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施耐德數據中心論壇|模塊化專題(五) 可擴展預制模塊化數據中心成本優勢分析

發表日期:2017-08-11        文章編輯:管理員         閱讀次數:

一、投資成本分析

部署預制化基礎設施模塊比使用相同物理基礎設施組件的傳統部署方式更為快捷和節約成本,其中原因有很多。由于模塊化的供配電系統和制冷系統是以標準化方式建設和安裝數據中心物理基礎設施,因此可以大幅地節省成本。在數據中心所需容量的供配電系統和制冷系統的生產、交付和安裝過程中采用的標準化元件能夠實現良好的規模經濟效益。相反,傳統方式則需根據必須在現場完成的大部分工作專門定制,不同供應商提供的不同元件在經過定制后集成到一個項目中。盡管預制模塊化方案中的材料成本或“系統”成本相對較高,但是初始成本的凈節約值仍然很可觀,具體分析如下:

1. 硬件/軟件成本

硬件/軟件成本包括機械制冷和電氣的物理基礎設施硬件(開關柜、UPS、配電柜、熱交換器、風冷冷水機、泵、過濾器、照明、安保和消防)以及管理和控制系統。對于預制模塊化設施來說,這些系統的成本要高出約40%,因為需要購置額外材料(比如集裝箱外殼的成本)以及將硬件,軟件和控制裝置預組裝/集成到一起所產生的成本。

2. 設計成本

預制化基礎設施模塊首先由研發人員設計,經過測試,最后投入生產。一旦投入生產,設計就已“確定”并將按照這個設計交付產品給最終用戶。而在傳統方式下,設計將有多方參與。電氣承包商、機械承包商、設計師、最終用戶、廠務部門、IT部門和公司高管需要不斷開會討論。設計思路被反復推敲和重新設計,可能還會遇到公司審批流程,而決策往往需要層層批復。

設計成本包括兩方面的成本:設備選型和布局以及場地規劃和施工。如果采用預制化基礎設施模塊,設備選型和布局在工廠就已經完成(計入系統成本),場地規劃和施工也比傳統方式減少了80%的工作量,因為場地規劃和施工會更加簡單,只需要四個人員的參與——結構設計師、土建設計師、電氣設計師和建筑師。而在采用傳統數據中心建設方式時,場地規劃和施工可能會占到項目總成本的5%。

3. 安裝成本

安裝成本包括在現場進行的組裝、集成和試運行所涉及的所有工作。特別是:

1) 系統項目管理–模塊化設施項目由于復雜性降低并且由單一供應商提供全部物理基礎設施,監督成本明顯減少(約60%)。

2) 場地準備和場地項目管理–這項支出包括為水管和電線挖掘的地溝,場地平整和敷設水泥墊層,以及其它一般性現場支出。不論采用哪種方式,這類支出都存在,因此成本基本上是一樣的。

3) 電源和制冷系統安裝–硬件安裝包括設備的拆裝、盤點、整理和組裝相關費用,以及設備之間的互聯和系統開機啟動相關支出。對于基礎設施模塊來說,許多此類工作都可以免除(僅需將模塊放到水泥地板上,然后把模塊接入已有的建筑開關柜,為制冷設備接上水管,然后啟動系統),因此可以節省50%以上的安裝成本。此外,由于現場施工相比工廠組裝的成本更高且耗時也更多,預制化基礎設施模塊還可相應節省更多的成本。比如,一個工廠生產線上的工人將一組預設計標準線纜接入模塊的成本就低于現場由電氣工程師和電工按照“定制”設計進行專門施工。

4) 運輸成本–相比運送傳統現場安裝系統的單件零件和設備來說,預組裝模塊的運送成本要低得多。由于運送更加簡單且更易整理,運送中遭受損失的風險相對較低,因此減少了可能增加的損失成本以及不可預期的時間延誤。

