數(shù)據(jù)中心告別柴發(fā)還需要多久？

“高技術(shù)、高算力、高能效、高安全”是新型數(shù)據(jù)中心的特征，也成為了現(xiàn)下數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向。數(shù)據(jù)中心在設(shè)計、建設(shè)、運營等各個方面的理念和實踐都發(fā)生了新的變化，其中，有關(guān)去掉柴油發(fā)電機組(以下簡稱“柴發(fā)”)的話題引起了廣泛的關(guān)注。

柴發(fā)在當(dāng)前階段被廣泛使用

數(shù)據(jù)中心擔(dān)負著數(shù)據(jù)流的接收、處理、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)等，一旦停止運行，就會影響相應(yīng)數(shù)據(jù)的流通，造成相關(guān)應(yīng)用和服務(wù)等無法使用，會造成巨大損失。此類例子屢見不鮮，今年3月，歐洲云計算巨頭OVH位于史特拉斯堡的一個數(shù)據(jù)中心發(fā)生火災(zāi)，致使350萬個網(wǎng)站脫機;4月，主機托管公司WebNX位于美國猶他州的奧格登數(shù)據(jù)中心著火，導(dǎo)致奧格登市的一些IT服務(wù)在周日和周一無法使用。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心發(fā)生火災(zāi)或者造成運行故障的因素眾多，包括供電、網(wǎng)絡(luò)、制冷、軟件系統(tǒng)等。其中，2020年與供電有關(guān)的數(shù)據(jù)中心故障占比最高，約為37%。而想要保證持續(xù)供電，穩(wěn)定的供電系統(tǒng)必不可少。

電網(wǎng)供電系統(tǒng)可靠性雖然日益提升，但斷電在某種程度上無法完全規(guī)避，如因為暴風(fēng)、暴雨、暴雪等惡劣天氣帶來的斷電;因為電網(wǎng)負荷過高，為保障電網(wǎng)運行穩(wěn)定，區(qū)域短暫實施有序用電等。因此，應(yīng)急電源成為數(shù)據(jù)中心的必備。而柴發(fā)便是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心廣泛采用的應(yīng)急電源之一。

這主要是因為柴發(fā)具備系統(tǒng)簡單，起動、帶負荷和停機時間短，操作、維修難度較小，技術(shù)成熟等特點，只要燃料足夠，柴發(fā)可以長時間提供穩(wěn)定、安全且能量巨大的電能，能夠滿足數(shù)據(jù)中心的用電負荷及供電需求。

值得注意的是，為更好地切合數(shù)據(jù)中心需要及保證供電的安全性，數(shù)據(jù)中心的柴發(fā)建設(shè)有著嚴格的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

據(jù)《GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的使用性質(zhì)、數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷在經(jīng)濟或社會上造成的損失或影響程度，數(shù)據(jù)中心可以分為A、B、C三級。

在配置柴發(fā)時，后備柴發(fā)的性能等級不應(yīng)低于G3級;A組數(shù)據(jù)中心發(fā)電機應(yīng)連續(xù)和不限時運行，發(fā)電機組的輸出功率應(yīng)滿足數(shù)據(jù)中心大平均負荷的需要;B級數(shù)據(jù)中心發(fā)電機組的輸出功率可按限時500h運行功率選擇。

A級數(shù)據(jù)中心應(yīng)(N+X)冗余(X=1~N)，B級數(shù)據(jù)中心當(dāng)供電電源只有一路時，需設(shè)置后備柴油發(fā)電機系統(tǒng)，宜N+1冗余;A、B級數(shù)據(jù)中心柴發(fā)的基本容量應(yīng)包括不間斷電源系統(tǒng)的基本容量、空調(diào)和制冷設(shè)備的基本容量;A級數(shù)據(jù)中心柴發(fā)燃料存儲量宜滿足12h用油，當(dāng)外部供油時間有保障時，燃料存儲量僅需大于外部供油時間;應(yīng)防止柴油微生物滋生;柴油在儲存期間，應(yīng)對柴油品質(zhì)進行檢測，當(dāng)柴油品質(zhì)不能滿足使用要求時，應(yīng)對柴油進行更換。

