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借助高效模組化UPS 守護資訊機房的生命中樞

  • DIGITIMES企劃

回顧近幾年,無論油電雙漲、反核四,在在成為大眾熱烈討論的熱門話題,顯見用電議題攸關民生大計,重要性不言可喻;對於企業,如何穩定獲致高效且優質的電力,攸關資訊設備能否恆常運作,顯見用電課題同樣舉足輕重,絲毫不容馬虎。

十多年前的某一夜晚,肇因於台電位在台南的電塔傾斜,造成一場突如其來的全台大停電,到了隔日,新竹科學園區的半導體廠生產線被迫中斷,釀成頗為慘重的損失;由此可見,「電力中斷」對於產業發展,實為不可承受之重,能夠在市電中斷時即刻供應電力的不斷電系統(UPS),也得以突顯其務必存在的高價值。

電源堪稱為企業資訊機房的生命中樞,亟待善加呵護,而具備低損耗、高效率及模組化等特質的新型態UPS,最適合擔負機房電力保障重任。來源:ABB

在前述停電事故之後,除了更令人驚心動魄的921震災,以及幾次規模較大的風災之外,基本上電力中斷的頻率並不高,而以往諸如高架電力線遭到誤觸、或道路施工不慎挖斷電纜,因而導致企業斷電、跳機等事故,似乎也愈來愈少聽聞,如此良性發展,是否意謂UPS不再那麼重要?

當然不是!因為足以衝擊企業機房正常運作的電力事件,並不僅止於斷電,其餘不論是電壓下陷、電壓突波、尖波、雜訊干擾、諧波失真,或是高低電壓暫態,都可能對寶貴的IT設備造成傷害,值此時刻,UPS將可持續扮演守護神,運用諸如穩壓、防雷擊或濾除雜訊等手段,協助用戶安穩度過電源供應浮動狀態。

然而時至今日,由於產業應用環境有所轉變,導致UPS光是扮演好資料中心的電力防護者(包括緊急備援、維繫電力品質),已經明顯不足。

究竟,產業應用環境掀起何等變革?首先即便節能減碳趨勢的形成,讓企業對於不必要的能耗漸感不耐,亟需提升能源使用效率,在此前提下,UPS若無法在低負載情況下保持良好的效率,便意謂其將會產生較大的能源轉換浪費,此類型機種,縱使仍有能力在高負載前提下維持高效率,也具備許多足以穩定電力品質的功能特質,恐怕仍難獲得用戶持續青睞。

面對多變IT負載  UPS需實現輕載高效

再者,過去企業為了權衡成本與效能的平衡發展,因而便宜行事,轉而採用並聯式UPS,以取代一次購足龐大的UPS系統,如此一來,縱使隨著業務量增加、連帶產生UPS容量擴充需求,便可保留原機並快速完成設備擴充,不僅利於補足其容量缺口,亦可避免設備搬遷與重新佈線等繁複事宜;只不過,以並聯方式運用UPS,礙於機構設計的限制,必然會在效率轉換上有所損耗,顯然已經不符合企業當前追求高效率的期望。

另一股趨勢,即是伴隨虛擬化、雲端運算、行動化乃至巨量資料等應用浪潮席捲,導致企業業務步調急遽變動,連帶讓資訊應用服務的生態,興起莫大轉變,比方說,隨著虛擬機器動態遷移技術的普及,迫使IT設備負載恆常處於不定性,其需求不像過去如此固定、易於估算,因而讓電力安排、UPS配置帶來莫大挑戰,在此前提下,UPS若未能隨著IT設備負載的變動,而動態調整效率,其運作成效難免大打折扣。

於是乎,新一代UPS機種,多強調不管滿載、輕載皆可維持高效率,更重要的,也從以往的並聯模式,進化到了模組化,儘管兩者邏輯概念有些類似,但後者擴充彈性更大,且模組化UPS不論在於安裝、建置與管理等方面,也比傳統並聯式UPS更加容易與便利;其實兩者還有一個最大的不同點,意即過去並聯式UPS,等於是多台單機UPS並在一起,但每台基本上仍維持獨立運作,所以才會形成多次轉換而造成效能漏失,如今模組化UPS則能整合原本各台單機的所有配備,形同將UPS功率予以擴充,化身為單一大功率UPS,其過程中僅需歷經一次系統轉換,因此效能耗損問題微乎其微。