5) 管理/控制系統的安裝和調試–在傳統數據中心內,管理軟件和控制系統的安裝和調試是一項大的支出,并且還需支付費用以將管理系統儀表盤/界面集成到供電和制冷基礎設施中,并且調試控制系統使其達到預期性能(如設定制冷系統以優化節能模式的工作時數和能耗)。但鑒于系統控制的復雜性,對于大多數定制數據中心來說,這是一個永遠無法實現的終極目標。而對于模塊化設施來說,這部分支出已經包含在工廠成本中,軟件和控制系統的調試和優化在工廠內已經完成標準化設置,幾乎不需要任何現場作業,并且數據中心的工作性能也得到改進。

6) 試運行–試運行包含對數據中心設計/施工結果的所有記錄和驗證工作。不同數據中心其試運行的具體步驟也各不相同,但是通常都包含工廠目擊測試,質量保證與質量控制,啟動,功能測試以及系統集成測試。對于模塊化設施來講,工廠目擊測試和質量保證這兩個步驟一般認為不再需要,因為基礎設施模塊已經是標準化、預設計、預集成和預測試的完整系統。這可以節省約25%的成本。

綜上所述,如果數據中心選用供電和制冷基礎設施模塊,那么許多傳統方式的前期設計和施工管理責任將從數據中心業主/最終用戶轉移到解決方案供應商,如下圖所示。在傳統方式下,業主/最終用戶既負責設計解決方案,安裝組件,向各種供應商采購設備,或者雇傭和管理承包商來完成這項工作。相反,由于設施供電和制冷模塊已在工廠內預先安裝,業主/最終用戶可以不再處理這些耗費時間的工作(無需逐一查找所需的設備,無需管理送貨進度,無需或只需與極少的施工承包商接洽)。

二、運營成本分析

運營成本主要包括如下兩個方面的成本-能源成本和維護成本,具體分析如下:

1. 能源成本

傳統電氣和制冷的能耗比同等的電源和制冷預制化基礎設施模塊的能耗更多。這主要是因為預制化模塊可以更好地集成供電和制冷系統的控制裝置(當與制冷系統的控制裝置協調運作時,這一優點尤其突出)。以冷水機組的控制為例,冷水機組、冷卻塔、水泵和閥門的協同工作的調試是一項龐大的工作,節能冷卻模式更進一步增加了它的復雜性。事實上,正是因為其復雜性所導致的額外能耗增加,很多時候在設計時會放棄節能冷卻模式。

控制系統的復雜性使得傳統數據中心的PUE很難被預測。但是基礎設施模塊的PUE是可預測的,因為設備采用標準化元器件已預先測試,控制裝置已提前完成相互協調工作的調試。將一個1MW的傳統數據中心建設在美國密蘇里州圣路易斯市內,負載率在50%,平均功率密度為6kW每機架,并配置高架地板、冷水機組、變頻器(VFD)、水控裝置以及節能冷卻模式,它的PUE一般為1.75。可與之相對應的預制模塊化數據中心已經過測試和分析,其測得的PUE可為1.4或更佳,反映在電費上即是預制模塊化數據中心可以節約20%的電費。

下圖所示為前期設計建造的數據中心PUE與隨負載增加而擴建的數據中心PUE的比較圖。在數據中心生命周期早期,由于負載很小,預先建造的數據中心會產生很大的能效代價。對于現實建造的數據中心,按需規劃最多可削減電費50%。按需規劃帶來的顯著經濟效益是數據中心行業向模塊化、可擴展基礎設施解決方案發展的一個關鍵因素。

