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数据中心的能源都消耗到哪里去了?
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电能的使用不是数据中心的典型设计标准,也没有作为一项开支得到有效管理。在数据中心的生命周期内,尽管电能成本可能会超过包括UPS在内的电源系统的成本,也可能会超过IT设备的成本,但上述情况却是不争的事实。

电能的使用不是数据中心的典型设计标准,也没有作为一项开支得到有效管理。在数据中心的生命周期内,尽管电能成本可能会超过包括UPS在内的电源系统的成本,也可能会超过IT设备的成本,但上述情况却是不争的事实。出现这种情况的原因如下:

要缴纳的电费数额是在费用发生后才知道的,与任何特定决策或操作规程没有明确的联系。 因此,这些费用被视为是无法避免的。

用于为数据中心的电力成本建模的工具不普及,在数据中心的设计过程中并未广泛使用。

需要缴纳的电费通常不包括在数据中心运营组的责任或预算范围内。

数据中心的电费帐单可能包含在更大的电费帐单之内,而可能无法单独提供。

决策者在进行规划和采购决策的过程中,未获得有关电力成本影响的充足信息。

APC第114号白皮书将证明上述所有问题均可以并应该得到解决,因为这样可以为一般用户节约大量资金。在设计新设施时可以实现最大程度的节约,但现有的和改造的设施也可以实现某种程度的节约。在设计新数据中心的过程中,只需进行简单且不需成本的决策,便可以节约 20-50% 的电费;如果系统化进行设计,则可以减少多达90% 的电费。

什么是电能消耗成本?

电能成本通常为每千瓦时0.12美元。根据这一成本,每千瓦IT负载的年电力成本约为  1,000美元。在典型数据中心的10 年生命周期中,这大约相当于每千瓦负载 10,000 美元的成本。

通常,数据中心所使用的能源约有一半消耗在IT负载上。另一半消耗在包括电源设备在内的网络关键物理基础设施 (NCPI)设备上。这意味着,对于每千瓦IT负载,10年的电力成本约为20,000 美元。例如,一个200千瓦的数据中心10年的电能,成本为4,000,000美元。这对于任何组织都是一项巨大的成本,所有IT专业人员都应了解这项开支的去向,并知道它是可以避免的。

能源消耗在什么地方?

数据中心使用的能源只有大约一半甚至不足一半消耗在IT负载上。另一半消耗在包括电源设备、冷却设备和照明设施在内的网络关键物理基础设施 (NCPI) 设备上。图1显示了典型高可用性数据中心中电能的流向。需要注意的是,数据中心消耗的所有能源最终都会以废热的形式排放到室外大气中。图1是根据采用2N电源设备和N+1冷却设备、在大约30% 的额定容量下工作的典型数据中心。

 

根据输入电能中实际消耗在 IT 负载上的比例,上述数据中心的效率为 30%。若要更详细地了解电能消耗在什么地方,以及不同类型的设备具有什么样的负载,请参阅 APC 113 号白皮书“数据中心的电力效率建模”。

效率并不是有效的指标

许多有关电能消耗的讨论中都使用“效率”一词。虽然能够准确理解诸如“提高效率”等此类词汇的基本含义,但在技术上使用“效率”一词对数据中心进行定量评估则会引起混淆。如果使用电能消耗(千瓦)指标而不是效率指标,则会使讨论变得明确得多。例如,如果数据中心内两台不同设备的效率分别为50% 和80%, 那么我们不知道如何将其效率合并为一个体现成本的数字。事实上,电力成本实际取决于流经每台设备的电量。而且,某些设备(如计算机或照明设施)的效率为零,这是一个令人困惑的概念,没有传达出有关用电量的定量信息。

相比之下,以电能消耗为指标简单明了。只要将数据中心内所有设备的能耗加在一起,即可得出总耗电量。如果一台设备每个月消耗  10  美元的电能,而另一台设备每个月消耗  20  美元的电能,只要将这两个值加在一起就可以了。

一瓦特的价值

电能以称为千瓦时  (kW-hr)  的能量单位进行销售,它是在  1000  瓦  (1  kW)  的功率水平下一小时内提供的能量。功率与能量之间的区别对于经济分析非常重要。功率容量成本是指与提供能量的系统相关的成本,并随 系统的设计功率水平提高而增加。由功率容量产生的成本有很多,例如  UPS  成本、发电机成本、空调设备成 本和配电设备成本。能源成本是指与市电帐单相关的成本。

需要了解的一条关键原理是,通过降低能源消耗可以降低与功率容量相关的成本以及能源成本。也就是说, 如果一种实施方法在许多情况下可以节约电能,则它也能够减少 NCPI 基础设施成本(主要由负载功率需求引发)。需要了解的另一条相关的关键原理是,暂时性降低能源消耗与永久性降低能源消耗是不同的。暂时性节约(例如减负载或服务器电源管理)可以降低电力成本,但未必降低 NCPI 系统的额定功率和相关的 NCPI 基 础设施成本。永久性或结构性更改(如高效率服务或高效率UPS系统)可同时降低电力成本和基础设施成本。表 1 中阐释了这些原理并给出了节约价值的示例。

 

在上面的示例中,数据中心采用2N冗余结构,并在典型的30%负载下工作。需要注意的是,对于非冗余数据中心,节约效果会大打折扣,仅为上面所示的节约额的一半左右。还应注意的是,在一般情况下,进行结构性削减并不能消除所有已安装的电源和冷却容量的需求,因此节约效果还会进一步降低。不过,总的来说,可以将结构性节能的效果合理地估计为暂时性节能的两倍。

此处应该了解的重要一点是,能源消耗降低有两种形式:一种是只避免能源消耗,但不会降低功率容量需求;另一种是也会降低安装的功率容量。我们将可避免使用能源但不降低安装功率容量的节能称为“暂时性节能”,将可降低安装功率容量的节能称为“结构性节能”。另外,数据中心的一个普遍规则是,结构性节能效果约为暂时性节能的两倍。
 

责任编辑:桑丘 来源: 51CTO
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