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在這個電子技術時代,我們的電力系統為什麼不改為直流供電系統?那樣不是更方便嗎。不

直流電比交流電更綠色

為啥說直流電節能 數據中心大部分電子元件都是由低壓直流電源驅動運行的,例如晶元,電阻器,電容器等等。然而我們堅持引入高壓單向和三向交流電源,經降壓器處理達到所需電壓。每次轉換都會導致電量消耗,即使是現今最好的轉換器最高轉換率通常也只有98%。想像一下電能從發電廠輸送到數據中心所經歷的過程,以及抵達數據中心之後在內部的流轉情況。首先,發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。這個過程中可能涉及到變電站兩次電壓還原,之後電源抵達數據中心,以三向450V或者單向110/220/240V的方式供電。接下來,還要再進一步降壓至IT元件常用的12V,5V,3.3V和1.5V直流電壓。這裡顯示了電源經過四步轉換的直接路徑--或者說是總體效能約為92%的一個轉換路徑。 這還只是在效能高達98%情況下8%電源在轉換過程中就已經流失了。而現實中,情況比這個要糟糕得多。 直流電源支持者聲稱:與交流電源相比,數據中心的效率能夠提高30%以上;特別是,根據美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室2008年的調研報告顯示,直流配電系統「所使用的能源量較之當今的數據中心典型的交流配電系統要少28%。」這在當前所有的調研中都可能是真的,但平均而言,數據中心可能並沒有充分有效的使用他們的交流配電系統達到效率最大化。 數據中心的電源配送多數是單向交流電。每台IT設備內部都有一個主要轉換器滿足多變壓輸出。更多機載轉換器甚至能滿足特定元件對電壓的要求。不過,大型轉換器往往比這些小型轉換器更有效。所以這些迷你型轉換器可能只達到95%效能。如果是這種情況的話,涉及到6個轉換步驟,那麼將近四分之一的電能就在這個過程中流失了。 因此,在跨越儘可能多區域的地方使用直流電肯定是一個有效辦法。這可以避免在數據中心設備上額外使用轉換器。但想知道這麼做究竟可不可行,我們需要考慮許多項因素。

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。根據物理定律,讓一定量的電力(以瓦特為單位)通過管線傳輸是電壓(以伏特為單位)乘以電流(以安培為單位)。使用高達數百,數千千伏特的高傳輸電壓來降低電流。這點很關鍵,因為電阻損耗跟電流有關。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。把現有的交流電傳輸架構改為直流電方式不是件容易的事。仍需要用到高壓直流電,所以轉換過程仍然必不可少。提倡在數據中心match使用直流電的人士指出,在電信行業里,他們的設備一直使用的是直流電。但這是有原因的。因為整個行業都是以直流電供應型設備發展建立起來的,老式電信設備對於多向直流電壓沒有過多需求。因此,在這種設備上的電力配送可以通過內置於設備構造之中的轉換器實現,而大型銅製匯電板則負責高電流直流電的配送。而且,在上世紀八、九十年代,雖然油價浮動引起能源價格的波動,但主要產量仍是通過相對便宜和可用的煤炭資源實現的。能源效能不像現今這樣成為關注點。

配套成本增加 對於構建一個直流電驅動的數據中心,存在的最大問題就是配套的設備並不是到處都有。雖然元件是直流電型,但廠商的重心在於滿足大眾市場需求,所以生產的設備多數是交流電型。一些廠商也生產直流電型設備,但是價格要高出許多。 想像一下,額外支出大筆經費在設備上安裝直流電轉換器,直流電配電和管理系統,並使用伺服器,存儲器和網路系統,其結果是花了大價錢卻只是起到跟交流電一樣的功效,沒有任何意義。相比之下基於交流電的系統更為大眾所接受,也代表了更低價格的標準化。但是一份由綠色網格組織和某知名電氣公司共同出具的白皮書(數據中心交流和直流配電系統四項效率指標研究比較)聲稱,二者的真實差距是只在0–1%的範圍內,遠遠低於其他研究結果。

小結 在數據中心到底應該採用交流還是直流供電一直備受爭議,實際在數據中心也是兩種供電方式都存在,一般的高端設備也都支持兩種方式供電,在傳統的運營商網路有不少需要-48V直流供電的設備,這樣就需要將交流電轉換為直流電,轉換的過程仍然必不可少。有些數據中心最開始就是以直流電供應型設備發展建立起來的,這樣整體設備供電只需要從電網做一次轉換,效率將變得很高。對於採用混合型的數據中心,既有交流設備又有直流設備,就需要有轉換的UPS設備,這樣即便直流設備能耗小,也浪費掉不少轉換的能量。所以交流與直流孰好孰壞,需要綜合來看。

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