改善数据中心的能源效率和能源生产

ZDNET网络频道 02月06日 综合消息：在这篇文章中，我们将为您介绍数据中心能量生成和传递的实际情况，并分析其对于数据中心的影响。

能量效率链

能源发电的过程中，每一步都会存在效率的损失。燃料燃烧过程中的热量损失;燃烧的热能转换成电能，在电力传输和分配过程中的损失;以及在所有从交流到直流电压变换和整改过程中的损失。在实际操作中，大约有​​60%的原产生的能量在到达IT设备(或者说，到达任何企业或消费者设备)之前已经消失。据英国能源统计摘要，总的能源效率仅为38.5%。

因此，只有40%的能量被用于数据中心的设施和设备，而哪怕改善数据中心的能源效率达10%，也将仅仅只有4%的整体效率的改善。而另一方面，从最开始的生产环节就提高10%的能源效率将导致整个数据中心生产链的效率提高，从而使得数据中心本身效率提高6%，或实际增长达到50%以上。

许多新的发电厂使用热回收作为其业务的一部分，这会导致更高的整体热效率，但这种热能如果不使用的话没有任何意义。一些主要的发电厂收集热量用于与诸如农业环境的互补活动。有些电厂甚至收集二氧化碳(CO2)等副产品，并使用这些副产品用于诸如番茄生产种植，能够更快速的种植西红柿。

然而，并不是所有的主要发电设备都需要适当定位到将热能输出到一个合适的农产品种植方面，甚至接近大城市人群的居所的发电厂，多余的热量还可用于提供大型城市的空间及水供热。而且，虽然生成驱动更高的热效率，虽然产生热效率有较高的驱动力，能量的利用效率仍然很低，因为热传递过程中的损失仍然很高。

即使是在能量传输过程中作了改进，仍然不可能克服物理学的基本规律。导线越长，就需要更多的能量来克服电阻丝。功率损耗方程[P(损失)= P²R / V²]表明：要减少能量损耗，电压(V)需要尽可能高，而电缆的电阻(R)需要尽可能低的。然而，如果电压太高，电弧可能会发生，所以两根电线必须离地面较高，隔开的空间更大。为了保持高压电缆的抗拉强度，不可能使用非常低的电阻金属(这些往往更具韧性，将拉伸最后断裂)。因此，使用的电缆类型和电压之间的能量传输需要达到一个谨慎的平衡。

在一般情况下，能量在电站创造和转化为高压交流电(AC)————一般高于100 kV输电。在一个变电站，转化为一个“客户”电压，这仍可能是千伏级或可能是更正常的水平，用于家庭和数据中心的110 V或220 V。一旦被传送到数据中心，必须被转化为适用于数据中心本身的计算设备所使用不同的直流电压——例如，3伏、5 V和12 V。每个步骤过程中都会有能量损失。

数据中心的能源效率和能源生产

随着越来越多的混合太阳能、风能和生物质能热电联产技术的发展，许多数据中心现在也可用自己的辅助设备如柴油发电机发电。但是，影响商业公共服务供应商的上述那些条件限制也同样会影响数据中心的现场热电联产，所以除了提供公用事业提供商或传输基础设施的工作效率，您并没有太多可以做的工作。但明确的战略，可以增加自己发电设备的电源效率。

数据中心管理人员应考虑数据中心的能源效率的两个主要领域是热效率和传输过程中的损耗。把发电站建得靠近使用点(如本地发电机)将减少损失。同时，您可以确保尽可能多的热能被从生成过程中为设备所捕获。这不仅仅是看电能，同时也在需要考虑燃料燃烧产生的热量。

一种解决的办法是看社区的热电联产(CCHP)。发电厂生产电能和热能。数据中心所有者需要发电厂提供基本负荷满足数据中心的电力需要。任何多余的电能可以出售给其他地方企业或家庭供其使用。

随着数据中心在电能使用过程中也将产生热量和热损失，这些热量需要被捕获并用于对水加热、或对其他地方的空间加热(通过利用热泵)。在发电厂通过燃烧燃料产生的热量被捕获，并出售给当地的企业和家庭，有助于抵消发电厂本身的成本。

数据中心能源效率的技巧和策略

发电效率的关键是选择建立合适的发电厂的规模。通过构建小型工厂，其整体能源效率可以达到80%以上，这基本上是一个大型发电设备能源效率的两倍。小型发电站设备成本更易于控制。高电压变换不是必需的，因为不需要传输长距离的电能。该发电机必须覆盖企业的基础负荷(不只是满足数据中心的需求，同时还包括企业的总需求)，并适当考虑应该同时满足可以给定的未来的电力需求业务(这一部分经常被容量规划忽视)。

在许多情况下，这些多余的能量可以以很好的价格回售给电网。通过仔细的规划，超负荷的计算为企业提供了满足其他业务的电能需求，使得创建和使用电能将至少更便宜，如果不是最便宜的，则可以直接从电网获得电力。

然而，基于系统的冗余完全可用的系统在经济上可能是不可行的。在这种情况下，系统必须有能力将网格失败转移到本地系统。

热电联产供能比一个基于国家电网能源系统更持续。例如，华威大学在2003年推出一个热电联产(CHP)的校园系统，没有任何的“社区”方面的因素(即没有出售多余的热量给其他感兴趣的各方。尽管如此，基于2003年稳定的能源价格，其计算也能够在在5.5年内收回投资)。每年碳排放达3500 吨。虽然这不是一个数据中心的例子，但其还是演示了CHP是值得充分考虑的。随着多余的能量转售，投资回报率会更快。

虽然电力是昂贵的，迫使我们需要降低成本，但通过精心规划如何使用多余的能量可以使这是一个非常符合成本效益的方式来进一步实现数据中心的能源效率。