摘要：“節(jié)能減排”是世界關(guān)注的熱點話題，遏止全球氣候變暖，保護有限地球資源，減少能源浪費，推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)是努力目標。通信行業(yè)作為國民經(jīng)濟重要組成部分，數(shù)據(jù)中心耗電量約占全國總能耗的2%，屬于能耗密集型企業(yè)。數(shù)據(jù)中心能耗管理系統(tǒng)利用監(jiān)控技術(shù)對數(shù)據(jù)中心用能設(shè)備的能耗消耗情況進行“采集、整理、分析”，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中能耗從粗放式管理到精細式管理的轉(zhuǎn)變，提升機房能耗管理能力，達到節(jié)能減排目標。本文針對數(shù)據(jù)中心能耗管理系統(tǒng)工作原理、實際運行及應(yīng)用意義進行了介紹和說明。

 

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；能源管理；PUE；節(jié)能技術(shù)

 

 

       我國明確提出貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，提出建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的發(fā)展理念，包括通信行業(yè)在內(nèi)的社會各行各業(yè)都為實現(xiàn)加快旅社發(fā)展、構(gòu)建生態(tài)文明的發(fā)展目標努力。隨著我國“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、云計算、AI技術(shù)、數(shù)字經(jīng)濟、5G技術(shù)等產(chǎn)業(yè)政策的落地，我國數(shù)據(jù)中心市場仍將處于快速發(fā)展期。工業(yè)和信息化部在《關(guān)于加強“十三五”信息通信節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》強調(diào)要求到2020年新建大型、超大性數(shù)據(jù)中心的能耗效率（PUE）值達到1.4以下。無論是國家和社會整體勢指引，還是數(shù)據(jù)中心自身成本節(jié)約和效率的提高，通信領(lǐng)域節(jié)能減排都是一個重要而艱巨的工作。

 

 

       數(shù)據(jù)中心由當?shù)仉娋W(wǎng)或?qū)Ｓ玫陌l(fā)電設(shè)施提供電力供應(yīng)，通過變、配電等過程處理后，為數(shù)據(jù)中心的用電負荷提供穩(wěn)定電源。數(shù)據(jù)中心的電能消耗一般包含以下組成部分：

       1.1 IT設(shè)備包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等不同類型的設(shè)備，用于承載在數(shù)據(jù)中心運行的應(yīng)用系統(tǒng)，并為用戶提供信息處理和存儲、通訊等服務(wù)。

       1.2數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備是為保證IT設(shè)備運行所需溫、濕度環(huán)境而建立的相關(guān)配套設(shè)施，主要包括：空調(diào)設(shè)備、冷源設(shè)備、送回風設(shè)備等。

       1.3數(shù)據(jù)中心變配與電源系統(tǒng)，包括發(fā)電機、變壓器、配電柜、UPS（不間斷電源）、HVDC（高壓直流）、電池、列頭柜、PDU等設(shè)備組成，提供符合設(shè)備使用要求的電壓和電流，保障用電安全性和可靠性。

       1.4數(shù)據(jù)中心中其它消耗電能的基礎(chǔ)設(shè)施，包括照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及相關(guān)數(shù)據(jù)中心監(jiān)測管理系統(tǒng)等。

 

 

       節(jié)能的首要任務(wù)就是要掌控能耗的使用情況，然后加以統(tǒng)計、計算、分析，優(yōu)化能耗分配方案。數(shù)據(jù)中心針對用電情況建立一套全面有效的一體化信息解決方案———能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心對所有能源消耗進行數(shù)據(jù)分析、整理、管控的要求，滿足數(shù)據(jù)中心每個業(yè)務(wù)部門的管理及維護訴求，實現(xiàn)能耗準確管理模式，幫助數(shù)據(jù)中心“向管理要效益、憑技術(shù)促節(jié)能”。

2.1數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)架構(gòu)

