數(shù)據(jù)中心采用直流電是否更有效？

【專家解說】：　　隨著數(shù)據(jù)中心行業(yè)日漸成為全球能源消耗大戶，數(shù)據(jù)中心的效率問題也成為了一個日益緊迫的課題。近年來的焦點(diǎn)都集中于幾大重點(diǎn)領(lǐng)域，如部署虛擬化、改善冷卻方案(采用免費(fèi)的冷卻資源和提高溫控器)、整合企業(yè)閑置設(shè)備等，這些方案都是相當(dāng)做是正確的。但是，在后臺，還有一個在一直被業(yè)界廣泛討論的基本主題：交流電源(AC)與直流(DC)電源。當(dāng)電力基礎(chǔ)設(shè)施一開始部署時，就采用的是交流電源，但采用直流電源是否有望使得數(shù)據(jù)中心更有效呢?
　　直流電源支持者聲稱：與交流電源相比，數(shù)據(jù)中心的效率能夠提高30%以上;特別是，根據(jù)美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室2008年的調(diào)研報(bào)告顯示，直流配電系統(tǒng)“所使用的能源量較之當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心典型的交流配電系統(tǒng)要少28%?！边@在當(dāng)前所有的調(diào)研中都可能是真的，但平均而言，數(shù)據(jù)中心可能并沒有充分有效的使用他們的交流配電系統(tǒng)達(dá)到效率最大化。一份由綠色網(wǎng)格組織和施耐德電氣APC公司共同出具的白皮書(數(shù)據(jù)中心交流和直流配電系統(tǒng)四項(xiàng)效率指標(biāo)研究比較)聲稱，二者的真實(shí)差距是只在0–1%的范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他研究結(jié)果。
　　較之新技術(shù)，企業(yè)當(dāng)前所采用的技術(shù)幾乎總是有優(yōu)勢的，因?yàn)樗麄兺ǔＲ呀?jīng)有了相當(dāng)?shù)呐涮谆A(chǔ)設(shè)施對其進(jìn)行支撐，而這些基礎(chǔ)設(shè)施其實(shí)也是企業(yè)的一筆投資。對于數(shù)據(jù)中心的交流配電同樣如此：數(shù)據(jù)中心如果轉(zhuǎn)換到采用直流配電系統(tǒng)的話同樣需要在已有的基礎(chǔ)設(shè)施方面進(jìn)行相關(guān)的重新部署，這會消耗企業(yè)的資金成本，同時還意味著企業(yè)現(xiàn)有的某些基礎(chǔ)設(shè)施需要被丟棄。對于新建的數(shù)據(jù)中心來說，這個問題可能并不會構(gòu)成多大的挑戰(zhàn)，但對于舊的現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心來說，有時候僅僅是重新購買基礎(chǔ)設(shè)施都可能是一條難以逾越的鴻溝，尤其是如果數(shù)據(jù)中心資本資金緊張時，更是如此了。
　　上文所提到的白皮書指出的“直流配電系統(tǒng)的優(yōu)勢使得業(yè)界開始從采用交流電源轉(zhuǎn)向采用直流電源”，如果直流配電系統(tǒng)只對交流配電進(jìn)行小的、漸進(jìn)式的改善，資本方面的壁壘可能更高。此外，大多數(shù)設(shè)備是專為交流電源系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的，這是目前最常見的。這并不是說企業(yè)要實(shí)現(xiàn)基于直流配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心就沒有選擇，只是目前的選擇還比較少而已。
　　此外，當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心采用直流電源的另一個障礙是缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。雖然某些標(biāo)準(zhǔn)在不斷的涌現(xiàn)，如380V直流電源標(biāo)準(zhǔn)。但由于在業(yè)界還缺乏很好的采用了直流電源的企業(yè)案例，也阻礙了相當(dāng)一部分企業(yè)采用直流電源的步伐。數(shù)據(jù)中心本身的造價(jià)就已然很貴了，部署一套未經(jīng)考驗(yàn)的技術(shù)對于某些企業(yè)來說風(fēng)險(xiǎn)太大，尤其是在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)不穩(wěn)定時期。并沒有太多的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了直流配電系統(tǒng)的部署，大多數(shù)仍然采用的是交流配電系統(tǒng)，至少這樣看似更安全。
