Wprowadzamy oszczędności energii w Chinach – CIO Delta, Yikuan Li, oprowadza nas po swoim centrum danych w Szanghaju

Źródło artykułu: Datacenter Dynamics

Rząd Chin nakazał centrom danych poprawę ich współczynnika wykorzystania energii (PUE). Datacenter Dynamics rozmawiało z ekspertem w zakresie zarządzania energią, który wykorzystał różne technologie chłodzenia oraz zasilanie prądu stałego (DC) w celu poprawy wyników w swojej instalacji w Szanghaju.

Rosnąca liczba konsumentów w Chinach korzystających ze smartfonów, tabletów i innych inteligentnych urządzeń powoduje budowę coraz większej liczby centrów danych, pozwalających sprostać ich rosnącemu zapotrzebowaniu na przechowywanie, przetwarzanie i przesyłanie danych.

Niestety, centra danych są bardzo energochłonne. Szacuje się, że obecnie centra danych przyczyniają się do zużycia około 3 procent energii wykorzystywanej na całym świecie.

Centra danych w planie pięcioletnim
Aby złagodzić problemy wynikające z konieczności zapewnienia zasilania oraz degradacji środowiska naturalnego, chińskie Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych zażądało osiągnięcia wyższej sprawności. Dwunasty Plan Pięcioletni kraju obejmuje również kwestie energooszczędności, zgodnie z którymi centra danych w Chinach powinny zmniejszyć swój współczynnik wykorzystania energii (PUE) o 8 procent do roku 2015.

Ponadto, wraz z czterema innymi resortami Ministerstwo wydało wytyczne dotyczące lokalizacji centrów danych oraz stworzyło mechanizmy zachęcające do poprawy. Nowo budowane centra danych charakteryzujące się współczynnikiem PUE poniżej 1,5 oraz modernizowane instalacje osiągające PUE poniżej 2,0 są uprawnione do korzystania z preferencji w zakresie budowy infrastruktury energetycznej, zasilania oraz innych usług.

Efektywność energetyczna centrów danych ma bezpośrednie przełożenie na koszty ponoszone przez właścicieli centrów danych, ich operatorów oraz użytkowników w Chinach, i stanowi kluczowy priorytet dla rządu tego kraju. W odpowiedzi dostawcy centrów danych zaczęli wprowadzać efektywne energetycznie rozwiązania.

Firma z branży zarządzania energią, Delta, wprowadziła linię produktów dla centrów danych w roku 2008; od tej pory spółka buduje efektywne energetycznie centra danych dla klientów z tej branży na całym świecie. Ale jak bardzo ufa swoim własnym produktom? Czy sama z nich korzysta, osiągając korzyści, które obiecuje swoim klientom?

Datacenter Dynamics odwiedziło centrum danych Delta znajdujące się w siedzibie firmy w Szanghaju i rozmawiało z Yikuan Li, Dyrektorem ds. informatycznych Delta GreenTech China, aby poznać podejście Delta do budowy wysoce efektywnych energetycznie centrów danych.

Planowanie i dobór
Pan Li wierzy, że budowa wysoce efektywnych energetycznie centrów danych zaczyna się od zaawansowanego planowania w zakresie wyboru lokalizacji, technologii budowy, eksploatacji oraz konserwacji.

Początkiem budowy jest wybór lokalizacji: – Gdy słynni giganci IT, tacy jak Google czy Microsoft, poszukują lokalizacji dla dużych centrów danych, przede wszystkim szacują, czy są w stanie uzyskać dobry zwrot z inwestycji w takiej lokalizacji z perspektywy efektywności energetycznej. Jeżeli zdecydują się na budowę centrów danych w miejscach o wysokiej temperaturze, które nie są w stanie zapewnić wystarczających zasobów energii i wody, wskaźniki efektywności energetycznej ulegną pogorszeniu. – powiedział Datacenter Dynamics.

Nadmierna rozbudowa jest kolejną częstą przyczyną wysokiego zużycia energii przez centra danych. – Na przykład, projektując centrum danych na 20 szaf rack projektanci mogą przewidzieć miejsce na kolejnych sześć czy siedem szaf, aby umożliwić przyszły rozwój działalności. Niemniej jednak ciągła poprawa wydajności serwerów oraz rosnące zastosowanie nowych technologii, takich jak wirtualizacja i obliczenia w chmurze sprawia, że większość centrów danych jest nadmiernie rozbudowana, co może prowadzić do konieczności chłodzenia obszarów nie zabudowanych sprzętem IT, zwiększając tym samym zużycie energii – wyjaśnił pan Li.

