浅析数据中心能源消耗与成本

　　电能的使用不是数据中心的典型设计标准，也没有作为一项开支得到有效管理。在数据中心的生命周期内，尽管电能成本可能会超过包括UPS在内的电源系统的成本，也可能会超过IT设备的成本，但上述情况却是不争的事实。出现这种情况的原因如下：

　　要缴纳的电费数额是在费用发生后才知道的，与任何特定决策或操作规程没有明确的联系。 因此，这些费用被视为是无法避免的。

　　用于为数据中心的电力成本建模的工具不普及，在数据中心的设计过程中并未广泛使用。

　　需要缴纳的电费通常不包括在数据中心运营组的责任或预算范围内。

　　数据中心的电费帐单可能包含在更大的电费帐单之内，而可能无法单独提供。

　　决策者在进行规划和采购决策的过程中，未获得有关电力成本影响的充足信息。

　　APC第114号白皮书将证明上述所有问题均可以并应该得到解决，因为这样可以为一般用户节约大量资金。在设计新设施时可以实现最大程度的节约，但现有的和改造的设施也可以实现某种程度的节约。在设计新数据中心的过程 中，只需进行简单且不需成本的决策，便可以节约 20-50% 的电费;如果系统化进行设计，则可以减少多达90% 的电费。

　　什么是电能消耗成本?

　　电能成本通常为每千瓦时 0.12 美元。根据这一成本，每千瓦 IT 负载的年电力成本约为 1,000 美元。在典型数据中心的 10 年生命周期中，这大约相当于每千瓦负载 10,000 美元的成本。

　　通常，数据中心所使用的能源约有一半消耗在 IT 负载上。另一半消耗在包括电源设备在内的网络关键物理基础设施 (NCPI) 设备上。这意味着，对于每千瓦IT负载，10 年的电力成本约为20,000美元。例如，一个200千瓦的数据中心10年的电能，成本为4,000,000美元。这对于任何组织都是一项巨大的成本，所有 IT专业人员都应了解这项开支的去向，并知道它是可以避免的。

　　能源消耗在什么地方?

　　数据中心使用的能源只有大约一半甚至不足一半消耗在IT负载上。另一半消耗在包括电源设备、冷却设备和 照明设施在内的网络关键物理基础设施 (NCPI) 设备上。图 1 显示了典型高可用性数据中心中电能的流向。需 要注意的是，数据中心消耗的所有能源最终都会以废热的形式排放到室外大气中。

　　根据输入电能中实际消耗在 IT 负载上的比例，上述数据中心的效率为 30%。若要更详细地了解电能消耗在什么地方，以及不同类型的设备具有什么样的负载，请参阅 APC 113 号白皮书“数据中心的电力效率建模”。

　　效率并不是有效的指标

　　许多有关电能消耗的讨论中都使用“效率”一词。虽然能够准确理解诸如“提高效率”等此类词汇的基本含 义，但在技术上使用“效率”一词对数据中心进行定量评估则会引起混淆。如果使用电能消耗(千瓦)指标而 不是效率指标，则会使讨论变得明确得多。例如，如果数据中心内两台不同设备的效率分别为 50% 和 80%， 那么我们不知道如何将其效率合并为一个体现成本的数字。事实上，电力成本实际取决于流经每台设备的电 量。而且，某些设备(如计算机或照明设施)的效率为零，这是一个令人困惑的概念，没有传达出有关用电量的定量信息。

　　相比之下，以电能消耗为指标简单明了。只要将数据中心内所有设备的能耗加在一起，即可得出总耗电量。如果一台设备每个月消耗10美元的电能，而另一台设备每个月消耗20美元的电能，只要将这两个值加在一起就可以了。

　　一瓦特的价值

　　电能以称为千瓦时 (kW-hr) 的能量单位进行销售，它是在1000瓦(1kW)的功率水平下一小时内提供的能量。功率与能量之间的区别对于经济分析非常重要。功率容量成本是指与提供能量的系统相关的成本，并随 系统的设计功率水平提高而增加。由功率容量产生的成本有很多，例如 UPS 成本、发电机成本、空调设备成 本和配电设备成本。能源成本是指与市电帐单相关的成本。

　　需要了解的一条关键原理是，通过降低能源消耗可以降低与功率容量相关的成本以及能源成本。也就是说， 如果一种实施方法在许多情况下可以节约电能，则它也能够减少 NCPI 基础设施成本(主要由负载功率需求引 发)。需要了解的另一条相关的关键原理是，暂时性降低能源消耗与永久性降低能源消耗是不同的。暂时性节约(例如减负载或服务器电源管理)可以降低电力成本，但未必降低 NCPI 系统的额定功率和相关的 NCPI 基 础设施成本。永久性或结构性更改(如高效率服务或高效率 UPS 系统)可同时降低电力成本和基础设施成本。

　　此处应该了解的重要一点是，能源消耗降低有两种形式：一种是只避免能源消耗，但不会降低功率容量需求;另一种是也会降低安装的功率容量。我们将可避免使用能源但不降低安装功率容量的节能称为“暂时性节能”，将可降低安装功率容量的节能称为“结构性节能”。另外，数据中心的一个普遍规则是，结构性节能效果约为暂时性节能的两倍。