بخشی از مقاله
چکیده
در حال حاضر برای تغذیه برق تجهیزات ICT در مراکز داده مخابراتی از سیستم برق 48 ولت DC و 230 ولت AC استفاده می شود. با توجه به میزان تلفات بالای انتقال برق 48 ولت DC و قابلیت اطمینان پایین سیستم برق 230 ولت AC، برای تغذیه برق تجهیزات ICT در مراکز داده مطابق با استاندارد ETSI EN 300 132-3-1 و توصیه نامه ITU-T L.1200 به منبع برق 400 ولت DC نیاز داریم و ولتاژ این منابع باید تا سطح HVDC افزایش یابد. بنابراین به دلیل رشد روز افزون و توسعه تجهیزات ICT و مصارف بالای انرژی در مراکز داده و به منظور کاهش تلفات و افزایش راندمان انرژی، استفاده از برق DC با ولتاژهای بالاتر به عنوان HVDC به جای برق 48 ولت DC مطابق استانداردهای یاد شده در مراکز داده توصیه می شود.
کلمات کلیدی HVDC ، سیستم برق 400 ولت DC ، سیستم برق 48 ولت DC ، سیستم برق 230 ولت AC ، تجهیزات ICT ، مراکز داده
مقدمه
به دلیل گسترش جهانی استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات و افزایش استفاده از شبکه های ارتباطی در سال های اخیر، ترافیک شبکه های مخابراتی و استفاده از پهنای باند اینترنت در مراکز داده به سرعت در حال افزایش می باشد و به همین دلیل توسعه ظرفیت پهنای باند شبکه ارتباطی برای استفاده از سرویس های پهن باند با حجم محتوای بالا اجتناب ناپذیر است. افزایش پهنای باند ارتباطات مستلزم انجام توسعه فنی بیش از پیش در بخش زیرساخت تجهیزات مخابراتی و ارتباطی در مراکز داده می باشد و توسعه تجهیزات مخابراتی و ارتباطی نیز نیازمند تامین انرژی و توان برق مصرفی در این تجهیزات است.
از طرفی با توسعه فناوری های نوین، استفاده از سیستم های انتقال اطلاعات با بستر فیبرنوری پرظرفیت و طراحی و ساخت تجهیزات ارتباطی مانند سرورها و روترها با ظرفیت های بسیار بالاتر نسبت به گذشته امکان پذیر شده است و متناسب با ظرفیت افزایش یافته در تجهیزات ارتباطی، توان برق مصرفی آنها نیز افزایش یافته است. به طوری که یکی از چالش های امروز در توسعه مراکز داده نحوه تامین و توزیع انرژی و توان برق مورد نیاز تجهیزات ICT با کمترین تلفات انرژی و بیشترین راندمان و تامین فضای این تجهیزات می باشد.
ضرورت و اهمیت استفاده از سیستم HVDC در حال حاضر توان برق مورد نیاز تجهیزات ارتباطی در ایستگاه های انتقال مخابراتی توسط منبع تغذیه یکسوکننده با ولتاژ خروجی -48 ولت DC و در مراکز داده توسط منابع تغذیه یکسوکننده با ولتاژ خروجی-48 ولت DC و UPS2 با ولتاژ خروجی 230 ولت AC تامین می شود. بطور کلی اجزاء تجهیزات ICT3 از قبیل پردازنده، حافظه و هارد دیسک با استفاده از ولتاژ DC در محدوده 3/3 ولت، 5 ولت و 12 ولت تغذیه می شوند. بنابراین لازم است که ولتاژ AC برق شبکه در ایستگاه های مخابراتی و مراکز داده در نهایت به ولتاژ DC تبدیل شود.
بازار مرکز داده ، مصرف برق و فضای مورد نیاز با این حال توسعه و بهبود عملکرد تجهیزات ICT منجر به افزایش مصرف برق شده است. روند مصرف برق تجهیزات ICT است. مصرف برق تجهیزات ICT مختلف بر اساس سال تولید و نوع تجهیز از قبیل می دهد. بطور نمونه مصرف برق در یک سرور محاسباتی با ابعاد 1U بین سال های 2000 تا 2006 بیش از چهار برابر شده است. در نتیجه افزایش مصرف چهار برابری برق، قطر کابل های توزیع برق نیز باید به همین نسبت افزایش یابد که این افزایش در حجم و تعداد کابل توزیع برق به دلیل محدودیت های ساختمانی و کمبود فضا برای عبور کابل ها منجر به چالش جدی در مراکز داده می شود.
مصرف برق در تجهیزات ICT مختلف
سیستم تامین و توزیع برق 230 ولت AC در حالتی که تامین توان برق مورد نیاز تجهیزات ارتباطی توسط سیستم منبع تغذیه 230 ولت AC صورت پذیرد، مراحل زیر در تبدیل توان برق وجود دارد.مرحله اول تبدیل AC به DC می باشد که ولتاژ برق شبکه به یک ولتاژ DC تبدیل می شود. مرحله دوم تبدیل DC به AC است که ولتاژ DC به ولتاژ 230 ولت AC با فرکانس و دامنه ولتاژ تثبیت شده، تبدیل می شود. علاوه بر این باتری ها با ولتاژ DC به عنوان پشتوانه برق استفاده می شوند. در منبع تغذیه UPS برای تامین برق AC بدون وقفه ، بین تبدیل AC به DC و DC به AC اتصال به باتری مورد نیاز است. بنابراین در سیستم منبع تغذیه AC ولتاژ باس4 توزیع برق برابر با 230 ولت خواهد بود.
