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云端时代来临 UPS面临新挑战
 

【作者: 王明德】2020年04月27日 星期一

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云端运算浪潮下,让资料中心的建置需求持续升高,在此趋势下,UPS(不断电系统)已从过去作为企业能源救援,逐渐进化为能源管理设备,而此一角色引发出安全问题。


由於云端设备是耗能密度相当高的设备,且这些设备具备储存资料与交换资料的重要任务,无法仅使用办公室等级的能源管理系统,因此搭载大量、高功率与快速反应的能源管理系统,就成为新世代能源系统的关键性需求。此外,集中大量设备的云端机房,本身诸如消防系统的建置,以及後续维修人员的安全,也是无法忽略的安全议题。



图1 : 云端设备必须同时面对庞大的能源需求,能源效率的提升也是获利的关键之一。(source:ABB)
图1 : 云端设备必须同时面对庞大的能源需求,能源效率的提升也是获利的关键之一。(source:ABB)

在云端概念的持续发烧下,现在全球的机房用电量快速攀升,根据纽约时报的的调查,全球网路公司的资料中心用电功率高达300亿瓦,随着5G、AI与物联网的普及,此一数据还会往上攀升,在能源有限与企业激烈竞争的情况下,要同时维护资料安全与能源价格稳定,并维持云端产业的成长,节能、能源效率的提高、能源替代与储存等四大技术,已然成为云端产业能否稳定成长的关键要素。


云端趋势下的UPS挑战

此外,由於云端设备必须同时面对庞大的能源需求,能源效率的提升也是获利的关键之一。因此,云端运算的能源管理成为重点议题,业界人士也指出,在云端设备的能源管理中,UPS所面临的考验,将比以往更严苛。


挑战1:大功率

UPS的第一道考验来自高功率的需求、标准货柜大小的模组化云端资料中心。此类机房需要UPS提供50KW至100KW的功率,同时要能够让网路系统维持适时的运作,因此大功率的接续、切换功能与安全,就是首要挑战。


挑战2:小体积

此外,要提供高功率的能量来源,往往需要大体积的蓄电设备,但在密集的云端设备中,并无法提供UPS充裕空间,搭载传统以铅酸电池为主的储能系统,必须考虑使用锂电池或超级电容等储能媒介,这部分也成为UPS业者这几年的重要发展趋势,但在此同时,高密度能量通常也意味更高的安全风险,这是第二道考验。


挑战3:可靠性

虽然并非有核能灾害的大规模危险,但资料系统的安全重要性无可取代,作为资料传输安全最後一道防线的UPS,必须具备高可靠度的控制能力,无论是在各种切换支援模式下,都必须维持可靠的稳定运转,因此长时间运作的可靠性,成为第三重考验。


因应使用场域 设计适用系统

从应用面来看,资料中心、工厂自动化与智慧建筑这三类UPS运作的大宗场合,其相似之处在於大量的自动控制运用;不同点是资料中心是在预设好的设备架构下运作,而工厂控制与智慧建筑却必须与更多设备产生互动,因此必然面临更困难系统安全与稳定性的挑战;此外,智慧建筑及工厂控制的能源管理系统虽然复杂,但是相对负载较低,存放空间较大,失效容许度相对也较高,并不如资料中心来得单一而严格。


因此,目前资料中心的能源管理,已然成为是各大电源供应设备制造商必争之地,也是展现技术的战场,如何制造出密集度高、能耗低、稳定度高、耐用性久的UPS,才能掌握资料中心电源管理的致胜关键。



图2 : 大量、高功率与快速反应的能源管理系统,已成为新世代能源系统的关键性需求。(source:Borri)
图2 : 大量、高功率与快速反应的能源管理系统,已成为新世代能源系统的关键性需求。(source:Borri)

如同前述,UPS虽然是云端运算应用耗能关键之一,但仅占资料中心的11%左右,此外在云端运算资料中心内,同时仍存在其他三大能耗来源,一是伺服器本身的主电源供应,二是为了维护设备运作稳定性的冷却空调设备,三是照明与显示相关应用。在这三类中,冷却空调设备所占的能耗最大、也是最关键的比例。


这些设备的功能与安全也会影响到云端运算的运用,相较於其他新世代能源装置,此类设备的设计与功能虽旧,但也必须因应更严格的可靠度要求与更庞大的电力来源,因此在系统规划时,必须考量到安全控制的标准,并满足大电力与除能两个面向的要求。


另外,在散热与冷冻空调方面,近年也有对应的新式标准,现在已有业者提出采用再生能源作为能量来源的做法。简单来看,大多数的相关设备与功能要求,现在基本上都已有适当的安全标准对应。


迎接云端世代 加快标准订定速度

在节能技术方面,目前包括安全与性能标准,均根基於交流电,但业界认为采用直流电源供应的UPS,将有较高的效率,因此将这会是下一步的发展趋势;而像是储能的媒介,由於不同形式的电池因用途的不同,如燃料电池与锌空气电池等均持续的进行开发中,这类具备不受天候影响的稳定储能潜力,除了必须尽速制订相关标准之外,产官学研也必须着力於基础环境的建构,包括国际知识技术的移转、专业人员的培训与认可、检测能力的建构、当地法规的协助等,来缩短技术实现化的时程。


随着云端趋势的加快,能耗设计与整合将成为机房能源系统的下一个重点议题,因此持续定义新一代能耗量测方法,像是订定与智慧电网的介面相容性与稳定性标准,并纳入风力、太阳能、燃料电池与地热等各种替代能源,将是刻不容缓之事,而在相关规范逐步落实後,新世代机房能源系统也将更加完善。


*刊头图(source:CIO.com)


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