為何會出現(xiàn)“去柴發(fā)”的討論

柴發(fā)對于數(shù)據(jù)中心如此重要，但近期“無柴發(fā)”“去柴發(fā)”的討論卻不絕于耳，究其原因，主要歸結(jié)為兩點。

首先，柴發(fā)消耗大，這是由三個因素造成的。

(1) 柴發(fā)本身造價高。柴發(fā)系統(tǒng)的建設(shè)涉及油罐，日用油箱，管路系統(tǒng)，供電及智能監(jiān)控系統(tǒng)等多個設(shè)備和系統(tǒng)的搭建，在費用方面較高。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，柴發(fā)在數(shù)據(jù)中心整體投資中約占10%，而數(shù)據(jù)中心的投資動輒數(shù)億、數(shù)十億，柴發(fā)自身的造價由此可見一斑。

(2) 柴發(fā)運維成本高。為保障柴發(fā)能夠在危急時刻及時、穩(wěn)定、安全的供電，數(shù)據(jù)中心企業(yè)需對柴發(fā)長期進行較高頻次的維護、檢查，并且有著嚴格的標(biāo)準(zhǔn)，這是必須且必要的，但也在事實上造成了較高的運維成本。

《數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運行維護標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，柴發(fā)應(yīng)每年至少進行1次帶載測試，檢查機油壓力、冷卻液溫度、轉(zhuǎn)速、電氣工作狀態(tài)、負載均衡、ATS切換功能;柴發(fā)應(yīng)每2年或累計運行250h進行三濾、機油、冷卻液更換。

數(shù)據(jù)中心一旦使用柴發(fā)，消耗自然會更高。柴發(fā)的啟動、運行需要大量柴油支撐，數(shù)據(jù)中心使用柴發(fā)的時間越長，柴油消耗也就越多，成本也會越高。

其次，柴發(fā)會帶來大量的碳排放。柴發(fā)的碳排放主要來源于柴油燃燒，日常運維啟動和應(yīng)急啟動都會產(chǎn)生碳排放。

根據(jù)BP中國碳排放計算器提供的資料：節(jié)約1升柴油=減排2.63千克“二氧化碳”。也就是說，1升柴油的排碳量約2.63千克二氧化碳。1800千瓦的柴發(fā)每小時油耗約500L，假設(shè)一座數(shù)據(jù)中心，擁有3000個機架，每個機架功耗為6千瓦，那么這座數(shù)據(jù)中心的功耗為1.8萬千瓦，需要10個1800千瓦的柴發(fā)，每小時油耗則為5000L，排放二氧化碳的量將達到13150千克。

家庭用電中，每用100度電，排放二氧化碳約78.5千克，通過計算，這樣一座數(shù)據(jù)中心使用柴發(fā)1小時產(chǎn)生的二氧化碳排放是100度家庭用電的167倍。而碳排放是關(guān)于溫室氣體排放的一個總稱或簡稱，溫室氣體的主要組成部分就是二氧化碳，由此可見柴發(fā)的使用會帶來大量的碳排放。

在數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)“碳中和”的過程中，IT設(shè)備、能源使用比例等均在節(jié)能減碳的優(yōu)化范圍，柴發(fā)的運維尤其是使用會產(chǎn)生較多的碳排放，自然也位列其中。這也是推動“去柴發(fā)”討論增多的重要原因。

“去柴發(fā)”的可行性及可能性方案

數(shù)據(jù)中心的行業(yè)特征是長周期運營，一旦建成，運營周期長達20至30年，并且在周期內(nèi)要保持不間斷的運行，這就要求供電方面要持續(xù)、穩(wěn)定、安全，應(yīng)急電源也應(yīng)當(dāng)如此，這是討論替代柴發(fā)方案的第一要點。