2. 維護成本

成本節省的機會在于模塊化設施的維護成本的降低。雖然現在必須在更為緊湊的空間里實施維護工作,但是最終用戶可以通過簽訂“一站式”預制化模塊維護服務來節約成本。最終用戶無需與多個供應商簽署不同的條款,而只需要簽署一份合同就可以獲得一個或兩個“大型”預制化基礎設施模塊的完整維護服務。在這種情況下,將由一家承包商全面負責基礎設施模塊的正常運行。這種方法非常簡便,因為數據中心業主不再需要自己花費時間去追溯哪個供應商應該負責處理意外事故。在傳統數據中心,許多零件和部件(水管、電氣裝置、電源系統、制冷系統和機架)通常由多家不同的供應商提供維護支持而他們之間相互推諉責任的情況時常發生。軟件/管理升級也可以節省成本。由于不再需要為大量產品分別定制代碼,數據中心設施供電和制冷模塊可以讓用戶一次性對標準固件進行整體升級。

 

三、成本比較舉例

下面我們將假設兩個實際IT負載一樣大小的數據中心,一個是采用傳統方法建設的數據中心,另外一個是采用預制模塊化方法建設的數據中心,如下表所示:

相比之下,預制模塊化數據中心所獲得的成本效益是顯而易見的。預制化設施模塊的模塊化性質決定了擴容和按需規劃能夠恰如其分地滿足數據中心的實際負載需求。這一性質經與當今的配電和供冷技術相結合,獲得的結果是:比傳統數據中心的TCO節省近30%(其中,資本支出27.2%,運營成本31.6%)。投資成本的節省如下圖所示:

運營成本的節省如下圖所示:

 

四、成本之外的優勢分析

除成本節省這一優勢以外,數據中心業主還有其它原因去支持其采購預制化基礎設施模塊:

1)  可預測的效率–基礎設施模塊根據設計中的實測數據可以讓用戶將預期效率載入規格書,讓制造商公開該預期效率。這種可預測性對于注重能效的公司來說非常具有吸引力。

2)  移動性–如果可移動性作為一個考慮指標,那么預制化基礎設施模塊在這方面將有不錯表現。假設一家公司需要部署數據中心供電和制冷設備,但是它的場地租期只有18個月。如果場地租期到期后不續約,這家公司就需要將他們的物理基礎設施(供電和制冷)搬走而不是將它們丟棄在原租賃的場地。

3)  其它財務利益–從財務角度來說,預制化基礎設施模塊應被歸入“設備”類別而不是“建筑”類別。這很可能會帶來一些稅費,保險和財務方面的利益。當然,各地和各區的稅法、保險政策和采購/租賃合同各有不同。因此,應事先確認這類財務收益在您的具體狀況下是否存在。

4)  緩解不確定性–如果未來增長存在高度不確定性,預制化基礎設施模塊將是一個可行的選項。它的擴展靈活性和按需配置的特點可以幫助將風險降到最低。

5)  加快部署速度–傳統數據中心從概念設計到試運行,再到交付可能需要花費2年的時間。而安裝啟用速度對業務而言往往非常關鍵。那些期望數據中心能夠盡早交付使用的用戶公司非常看重時間成本(比如,期望將新產品首家推出市場的公司)。而預制模塊化數據中心從概念設計到試運行只需不到傳統數據中心一半的部署時間。

6)  簡化培訓–基礎設施模塊可以極大程度上簡化對工作人員的培訓,因為模塊全部采用標準化設計并使用系統級別的界面進行操作。這樣工作人員變動時,對數據中心造成的風險較小。

 

五、結論

傳統數據中心的設計一般都會有意多預留部分容量,因為后期對運行中的數據中心內的供電和制冷容量進行擴容難度較大,成本較高。這往往會因人們過于保守而影響容量規劃,然后導致產生過高的前期投資成本以及數據中心長期運行效率低下的后果。另一方面,預制化設施模塊采用標準的模塊化架構,這使得根據實際的動態需求來增容或降容的操作更便捷,其合理部署有助于杜絕產生浪費資源的過度規劃傾向。與現今投入運行、過度規劃的常見數據中心相比,模塊化架構經與高效的集成式供電和制冷技術相結合,可實現節省30%總擁有成本的目標。

 

文章摘自施耐德電氣信息技術

 

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