همچنین در داخل تجهیزات ICT برای تامین تغذیه DC اجزای آن دو مرحله تبدیل لازم است انجام شود. مرحله سوم تبدیل برق AC ورودی تجهیز به DCاست. در مرحله چهارم نهایتاً برق DC تبدیل به برق DC مناسب برای تغذیه اجزای داخلی تجهیزات ICT می شود.
سیستم تامین و توزیع برق -48 ولت DC
در حالتی که تامین توان برق مورد نیاز تجهیزات ارتباطی توسط سیستم منبع تغذیه 48 ولت DC صورت پذیرد، مراحل زیر در تبدیل توان برق وجود دارد. مرحله اول تبدیل AC به DC می باشد که ولتاژ برق شبکه به ولتاژ -48 ولت DC تبدیل می شود. همچنین باتری ها با ولتاژ DC که به عنوان پشتوانه برق استفاده می شوند به خروجی یکسوکننده متصل می شوند. بنابراین در سیستم منبع تغذیه DC ولتاژ باس توزیع برق برابر با -48 ولت خواهد بود.
همچنین در داخل تجهیزات ICT برای تامین تغذیه DC اجزای آن یک مرحله تبدیل لازم است انجام شود. مرحله دوم تبدیل برق DC ورودی تجهیز به برق DC مناسب برای تغذیه اجزای داخلی تجهیزات ICT است. توسط کابل ها بخشی از حرارت تولید شده ناشی از تلفات در مرکز داده نیز می تواند از بین برود. بعلاوه هزینه مواد می تواند کاهش یابد و در منابع صرفه جویی می شود. سطح مقطع کابل مورد نیاز برای توزیع 100KW توان در سیستم -48 ولت DC و سیستم HVDC با هم مقایسه شده است.
مراحل تبدیل برق در سیستم برق -48 ولت DC
با توجه به توضیحات فوق در صورت استفاده از سیستم برق AC برای تامین برق اجزاء تجهیزات ICT چهار مرحله تبدیل برق وجود خواهد داشت در صورتیکه تامین برق اجزاء تجهیزات ICT با استفاده از سیستم برق -48 ولت DC با دو مرحله تبدیل انجام می شود.
سیستم تامین و توزیع برق HVDC
در سیستم -48 ولت DC ولتاژ باس توزیع برق برابر با 48 ولت است که سبب افزایش جریان باس توزیع برق نسبت به سیستم AC می شود و سطح مقطع کابل های توزیع نیز در آن بزرگتر خواهد بود. به همین دلیل با افزایش ولتاژ DC از -48 ولت موجود به یک ولتاژ بالاتر DC تا 400 ولت، جریان تغذیه باس توزیع برق کاهش خواهد یافت و در نتیجه قطر کابل های توزیع برق کمتر شده و نهایتاً هزینه و تلفات سیستم کاهش یافته و انعطاف پذیری سیستم بهبود خواهد یافت.
مراحل تبدیل برق در سیستم برق 400 ولت DC
بسیاری از سایت های مخابراتی ارتباطات راه دور بیش از 30 سال پیش ساخته شده اند و با نیاز امروز تجهیزات ICT مطابقت ندارند. بخصوص فضای اتاق تجهیزات جوابگوی نیازمندی چگالی توان6 افزایش یافته تجهیزات، توسعه فیزیکی تجهیزات، الزامات خنک کنندگی، افزایش توان برق مصرفی تجهیزات و وزن و حجم کابل های توزیع در سیستم 48 ولت DC نمی باشد.
در سیستم 48 ولت DC و سیستم HVDC
بطور کلی هر مرحله تبدیل شامل حدود %5 تلفات توان می شود. بنابراین اساساً بطور کلی سیستم تغذیه DC بدلیل تعداد مراحل تبدیل توان کمتر و نیز عدم وجود مصرف توان راکتیو، دارای راندمان بیشتر و کارامدتر از سیستم تغذیه AC می باشد. همچنین بدلیل اتصال مستقیم بانک ذخیره انرژی باتری به باس توزیع برق در سیستم تغذیه DC قابلیت اطمینان و دسترس پذیری9 بیشتر از سیستم تغذیه AC می باشد. از طرفی غالب منابع تولید انرژی پاک و تجدید پذیر و منابع ذخیره انرژی نظیر سیستم های پنل خورشیدی فتوولتائیک ، پیل سوختی و باتری ذخیره ای ساکن ، انرژی را بصورت DC تولید و ذخیره می نمایند.
با طراحی مناسب و جایگزینی تجهیزات ICT با تجهیزات با تلفات کمتر ، توان برق مصرفی کاهش می یابد. با استفاده از فناوری های نوین از قبیل مجازی سازی و رایانش ابری نرخ بهره برداری در مرکز داده بهبود می یابد و همچنین به صرفه جویی در مصرف انرژی کمک می نماید و عملکرد امکانات موجود در مرکز داده از قبیل سیستم سرمایش تهویه مطبوع و منبع تغذیه تجهیزات ICT با بکارگیری تکنیک های راهروی هوای سرد و گرم و سیستم تغذیه HVDC و پنل خورشیدی فتوولتائیک و پیل سوختی بهبود می یابد.
