電對于數據中心設備來講,就像汽油對汽車一樣,汽車沒有油就無法開動,數據中心沒有電就無法運轉,所以電對于數據中心設備來說是最重要的。學過電工基礎的都知道,電主要分為交流電、直流電以及高壓直流電。交流供電是電網供電最普遍的方式,但是這種供電方式卻不是高效的。由于交流電在每個時刻它的相位和大小都在變化,這樣交流電就可以實現變壓,而直流是不能變壓的,交流電在傳輸時可以升壓,使得在傳輸中損耗減小。通過變壓又可能有多種電壓的輸出,比如:24V、48V、220V等,供各種設備使用,這樣就使得交流電成為電網中最為普遍的方式,不過對于數據中心則不然,為了節省資源,就要綜合考慮用哪種供電方式。
首先來說交流供電。交流配電仍然是數據中心供電的主流方式,但是交流電并不是最高效的供電方式。在一百多年前發明電的時候,當然不會考慮效率的問題,當時解決了有無的問題就已經相當了不起了。現在來看,交流電本身使用效率并不高,但是經過這一百多年的進步,交流供電已經成為最為主流的方式,一直壓制著其它方式的進步,絕大部分的數據中心設備也是要求交流輸入。交流電輸入簡單,直接拔插電源線即可,容易操作。不僅在數據中心里,平時在家里絕大部分的電器也都是采用的交流供電,可以說交流電的使用已經深入人心,這個也影響到了數據中心領域。所以一直以來,數據中心設備都強制要求支持交流輸入,但是對其它方式則不做硬性要求,這也使得數據中心里能夠支持其它方式供電的設備很少。
其次是直流供電。交流電損耗要大些,而直流供電正好相反,直流的損耗要小,而且直流供電只要兩根線就可以實現傳輸。不過直流的電壓相位不會發生變化,在傳輸小信號時容易受到外界的干擾。但是直流供電的方式相比交流供電,可以節省約15%~30%的能耗,這對于能耗大戶數據中心來說,是不能拒絕的。數據中心能耗問題已經嚴重制約著數據中心的高速發展,高額的用電費用已經成為擋在數據中心面前的攔路虎。如今的數據中心同質化競爭非常激烈,若是能在用電上有很大節省,將可以大大提升競爭力,所以現在數據中心開始出現了一些直流供電的機房。要支持直流供電,需要所有的設備都是直流電源,相比交流電源,直流電源的制造成本就要高些。而且電網都是交流電,要增加隔外的轉換設備,這些轉換設備的價格也不菲。這時就要算筆賬了,是直接使用交流供電,忍受它的浪費,還是增加變電設備,采購支持直流輸入的設備,使用直流供電,這個一直是困擾數據中心多年的問題。實際情況是,直流供電效率高已經成為共識,但是真正去建設直流機房的并不多,數據中心絕大部分機房目前還是采用的交流供電。直流供電雖然供電效率高,但是平時不易維護,不像交流電源線那樣,直接拔插線就可以。直流輸入都是通過接線柱連接,需要具備一些用電知識的人才能操作。直流供電還有對設備的接地要求比較高,接地不好的設備如果采用直流供電,容易出現漏電現象,有時甚至會擊穿設備,造成設備故障,所以直流供電和交流供電相比,交流電更安全些。正是有這些要注意的地方,直流供電方式在數據中心里一直沒能火熱起來,只是星星點點有些應用,但沒有普及。
再次是高壓直流。我們都知道直流供電都是48V輸入,而高壓直流采用的是240V、280V、336V這樣的高壓輸入的。高壓直流是指方向和時間不作周期性變化的高壓電流,但電流大小可能不固定,而產生波形,又稱恒定電流。這種供電方式實際上很早就有了,只不過一直沒有受人關注而已,也很少有應用。正是在數據中心遇到能耗問題時,有人才想到了高壓直流。因此若采用直流供電,需要對現有的幾乎所有設備都進行更換,還要增加變電裝備,這些投入都是數據中心無法承受的,但是能耗問題不解決,數據中心運營成本越來越高,又制約了數據中心的發展,在這樣的背景下,有人建議引入高壓直流供電。高壓直流具有穩定,高效,節約成本的特點,幾乎是結合了交流和直流供電兩者的優點,所以當有人提出數據中心應該采用高壓直流的供電方式時,得到了廣泛響應。現在問題來了,現在的數據中心設備能支持高壓直流嗎?絕大部分的數據中心設備只是支持交流供電,電壓是220V,當增加到240V甚至336V時,設備還能運轉嗎?經過了解,對于這種電壓幅度,很多數據中心設備都是有設計冗余的,也就是絕大部分的設備天然就可以支持240V的高壓直流,有的甚至直接可以支持到280V,但是要支持到336V就需要更換特定的電源了。原有的數據中心設備電源支持高壓直流,可能有些按規測試,供電使用問題不大,這樣如果采用高壓直流的供電,不僅可以保護現有設備的投資,還能解決數據中心能耗問題,目前來看是數據中心能耗問題最佳的,也是唯一的解決方案。不過高壓直流的推廣也面臨著不小的阻力,比如:高壓直流的國家級標準還暫未出臺,國家級標準的缺失影響該技術在部分行業的推廣使用;數據中心設備廠家普遍對高壓直流處于觀望態度,暫時不愿意承諾提供設備的維保等服務,還有就是數據中心具有高壓直流維護經驗的維護技術人員不多,不便于后期維護,這些問題都需要慢慢來解決。
以上介紹了數據中心的供電方式,不難看出,交流供電是目前最為主流的方式,直流供電適用于一些環境要求比較高的數據中心,應用面不廣,而高壓直流才是未來。