而 是电源分布系统的操作和管理的通病。 在数据中心，有如下几个关键的基本电源组成部分：  公用电源和主电源板  备用发电机和自动转换开关（ATS）  不间断电源（UPS）和支路维护板（maintenance bypass panel）  电源分配单元（PDU）  机架级 PDU  服务器的内部电源 在大多数情况下，服务器管理员都不会涉及到前四项的设计或操作。不过，他们会直 接掌管着机架级 PDU 和服务器电源。大多数电源故障都发生在这里。 双电源服务器的实际情况 在关键任务环境下，双电源服务器是比较普遍的做法，它可以提高数据中心的可靠 性。然而，尽管服务器管理员想尽可能地充分利用双电源提高冗余，但有时这些双电源服 务器并未得到合理地部署。有时，不合理的操作实际上反而会降低电源的冗余。 在“完美”的安装执行中（如，Tier 4 数据中心），应该有两条完全独立的电源线路， 每条线路分别由上述 6 个部分组成。而且，每条线路必须能够独立承载整个数据中心的负 载。这就是我们所说的 2N 冗余。2N 冗余意味着电源故障绝不会中断数据中心设备的运 行。 当然，并不是每个人都那么走运能操作一个 Tier 4 数据中心。尽管我们谁都想拥有 完全的电源冗余，但鉴于成本因素，我们通常不得不采取一些折中的做法。由于受到成本 预算的限制，所以通常尽管服务器有双电源，但其它 5 项却没有两条完全独立的线路。 数据中心供电指南 Page 23 of 24 服务器管理员对冗余的理解通常有偏差 在本文前面已提到，管理员直接负责服务器和机架级 PDU 的安装和管理。通常，每 个机架只有一个 PDU。因此，双电源服务器的冗余度就仅限于服务器电源本身的故障。 然而，更普遍的情况是有两个机架级 PDU，服务器的两条电源线分别插到不同的 PDU 上。这让大多数管理员有了一种冗余的错觉，实际上其中也隐藏着电源故障的威 胁。 通常，服务器安装和操作环境的两个机架级 PDU 都是可用的。当两个电源都正常 时，双电源会分担服务器负载，大概各占 50%。当其中一个发生故障或失去电源输入 时，剩下的一个电源必须承担 100%的负载。因此，最佳的做法应该是 PDU 的负载不要 超过短路开关的跳闸值。 即使每个 PDU 的负载只占它最大额定负载的 60%，也可能会出现问题。实际上，即 使 PDU 有测流计显示负载达到额定功率的 60%，大多数管理员也会以为机架级 PDU 还 可以承载更多的服务器，因为现在“才使用了 60%的功率”。实际上这已经超载了，但很 多管理员没有意识到这一点。 为什么呢？如果服务器的电源发生故障，那么剩下的电源和 PDU 就要承担服务器的 全部负载。这意味着 120%的 PDU 功率负载会落到剩下的那个 PDU 身上，短路开关会 跳闸，关闭机架内所