數(shù)據(jù)中心HVDC發(fā)展的十年,應該來說是HVDC奮進與輝煌的十年,也是國內(nèi)電力電子產(chǎn)業(yè)進步的十年。評估一項顛覆性技術的現(xiàn)狀優(yōu)勢和發(fā)展趨勢,用量增長、用戶增長、標準數(shù)量三個數(shù)據(jù)是黃金標準。本文將從數(shù)據(jù)中心HVDC的用量增長、用戶增長、相關標準與保障體系、產(chǎn)業(yè)協(xié)同等維度闡述數(shù)據(jù)中心HVDC的優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)生態(tài)成熟度與未來趨勢。
致敬十年,泛在高壓直流趨勢與生態(tài)已成
數(shù)據(jù)中心HVDC發(fā)展的十年,應該來說是HVDC奮進與輝煌的十年,也是國內(nèi)電力電子產(chǎn)業(yè)進步的十年。評估一項顛覆性技術的現(xiàn)狀優(yōu)勢和發(fā)展趨勢,用量增長、用戶增長、標準數(shù)量三個數(shù)據(jù)是金標準。本文將從數(shù)據(jù)中心HVDC的用量增長、用戶增長、相關標準與保障體系、產(chǎn)業(yè)協(xié)同等維度闡述數(shù)據(jù)中心HVDC的優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)生態(tài)成熟度與未來趨勢。
首先,第一個金指標是用量增長,也是判斷HVDC在數(shù)據(jù)中心應用優(yōu)勢的充分條件。通過圖1可以看出:數(shù)據(jù)中心HVDC從2013年裝機容量約30萬安培,到2018年新裝機400萬安培,五年時間年增長率為1233.3%,年復增長率67.87%;如果按2A帶一臺IT主設備,則最近一年裝機容量可以承擔約200萬臺IT設備的電力容量。
其次,第二個金指標是用戶增長(客戶類別與推進速度),也是HVDC在數(shù)據(jù)中心應用必要條件。從表1的數(shù)據(jù)可以看出,最先推進的電信運營商從試點HVDC到規(guī)模推進HVDC耗時5年,大型云計算公司耗時4年,大型政企客戶耗時3年,從行業(yè)拓展速度來看,新進入行業(yè)要快于最先進入行業(yè),行業(yè)滲透速度依次提升20%以上,一方面符合電力電子產(chǎn)品的行業(yè)屬性,可靠性必須通過實際驗證來支撐決策;另一方面可以預見產(chǎn)業(yè)的生態(tài)逐漸順暢。從橫向和縱向的拓展時間速度來預測,后期選擇HVDC的行業(yè)拓展速度會明顯提速。中國移動另辟蹊徑,厚積薄發(fā),從現(xiàn)階段的設備采購數(shù)量信息來看發(fā)展迅猛。
第三個金標準是規(guī)范與標準建設量,也是HVDC在數(shù)據(jù)中心應用基礎保證。HVDC相關國家標準和行業(yè)標準缺失,一直是一些用戶的制約點,十年來各行各業(yè)專家與政府機構的大力推進,已經(jīng)制訂相關國標4項,發(fā)布3項,通信行業(yè)標準7項,發(fā)布7項,標準從整體機房、產(chǎn)品設計、驗收規(guī)范、到后端IT設備的PSU電源全面覆蓋,有力支撐HVDC在各行各業(yè)數(shù)據(jù)中心應用的滲透,見表2。
最后,HVDC技術卓越提升促進產(chǎn)業(yè)泛在高壓直流(見圖2)。數(shù)據(jù)中心HVDC技術平臺帶來了大功率全數(shù)字化變換與控制技術、三相有源功率因數(shù)校正變換與控制技術等領先的電力電子技術,十年時間功率密度提升1.9倍、效率提升3%,損耗減少66%,同時,也奠定了電動汽車充電設施關鍵技術路線、電力行業(yè)設備升級、城市照明行業(yè)電能替代等,也給5G的網(wǎng)絡建設提供了絕佳的能源平臺(見圖3)。
綜上所述,HVDC是廣泛而深刻的技術革命也是認知革命,在數(shù)據(jù)中心用量增長、用戶增長、標準數(shù)量、產(chǎn)業(yè)協(xié)同四個維度十年時間取得驕人的成績,必將揚帆遠航,有序進行產(chǎn)業(yè)電能替代(HVDC顛覆替代UPS和交流配電),開創(chuàng)泛在高壓直流時代。
欲知大道必先知史,泛在HVDC是時代所需