Podniesienie temperatury pracy jest gorącym tematem dyskutowanym przez profesjonalistów z branży centrów danych jako sposób na zwiększenie efektywności energetycznej. Od czasu wydania przez Komitet Techniczny ASHRAE 9.9 nowych wytycznych termicznych dla eksploatacji centrów danych wielu operatorów takich centrów rozpoczęło podwyższanie temperatury w celu oszczędzania energii. Pan Li stwierdził, że jest to jeden z kluczowych czynników, który należy uwzględnić przy zwiększaniu efektywności energetycznej.

– Serwery w tradycyjnych centrach danych pracują w temperaturze 18-22 ℃. Jest to zbyt mało z punktu widzenia rozwoju technologii. To tak, jakby po włączeniu klimatyzatora latem ustawić temperaturę na 18℃ – sprężarki będą pracować pod dużym obciążeniem, co skutkuje wysokim zużyciem energii. Praktyczne doświadczenia pokazują nam, że wysoce efektywne energetycznie centra danych zabudowane w technologii wysokiej gęstości mogą pracować w temperaturze 25~27℃ bez uszczerbku dla bezpieczeństwa. Zwiększenie temperatury pracy może pomóc w zmniejszeniu zużycia energii, w szczególności na cele związane z chłodzeniem.

Instalacje wysokiego napięcia prądu stałego (HVDC)
Pan Li podkreśla znaczenie systemu zasilania i rozdziału mocy oraz jego wpływ na efektywność energetyczną centrum danych: – Choć niektóre centra danych zainwestowały czas i pieniądze i rozwinęły precyzyjne systemy klimatyzacji oraz sprężarki o zmiennej częstotliwości, wciąż korzystają z tradycyjnych systemów zasilania UPS charakteryzujących się niską sprawnością. Wymiana takich systemów na nowe, wysokosprawne zasilacze UPS (o sprawności 94 do 95 procent) pozwala uniknąć zbędnego zużycia energii na zasilanie i rozdział mocy.

Pan Li optymistycznie przedstawia korzyści w kontekście sprawności wynikające ze stosowania technologii wysokiego napięcia prądu stałego (HVDC). Ponieważ serwery są wymieniane szybciej niż kiedyś, posiadają dobrą kompatybilność z technologią HVDC. – Aktualnie trzech dużych krajowych operatorów telekomunikacyjnych wdrożyło systemy HVDC w ich dużych centrach danych dla chmur, co pomogło im zwiększyć efektywność energetyczną systemów zasilania i rozdziału mocy – dodał.

Jako dostawca zielonych rozwiązań dla centrów danych, Delta zobowiązała się zbudować własne, efektywne energetycznie centra danych wspierające rozwój jej działalności.

Firma Delta posiada centra badawczo-rozwojowe oraz zakłady produkcyjne w Chinach, na Tajwanie, w USA, Tajlandii, Japonii, Singapurze, Meksyku, Indiach, Brazylii oraz w Europie. Aby wspierać rozwój swojej globalnej działalności grupa stworzyła centra danych na całym świecie, wykorzystując do tego własne rozwiązania dla centrów danych.

Doświadczenia wewnętrzne Delta
Centra danych Delta na terytorium Chin znajdują się w Szanghaju, Dongguan oraz w Taipei na Tajwanie. Instalacje te służą głównie wspieraniu działalności wewnętrznych systemów ERP, systemów pocztowych, sieci, systemów plików i innych.

Centra danych Delta wykorzystują wiele sposobów oszczędzania energii, w tym efektywne energetycznie, modułowe zasilacze UPS, podział na strefy ciepłe i zimne, szafy rack o wysokim stopniu perforacji, system sterowania zmienną prędkością obrotową wentylatorów czy systemy schładzania. Ponadto można wykorzystać darmowe chłodzenie w zależności od lokalnych warunków pogodowych.

Centrum danych znajdujące się w Centrum Operacyjnym Delta w Szanghaju jest w skali Grupy instalacją średniej wielkości. Obsługuje 132 serwery będące bazą dla 250 rodzajów aplikacji, w tym systemów automatyki biznesowej, systemów ERP, pocztowych, usług dokumentów, systemów konferencyjnych oraz telefonicznych obsługujących wewnętrzną działalność.

