目前,在国家政策和巨大需求的推动下,我国数据中心掀起了新一轮的建设高潮。数据中心投资连续多年保持高速增长,数据中心规模逐渐扩大。在数据中心增长过程中,数据中心的安全问题、能耗问题逐步凸显。数据中心供电系统的稳定性,直接影响数据中心IT设备的稳定运行,决定着数据中心的安全和服务能力。数据中心供电系统的效率,影响着数据中心能耗水平。UPS作为数据中心供电系统的核心,发挥着关键作用。

　　1 中国正处于数据中心建设高潮时期

　　随着云计算、大数据、移动互联网、物联网等应用的不断丰富,行业“互联网+”持续深化,使数据中心服务需求日益旺盛。我国正处于数据中心建设高潮时期,根据赛迪顾问最新调研数据显示,2016年中国数据中心IT应用投资规模达到2410.0亿元,比2015年同期增长16.8%(见图1)。数据中心的建设高潮,带动了中国UPS市场的发展。

　　2 2016年中国UPS市场发展现状

　　2016年中国国内生产总值74.4万亿元,按可比价格计算,比2015年增长6.7%。虽然国内整体经济大环境增速放缓,但大规模乃至超大规模数据中心的建设,带动了UPS市场的发展。加上UPS自身产品功率越来越高,销售额出现大幅度上升。根据赛迪顾问最新调研结果示,2016年中国UPS整体市场销售额为55.74亿元人民币,与2015年相比同比增长8.7%。从销量来看,2016年中国UPS整体市场销量为197.41万台,同比下降3.6%(见图2)。受原材料成本上涨和UPS功率段结构影响,市场平均价格有所增长。通过细分产品和细分领域研究,中国UPS市场具有如下的特点:

　　(1)UPS产品继续向大功率发展

　　从功率段结构来看,2016年中国UPS市场功率段进一步向大功率迁移。100kVA以上的产品占比进一步扩大,占整体市场的38.8%,200kVA以上的产品继续保持迅猛的增长势头,销售额已成为第一大产品结构比例,达到26.6%,10kVA以下的细分市场占比进一步萎缩至24.9%(见图3a)。

　　(2)模块化UPS发展迅速从系统结构来看,2016年模块化UPS市场销售额达到13.43亿元人民币,占总体市场份额的24.1%,与2015年相比增长27.7%,高于传统塔式UPS的增长速度(见图3b)。

　　(3)电信运营、互联网和金融是主要应用行业

　　电信运营、互联网、金融、政府、制造等行业是2016年UPS主要应用行业。赛迪顾问调研数据显示,2016年在UPS平行市场中,互联网服务商和基础电信运营商仍然保持旺盛投资热情,占比最高,UPS市场销售规模达到7.69亿元,占整体市场的13.8%,互联网巨头BAT加速公有云布局,数据中心建设规模在快速扩张,UPS市场销售规模6.47亿元,占整体市场的11.6%。金融行业加速拥抱互联网,云化进程明显加快,包括银行、保险、证券等在内的金融行业市场占整体市场15.5%。医疗、制造等行业是2016年成长较快行业。

　　3 数据中心供电系统发展趋势

　　3.1 预制化、模块化

　　下一代数据中心将在自动化、智能化及高效节能方面提升基础设施部署及运维管理,绿色数据中心已成为数据中心发展的必然,工信部、国家机关事务管理局及国家能源局已联合制定了《国家绿色数据中心试点工作方案》。按需建设、定制化建设目前被越来越多客户所接受,高效、智能、按需部署及快速扩容的特性,使得模块化、预制化成为UPS的主流发展方向。

　　模块化UPS可分为大模块组合型UPS和小模块插拔型UPS,其特点是每一个功率模块都是一个独立的UPS。大模块组合型UPS与小模块化插拔型UPS的差异仅在于“插拔”模式的差别。大模块组合型模块并联数量少,可靠性高,但模块重量太重无法实现插拔,通常应用在中大型数据中心;小模块插拔型UPS模块采用热插拔连接,维护维修更便利,但由于并联模块较多,可靠性相对较差,通常用在小型IT机房。相对于传统的塔式UPS,模块化UPS的产品特征决定了其具有可用度高、维护便利、有限容量的快捷扩容及便于工厂流程化生产等优势。预制化UPS系统方案,减少了设计、运输和施工成本,免去了现场测试、调试过程实现了快速部署,产品经过工厂级测试确保了整体系统的稳定性,并可提供灵活多样的产品形态以满足不同的数据中心建设需求。

