柴油發(fā)電機組在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用：現(xiàn)狀與趨勢

喻小濤 葉雄偉 周章強

摘要：介紹了中國IDC發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、柴油發(fā)電機組在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了目前數(shù)據(jù)中心市場的柴油發(fā)電機組廠家，指出了未來柴油發(fā)電機組在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢。

Abstract： Introduced the development status and development trend of IDC in China， the application status of diesel generator sets in data centers， analyzed the current diesel generator set manufacturers in the data center market， and pointed out the future development trend of diesel generator sets in data centers.

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;柴油發(fā)電機組;發(fā)展趨勢

Key words： data center;diesel generator set;development trend

中圖分類號：TB857+.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0213-02

0? 引言

近年來，隨著客戶需求的不斷提高，對IDC機房硬件方面的要求也越來越嚴格。其中，提供高度可靠的電力供應(yīng)，成為IDC必備條件之一。為做到這一點，IDC通常都由兩路或多路市電供電，同時由UPS和柴油發(fā)電機組配合，為關(guān)鍵設(shè)備提供市電中斷時的備用電源。其中UPS依靠備用電池組提供短時斷電的后備保證，而較長時間的市電中斷，則依靠柴油發(fā)電機組來提供電源。隨著數(shù)據(jù)中心在不同垂直行業(yè)的應(yīng)用規(guī)模日益擴大，保障用電成為維持數(shù)據(jù)中心正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵事項。同時，滿足日益嚴格的環(huán)保要求也成為數(shù)據(jù)中心可持續(xù)運營的重要議題。因停電造成的數(shù)據(jù)中心宕機事故近年來時有發(fā)生。據(jù)波耐蒙研究所估算，數(shù)據(jù)中心停電事故平均可使企業(yè)每分鐘損失5000美元以上。2016年數(shù)據(jù)中心平均宕機成本約74萬美元，較2010年增長37%。2017年5月，英國航空公司數(shù)據(jù)中心突然發(fā)生電力中斷，在三天內(nèi)總計672個航班被取消，致使75000名乘客無法正常出行，損失超過1億英鎊。同年，國內(nèi)知名社交平臺發(fā)生外部機房斷電事故，致使應(yīng)用的網(wǎng)頁端和移動端大面積癱瘓，用戶無法正常訪問。停電對倚重數(shù)據(jù)中心的企業(yè)在商業(yè)信譽和正常運營上造成的破壞可見一斑。因此，柴油發(fā)電機組的選用，對IDC的高可用性及可靠性至關(guān)重要。

1? 中國IDC發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

縱觀IDC的發(fā)展歷史，其發(fā)展過程大致可分三個階段，第一階段為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，第二階段為虛擬化的數(shù)據(jù)中心，第三階段為云化的數(shù)據(jù)中心。第三階段主要是隨著云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量發(fā)生指數(shù)級的增長，基于云計算架構(gòu)的高性能數(shù)據(jù)中心隨之形成以滿足客戶日益增長的數(shù)據(jù)資源需求。2012～2017年中國IDC市場規(guī)模發(fā)展趨勢的數(shù)據(jù)如圖1所示。根據(jù)科智咨詢（IDC圈）的研究，中國的IDC在云計算、大數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的支持下保著穩(wěn)定的增長。2017年，中國的 IDC 市場總規(guī)模為 946.1億元，同比增長32.4%，增速回落5.4%。中國信息通信研究院聯(lián)合開放數(shù)據(jù)中心發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書（2018）》顯示，2017年底中國在用數(shù)據(jù)中心總體數(shù)量達到1844個，規(guī)劃在建數(shù)據(jù)中心463個。2018年中國IDC市場總規(guī)模達到1228億元，同比增長29.8%。繼工信部正式發(fā)布5G商用牌照后，5G部署將進一步拓展高流量應(yīng)用場景，帶動全球網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)激增，數(shù)據(jù)中心規(guī)模及數(shù)量未來將出現(xiàn)更高速的增長。按照2014-2018年行業(yè)增長態(tài)勢，預(yù)計到2024年我過IDC市場規(guī)模將超過2500億元。中國的IDC市場規(guī)模的保持著持續(xù)增長的同時，中國的IDC市場也正從從第二階段過渡到第三階段。諸如百度、騰訊、阿里巴巴等數(shù)據(jù)中心企業(yè)一方面聚焦于數(shù)據(jù)的升級，一方面也在不斷的尋找工作穩(wěn)定又具有高效率的數(shù)據(jù)中心部署方式[1]。因此，對于柴油發(fā)電機組作為數(shù)據(jù)中心的備用電源來說，其市場規(guī)模必然隨著IDC市場規(guī)模高速增長而增長。