數(shù)據(jù)中心HVDC十年發(fā)展的如此迅猛,無論是站在支持者的角度還是站在反對者的角度來審視,都是一個偉大的奇跡。從直流電的認知革命、無標準、無生態(tài)到泛在HVDC時代,從商業(yè)決策到構建商業(yè)競爭環(huán)境,培育產(chǎn)品及生態(tài)都可以堪稱電力電子行業(yè)變革及產(chǎn)業(yè)鏈的典范,十年的崢嶸歲月,看不見的艱辛,看得見的無限風光。
理解HVDC在數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)生及帶來的價值感知是一場認知革命,HVDC是屬于電類范疇,電是看不見摸不著的不透明事物,如果沒有系統(tǒng)而專業(yè)的電力電子知識,僅靠日常的經(jīng)驗感知或者類比法,這就很容易讓應用者對用電設備的物理形態(tài)和電氣屬性錯位對待、容易糾結、也容易困惑。
對于同樣的事物為什么看法不同?這個話題深入思考一下是非常有意思的,如果只就事論事,這個容易回答,但也只能解決一個點的問題。但如果能針對世界的萬千類似問題尋找一個通用模型來作答,那就是掌握如何開啟創(chuàng)新和變革的之門的金鑰匙。把人的認知提煉出來,借助圖4所示的認知奇點模型來回答這個解釋問題。
可見,每個人對一件事情的判斷,都是基于一個認知的基礎。不同的認知奇點,所帶來的視野會不同,采取的動作、行為和收獲也不會一樣。所有的創(chuàng)新和變革,其實就是打破認知。要想準確的理解業(yè)內(nèi)為何積極推進電能替代(直流替交流)的本源力量,唯一的方法是理解背后的認知奇點迭代關系。
1、理解時代對電需求的認知奇點,時代給予不間斷電源廣闊天地 (圖5和圖6)
電的發(fā)明讓人類從蒸汽時代進入電氣時代,對整個社會生產(chǎn)力帶來了爆炸式提升,現(xiàn)在的人類無法想象如果沒有了電,該如何生活下去。
在電氣時代,人類最開始對電的需求認知是能滿足自己的生產(chǎn)和生活,其本質(zhì)是提供私有的供能服務,所以人類一開始建設私有電廠,采取最簡單的直流供電給照明、生產(chǎn)設施等,可想而知每建一個新房子、每建一個工廠就要建立一個私有電廠,是多么浪費時間和成本。人類很快意識到這個問題,認知奇點出現(xiàn)下移,電應該是聯(lián)合起來統(tǒng)一建設的公共基礎設施,形成一種公共的供能服務,以后每個家庭和工廠只需要接入即可,這樣電的基礎設施投入成本將會最低。
人類進入信息時代之后,發(fā)現(xiàn)要滿足時代的需求,特別是通信、互聯(lián)網(wǎng)和云計算的到來,一些生產(chǎn)關系將需要永久不斷電的服務,可想而知第一階段只能采用公共電網(wǎng)和私有不間斷電源的方式來保障需求。對于私有不間斷電源將產(chǎn)生一個時代的發(fā)展機遇,將會是泛在的,至于不間斷電源采取什么樣的物理形態(tài)和接口,會根據(jù)逐步的探索和變革達成共識。
在電氣時代,很多人的認知是在公有電網(wǎng)的接口下,在家里和工廠就應該購買匹配公網(wǎng)接口的設備接口即可。但在信息時代,有些生產(chǎn)關系要實現(xiàn)不間斷電源供電,認知再次被打破,認為設備輸入接口和公有電網(wǎng)接口沒必要完全匹配,進而將帶來架構的優(yōu)化與精簡,這也是電源(電力)從業(yè)者不斷推動電能替代的源動力之一。
從電的本質(zhì)需求認知奇點,讓人類特別是電行業(yè)的專家們認知到雖然電的本質(zhì)是一種服務,但不同時代的服務本質(zhì)是不同的,實現(xiàn)的形態(tài)和方式應該變也必須變,只有改變才能提升生產(chǎn)力。
2、理解公有電網(wǎng)+私有不間斷電源組合的認知迭代(圖7和表3)
為滿足信息(數(shù)據(jù))時代永久不斷電的生產(chǎn)關系,在用戶側第一階段想改變公網(wǎng)的架構的可能性幾乎為零,所以更多的將會選擇公共電網(wǎng)和私有不間斷電源組合的方式來滿足并提升生產(chǎn)關系。下面通過公有電網(wǎng)與生產(chǎn)工具的簡化模型來分析公有電網(wǎng)和私有不間斷電源組合的提升策略。
基于以上模型，可以通過三個認知維度分析存在的方案、措施和留給后續(xù)的空間。其中，所采取的措施能否留給后續(xù)改進的空間和基礎是一個非常重要的認知，也是穩(wěn)健可持續(xù)進步的基本要求。
3、理解為什么最先選擇數(shù)據(jù)中心領域進行能源變革?
