火力發(fā)電廠智能化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的思考

左華京，陳思全，陳 明

（中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計院有限公司工程技術(shù)中心，北京 100120）

模塊化既是智能化數(shù)據(jù)中心發(fā)展過程中的一個產(chǎn)物，也是其閉環(huán)體系的重要組成部分。數(shù)據(jù)中心機房的基礎(chǔ)設(shè)施主要包含供配電系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)中心的“智能”體現(xiàn)在機房整個運行的自動化、人性化和科學(xué)化上［1］。模塊部署是數(shù)據(jù)中心基于云計算技術(shù)的全新一代部署方式。數(shù)據(jù)中心機房微模塊采用模塊化設(shè)計理念，不僅可以應(yīng)對服務(wù)器不斷更新發(fā)展的變化，也可以最大程度地降低基礎(chǔ)設(shè)施對電廠數(shù)據(jù)化中心機房環(huán)境耦合的目的。微模塊作為數(shù)據(jù)中心機房的基本單位進行布置，即每個數(shù)據(jù)機房微模塊作為一個單獨封閉的空間，其內(nèi)部包含IT機柜、供配電、空調(diào)制冷、智能安防及監(jiān)控、綜合布線等系統(tǒng)，實現(xiàn)了集供配電、空調(diào)制冷及智能化管理組件于一體。一體化的模式使微模塊式的數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)了智能、穩(wěn)定、高效的運行目的，以最少的投資，獲得更多的收益回報，從而降低運營成本等費用，并增強數(shù)據(jù)中心部署的機動性和靈活性［2］。

1 模塊式智能化數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢

1.1 整體快速部署

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心機房需要很長的建設(shè)時間。與之相比較，微模塊式數(shù)據(jù)中心機房可根據(jù)實際的建設(shè)目標(biāo)，以高效精確的設(shè)計搭建系統(tǒng)架構(gòu)，迅速完成建設(shè)目標(biāo)。微模塊批量成套組裝的生產(chǎn)模式可以達到現(xiàn)貨不間斷供應(yīng)的目的，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程化的接連方式可大幅度減少微模塊現(xiàn)場配置與連接的安裝量。

1.2 方便擴容延伸、分期建設(shè)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機房的擴容性較差，微模塊式的數(shù)據(jù)中心機房具有方便擴容并且可以分期、分批建設(shè)的優(yōu)點。數(shù)據(jù)中心機房采用微模塊的系統(tǒng)架構(gòu)，建設(shè)過程中可以分批逐步增加微模塊的數(shù)量，實現(xiàn)模塊快速擴容并且分期建設(shè)的需求。微模塊式數(shù)據(jù)中心機房的應(yīng)用可以明顯減少數(shù)據(jù)中心在使用期間的實際成本。

1.3 提高數(shù)據(jù)中心機房的穩(wěn)定性

采用標(biāo)準(zhǔn)化的微模塊可使數(shù)據(jù)中心機房高度穩(wěn)定并且可靠，這樣做將會使整個機房系統(tǒng)提升穩(wěn)定性。與此同時，微模塊數(shù)據(jù)中心可按照業(yè)主方的實際需要，依照數(shù)據(jù)中心設(shè)計等級，在供配電設(shè)計上采用多種方案進行配置，并滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 綠色環(huán)保、資源整合、節(jié)能降耗為一體的有機整體

數(shù)據(jù)中心機房所耗用的電力資源成本占據(jù)了其運營期間整體成本中很大的一部分。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，微模塊式數(shù)據(jù)中心機房的制冷效率至少高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機房制冷效率的10%。微模塊數(shù)據(jù)中心機房若結(jié)合自然冷卻風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，PUE值可降至1.25以下。

1.5 一體化分布式部署

批量復(fù)制、按需擴展以及三房合一，即IT 機房、UPS 電源室和空調(diào)機房統(tǒng)一合并成IT 機房，并要求數(shù)據(jù)中心提供明確統(tǒng)一的接口。模塊化機房按需要逐步建設(shè)，即從統(tǒng)一部署建設(shè)一個機房改為按一個個微模塊分期進行建設(shè)，快速的機房部署能力可提升其對快速發(fā)展需求能力的自適應(yīng)性。

1.6 解除模塊與基礎(chǔ)建設(shè)的相關(guān)聯(lián)系性

在傳統(tǒng)機房“一步到位”的建設(shè)模式下，供配電設(shè)備和空調(diào)制冷設(shè)備均一次性投入，建造成本所耗資金占用量大，資源閑置率頗高［3］。而智能化數(shù)據(jù)中心一次性規(guī)劃，分期進行投資，快速部署各部件，解除了IT 建設(shè)與基礎(chǔ)建設(shè)的聯(lián)系性，即數(shù)據(jù)中心土建主體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)水電一次性完成建設(shè)。數(shù)據(jù)中心模塊可按實際需求進行靈活部署。微模塊數(shù)據(jù)中心的各個組件均為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品并預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口，可達到模塊化產(chǎn)品快速生產(chǎn)發(fā)貨、現(xiàn)場快速組裝的目的，從而有效提高ROI（投資回報率），同時使CAPEX（基建成本）下降約10%。

1.7 解除模塊內(nèi)部部件與通道結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性

通常情況下，服務(wù)器的正常生命周期為3～5年，數(shù)據(jù)中心的正常生命周期為10～15 年。倘若服務(wù)器隨著時代發(fā)展更新?lián)Q代，微模塊便可通過調(diào)整內(nèi)部供配電和空調(diào)制冷因數(shù)，輕松適應(yīng)外部硬件所產(chǎn)生的變化，以達到提升微模塊數(shù)據(jù)中心機房自適應(yīng)性的目的。

