數(shù)據(jù)中心大工業(yè)用電盈虧平衡分析

邵正忠

（中國電信股份有限公司南京分公司，江蘇 南京210008）

0 引 言

工業(yè)和信息化部、電監(jiān)會等五部委聯(lián)合發(fā)文明確“數(shù)據(jù)中心，符合大工業(yè)用電條件要求的可執(zhí)行大工業(yè)用電電價”（見工信部聯(lián)通〔2013〕13號）。但是通信企業(yè)對大工業(yè)用電的計費方式不是太了解，選擇何種計費方式、在何種情況下采用大工業(yè)用電節(jié)省電費顯得尤為重要。

1 大工業(yè)用電計費規(guī)則

大工業(yè)用電一般采用“兩部制電價”，就是將電價分為基本電價和電度電價兩部分，計算電費時將按用電容量乘以基本電價和按電量乘以電度電價所得的電費之和作為總電費的計算辦法。即：

基本電費＝用電容量×基本電價；

電度電費＝電度電量×電量電價；

電費＝基本電費＋電度電費＝用電容量×基本電價＋電度電量×電量電價。

其中，用電容量有兩種選取方式，一種是按受電變壓器容量（即變壓器容量）計取，稱為容量計費；一種是按企業(yè)用電最大需量計取，稱為需量計費。計算時兩者選其一。電度電量指電度表計量的電費，每月按表讀數(shù)。

采用需量計費時，若需量不足容量的40%，按40%計取。

基本電費與電量電費各省市不一致，下面舉例分析時以南京市的電價為例，如表1、表2所示。

表1 電量電價（單位：元／度）

表2 基本電價

2 大工業(yè)用電方案

為了比較不同大工業(yè)用電方案的優(yōu)劣及其適用場景，分別采用不同的模型進行分析。

以下為分析的已知條件：

A．假設(shè)總負(fù)載（含空調(diào)）是一個相對恒定的負(fù)載X，單位kva；

B．假設(shè)月峰段平均PUE＝月平段平均PUE＝月谷段平均PUE；

C．假設(shè)功率因數(shù)為0．95；

D．變壓器容量為Y，單位kva；

E．負(fù)載系數(shù)η＝X／Y；

F．月計算天數(shù)為30。

2．1 采用容量計費（非機房類負(fù)載為0）

假設(shè)非機房類負(fù)載為0；則：

未采用大工業(yè)用電時：

月電費1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電容量計費時：

月電費2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×30；

若，節(jié)電費＝月電費1－月電費2＞0，則η＞26．3%；

節(jié)電率＝1－月電費2／月電費1＝19．22%－5%／η＜14．22%。

采用容量計費（非機房類負(fù)載為0）節(jié)電率見圖1。

圖1 采用容量計費（非機房類負(fù)載為0）節(jié)電率

結(jié)論：采用容量計費，當(dāng)負(fù)載率大于26．3%時，采用大工業(yè)用電節(jié)省電費。滿載時，節(jié)電率最大為14．22%。

2．2 采用需量計費（非機房類負(fù)載為0，未進行市電切換）

假設(shè)：非機房類負(fù)載為0。最大需量自動采集。對于兩路市電母聯(lián)供電的場合，未開展市電倒換由母聯(lián)帶全部負(fù)載。則：

未采用大工業(yè)用電時：

月電費1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電需量計費時：

當(dāng)η＞40%時，

月電費2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋X×40；

節(jié)電費＝月電費1－月電費2＞0，恒成立。

節(jié)電率為：12．48%。

當(dāng)η＜40%時，

月電費2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×40%×40；

若，節(jié)電費＝月電費1－月電費2＞0，則η＞14．0%；

節(jié)電率＝1－月電費2／月電費1＝19．22%－2．7%／η＜12．48%。

采用需量計費（非機房類負(fù)載為0，未進行市電切換）節(jié)電率見圖2。

結(jié)論：不考慮市電倒換造成需量增加一倍時的情況，需量占變壓器容量大于14%，采用大工業(yè)用電節(jié)省電費。負(fù)載系數(shù)大于40%時，節(jié)電率始終為12．48%。

2．3 采用需量計費（非機房類負(fù)載為0，考慮市電切換）

假設(shè)：非機房類負(fù)載為0。最大需量自動采集，對于兩路市電母聯(lián)供電的場合，考慮開展市電倒換由母聯(lián)帶全部負(fù)載，需量增加一倍的情況。則：