       能源管理系統(tǒng)由三部分組成：能耗監(jiān)管中心、通訊服務(wù)及能源數(shù)據(jù)采集。能耗監(jiān)管中心：主要實現(xiàn)對所有能耗數(shù)據(jù)的集成和管理。通過管理層的能耗數(shù)據(jù)采集、匯總、統(tǒng)計、對比、分析和直觀展現(xiàn)，并提供用戶人機界面、數(shù)據(jù)報表。用戶可以根據(jù)這些分析結(jié)果進行能耗的對標管理、制定考核、管理制度、提供能源決策依據(jù)。通訊服務(wù)：負責將現(xiàn)場設(shè)備層的電力儀表通過現(xiàn)場總線形式所采集的相關(guān)信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)形式的信號，并進行組合和轉(zhuǎn)發(fā)。能源數(shù)據(jù)采集：實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)采集，主要是底層電力儀表，電力儀表需具備RS485通訊接口，標準Modbus通訊協(xié)議。

2.2數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力

       能源管理系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)采集處理平臺為核心，不僅擁以下常用功能模塊，還可針對數(shù)據(jù)中心實際需求實現(xiàn)功能定制。

2.2.1數(shù)據(jù)接收模塊

       數(shù)據(jù)中心能源數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)復(fù)雜并不能直接對能耗分析、輔助決策提供支持，模塊把各種復(fù)雜的的能源數(shù)據(jù)變成基于相同平臺并且具有相同結(jié)構(gòu)的符合終用戶邏輯的數(shù)據(jù)，進而轉(zhuǎn)化為有效信息和數(shù)據(jù)。

2.2.2數(shù)據(jù)處理模塊

       數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)（包括數(shù)值的和非數(shù)值的）進行分析、加工的技術(shù)過程，包括對各種實時數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等分析、整理、計算、編輯等的加工和處理，并可根據(jù)需要進行自定義分類分項，以便于進行數(shù)據(jù)的分類分項統(tǒng)計。

2.2.3能源監(jiān)測模塊

       能源監(jiān)測功能模塊通過工藝圖、數(shù)據(jù)列表、曲線圖、餅圖等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心能源實時工況監(jiān)控、歷史運行情況查詢、超限預(yù)警與異常告警等功能，及時發(fā)現(xiàn)能源安全問題，并可以監(jiān)視開關(guān)、閥門、泵機、空調(diào)、空壓機等設(shè)備的運行狀態(tài)。

2.2.4報警管理模塊

       模塊提供能夠?qū)δ芎臄?shù)據(jù)快速反應(yīng)的異常報警功能模塊，包括實時數(shù)據(jù)上限、下限、超出指標報警、復(fù)合報警、累積量報警、瞬時量報警、時間段平均值報警、數(shù)據(jù)總線層服務(wù)報警、Web展示層應(yīng)用錯誤報警、系統(tǒng)操作錯誤報警、能耗超管理值報警、能耗超標準報警等，方便時間發(fā)現(xiàn)能源使用、設(shè)備運行、用能質(zhì)量、用能不平衡等方面的異常。

2.2.5能耗分析模塊

       對數(shù)據(jù)中心能耗進行不同維度、不同時間段的統(tǒng)計分析，查找出具有節(jié)能潛力的時間點和節(jié)能項目，為用戶通過管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能提供具說服力的科學(xué)依據(jù)。

2.2.6報表管理模塊

       該模塊提供了年、月、日等數(shù)據(jù)中心的用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，具體包含總耗能量、分項耗能量、PUE等指標，提供數(shù)據(jù)中心消耗上報報表的標準格式，并可為用戶定制化開發(fā)報表。

 

 

       數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)利用現(xiàn)代計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)分析及預(yù)測技術(shù)，對數(shù)據(jù)中心電能的生產(chǎn)、輸配和消耗設(shè)備狀態(tài)實施集中、扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，改進和優(yōu)化能源平衡，提供監(jiān)控展示、計量計費、業(yè)務(wù)管理、節(jié)能潛力分析與節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的完整性解決方案。

