山顿ups不间断电源HT33-80K在线式

塔式UPS与模块化UPS投资对比分析

本文价格估算的主要假设如下:200kVA左右容量塔式UPS价格为A,200～400kVA(不含400kVA)单位功率价格与200kVA一致,400～800kVA塔式UPS单位功率价格为200kVA的90%,模块化价格在塔式的基础上上浮30%(考虑随着模块化市场充分竞争,模块化UPS回归合理价格)。

1 同等基本容量下投资对比

并联冗余系统是Tier2及Tier3等级数据中心对UPS系统的要求,其实质是消除UPS功率部分的单点故障。针对此类场景,塔式UPS系统一般采用N+1并机的方式,而模块化UPS可采用功率模块N+X冗余。功率模块N+X冗余通过配置不同的数目的冗余功率模块,可达到可靠性。一般情况下,采用每5个功率模块冗余1个模块的配置方式。根据需求模块化UPS也可采用机架冗余的方式。因为对于备电时间相同的同容量系统,无论是模块化还是塔式UPS,配电与电池投入基本相当,不再包含在比较范围内。表1对常用的200kVA、400kVA和500kVA基本容量需求时在模块化UPS模块冗余、机架冗余及塔式UPS冗余三种方案下的投资对比。

由表1可知,模块化UPS可通过N+X配置大幅节约投资,而模块化机架冗余方案投资较高,主要来源于单价的差异。对于2N系统,模块化UPS同样因单价比塔式高30%,主机费用也会相应高出30%。2(N+X)配置时的分析等同于并机冗余系统,取决于模块化UPS的配置。

但需要注意的是,虽然模块化UPS机架冗余方案初期投资相比塔式UPS略高,但在10年的生命周期内,其总拥有成本TCO远低于塔式UPS,主要有以下几个方面的原因:

·模块化UPS一般具备更高的输出功率因数,满足同样的负载需求,实际基本容量需求可能会略小于塔式机;

·塔式机的一体化设计造成运输及安装困难,工程成本提高;

·塔式机运行效率一般比模块化UPS低2%,假定300kW负载,塔式、模块化机架冗余和模块化UPS模块冗余运行效率分别为93%、95%和96%,空调COP为3,UPS系统容量为500kVA,假设A为20万元,那么三种配置的TCO(仅考虑初期投资与电费)如图1所示。由图1可见,即使采用模块化UPS机架1+1冗余方案,在3.5年内节约的电费收益即可与初期多投资的成本持平,之后则模块化TCO低于塔式机;在不考虑能源成本增长的条件下,10年的生命周期内模块化机架冗余方案可节约约50万元;如果使用模块化UPS模块冗余方案,则可节约130万元以上。

·模块化UPS带来额外的可用性优势可减少服务费用并大幅降低业务中断风险。热插拔设计使维护扩容非常简单,在有备件的情况下10min运维人员即可通过更换故障单元快速消除故障,而塔式UPS故障则需要原厂处理,下电维护,故障恢复周期长,使业务断电的潜在风险大大增加。

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2 考虑扩容时模块化与塔式UPS投资对比

(1)模块化UPS可更实现“按需投资”

因为扩容带来的潜在风险,塔式UPS难以实现随负载增长而扩容的建设模式。对于传统塔式UPS,即使配电系统输入输出开关已配置,要实现扩容也必须购买原厂服务,且扩容过程操作复杂,易引入断电风险,所以在可能的情况下,用户需要尽量避免扩容操作,而是考虑未来数年的扩容需求,并依据未来满负荷状态规划UPS系统容量。

而模块化UPS以其在线扩容的特性可轻松实现边成长边投资。模块化UPS客户只需将机架容量配置到位,当负载增长时,客户自主添加模块并在操作屏幕上进行简单操作即可完成扩容。此外,模块化UPS单模块颗粒度相比传统塔式UPS更小,从而可根据负载需求,更匹配负载容量,实现的按需投资,达到的经济性。

因扩容性难易不同,对于塔式UPS系统来说,适合的建设方式是UPS按终负载容量购置。而模块化UPS系统来说,合适的建设方式是配电按终容量购置,而UPS边成长边扩容。

(2) 配电应按终需求容量配置

出于成本与后期扩容难易程度两个因素的考虑,UPS输入输出配电应按终容量需求配置。在扩容为计划扩容时,UPS配电系统的ATS、防雷图、总输入空开、总输出空开、输入和输出母线均应按终容量配置,而测量、显示仪表及机架等造价相对较低,那么实际上按终需求配置和不按终需求配置的差别只是主路空开、旁路空开和输出空开三个空开,其价值相比与整个机房投资比例非常小,按终容量配置并不会导致机房投资大幅增加,反之,扩容时新加入UPS的从输入母线引电与并联会大幅增加工作量和施工难度,因此UPS输入输出配电系统应按UPS终配置预留好扩容接口。下文的分析均基于配电已按终容量需求配置这一假设。

(3)不同配置下UPS系统初期投资对比

如上所述,塔式UPS系统建设的策略是“一步到位”,按终期容量需求配置UPS。在实际应用中,考虑初期投资或未来需求难以评估时,也有采用分期投入方式。下文以如下需求为例,对不同建设方式的投资进行分析:假设初负载基本容量为200kVA,后续负载基本容量将扩展为400kVA,电池系统备电15min。电池系统投资按为1+1系统主机投资的2/3估算。

表2、表3和表4给出了N+X配置下的投资对比情况。可见,模块化UPS的建设方式比起传统上塔式UPS按终负载容量配置的建设方式可大幅节约初期投资成本。而在N+X配置与2N配置时,虽然模块化UPS初期投资比塔式UPS分期建设方案投资稍高,但前期建设难度低,后期扩容无风险,且扩容可根据负载匹配,实现投资回报率。塔式系统的扩容则必须选用同容量同型号机型。当负载率较低时,模块化UPS还可以有更多的功率模块处于冗余状态,从而提升容错能力,进一步改善了可靠性。

3 结束语

通过上文的分析可以发现,得益于其边成长边扩容的特点,模块化相比传统塔式UPS,初期投资可大幅降低,而在整个生命周期内因为高效率、易维护性等优异特性,模块化UPS具备了更低的TCO。除此之外,模块化UPS使施工的简易性、系统的可维护性与可靠性都得到了大幅提升,是各类需要保障不间断运行的关键业务的选择。