2? 柴油發(fā)電機組在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，高功率密度設(shè)備的大量使用，使得數(shù)據(jù)中心規(guī)模越來越大。作為備用電源的柴油發(fā)電機組，容量要求也越來越高，需并聯(lián)多臺大功率柴油發(fā)電機組來滿足負荷的要求，且機組與負載間距離越來越遠。目前數(shù)據(jù)中心應(yīng)急備用電源主要有三種方案：①低壓方案：400V低壓機組，單機/并機，小容量;②低壓升高壓方案：400V升至 20kV，低壓機組，升壓變壓器，高壓柜，大容量;③高壓方案：10 kV高壓機組，單機/并機，大容量[2-4]。

隨著負載容量和供電距離的不斷增加，采用傳統(tǒng)的多臺低壓柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行暴露出諸多運行缺陷和傳輸缺陷。為更加安全、可靠地運行，高壓柴油發(fā)電機組正逐漸受到更多數(shù)據(jù)中心建設(shè)者和運營者的青睞。在選擇備用柴油發(fā)電機組的電壓等級時，需考慮發(fā)電機系統(tǒng)及其配電系統(tǒng)的經(jīng)濟性、主母線的額定電流和短路電流、線路輸送壓降及損耗等因素。高壓與低壓柴油發(fā)電機組的差異性主要體現(xiàn)在接入方式、容量及并機、輸送距離、非線性負載對機組的影響等多個方面[5]。

目前，數(shù)據(jù)中心逐漸向模塊化數(shù)據(jù)中心、集裝箱式數(shù)據(jù)中心發(fā)展。相對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，模塊化數(shù)據(jù)中心具有高可靠性標準模塊、分期快速部署、大大縮短建設(shè)周期等優(yōu)勢。室外高壓集裝箱型柴油發(fā)電機組具有防雨、低噪音、便于快速移動、能縮短建設(shè)周期等特點。基于數(shù)據(jù)中心的發(fā)展及供電要求，由此可預(yù)見，室外高壓集裝箱型柴油發(fā)電機組將成為數(shù)據(jù)中心備用電源主要發(fā)展方向。

3? 數(shù)據(jù)中心市場的柴油發(fā)電機組廠家分析

我國數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量較多，包括許多知名國際品牌，如CAT、CUMMINS、KOHLER等，以及國內(nèi)品牌，如泰豪、上?？铺?、廣州威能、天津博威等。下面從以下三個方面對數(shù)據(jù)中心市場的主要競爭對手情況進行分析：

3.1 產(chǎn)品性能指標（表1）

從表1產(chǎn)品性能指標對比可以看出，國內(nèi)外產(chǎn)品性能參數(shù)差異化正逐漸縮小，如何進一步提高自身產(chǎn)品性能，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，從而搶占更多的市場份額，將成為每個企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