圖2 采用需量計費（非機房類負(fù)載為0，未進行市電切換）節(jié)電率

采用一般用電時：

月電費1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電需量計費時：

當(dāng)η＞20時，

月電費2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋2×X×40；

節(jié)電費＝月電費1－月電費2＞0，恒成立。

節(jié)電率為：5．73%

當(dāng)η＜20%時，

月電費2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋2×Y×40%×40；

節(jié)電費＝月電費1－月電費2＜0，恒成立。

節(jié) 電 率 ＝1－月 電 費 2／月 電 費 1＝19．22%－13．49%／η＜－48．23%。

采用需量計費時（非機房類負(fù)載為0，考慮市電切換）節(jié)電率見圖3。

圖3 采用需量計費（非機房類負(fù)載為0，考慮市電切換）節(jié)電率

結(jié)論：采用需量計費時，考慮到市電倒換造成需量增加一倍時的情況，負(fù)載系數(shù)大于20%時，節(jié)電率始終為5．73%。負(fù)載率低于20%時，采用大工業(yè)用電不節(jié)省電費。

2．4 需量與容量比較（非機房類負(fù)載為0，不考慮市電切換）

假設(shè)非機房類負(fù)載為0，最大需量自動采集。對于兩路市電母聯(lián)供電的場合，未開展市電倒換由母聯(lián)帶全部負(fù)載。

容量計費時：

月電費1＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×30；

需量計費時：

當(dāng)η＞40%時，

月電費2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋X×40；

若，月電費2＜月電費1，則η＜75%；

當(dāng)η＜40%時，

月電費2＝X×0．95×1．112×8×30＋X×0．95×0．667×8×30＋X×0．95×0．322×8×30＋Y×40%×40；

月電費2＜月電費1，恒成立。

結(jié)論：在容量計費與需量計費方案比較時，不考慮市電切換造成的需求倍增，當(dāng)負(fù)載系數(shù)低于75%時，采用需量計費比容量計費節(jié)省電費。

圖4 需量與容量比較（非機房類負(fù)載為0，不考慮市電切換）

2．5 采用需量計費（非機房類負(fù)載不為0，不考慮市電切換）

假設(shè)最大需量自動采集，不考慮市電切換時需量增加一倍的情況。

非機房類負(fù)載＝αX，單位kva。其中α為非機房類負(fù)載系數(shù)。

機房類負(fù)載＝（1－α）X，單位kva。

則：

采用一般用電時：月電費1＝X×0．95×0．867×24×30；

采用大工業(yè)用電需量計費時：

當(dāng)η＞40%時，

月電費2＝（1－α）X×0．95×1．112×8×30＋（1－α）X×0．95×0．667×8×30＋（1－α）X×0．95×0．322×8×30＋αX×0．95×24×30×0．867＋X×40；

節(jié)電費＝月電費1－月電費2＞0，恒成立。

節(jié)電率＝12．48%－19．22%α；

當(dāng)α＝20%時，節(jié)電率為8．64%。

當(dāng)η＜40%時，

月電費2＝（1－α）X×0．95×1．112×8×30＋（1－α）X×0．95×0．667×8×30＋（1－α）X×0．95×0．322×8×30＋αX×0．95×0．867×24×30＋Y×0．4×40；

若，節(jié)電費＝月電費1－月電費2＞0，則η＞14．04%／（1－α）；

節(jié)電率＝19．22%－19．22%α－2．7%／η；

當(dāng)α＝20%，η＝30%時，節(jié)電率為6．38%。

結(jié)論：總電量中當(dāng)非機房類負(fù)載較大時，會降低節(jié)電率。若辦公電費占到20%，節(jié)電率下降3．84%。

圖5 采用需量計費（非機房類負(fù)載不為0，不考慮市電切換）節(jié)電率

3 結(jié) 論

綜上所述，可得出如下結(jié)論：

（1）數(shù)據(jù)中心一般采用雙路市電供電。當(dāng)初期負(fù)載較低時，采用大工業(yè)用電并不經(jīng)濟。

（2）非通信負(fù)荷占比較高時，會影響節(jié)電率，要將非通信負(fù)荷減少到最低，必要時可以從供電公司單獨引一路市電。

（3）在容量計費與需量計費方案比較時，不考慮市電切換造成的需量倍增，當(dāng)負(fù)載系數(shù)低于75%時，采用需量計費較經(jīng)濟。考慮到電池充電及空調(diào)冗余，一般通信負(fù)荷低于75%，適用于此場景。

（4）對于雙路供電帶母聯(lián)的系統(tǒng)，考慮到市電切換造成的需量增加，負(fù)載系數(shù)大于20%時，節(jié)電率始終為5．73%，整體節(jié)電率有所下降，一年中建議減少市電帶負(fù)載倒換頻次。負(fù)載系數(shù)低于20%時，不宜帶負(fù)載切換。