　　3.2 市电直供技术

　　对于数据中心的供电技术来说,交流直供技术的应用减少了能源的转换环节,提高了系统效率。它与市电直供,240V直流供电的灵活组合不仅可以满足T1～T4级数据中心不同供电架构的安全需求,同时极大地提升数据中心的绿色节能水平。市电直供技术具体有两种实现架构:

　　(1)交流直供与市电直供组合供电技术

　　基于UPS后备电源的交流直供技术与无后备电源的市电直供技术的组合,可实现T3级数据中心的安全需求,其供电效率在99%以上,相对于传统的T3级供电架构,电源系统的节能超过80%。

　　(2)交流直供与240V直流组合供电技术

　　数据中心IT设备,一路采用基于UPS后备电源的交流直供供电,另一路采用直流240V供电,构成交直流供电的2N架构,可满足T4级数据中心的安全需求。交流直供可以实现99%的供电效率,直流供电可以达到94%的供电效率。通过对两个PSU的有效管控,可以实现交流直供回路100%供电,直流供电回路备份的高效运行方案。

　　(3)高压直流技术

　　高压直流方案分为240V高压直流和336V高压直流技术两种。240V高压直流技术衍生于传统220V电力操作电源,并吸收了48V通信电源的各种优点。从原理上讲,240V高压直流存在两次转换,首先从220VAC预稳压到400VDC,再降压到240VDC输出,与UPS不同的是,直流不再逆变回交流。和传统的UPS技术比较,240V高压直流方案的优势如图4所示。

　　336V高压直流方案仅需要一次电源转换,从而进一步提高电源的转化效率。相比于240V高压直流方案,336V高压直流方案技术更为先进,节能效果更佳明显,是未来高压直流发展的方向。但336V高压直流方案需要专门定制电源,原有数据中心的供电系统设备需要大批量更新,成本较高,目前国内应用范围较小。

　　(4)多种能源与储能技术

　　数据中心的绿色化一直是未来数据中心发展的重要方向。而构建绿色数据中心最重要的是构建绿色化的供电系统。这就需要一方面采用清洁的能源,另一方面提高数据中心能源的利用率。

　　为了应对供电电源的不稳定性,以电池为核心的储能设备将在数据中心中发挥重要作用。由新型电池构成的储能设备,能够将众多不稳定的绿色能源转化成为持续供应的稳定能源,提供给数据中心的IT设备所使用,在太阳能、风能丰富的偏远地区,将发挥重要作用(见图5)。虽然目前综合利用多种绿色能源的成功案例不多,但市场上的UPS产品,逐渐呈现了类似的趋势,2016年,多家UPS厂商都推出了各自的储能式UPS设备,推动了多能源与储能技术在数据中心供电系统中的发展。

　　4 结束语

　　在巨大的市场需求推动下,未来几年内,我国数据中心投资仍将保持较快增长,对UPS的市场需求也将保同步增长。绿色化、节能化成为数据中心发展的必然需求,势必也对数据中心供电系统提出了更高的要求。一方面,UPS系统通过技术升级不断提高产品的转化效率、降低能耗;另一方面,采用新一代的数据供电系统架构,利用高压直流、市电直供等方式,降低数据中心整体能耗。新架构的研发与推广不能仅依靠数据中心供电系统提供商,而需要电池、服务器、电源等厂商共同研发、共同突破。电池性能的突破最能够打破现有供电系统架构,高性能、高容量的锂电池,随着未来成本的下降,有望取代现有铅酸电池,成为数据中心供电系统的重要组成部分。而基于高容量电池的储能供电系统,能够充分利用多种绿色能源,从而促进数据中心的绿色化。