3.2 市場占有率

對于國際品牌柴油發(fā)電機組生產(chǎn)企業(yè)來說，品牌影響力及產(chǎn)品的高可靠性是其在數(shù)據(jù)中心行業(yè)的優(yōu)勢方面。但其劣勢在于產(chǎn)品采購成本高、配套性差、貨期長、服務(wù)響應(yīng)慢。對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場，2015年之前在金融、電信、制造、能源、交通、政府等行業(yè)客戶的大型數(shù)據(jù)中心均是以整機進口設(shè)備為主導(dǎo)，國內(nèi)OEM廠家基本無進入資格或市場份額極低。以華為數(shù)據(jù)中心和阿里云為例，市場份額基本被CAT、CUMMINS占有。早期我國通信用柴油發(fā)電機組國內(nèi)市場市場份額也基本被CUMMINS占有。

近年來，隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)機遇，全球的經(jīng)濟發(fā)展所需不斷的新建和升級數(shù)據(jù)中心以及國內(nèi)OEM廠家技術(shù)能力的提高，電信、制造、能源、交通、政府等行業(yè)客戶也擁有了更多的選擇性，國內(nèi)更多的OEM廠家也逐漸進入數(shù)據(jù)中心市場。以我國通信用柴油發(fā)電機組國內(nèi)市場為例，2019年中國移動集采通信用柴油發(fā)電機組市場份額占有比例如圖2所示。從圖2可以看出，我國通信用柴油發(fā)電機組國內(nèi)市場份額已經(jīng)被國內(nèi)產(chǎn)品占有。

3.3 產(chǎn)品價格

在國內(nèi)外產(chǎn)品競爭方面，由于我國數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組行業(yè)已經(jīng)進入快速發(fā)展階段，已能夠比較好地滿足用戶的實際需要，而在價格上國內(nèi)數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組產(chǎn)品比國外低，這使我國數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組在市場競爭中比進口產(chǎn)品具有明顯的價格優(yōu)勢。此外，服務(wù)響應(yīng)快、交付期短、訂制化設(shè)計等優(yōu)勢，使我國數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組在市場競爭中比進口產(chǎn)品更受用戶青睞。總體來說，我國數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組行業(yè)市場現(xiàn)有企業(yè)之間競爭性大，現(xiàn)階段主要是價格和品牌的競爭。

4? 結(jié)語

隨著國家的大數(shù)據(jù)發(fā)展，包括政府、制造、能源、交通等行業(yè)的數(shù)據(jù)中心備用電源需求量會越來越多，大部分數(shù)據(jù)中心受空間、環(huán)境、當?shù)胤煞ㄒ?guī)的影響對柴油發(fā)電機組的噪聲要求也越來越高，許多數(shù)據(jù)中心招標時一般會明確噪聲要求，噪聲不合格將不予驗收。目前，數(shù)據(jù)中心趨勢逐漸向綠色數(shù)據(jù)中心發(fā)展，低噪聲、低能耗數(shù)據(jù)中心用集裝箱機組成為行業(yè)趨勢。而我國數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組行業(yè)市場現(xiàn)有企業(yè)的產(chǎn)品多數(shù)僅靠經(jīng)驗設(shè)計，對于柴油發(fā)電機組的噪聲分布、降噪措施及效果、機組溫度場分布和熱量散發(fā)的研究與計算基本處于空白。因此，研發(fā)滿足數(shù)據(jù)中心設(shè)計要求的節(jié)能、環(huán)保、高可靠性柴油發(fā)電機組，突破行業(yè)技術(shù)發(fā)展瓶頸，提高產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，成為數(shù)據(jù)中心用柴油發(fā)電機組發(fā)展的趨勢所在。

參考文獻：

[1]肖品輝.簡析互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢[J].電信快報，2018（8）：37-39.

[2]張明智.集裝箱式數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組的選擇[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（4）：224.

[3]郭利群.數(shù)據(jù)中心設(shè)計中柴油發(fā)電機組的選擇[J].智能建筑電氣技術(shù)，2014（4）：50-54.

[4]惠成洲.淺析10kV高壓柴油發(fā)電機組在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用及運維[J].數(shù)字通信世界，2017（10）：141-142.

[5]熊振華.10kV高壓油機作為備用電源在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2019，36（1）：223-225.