未来数据中心建设的趋势思考及采用柔性直流供电的思路

数据中心站依托柔性直流配电智能调配电能，泛在物联，实现精细化能源的合理利用。同时，柔性直流配电系统作为“能源流”的物理载体，为边缘化的分散式数据中心站提供一种新型、高效的动力保障，减少电能变换能量损耗，提高用能效率。

（来源：微信公众号智见能源ID：SmartEnergyView作者：SmartView）

众所周知，这些年对于数据中心PUE的要求是越来越严，从1.5到1,4,再到1.3。随着北京，上海，广州等一线城市新政的不断出台，一方面折射出了这些城市对数据中心的高能耗已经到了容忍极限，另一方面也间接为周边地区催生了新的经济增长点。甚至可能会在不久的将来深刻改变产业格局。经济的发展是必然的，资源条件的约束也是现实的，理性分析未来数据中心的建设趋势，改变我们传统与固有的思路，是解决问题的途径。

一、数据中心由集中式向分散式布置的趋势

随着计算机系统规模变得越来越大，将所有业务单元集中部署在一个或者若干个大型机上的体系结构物，已经越来越不能满足当今计算机系统，尤其是大型互联网系统的快速发展，各种灵活多变的系统架构模型层出不穷。同时，随着微型计算机的出现，越来越多廉价的PC机成为了各大IT企业架构的首选，分布式的处理方式越来越受到业界的青睐----计算机系统正在经历一场前所未有的从集中式到分布式架构的变革。

分布式数据中心，在这几年概念很火。简单的定义，分布式数据中心。就是说，多个数据中心，处于不同的地理位置，然后可以实现统一管理，无视地理位置的间隔。其实，更多的时候，这个会被称作为，分布式云数据中心。

众所周知，目前国内运营超过5年的以上的数据中心，PUE基本上都在2.0以上。有些新建的数据中心，能够达到1.5以下，或者1.3，但是其中有些可能含有水分，受能耗制约，大型的数据中心的供电容量申请及运营监管会越来越严格，数据中心化整为零，在物理上分散布置，适应当前数据业务发展的主流趋势毋庸置疑。

二、数据中心由交流向直流过渡的趋势

随着数据中心能耗问题的凸显，现行的交流供电方式会使今后的耗电量剧增，越来越多的人开始转而投向直流和高压直流的供电方式。相信将来会出现交流、直流长期共存的局面。

在数据中心到底应该采用交流还是直流供电一直备受争议，实际在数据中心也是两种供电方式都存在，一般的高端设备也都支持两种方式供电，在传统的运营商网络有不少需要-48V直流供电的设备，这样就需要将交流电转换为直流电，转换的过程仍然必不可少。有些数据中心最开始就是以直流电供应型设备发展建立起来的，这样整体设备供电只需要从电网做一次转换，效率将变得很高。

无论是交流供电还是直流供电，都有优缺点。经过了近期永无休止的争论，出现了一种折衷的方式，即高压直流供电。高压直流供电既电能损耗小，又没有易受干扰的问题，似乎是两种方式争论的折中结果。随着数据中心能耗压力越来越大，必将进一步推动高压直流的普及。

三、数据中心及配套供电的建设采用模块化建设的趋势

模块化数据中心渐成趋势，设备厂商必须整合。这个整合分为数据中心的机柜及底层构架上的模块化，建构筑及其附属机电设备的模块化，供电方式及产品的模块化。

一线城市对于数据中心PUE的“紧箍咒”越来越狠。要想符合要求，首先就得规划并优化好建设方式，采用微模块或者说密闭通道+近端制冷的方式来建设数据中心就是从底层架构上降低PUE的举措。这对于行业的引导，也会产生重要的影响。

借鉴国内近年推行的装配式建筑的理念，对机房的建设采用组合装配式结构，采用工厂化生产，机械化施工，尽量减少现场的湿作业，有利于科学管理和文明施工，加快建设速度。

以中国西电集团开发的柔性直流配电系统为例，将整个数据中心供配电系统中10kV开闭所、能量管理装置、±10kV断路器、交直流低压开关及二次设备等均采用模块化预制舱式组合设备，标准化设计、工厂化加工、模块化建设。具有节省土地占用、环境友好、布置灵活等特点。

四、柔性直流配电是在泛在物联网环境下的重要应用场景

国网公司在2019年公司两会上确立了建设世界一流能源互联网企业的目标，提出了“三型两网”的战略新思路，打造具备枢纽型、平台型、共享型特征的现代企业，并充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网。

泛在电力物联网将与有关行业和专业共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的综合能源互联网。泛在电力物联网的建设必将催生出以电能为核心的更广泛的能源互联、以新型能源服务为核心的业务重构，以及以合作共赢为理念的能源产消新生态。

国网2019一号文件中提出：研究探索利用变电站资源建设运营充换电（储能）站和数据中心站的新模式。三站合一作为建设泛在电力物联网的重要方向之一，利用变电站资源整合充换电（储能）站和数据中心站的“三站合一”新模式是泛在电力物联网的一种典型应用场景，这种模式下，数据中心站距离电源近，储能系统灵活、可控的为数据中心提供持续、可靠的后备电源。以能量路由器为枢纽的柔性直流输配电系统可作为三站间的连接器，高效的连接变电站、储能站、数据中心站，实现由清洁能源至直流负荷的高效传输，网荷储协同供电。

五、柔性直流配电是未来数据中心建设的发展方向

柔性直流输配电技术是一种基于电压源型换流器的新型直流输电技术，其具有有功、无功独立控制能力，容易实现潮流反转，响应速度快。柔性直流输配电系统直接用直流电压对负载供电，以上问题迎刃而解，同时也解决了分布式电源、储能系统和多元化交直流负荷的高效稳定接入，使配电网从静态运行结构转变为灵活的、可主动运行的“智能”结构，从而为数据中心提供稳定的、高质量的电能，提高可再生能源消纳能力。此外，由于没有交流电源振幅、频率、相位等同步要求，并机扩容也更为简单。

传统的数据中心供能主要依靠双总线 UPS 供电系统，备用电池要经过UPS设备中最薄弱环节—逆变器才能向负载供电，使得UPS系统必须两次变换能源、负载和UPS本身两个谐波源使系统过于复杂和臃肿、效率低下、可靠性不高。

依托国网泛在电力物联网的建设思路，结合未来直流在分散数据中心的建设与发展趋势，采用“三站合一”的智能化系统实现对数据中心的供电，是一种新的尝试。数据中心站依托柔性直流配电智能调配电能，泛在物联，实现精细化能源的合理利用。同时，柔性直流配电系统作为“能源流”的物理载体，为边缘化的分散式数据中心站提供一种新型、高效的动力保障，减少电能变换能量损耗，提高用能效率。

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