為啥說(shuō)直流電節(jié)能

        數(shù)據(jù)中心大部分電子元件都是由低壓直流電源驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的，例如芯片，電阻器，電容器等等。然而我們堅(jiān)持引入高壓?jiǎn)蜗蚝腿蚪涣麟娫?，?jīng)降壓器處理達(dá)到所需電壓。每次轉(zhuǎn)換都會(huì)導(dǎo)致電量消耗，即使是現(xiàn)今最好的轉(zhuǎn)換器最高轉(zhuǎn)換率通常也只有98％。想像一下電能從發(fā)電廠輸送到數(shù)據(jù)中心所經(jīng)歷的過(guò)程，以及抵達(dá)數(shù)據(jù)中心之后在內(nèi)部的流轉(zhuǎn)情況。首先，發(fā)電廠必須把電壓提高到適合輸送的程度。其次，到了變電站，要把電源還原到配電電壓。這個(gè)過(guò)程中可能涉及到變電站兩次電壓還原，之后電源抵達(dá)數(shù)據(jù)中心，以三向450V或者單向110／220／240V的方式供電。接下來(lái)，還要再進(jìn)一步降壓至IT元件常用的12V，5V，3.3V和1.5V直流電壓。這里顯示了電源經(jīng)過(guò)四步轉(zhuǎn)換的直接路徑--或者說(shuō)是總體效能約為92%的一個(gè)轉(zhuǎn)換路徑。 這還只是在效能高達(dá)98％情況下8％電源在轉(zhuǎn)換過(guò)程中就已經(jīng)流失了。而現(xiàn)實(shí)中，情況比這個(gè)要糟糕得多。

        直流電源支持者聲稱：與交流電源相比，數(shù)據(jù)中心的效率能夠提高30%以上;特別是，根據(jù)美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2008年的調(diào)研報(bào)告顯示，直流配電系統(tǒng)“所使用的能源量較之當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心典型的交流配電系統(tǒng)要少28%。”這在當(dāng)前所有的調(diào)研中都可能是真的，但平均而言，數(shù)據(jù)中心可能并沒(méi)有充分有效的使用他們的交流配電系統(tǒng)達(dá)到效率最大化。

        數(shù)據(jù)中心的電源配送多數(shù)是單向交流電。每臺(tái)IT設(shè)備內(nèi)部都有一個(gè)主要轉(zhuǎn)換器滿足多變壓輸出。更多機(jī)載轉(zhuǎn)換器甚至能滿足特定元件對(duì)電壓的要求。不過(guò)，大型轉(zhuǎn)換器往往比這些小型轉(zhuǎn)換器更有效。所以這些迷你型轉(zhuǎn)換器可能只達(dá)到95％效能。如果是這種情況的話，涉及到6個(gè)轉(zhuǎn)換步驟，那么將近四分之一的電能就在這個(gè)過(guò)程中流失了。

        因此，在跨越盡可能多區(qū)域的地方使用直流電肯定是一個(gè)有效辦法。這可以避免在數(shù)據(jù)中心設(shè)備上額外使用轉(zhuǎn)換器。但想知道這么做究竟可不可行，我們需要考慮許多項(xiàng)因素。

        使用直流電之前要消除的障礙

        首先，在電力傳輸階段，直流電效率低下。根據(jù)物理定律，讓一定量的電力(以瓦特為單位)通過(guò)管線傳輸是電壓（以伏特為單位）乘以電流（以安培為單位）。使用高達(dá)數(shù)百，數(shù)千千伏特的高傳輸電壓來(lái)降低電流。這點(diǎn)很關(guān)鍵，因?yàn)殡娮钃p耗跟電流有關(guān)。在電力高壓傳輸中，可以使用直流電或交流電，但目前主要使用的是交流電。想在傳輸階段消除傳輸損耗量目前不可行。這種情況在電力配送層面也一樣存在。把現(xiàn)有的交流電傳輸架構(gòu)改為直流電方式不是件容易的事。仍需要用到高壓直流電，所以轉(zhuǎn)換過(guò)程仍然必不可少。
提倡在數(shù)據(jù)中心match使用直流電的人士指出，在電信行業(yè)里，他們的設(shè)備一直使用的是直流電。但這是有原因的。因?yàn)檎麄€(gè)行業(yè)都是以直流電供應(yīng)型設(shè)備發(fā)展建立起來(lái)的，老式電信設(shè)備對(duì)于多向直流電壓沒(méi)有過(guò)多需求。因此，在這種設(shè)備上的電力配送可以通過(guò)內(nèi)置于設(shè)備構(gòu)造之中的轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，而大型銅制匯電板則負(fù)責(zé)高電流直流電的配送。而且，在上世紀(jì)八、九十年代，雖然油價(jià)浮動(dòng)引起能源價(jià)格的波動(dòng)，但主要產(chǎn)量仍是通過(guò)相對(duì)便宜和可用的煤炭資源實(shí)現(xiàn)的。能源效能不像現(xiàn)今這樣成為關(guān)注點(diǎn)。

        配套成本增加

        對(duì)于構(gòu)建一個(gè)直流電驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)中心，存在的最大問(wèn)題就是配套的設(shè)備并不是到處都有。雖然元件是直流電型，但廠商的重心在于滿足大眾市場(chǎng)需求，所以生產(chǎn)的設(shè)備多數(shù)是交流電型。一些廠商也生產(chǎn)直流電型設(shè)備，但是價(jià)格要高出許多。

        想象一下，額外支出大筆經(jīng)費(fèi)在設(shè)備上安裝直流電轉(zhuǎn)換器，直流電配電和管理系統(tǒng)，并使用服務(wù)器，存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其結(jié)果是花了大價(jià)錢(qián)卻只是起到跟交流電一樣的功效，沒(méi)有任何意義。相比之下基于交流電的系統(tǒng)更為大眾所接受,也代表了更低價(jià)格的標(biāo)準(zhǔn)化。
但是一份由綠色網(wǎng)格組織和某知名電氣公司共同出具的白皮書(shū)(數(shù)據(jù)中心交流和直流配電系統(tǒng)四項(xiàng)效率指標(biāo)研究比較)聲稱，二者的真實(shí)差距是只在0–1%的范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他研究結(jié)果。

        小結(jié)

        在數(shù)據(jù)中心到底應(yīng)該采用交流還是直流供電一直備受爭(zhēng)議，實(shí)際在數(shù)據(jù)中心也是兩種供電方式都存在，一般的高端設(shè)備也都支持兩種方式供電，在傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)有不少需要-48V直流供電的設(shè)備，這樣就需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，轉(zhuǎn)換的過(guò)程仍然必不可少。有些數(shù)據(jù)中心最開(kāi)始就是以直流電供應(yīng)型設(shè)備發(fā)展建立起來(lái)的，這樣整體設(shè)備供電只需要從電網(wǎng)做一次轉(zhuǎn)換，效率將變得很高。對(duì)于采用混合型的數(shù)據(jù)中心，既有交流設(shè)備又有直流設(shè)備，就需要有轉(zhuǎn)換的UPS設(shè)備，這樣即便直流設(shè)備能耗小，也浪費(fèi)掉不少轉(zhuǎn)換的能量。所以交流與直流孰好孰壞，需要綜合來(lái)看。
        編輯：apple.lei