前面從公用電網(wǎng)和私有不間斷電源的組合的頂層認知做了剖析,擺在面前的是該選擇什么樣的改革方案,該考慮什么樣的推進策略,該選擇從哪里進行突破。改革的目的是要提升生產(chǎn)力,提升效益。但改革的成功需要一般需要的以下四個因素(圖8):
1、行業(yè)從業(yè)人員的認知基礎和洞察力。這個領域需要聚集大量的專業(yè)人才,并且具備較強的洞察力,改革保障;
2、行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈資源是否有意愿和能力;
3、推進變革的策略是大開大合,還是小開大合;
4、變革的收益是否達到預期,最好的預期是沒有天花板,參與者能階段性的感知。
從以上的分析可知,能具備四個因素的行業(yè)將會是變革先鋒,而不完全具備四個因素的行業(yè)只能是變革的跟隨者,只要變革先鋒嘗到甜頭,必然將帶動社會的整個生產(chǎn)關系。
縱觀國內(nèi)各行各業(yè),通信信息領域率先變革將是最佳選擇的領域,原因主要有以下幾點:
1、通信運營商從業(yè)人員積累了大批的電(力)專家,無論是認知還是洞察力都是非常深刻;
2、通信信息領域的數(shù)據(jù)中心耗電量太嚇人,占全球的百分之三,并且隨著數(shù)據(jù)時代到來只會更大;
3、通信信息領域經(jīng)過三十多年的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)生態(tài)完善,但競爭也激烈,有創(chuàng)新性差異化競爭機遇,是產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈廠家愿意跟進的動力;
4、通信信息領域具有巨大的影響力,具備向社會各行各業(yè)務推廣能力。
4、通信信息領域數(shù)據(jù)中心對能源變革的響應,確定HVDC將是泛在不間斷電源的最佳選擇
1999年,在21屆INTELEC99(哥本哈根)會議上,提出了HVDC(變革私有不間斷電源和接口)是比較實際的變革方案。自2003年起,幾乎每屆國際電信能源會議均安排了高壓直流系統(tǒng)有關的專題討論會,但更多的是在討論HVDC的物理實現(xiàn)形式和價值論證。
國內(nèi)2007年,中國電信率先在國內(nèi)開啟HVDC試點與論證,借鑒48V通信電源和UPS二十多年的運維和設計經(jīng)驗,也具有全國最優(yōu)秀的電源供應商,如中恒、維諦、臺達等。中國電信定義了一款HVDC產(chǎn)品物理形態(tài)和接口標準,采取的推進策略是小開大合,兼容并取的推進策略。
5、變革私有不間斷電源物理形態(tài),選取HVDC(240Vdc)作為私有不間斷電源接口,兼容現(xiàn)有生產(chǎn)工具(IT設備),在應用場景上選擇現(xiàn)有小機房,改造機房試點和驗證價值。
6、變革生產(chǎn)工具物理形態(tài),匹配私有不間斷電源,新采購IT設備要完全兼容電力接口,在應用場景上選擇大型數(shù)據(jù)中心,彰顯價值。
7、不斷提升不間斷電源和生產(chǎn)工具的性能。
應該來說,中國電信采取的小開大合的推進策略是HVDC立身之本。2009年開始,國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭開始打造互聯(lián)網(wǎng)和云計算,投入頂尖人才、財力、物力去研究數(shù)據(jù)中心基礎設施,通過多年實測比對不同的私有不間斷電源方案、架構和價值,最終騰訊、阿里、百度不謀而同均選擇HVDC作為數(shù)據(jù)中心不間斷電源來保障生產(chǎn)業(yè)務,通信運營商、互聯(lián)網(wǎng)巨頭、大型政企均紛紛跟進。
十年期間勇者開拓，HVDC已是時代所需。大道之史，回首十年，致敬為社會進步發(fā)聲和推進的人。
作者簡介
胥飛飛:杭州中恒電氣股份有限公司通信電源BD產(chǎn)品總監(jiān),《信息通信用240V 336V直流供電系統(tǒng)技術要求和試驗方法》國家標準牽頭制定人,主導過多款通信網(wǎng)絡電源系統(tǒng)的產(chǎn)品規(guī)劃、開發(fā)設計工作。曾獲2012年浙江省杭州市科學進步三等獎,參與起草的《數(shù)據(jù)中心和通信機房基礎設施能效測評及節(jié)能技術指南》等10項國際標準、行業(yè)和協(xié)會標準,榮獲中國通信標準化協(xié)會科學技術一等獎。
