数据中心行业供电系统之痛

    UPS设备以及以它为核心的整个供电系统是满足数据中心供电质量的相当核心部分，而蓄电池又是整个系统中相当重要的组成之一，是整个供电系统的“最后一道屏障”。
在UPS系统的故障中，与蓄电池有关的原因占30%以上。目前数据中心蓄电池技术还是以阀控铅酸电池为主，而且据统计，中国生产的铅酸电池已经占全球产量的1/3，其中一部分原因是UPS电源市场的快速增长。随着互联网+、云计算、大数据等上升为***战略，进一步加快了数据中心行业的增长，带动了数据中心基础设施相关设备的快速增长。本文从大型数据中心蓄电池规划与应用角度出发，借鉴国内外数据中心行业经验教训，探讨蓄电池规划设计和实际应用中遇到的几个问题和痛点。
数据中心行业供电系统之痛
痛点一
目前规划设计的大型数据中心电池间面积，据不完全统计， 约占总建筑面积的3%~10%，因大型数据中心建筑面积较大，所以***数量不少。对于越来越多的大型数据中心项目而言，机房面积可以说是寸土寸金，客户希望相当大化的提高机柜数量，基础设施的占地尽量小。下图为某大型数据中心案例的电池间布置，占据了一整层的面积。在这里我们不着重探讨电池间的布置方案，仅从电池间面积的***数量及与总建筑面积之比，就可以感受到UPS蓄电池系统对数据中心工艺平面规划设计的重要影响。
数据中心蓄电池规划设计水平的提高，依赖于蓄电池技术的创新提高。
目前多数数据中心采用阀控铅酸蓄电池，随着电池技术的发展，比如磷酸铁锂电池技术，由于寿命长、耐高温、体积小、无污染等优点，相比传统铅酸蓄电池技术，更能体现“节能”、“节材”、“节地”等节能减排需求。随着新型电池性价比提高，其尺寸和占地面积越来越小，将会对未来数据中心的规划设计产生革命性的影响，对IDC行业尤甚。
痛点二
电池监测系统的应用。
近年来国内数据中心行业参考、学习了很多国外先进的理念和技术，但是电池监测系统的应用还不完善，很多已建成机房的电池系统没有监测设备或者监测数据不完善，存在很大的安全隐患。从最近几起机房电池火灾爆炸事故可以看出，电池监测系统早期报警，防患未然的重要性。
如果电池故障引起UPS系统宕机，关键业务中断，将产生很大的政治经济损失，来自行业的调查机构显示：金融行业的数据中心每宕机一小时的损失为1495134美元，通讯行业的数据中心每宕机一小时的损失为2066245美元。
所以在数据中心规划设计及应用中，对电池监测系统的设置应引起足够的重视。
痛点三
有关阀控铅酸蓄电池间是否按防爆设计的问题，有关的设计规范并未统一，对规范解读的差异，导致从规划设计到各地消防审批及验收的尺度不一。
通信行业标准YD5003-2014《通信建筑工程设计规范》中的7.9条，蓄电池室设计指出：选用阀控蓄电池时，楼地面、墙面、顶棚面、门窗、通风等可按通信机房的要求设计。
11.3.6条规定：阀控式蓄电池室的照明，可按一般通信机房设计。当蓄电池室选用防酸隔爆式蓄电池时，房间灯具采用防爆型安全灯，室内不应安装电气开关、插座等，管线的出口和接线盒等安装时应密封，灯具不应布置在电池组的正上方。
YD5003-2014这本通信行业规范认为选用阀控铅酸蓄电池的蓄电池室可以按正常环境设计。
国标GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》中的6.0.2条规定：除固定型阀控式密闭铅酸蓄电池、镉镍蓄电池外，铅酸蓄电池与其充电用整流设备不宜装设在同一房间内。