其次，柴發(fā)產(chǎn)生碳排放的主要原因是使用了化石能源。因此，想要減少碳排放可以從解決能源性質(zhì)這方面出發(fā)，選擇使用清潔能源的設(shè)備或者方案來替代柴發(fā)。

目前滿足以上兩點，并且正在探索或者擁有可能性的方案，集中體現(xiàn)在對儲能系統(tǒng)的開發(fā)以及取代柴油的燃料能源研究上。

數(shù)據(jù)中心的儲能研究，是為降低數(shù)據(jù)中心用電成本而提出的解決方案之一。減少柴油的使用，乃至用儲能系統(tǒng)取代柴發(fā)是儲能研究的重要一環(huán)。目前，取代柴發(fā)的可行性解決方案上，主要表現(xiàn)為鋰電池儲能系統(tǒng)和燃料電池儲能系統(tǒng)這兩種。

鋰電池具備能量密度高、質(zhì)量輕體積小等特征，能較好的解決電池儲能系統(tǒng)部署空間的問題，伴隨著價格的下降，成為數(shù)據(jù)中心取代柴發(fā)的備選之一。據(jù)了解，谷歌在此方面已有計劃，其在今年宣布，將在比利時的StGhislain數(shù)據(jù)中心采用鋰電池儲能系統(tǒng)替代同等裝機容量的柴油發(fā)電機。據(jù)谷歌無碳能源業(yè)務(wù)主管介紹，該電池儲能系統(tǒng)裝機容量為3MW。如電網(wǎng)出現(xiàn)故障，谷歌希望電池儲能系統(tǒng)能夠為特定工作負載提供1小時的電力。

燃料電池是將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，燃料氣包括氫氣、天然氣、生物質(zhì)氣等，具有排放有害氣體少、使用壽命長等特征，有利于節(jié)約能源和保護生態(tài)環(huán)境。從已有實踐來看，微軟在去年宣布，其旗下數(shù)據(jù)中心正在測試采用氫燃料電池供電方案，產(chǎn)生的電力足夠10個服務(wù)器機架運行48小時。

由此可知，通過研發(fā)完善儲能系統(tǒng)，是有可能去掉柴發(fā)的。但這一系統(tǒng)在目前階段存在著較為明顯的短板，即無法長時間為大型數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的供電，一旦斷電時間較長，儲能系統(tǒng)便無法滿足數(shù)據(jù)中心的需要。同時，鋰電池在安全性上也依舊需要增強。

取代柴油燃料能源研究方面，清潔、100%可再生合成燃料是其中一個重要方向，并且也已有取得了一定成效的案例。微軟表示，它在瑞典的一個數(shù)據(jù)中心的備用發(fā)電機組將使用Evolution柴油Plus，這是一種含有Tall油的燃料，是一種低碳可再生燃料，能夠有效減少碳排放。

另一方向則是包括氫能、核能等高效能源的研究使用，此類能源在節(jié)能減排上有著天然優(yōu)勢，并且能效高，能夠滿足數(shù)據(jù)中心的用電使用，但此類能源在技術(shù)、運輸、安全等方面均存在較大的限制，需要在多個關(guān)鍵性的研究上有所突破才能夠在數(shù)據(jù)中心上應(yīng)用，目前，高效能源的應(yīng)用還依舊處于早期的設(shè)想階段。

綜合來看，作為應(yīng)急電源，柴發(fā)在數(shù)據(jù)中心安全持續(xù)運營上發(fā)揮著重要作用，目前取代柴發(fā)的可行性方案雖然有一定的方向和實踐，但并不成熟。因此，短時間內(nèi)想要去掉柴發(fā)并不現(xiàn)實，未來能否出現(xiàn)成熟的方案來取代柴發(fā)也需驗證。

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