改善UPS供配電效率節能成效加乘累進

2013-10-07

余采霏

UPS電力系統在資訊機房中扮演重要角色，但同時，卻也是資訊機房耗電的因素之一。關鍵便在於UPS在傳統設計上是採用雙轉換模式（Double Conversion Mode），經過兩次轉換最終才將電力傳送給IT設備。

今日資訊機房所面臨的挑戰更勝以往。為了提供關鍵應用服務全年無休7×24小時不中斷，企業需要強而有力的IT設備，但同時也需要穩定而可靠的電力供應運轉。由於電力異常可能影響IT設備的運作，甚至造成機器停機，對整個企業營運帶來衝擊，因此普遍的作法，都是利用不斷電系統（UPS）來保護設備，一方面將電力品質變得更「乾淨」，同時可在停電時提供備用電力。

正是因為如此，UPS電力系統在資訊機房中扮演重要角色，但同時，卻也是資訊機房耗電的因素之一。關鍵便在於UPS在傳統設計上是採用雙轉換模式（Double Conversion Mode），經過兩次轉換最終才將電力傳送給IT設備。

台達關鍵基礎架構事業部資料中心產品經理林士基解釋傳統的UPS設計架構。一般來說，市電（380V/220V）進來後接到UPS，而後經變壓器轉換再將電力送至精密配電櫃（Power Distribution Cabinet，PDC）分配電力，之後送到IT設備（例如伺服器）內的電源供應器，再次轉成12V的電力，提供給設備運轉。（如圖1所示）

▲圖1 傳統的UPS架構設計。（資料來源：台達）

在這個架構中，有幾個地方會有能耗的產生。首先是UPS的效率，目前一般UPS介於90%~96%。變壓器效率維持在98%左右，而精密配電櫃的耗損很少，大約只有1%，兩者相乘起來效率大約是97%。另外IT設備的電源供應器介於65%~90%，端看企業採用的等級為何，以白金級電源供應器為例，一般都可達到90%以上的效率。

現在，假設企業採用了92%效率的UPS，而IT設備的電源供應器為白金級，那麼整體的效率就等於92%×97%×90%=80.3%，換句話說，有兩成的電力在轉換的過程中被浪費了。

改變架構化繁為簡

該如何改善？林士基也提出幾項改善作法，提供參考。

將變壓器移動至精密配電櫃後端，並且只提供給有變壓需求的IT設備

只要這個小小的變動，就可以節省變壓器以及配線的成本，而且有效改善能耗的問題。原因在於，目前IT設備需要110V電力的設備並不多，如果110V電力需求只佔整體IT設備的10%，那麼就只要針對這10%的IT設備來設計。

舉例來說，原本的架構需要100KVA的變壓器，現在只要10KVA的變壓器就足夠。光是這個改變就可以讓原本幾近2%的能耗（約2kW）降低至0.2%（約0.2kW）。再來，因為只針對小部分的IT設備，所以配線也會變細，施工成本也降低。另外，可靠度也會提升。原因在於變壓器一旦遇到異物掉入，例如老鼠等，變壓器停擺之後，配電櫃就無法配電，後續的工作都無法如期運轉，相反地，後者的影響較小，因而可靠度增高。（如圖2所示）

▲圖2 只要將變壓器移動至精密配電櫃後端，就可以節省變壓器以及配線的成本，而且有效改善能耗的問題。（資料來源：台達）

選擇高效率的UPS設備

除了改變變壓器的位置之外，選擇高效率的UPS設備也是一項作法。由於並非所有企業內部的電力架構都需要有變壓器，部分的作法是由UPS輸出直接接到精密配電櫃，此時要節省電力消耗，就可從UPS本身的效率來調整起。

▲圖3 採用高效率UPS設備可節省無謂的能耗。（資料來源：台達）

圖3呈現的是沒有變壓器的架構。同樣假設企業採用了92%效率的UPS，而IT設備的電源供應器為白金級可達90%的效率，這時，整體的效率為92%×99%×90%=82%，倘若將92%的UPS汰換成96%的UPS，在同樣架構不變動的情況下，整體效率就可以從82%，提高到85.5%。當然，節省了3.5%無謂的能耗，也就意謂著冷卻空調的用電同時也可降低，進而產生連動的效益。

提高整機效率

▲伊頓電氣內銷事業部技術服務經理楊永盛指出，可別小看了每1%的節省效益，一整年下來，UPS可貢獻的節電效益?對可觀。

根據The Green Grid對資訊機房總用電量的定義，除了IT設備耗電量之外，還包括冷卻空調、照明以及UPS電力系統等所加總的電量。根據調查， UPS大約佔總體用電量的7%。雖然，相較於冷卻空調的佔比，UPS的節能效益看似不起眼，但伊頓電氣內銷事業部技術服務經理楊永盛指出，可別小看了每1%的節省效益，一整年下來，UPS可貢獻的節電效益絕對可觀。

舉例而言，一個500kW負載環境，只要節省1%的效率，一年365天24小時就能節省43800 kW/h。假設電力成本每kW/h是3.6元，那麼一年下來節省的電費就高達15萬7千元。

企業該怎麼做，才能有效節能？楊永盛建議企業可以採取兩種方式處理，只要讓整機效率維持在高效狀態，自然就能減少電力的耗損。