有業者針對傳統非模組式UPS、模組式UPS兩者的效率比較,做過仔細研究,證實傳統機種經常使用20?40%負載,後者則經常使用40?60%負載,顯見前者頗有容量過大、使用率低的問題,對於用戶而言,不僅需為此付出偏高的初期建置成本,且徒增運行耗能,相形之下,模組式UPS不但相對沒有這些疑慮,更重要的是,其具備熱擴充特性,意謂企業即便事前難以評估新負載、新設備的導入,因而被迫需要臨時追加UPS容量,亦可動態隨需擴展,這對於傳統式或單機式UPS,根本是不可能的任務。

模組化加高效率  為新一代UPS必備特質

值得一提的,模組式UPS也有助於讓機房電源管理的總體持有成本下降。舉例來說,企業規劃為一台200kVA UPS,進行N+1備援設計,若是以往單機並聯模式,別無他法,只能另行購置一台同為200kVA的UPS單機;如今相同的200kVA場景,置換成模組式機種,可能是由4個50kVA模組集合而成,意欲形成N+1備援架構,僅需再加入一個50kVA模組即可,總購置容量僅為250kVA、而非原本單機並聯的400kVA,足足省下37.5%容量需求,建置成本可望顯著下降。

至於高效率UPS,對於企業的意義又是如何?業者指出,在目前,一般三相式AC-AC不斷電系統,滿載最佳效率約介於90?92%,然而這只是市電從交流轉成直流、進入電池後再逆變為交流的電力品質確保過程,所需犧牲的8?10%電力耗損,爾後當UPS將電力輸出送進配電櫃(PDU),除了會產生約莫1%的配電損失外,也將基於變壓器的啟用,而形成1.5?2%耗損,最後進入Server PSU時,又無可避免再形成10%耗損,所以前前後後加總起來,整段供電過程所衍生的總體電力耗損,絕非8?10%而已,而是逼近20%。

然一旦轉而採用高效率的三相AC-AC不斷電系統,UPS端的轉換效率便可來到95%以上,可望能減少3?5%電力耗損,別看幅度小,一年下來積少成多,反應在電費上的撙節效果,肯定相當可觀的;此外若再配合變壓器配置規模的縮小(因為未必所有IT設備,都需要在110V/220V電壓之間轉換),則此部分耗損可望再下降1個百分點,讓整段供電過程的耗損比例壓在14%以下,比上述情境少了5?6個百分點。

另有一種更顛覆以往的新型態UPS,係採取旁路式設計,將市電直接輸出負載端,本身不再做交直流或逆變等轉換;也有一種不同於以往的UPS,則是直接訴諸380 VDC DC高壓直流供電的機種,雖然仍有少許轉換需求,但UPS端耗損幅度小於4%,並不算吃重,然而真正重點是在末端Server PSU,由於直接吃直流電,無需進行AC/DC轉換,故而在使用端可減少約2%電力耗損。

總括而論,用戶只要有興趣,把市電、UPS、變壓器、PDU一路到Server PSU的路徑圖畫出,再把不同效率的UPS,分布於每一段落可能產生的耗損比例,附加於每個圖示上,最終再將每個百分比予以相加,即可清楚看出箇中差異。以一台轉換效率為92%的UPS而論,將100KW電力供應給伺服器的過程,便將產生19KW的耗損;反觀另一台轉換效率達96%的UPS,即使維持相同的變壓器結構不動,也僅形成15.5KW耗損,等於每小時多省了3.5度電力,一年下來即是30,660度,如果以台電平均每度電價3元計算,即可節省新台幣91,980元電費支出,對於企業也有一定的滋補效果。