国标GB50055-2011的条文解释指出：固定型阀控式密闭(免维护)铅酸蓄电池与碱性镉镍蓄电池在充放电过程中排出的电解液气体及氢、氧气很少，故其充电用整流设备可装设在同一房间内。这条规范规定阀控铅酸电池可以和整流设备设在一个房间，整流设备如UPS等均为非防爆设备，可以理解为阀控铅酸电池和整流设备布置到一个房间时，可按正常环境考虑。
国标GB50172-2012《电气装置安装工程 蓄电池施工及验收规范》第3章“基本规定”第3.0.7条规定：蓄电池室应采用防爆型灯具、通风电机，室内照明线应采用穿管暗敷，室内不得装设开关和插座。
该条的条文解释：“为确保人身安全和设备安全，本条规定为强制性条文。蓄电池充、放电和运行时，会有少量的氢气逸出，开关插座在操作过程中有可能产生电火花而引发氢气爆炸。为了防止氢气发生爆炸对人身安全和设备安全造成危害，规定室内不得装设开关、插座，并应采用防爆型电器”。该条表明蓄电池室存在比空气轻的可燃气体氢;蓄电池室整个的电力装置设计要求按爆炸性气体环境设计。该规范并未按照GB50058-2014 《爆炸危险环境电力装置设计规范》的要求，对爆炸环境范围进行划分，也未对可燃气体浓度是否达到爆炸浓度下限进行说明。国标GB50172-2012中这一强制性条文常常被引用作为电池室应按防爆环境设计的依据，也作为施工验收的重要依据。
那么，国内已实施数据中心项目的实际的情况怎样呢?以电信运营商为代表、以及其它大型数据中心项目的UPS、配电柜和电池架经常是放到一个房间，有些场地情况比较紧张的项目也采取合并房间的设计。但是UPS、配电柜、精密空调是不防爆的，那么光灯具、开关等按防爆要求设计，是否有自相矛盾之嫌呢?
从这一问题可以看出，当规范的更新落后于行业的快速发展时，它可能会成为一种阻碍。
由衷的希望有关规范能够及时地更新，更具有前瞻性，让规范真正起到对规划设计和实施的指导意义，还规范的本来面目。
痛点四
铅酸蓄电池寿命普遍在5~6年，好的在7~8年。如何更好的与数据中心生命周期匹配，从而降低总的应用成本，是摆在数据中心行业人士面前的一道难题。
可能的两条途径：
1.依靠技术的进步。蓄电池技术的革命一定会深刻地影响数据中心行业未来的发展，大容量、长寿命电池技术的研发，需要研究数据中心行业特点，与数据中心生命周期对接，从而更符合数据中心行业的需要。
2.科学的运维，监测。通过对蓄电池系统科学的运维管理，监测维护，及时发现故障隐患，从而客观上延长了蓄电池的使用寿命，降低了总体拥有成本。
痛点五
蓄电池对于环境的耐受性提高，有利于数据中心降低能耗。目前，铅酸蓄电池对于环境温度的要求还是比较高的，其相当佳工作温度为20~25 ℃。有关资料显示，当环境温度在25℃时，温度每升高6~10 ℃，阀控蓄电池的寿命缩短一半，电池循环寿命缩短。当环境温度降低时，电池可用容量迅速降低。高温型阀控电池的研究为进一步降低能耗带来了曙光。目前在野外，通信基站机房已经有应用高温型阀控电池的案例。未来随着高温型电池制造成本的降低，再考虑对空调需求的降低所产生的节能效益，相信高温型电池技术会是未来数据中心采用的一种技术方向。
痛点六
在UPS及电池厂商二次深化过程中，电池系统直流电缆及连接条等附件的选择是否满足放电要求，安装质量是否满足要求，这些如果处理不好，可能成为事故的故障点。
因为各厂家UPS技术的不同，一般在项目中标后会有二次深化的过程，其电池系统电缆及附件等往往成套由UPS厂商提供，这样做的好处是工程的接口少，有利于责任的划分。不利之处在于：其配套选型能力及附件质量完全依靠其技术能力和信誉，前列厂家相对更可靠。已经有因电缆及附件问题导致火灾事故的情况，需要引起足够的重视。