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能耗指标与数据中心规模-孙长青

规划设计部总工 孙长青

随着国家对数据中心的规范化,各地相续出台了一系列能源措施,特别是一线重点城市,在电力紧张的情况下,都相续出台了限制措施,包括明确的更低PUE的要求,比如:

北京要求全市层面禁止新建和扩建互联网数据服务、信息处理和存储支持服务中的数据中心(PUE值在1.4以下的云计算数据中心除外),中心城区全面禁止新建和扩建数据中心。

上海要求存量改造数据中心PUE不高于1.4,新建数据中心PUE 限制在1.3 以下。

深圳要求数据中心重点用能单位(能源消费量大于5000吨标准煤)应建设能耗在线监测系统,按要求接入广东省重点用能单位能耗监测平台,并鼓励促进以高能效代替低能效、以大规模代替小规模、以新技术代替陈旧技术数据中心的减量替代方式改造数据中心。对PUE小于1.4以下的数据中心,结合PUE数值给予不同力度的能耗指标的支持。

PUE的限制仅仅是其中的一个紧箍咒,数据中心建设还有一个更大的门槛,那就是发改委节能审查中的碳排放能耗指标。

随着政策的收紧,业内都在谈谈能耗指标而色变,因为你即便有强大的背景,有雄厚的资金,有强烈的投资数据中心的愿望,而想要迈过能耗指标这个坎,确是千难万难。

1、能耗指标是什么?

对于初入数据中心行业的人,甚至是在数据中心行业侵淫多年的专业人士来说,如果没有专门针对前期业务开展过工作,对能耗指标的具体内容也是一头雾水,搞不清楚其具体所指。

能耗指标的一般定义:能耗指标是各种反映能源消耗量的数据指标,用来描述能源消耗量的大小和种类。(很可惜,我们行业中的能耗指标并不是这个定义)

下面详细看一份大家所说的能耗指标文件,可以直接从网上看到的公开信息(大家可以从北京市政府信息公开专栏网上直接查找:http://www.beijing.gov.cn/zfxxgk/110002/xzxk53/2018-09/18/content_95edd5fc28334f77945bcdf3d34ce421.shtml)。

由以上信息可知,大家普遍所说的“能耗指标”也就是节能审查意见中的年综合能耗,与一般定义的内容不同。最核心的就是这个“标准煤”及“二氧化碳排放总量”,这是限制数据中心规模的核心因素。这个能耗指标的有效期为2年。拿到这个数值,意味着最大的一块石头搬开了,数据中心可以放心大胆的往下走了。

那么,各地的节能审查采用的数值标准是一样的吗?稍微了解的人都会知道,电力的标准煤的吨位,有两种折算系数,一种是当量值,一种是等价值。那么,各地使用的数值到底是当量值还是等价值呢?

依据上面举的北京的例子,再结合北京其他项目的节能审查意见报告,可以判断出,北京的标准煤吨位是以当量值来计算的,每度电对应的标准煤为0.1229kg(当量值)。另外,北京在给出标准煤的同时,还给出了年CO2排放总量,经比对核算,每度电对应的CO2排放量为0.604kg。

根据同样的方法,可以知道,广东的标准煤算法与北京是一样的,取的是当量值,每度电对应的标准煤为0.1229kg(当量值)。而广东的节能审查意见报告中,一般没有年CO2排放总量的指标。

上海地区的标准,经查网上资料,标准煤算法有当量值也有等价值,有时候会将等价值与当量值同时标出,在默认没有标注的情况下,经与年耗电量对比计算,一般是取的等价值,即每度电对应的标准煤为0.288kg(等价值)。上海的节能审查意见报告中,也没有年CO2排放总量的指标。

2、能耗指标怎么转化为IT功率?

能耗指标确定了之后,就要考虑这个指标怎么转化为实实在在的IT功率了,在这个转化换算的过程中,很多人就有了不同的换算系数,得出的结果也是千差万别。

其实,这个能耗指标有一个很明确的对应数值,那就是年耗电量。别管是当量值还是等价值的标准煤,或是年CO2排放总量,只要确定了标准,你拿到的能耗指标就对应了一个年耗电量。

之所以大家计算出的IT总功率不同,是大家计算时对PUE的理解有偏差导致的。比如,在上海,新政要求新建数据中心的PUE要在1.3以内,有很多人都以为,在数据中心的PUE达到1.3的情况下,拿到的能耗指标转化为年耗电量之后,就可以直接按下式计算:

IT总功率=Q(年耗电量)÷8760÷1.3÷ρ(机柜负载率)

=q(市电容量)÷1.3÷ρ(机柜负载率)

那么,这个计算公式对吗?

要分析这个数值,首先要明白PUE的概念。

PUE一般是指整个数据中心包括IT设备和配套基础设施的年耗电量除以IT设备年耗电量。PUE值是一个年均值,它既不是夏季极端气候下的瞬时值,也不是冬季自然冷却时的瞬时值。当然,对PUE,业内还有一个流行的另外的理解,那就是瞬时PUE,认为它可以表示瞬时值。且不论这个理解的对错,顺着这个思路走下去。什么数值才是真正影响用电容量转换为IT功率的核心因素呢?

上海的新建数据中心的PUE要在1.3以内,在这里,PUE=1.3是指的常规概念上的年均值,也就是一年当中,所谓的瞬时PUE,会在1.15~1.65(仅假设值,实际可能有出入)之间波动。

数据中心要保证全年7×24小时不间断运行,必然要保证最不利的场景下能满足数据中心的供电和供冷的需求,最不利场景一定是在夏季极端最高温度的时候出现,这时候的制冷系统在最大负荷运行,整个数据中心的用电功率在此时是最大的。此时总用电负荷与IT功率的比值最大,在市电容量一定的情况下,这个比值(所谓瞬时PUE)才是限IT功率负荷的数值,至于这个数值是1.65还是其他数值,就要受地域范围和对机柜负荷率的限定了,但是在上海、北京地区肯定是大于1.3这个年均值的。

当然,算能耗指标的时候,是可以按年标准煤或者年CO2排放总量来进行,可以用它及PUE来确定IT功率负荷,也就是公式在:

IT总功率=Q(年耗电量)÷8760÷1.3÷ρ(机柜负载率)

是成立的。

但是,在:

IT总功率=q(市电容量)÷1.3÷ρ(机柜负载率)

是不成立的。

这个时候,就需要通过IT总功率,来反过来倒推所需要的市电容量也就是总用电负荷了,其公式如下:

q(市电容量)= IT总功率×η(所谓最大瞬时PUE)×ρ(机柜负载率)

其中,η是在最不利极端最高温度的情况下,IT总功率负荷与项目总用电负荷的比值。

因此,在得到年标准煤或者年CO2排放总量的指标后,按年均PUE来推算IT总功率是可以的,但是,一定要匹配合理的市电容量,来满足项目用电需求,不要再按照年均PUE来继续推算市电容量,切记!

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