　　數(shù)據(jù)中心缺乏內(nèi)部動力并不是影響他們采用直流配電系統(tǒng)的唯一因素。像蘋果這樣的公司，他們在北卡羅來納州Maiden的數(shù)據(jù)中心越來越多的轉(zhuǎn)向采用可替代能源，如太陽能、燃料電池。但問題在于如何整合這些電力資源到公司乃至更廣泛的電網(wǎng)系統(tǒng)。例如，太陽能當(dāng)然產(chǎn)生的是直流電，而不像利用風(fēng)，煤炭和水電驅(qū)動的渦輪機(jī)。其必須被轉(zhuǎn)換為交流電才能被電網(wǎng)利用，而這一步驟的成本相對高，而且效率極低。
　　隨著社會焦點(diǎn)越來越多的開始關(guān)注可替代能源方面，以避免采用燃煤、天然氣和核能等能源所帶來的環(huán)境污染和安全問題。對于太陽能和其他可替代能源的更大的依賴可能會導(dǎo)致更廣泛的轉(zhuǎn)向采用直流電源。雖然許多現(xiàn)有的電網(wǎng)都采用的是交流配電系統(tǒng)，但某些電網(wǎng)已經(jīng)在開始使用直流配電系統(tǒng)了：尤其是那些那些需要長距離傳輸大量的功率的情況。
　　此外，許多常見的設(shè)備，無論是在數(shù)據(jù)中心(例如，服務(wù)器)還是其他地方都必須將直流電源通過插座轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為交流電才能使用。因此，可替代能源的廣泛采用的更大程度上的壓力來自于在用戶端創(chuàng)建能夠直接使用直流電源的設(shè)備。顯然，如果直流配電系統(tǒng)越來越廣泛地被用于在電網(wǎng)中，企業(yè)才可能有足夠的動機(jī)在其數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到直流配電系統(tǒng)。
直流配電和交流配電不是非此即彼的關(guān)系
　　沒有任何技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)所有的效果。直流配電和交流配電各有其不同的特點(diǎn)，適合不同的應(yīng)用，所以期待整個電網(wǎng)系統(tǒng)全為交流配電或全為直流配電都是不合理的?，F(xiàn)如今已經(jīng)是兩者混合的世界了，而且采用不同的能源會適合不同的耗能部件。當(dāng)前的任務(wù)是為每一款設(shè)備找到最佳的能源供應(yīng)系統(tǒng)，以便最大限度地提高效率和經(jīng)濟(jì)性。例如，如果數(shù)據(jù)中心從交流配電轉(zhuǎn)化為直流配電效率收益率方面僅僅只有很小的提高，那么加上周邊的成本可能沒有足夠的理由讓企業(yè)這么做，即使直流配電會在某些情況下有明顯的優(yōu)勢。
結(jié)論　　交流配電目前在數(shù)據(jù)中心是主流。無論是直流配電較之交流配電多么具有邊際優(yōu)勢，至少相當(dāng)一部分設(shè)施的轉(zhuǎn)化還取決于一些因素，如實(shí)際效率收益。盡管一些研究表明，采用直流配電能夠帶來數(shù)據(jù)中心效率方面大約15-30%的改善，但在其他方面的收益則僅僅接近于1%或更少。因此，即使直流配電在邊際效率方面的優(yōu)勢是非常低的，它可能會增長隨著時間的推移，并伴隨更多的設(shè)計(jì)努力而使得數(shù)據(jù)中心過渡到直流配電。但我們也顯然無法向您保證某一種配電系統(tǒng)就一定優(yōu)于另一種。
　　可替代能源，尤其是太陽能，可能會在引發(fā)人們對于直流配電系統(tǒng)的采用方面發(fā)揮更大的推動作用，無論是在數(shù)據(jù)中心還是在較大的電網(wǎng)系統(tǒng)。因?yàn)樘柲芤呀?jīng)生產(chǎn)出了直流電源，為什么還要將其轉(zhuǎn)化為交流電，然后再轉(zhuǎn)回直流電以供給電氣或電子設(shè)備呢?當(dāng)然，交流配電和直流配電都有其各自的優(yōu)點(diǎn)，所以不會有一款配電方式會成為唯一的方法。但隨著人們對于直流配電系統(tǒng)興趣的增加，這方面的研究和開發(fā)工作將促使交流配電和直流配電兩種配電方式的優(yōu)化配置，效率改進(jìn)。