1.8 智能管理架構(gòu)

單模塊與整體數(shù)據(jù)中心機房進行統(tǒng)一監(jiān)視控制，可提升數(shù)據(jù)中心機房運維效率，減少不必要的人力成本。數(shù)據(jù)中心機房的每個微模塊設(shè)置一套就地顯示觸摸屏裝置，通過國際通用的通信接口，將其連接到交換機上，以達到對數(shù)據(jù)中心機房模塊整體監(jiān)控管理的目標(biāo)，從而縮減巡檢次數(shù)，提升運維效率，可不設(shè)常規(guī)人員值班。

2 模塊化數(shù)據(jù)中心整體架構(gòu)

模塊智能化數(shù)據(jù)中心機房采用all-in-room 建設(shè)模式。一體化的數(shù)據(jù)中心機房包含了機柜及通道系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)、智能安防、周界防護以及綜合布線系統(tǒng)等。其模塊可直接安裝在數(shù)據(jù)中心的水泥地面或防靜電地板上。微模塊智能化數(shù)據(jù)中心機房主要采用密封冷/熱通道的部署方式。

2.1 機柜及通道系統(tǒng)

機柜系統(tǒng)須符合IEC 60297-1 中所制定的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一機柜尺寸，并采用前后風(fēng)道。機柜總承重應(yīng)符合GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中所提的要求，倘若數(shù)據(jù)中心機房實際樓板的承重不滿足要求，須對樓板進行結(jié)構(gòu)加固。數(shù)據(jù)中心天窗主要用于模塊通道的密封，若模塊與整體數(shù)據(jù)中心機房共用一套消防系統(tǒng)，可采用全自動電動翻轉(zhuǎn)天窗，通過電磁鎖觸發(fā)裝置實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)天窗的功能。每個數(shù)據(jù)中心機房模塊在密封通道的兩端安裝智能門禁系統(tǒng)，運維人員可以有針對性對設(shè)備進行維護與調(diào)試。模塊可根據(jù)工程實際建筑尺寸，使用推拉門或者雙開外開旋轉(zhuǎn)門。機柜走線槽分為信號電纜線槽及電源電纜線槽，實現(xiàn)強弱電纜之間的隔離布置。

2.2 供配電系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)是整個智能化數(shù)據(jù)中心機房中十分重要的基礎(chǔ)工程，因此數(shù)據(jù)中心對供配電系統(tǒng)的可靠及穩(wěn)定性有著極高的要求。本工程的重點主要考慮供配電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性、可維護性及在線擴展性。IT 系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)通過UPS 電源供配電，強弱電纜應(yīng)分離走線。模塊化機房內(nèi)可采用一體化UPS配電，并且配有電流、電壓、功耗和溫度的檢測功能。

2.3 空調(diào)制冷系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)采用了行級精密空調(diào)和封閉通道相結(jié)合的高效制冷方式。行級精密空調(diào)、機柜以及通道系統(tǒng)共同組成了一個封閉空間。行級空調(diào)交叉分布在機柜之間以便縮短送風(fēng)制冷距離，從而達到提高制冷效率的目的。

2.4 智慧監(jiān)控管理系統(tǒng)

微模塊式智能化數(shù)據(jù)中心機房的智慧監(jiān)控管理系統(tǒng)主要由采集終端、信息傳輸設(shè)備、信息化軟件及管控平臺等組成。通過模塊化的規(guī)劃設(shè)計思路及柔性拓展的物理架構(gòu)，管理系統(tǒng)不僅可以對單個數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施進行有效管理，也可對分散布置的基礎(chǔ)設(shè)施進行集中監(jiān)管。管理平臺需要具備優(yōu)良的可視化界面，也可以根據(jù)業(yè)主的實際需求設(shè)計定制化功能界面。

智慧監(jiān)控管理系統(tǒng)主要管理如下設(shè)備：

1）國際通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口：數(shù)據(jù)中心機房管理系統(tǒng)可向第三方信息系統(tǒng)提供國際通用的協(xié)議形式和標(biāo)準(zhǔn)接口，滿足與第三方系統(tǒng)進行實時信息的交換互通。為滿足不同設(shè)備的接入要求，系統(tǒng)提供多種協(xié)議的擴展機制。

2）周邊環(huán)境采集設(shè)備：包括紅外傳感器、溫濕度儀、煙霧探測儀等，并將監(jiān)測信號傳送到集中監(jiān)控室，以便運維人員對機房整體環(huán)境進行監(jiān)視［4］。

3）視頻設(shè)備：包括工業(yè)電視及網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機。

4）動力設(shè)備：包括精密空調(diào)、UPS 電源、配電柜及ATS等。

2.5 門禁系統(tǒng)

模塊數(shù)據(jù)中心的密閉通道門由門禁執(zhí)行器進行實時控制。門禁執(zhí)行器通過檢測識別讀卡器刷卡狀態(tài)、指紋信息、開門按鈕信息以及消防聯(lián)動信息，打開電子門鎖。此外，還具備門禁權(quán)限管理、進出門記錄、告警記錄等功能。

3 結(jié)語

智能化數(shù)據(jù)中心被數(shù)據(jù)中心行業(yè)公認(rèn)為未來的發(fā)展趨勢,很多重量級廠家早已投入大量的科研力量對智能化中心開展研究工作，并迅速發(fā)布了基于智能化數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品的綜合解決方案以便率先搶占市場先機。將智能化技術(shù)融合在數(shù)據(jù)中心技術(shù)中，促使其向可靠、節(jié)能、綠色、高效的目標(biāo)發(fā)展，不僅可以滿足電廠信息化機房對基本業(yè)務(wù)的需求，也使其在未來的發(fā)展中創(chuàng)造出更多的價值。