摘要：“節(jié)能減排”是世界關注的熱點話題，遏止全球氣候變暖，保護有限地球資源，減少能源浪費，推廣應用節(jié)能技術是努力目標。通信行業(yè)作為國民經濟重要組成部分，數(shù)據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)據中心能耗管理系統(tǒng)利用監(jiān)控技術對數(shù)據中心用能設備的能耗消耗情況進行“采集、整理、分析”，從而實現(xiàn)對數(shù)據中能耗從粗放式管理到精細式管理的轉變，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)據中心能耗管理系統(tǒng)工作原理、實際運行及應用意義進行了介紹和說明。

 

關鍵詞：數(shù)據中心；能源管理；PUE；節(jié)能技術

 

 

       我國明確提出貫徹落實科學發(fā)展觀，提出建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的發(fā)展理念，包括通信行業(yè)在內的社會各行各業(yè)都為實現(xiàn)加快旅社發(fā)展、構建生態(tài)文明的發(fā)展目標努力。隨著我國“互聯(lián)網+”、大數(shù)據、云計算、AI技術、數(shù)字經濟、5G技術等產業(yè)政策的落地，我國數(shù)據中心市場仍將處于快速發(fā)展期。工業(yè)和信息化部在《關于加強“十三五”信息通信節(jié)能減排工作的指導意見》強調要求到2020年新建大型、超大性數(shù)據中心的能耗效率（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)據中心自身成本節(jié)約和效率的提高，通信領域節(jié)能減排都是一個重要而艱巨的工作。

 

 

       數(shù)據中心由當?shù)仉娋W或專用的發(fā)電設施提供電力供應，通過變、配電等過程處理后，為數(shù)據中心的用電負荷提供穩(wěn)定電源。數(shù)據中心的電能消耗一般包含以下組成部分：

       1.1 IT設備包括計算、存儲、網絡等不同類型的設備，用于承載在數(shù)據中心運行的應用系統(tǒng)，并為用戶提供信息處理和存儲、通訊等服務。

       1.2數(shù)據中心制冷設備是為保證IT設備運行所需溫、濕度環(huán)境而建立的相關配套設施，主要包括：空調設備、冷源設備、送回風設備等。

       1.3數(shù)據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等設備組成，提供符合設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)據中心中其它消耗電能的基礎設施，包括照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及相關數(shù)據中心監(jiān)測管理系統(tǒng)等。

 

 

       節(jié)能的首要任務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)據中心對所有能源消耗進行數(shù)據分析、整理、管控的要求，滿足數(shù)據中心每個業(yè)務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)據中心“向管理要效益、憑技術促節(jié)能”。

2.1數(shù)據中心能源管理系統(tǒng)架構

       能源管理系統(tǒng)由三部分組成：能耗監(jiān)管中心、通訊服務及能源數(shù)據采集。能耗監(jiān)管中心：主要實現(xiàn)對所有能耗數(shù)據的集成和管理。通過管理層的能耗數(shù)據采集、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)據報表。用戶可以根據這些分析結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。通訊服務：負責將現(xiàn)場設備層的電力儀表通過現(xiàn)場總線形式所采集的相關信息數(shù)據轉換為網絡形式的信號，并進行組合和轉發(fā)。能源數(shù)據采集：實現(xiàn)底層數(shù)據采集，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)據中心能源管理系統(tǒng)業(yè)務能力

       能源管理系統(tǒng)，以數(shù)據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)據中心實際需求實現(xiàn)功能定制。

2.2.1數(shù)據接收模塊

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

2.2.2數(shù)據處理模塊

       數(shù)據處理是對數(shù)據（包括數(shù)值的和非數(shù)值的）進行分析、加工的技術過程，包括對各種實時數(shù)據、設備數(shù)據等分析、整理、計算、編輯等的加工和處理，并可根據需要進行自定義分類分項，以便于進行數(shù)據的分類分項統(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)據列表、曲線圖、餅圖等方式實現(xiàn)數(shù)據中心能源實時工況監(jiān)控、歷史運行情況查詢、超限預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、閥門、泵機、空調、空壓機等設備的運行狀態(tài)。

2.2.4報警管理模塊

       模塊提供能夠對能耗數(shù)據快速反應的異常報警功能模塊，包括實時數(shù)據上限、下限、超出指標報警、復合報警、累積量報警、瞬時量報警、時間段平均值報警、數(shù)據總線層服務報警、Web展示層應用錯誤報警、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、設備運行、用能質量、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、技術節(jié)能提供具說服力的科學依據。

2.2.6報表管理模塊

       該模塊提供了年、月、日等數(shù)據中心的用能數(shù)據統(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)據中心能源管理系統(tǒng)利用現(xiàn)代計算機、網絡技術、實時數(shù)據庫技術、數(shù)據分析及預測技術，對數(shù)據中心電能的生產、輸配和消耗設備狀態(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)務管理、節(jié)能潛力分析與節(jié)能降耗技術應用的完整性解決方案。

3.1掌握能耗結構特點，提供機房用能公示

       系統(tǒng)對數(shù)據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。系統(tǒng)可以展示每塊電表的詳細數(shù)據，包括電流、電壓、功率、功率因數(shù)等各種數(shù)據，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，根據分時計費分析結果。

3.2實現(xiàn)能耗指標管理，自動分析用能效率

       數(shù)據中心能源管理系統(tǒng)根據分類分項原則，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，為冷機的啟停邏輯設定提供依據。系統(tǒng)生成數(shù)據中心整體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，保證用電安全。

       3.3.2顯示每個供電功率因數(shù)，提高用能質量。

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

       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關系，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)據中心能源管理系統(tǒng)根據單位能源消耗量與室內外溫度的對比關系，采用專用先*的能耗算法，找出用能不合理時間點，并將結果反饋給用戶，為節(jié)能提供決策依據。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)，對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據進行實時測量，對采集數(shù)據進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經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)據化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據化；

       ③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內區(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)據進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據能耗監(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；

       ⑧　能耗數(shù)據采集，隨時查詢，并根據采集數(shù)據進行統(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)據中心能源管理系統(tǒng)采用專業(yè)測控與計量產品，依托智能通訊網絡，實現(xiàn)供配電等能源數(shù)據的自動化測控與計量功能，對數(shù)據中心電能資源進行監(jiān)控管理，與DCIM（數(shù)據中心基礎設施管理系統(tǒng)）密切結合，完成設備、人員與能源的協(xié)調管理，可根據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)據中心節(jié)能減排的目標。

 

【參考文獻】 

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

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

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊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)據中心的設計與應用。