W 2012 roku Grupa Delta zmodernizowała centrum danych w Szanghaju, wdrażając własne rozwiązania infrastruktury centrów danych InfraSuite, integrujące szafy, wbudowane klimatyzatory, oprogramowanie do monitorowania oraz systemy zasilania i dystrybucji mocy.

Pan Li stwierdził, że najważniejszą cechą nowego centrum danych jest możliwość automatycznego przełączania się pomiędzy trzema systemami chłodzenia – wymiennikami ciepła (darmowe chłodzenie), systemami chłodzenia powietrznego, oraz systemami wykorzystującymi schłodzoną wodę – mechanizm, który sprawia, że sprawność centrum jest znacznie wyższa.

Wybór najlepszej metody chłodzenia
– Gdy temperatura na zewnątrz wynosi mniej niż 18℃, wymienniki ciepła włączają się automatycznie; gdy temperatura utrzymuje się na poziomie 18~30℃, wykorzystywane są systemy chłodzenia powietrzem; natomiast gdy temperatura przekracza 30℃, system wodny przejmuje całość obciążenia. Trzy systemy chłodzenia zapewniają wzajemną redundancję – systemy powietrzne zapewniają redundancję wymienników ciepła, podczas gdy systemy wodne zapewniają redundancję systemów powietrznych.

Centrum danych Delta w Szanghaju wykorzystuje wymienniki ciepła do chłodzenia przede wszystkim w zimie, która trwa od 4,5 do 5 miesięcy. Systemy wodne są wykorzystywane przez około 2 do 3,5 miesiąca każdego roku; przez resztę czasu wykorzystywana jest klimatyzacja.

– Czas wykorzystywania każdego z systemów chłodzenia zależy od warunków pogodowych w danym roku. Na przykład, w 2013 r., gdy lato w Szanghaju było długie i gorące, system chłodzenia wodą był wykorzystywany przez dłuższy czas. Niemniej jednak latem 2014 r., które było krótsze i chłodniejsze, systemy te były wykorzystywane krócej

Pan Li stwierdził, że dzięki modernizacji centrum danych Delta w Szahnghaju udało się osiągnąć szeroko zakrojoną kontrolę nad mocami chłodniczymi przy zmiennej częstotliwości. – Nasze centrum danych w Szanghaju wykorzystuje automatyczny mechanizm chłodzenia, łączący w sobie sterowniki PLC, napędy o zmiennej częstotliwości (VFD), a także czujniki temperatury wewnętrznej i zewnętrznej.

Jeden z trzech systemów chłodzenia włącza się automatycznie, zgodnie z ustawionymi parametrami dotyczącymi warunków otoczenia. Chłodnice oraz pompy będą pracować z różną częstotliwością odpowiednio do warunków przy wykorzystaniu 100%, 2/3, 1/3 lub nawet zerowej mocy w celu zapewnienia maksymalnej efektywności energetycznej.

Ponadto, Delta wdrożyła rozwiązania z zakresu zasilania łączące technologię HVDC oraz wysokosprawne systemy zasilania awaryjnego UPS. – To centrum danych wykorzystuje zarówno technologię HVDC, jak i wysokosprawne systemy zasilania awaryjnego UPS pracujące w trybie Active-Active, gdzie 10 procent serwerów jest zasilanych przez HVDC, a 90 procent przez UPS. W pewnym zakresie pomaga to oszczędzać energię – powiedział Datacenter Dynamics.

Dzięki połączeniu trzech systemów chłodzenia, technologii ciepłych i zimnych stref, wysokosprawnych zasilaczy UPS, oprogramowania do zarządzania infrastrukturą centrów danych (DCIM),oraz oszczędnych systemów oświetlenia LED według p. Li centrum danych w Szanghaju osiągnęło współczynnik PUE na poziomie około 1,43 w skali roku.

– Dzięki modernizacji zużycie energii w centrum danych w Centrum Operacyjnym Delta w Szanghaju zmniejszyło się z 17% do 11% ogółu energii zużywanej przez cały budynek. Jest to znaczące osiągnięcie, biorąc pod uwagę, że budynek ten już wcześniej był certyfikowany zgodnie ze standardem LEED Gold Certified – stwierdził p. Li.