3.1掌握能耗結(jié)構(gòu)特點，提供機房用能公示

       系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心的總能耗按不同能源類型、不同時間進行統(tǒng)計分析，整體把握數(shù)據(jù)中心能耗狀態(tài)、指標完成情況、用能趨勢和能耗排名，自動查找出能源消耗不合理的時間點，為節(jié)能提供依據(jù)。系統(tǒng)可以展示每塊電表的詳細數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、功率、功率因數(shù)等各種數(shù)據(jù)，以圖表的形式直觀顯示同類區(qū)域能源消耗的情況，并可按照人均、單位面積進行折算。系統(tǒng)根據(jù)輸入的收費策略，系統(tǒng)可自動統(tǒng)計出電能的峰平谷電量及電費，根據(jù)分時計費分析結(jié)果。

3.2實現(xiàn)能耗指標管理，自動分析用能效率

       數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)根據(jù)分類分項原則，對電能進行對比分析，按照不同分項進行對比顯示，可分析出哪些分項用能超標或不合理，從而找出節(jié)能降耗點。系統(tǒng)可對冷機的能耗進行分析和對比，計算COP值是否在合理范圍之內(nèi)，為冷機的啟停邏輯設(shè)定提供依據(jù)。系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)中心整體PUE動態(tài)曲線，便于整體能源效率分析。

3.3提高建筑用能安全，及時發(fā)現(xiàn)用電異常

       3.3.1實現(xiàn)電流平衡分析，平衡電力供應(yīng)，保證用電安全。

       3.3.2顯示每個供電功率因數(shù)，提高用能質(zhì)量。

       3.3.3實時監(jiān)測整個數(shù)據(jù)中心用電的平穩(wěn)性，為關(guān)停變壓器提供數(shù)據(jù)支撐。

       3.3.4實時監(jiān)測變壓器工作負荷，在用電高峰期保證供電系統(tǒng)安全。

       3.3.5以圖形的形式直觀展示每天工作時間能耗與非工作時間能耗的相關(guān)關(guān)系，大化能耗有效利用，及時發(fā)現(xiàn)非工作能耗異常。

3.4找到節(jié)能改造方向、監(jiān)督節(jié)能改造效果

       數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)根據(jù)單位能源消耗量與室內(nèi)外溫度的對比關(guān)系，采用專用先*的能耗算法，找出用能不合理時間點，并將結(jié)果反饋給用戶，為節(jié)能提供決策依據(jù)。系統(tǒng)將實際耗能量與計劃值進行分析比較，實時查看節(jié)能值的變化量，驗證節(jié)能改造方案效果。

 

 

4.1概述

       建立高效的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。

       ①　搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

       ②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

       ③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；

       ④　同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

       ⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導(dǎo)值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

       ⑥　能耗競爭排名：各個功能區(qū)能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強工作人員的節(jié)能意識；

       ⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù)；

       ⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。

4.2 硬件選型

 

 

       數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)采用專業(yè)測控與計量產(chǎn)品，依托智能通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)供配電等能源數(shù)據(jù)的自動化測控與計量功能，對數(shù)據(jù)中心電能資源進行監(jiān)控管理，與DCIM（數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)）密切結(jié)合，完成設(shè)備、人員與能源的協(xié)調(diào)管理，可根據(jù)電能使用情況合理利用資源、節(jié)約能源，大限度地降低數(shù)據(jù)中心運營成本，大限度降低對環(huán)境的污染。

該系統(tǒng)通過對能耗分類分項分析等手段找出數(shù)據(jù)中心耗能的問題點，進行能耗分析評估，有針對性的開展節(jié)能改造工作，保證能源的使用可控、可測、可執(zhí)行、可實現(xiàn)，從而達到數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的目標。

 

【參考文獻】 

【1】胡炳麗, 張珅. 數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用背景及功能概述[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新, 2020(7):2.

【2】徐善梅.綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)探討[J].建設(shè)科技，2019，6，25.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5版

 

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心的設(shè)計與應(yīng)用。