數據中心和電網之間的關係(二)

2020-12-04 帶翅膀的馬

一、數據中心OPEX電費——成本分析

OPEX是數據中心用戶最常用的一個詞。電費在數據中心OPEX(Operating Expense)中佔據了相當大的比例。事實上,在中國的各個省市和地區,電費並不是完全統一的,存在著差距。關於電費,可以參見國家電網或南方電網各地的相關網站去了解電費計算方式。下文希望通過介紹這些方式和構成,讓讀者可以清楚地看到自己數據中心的電費構成,對電費成本有一個更清楚的理解,並結合自身實際情況,找到如何合理降低電費的方法。

1、用戶站最大需量

對於國家電網或南方電網而言,對於用戶電費有準確的定義,即根據用戶實際需求來進行計算費用。單位是按照元/千瓦*月。(這個容量一般是按照用戶申請的負載率的變壓器容量進行計算的)

2、變壓器容量

一般情況下,是按照用戶申請的電壓等級的變壓器容量來計費的,即通俗理解為單位變壓器的容量和變壓器數量的乘積。單位是按照元/千伏安*月。

3、基本電費

對於基本電費,按照需量或者容量收取電費。如果按照容量計收基本電費:基本電費=變壓器容量*容量基本電價。如果按照需量計收基本電費:基本電費=最大需量*需量基本電價。

對於數據中心用戶而言,需要關注以下幾點:

(1)需量基本電價和變壓器容量基本電價是不同的,需量的基本電價貴,容量的基本電價便宜。(舉例:根據上海市非居民用電的電價,可以看到,最大需量42元/千瓦*月,變壓器容量是28元/千伏安*月)

(2)數據中心用戶可以根據自身負載的容量規劃和實際變壓器利用率來進行選擇,這兩種計算方式的核心是變壓器利用率的不同。即如果數據中心剛投入早期的時候,變壓器利用率很低的情況下,按照需量計費,電費比較低,但如果利用率到達了一定比例,可能按照容量計費更合適。全國各地對於需量和容量的百分比都有明確的定義,用戶可以根據自己的電氣架構和容量利用率採取不同的策略。(舉例:根據上海市非居民用電基本電費中的需量和變壓器容量的單價,28/42=66.7%,即如果變壓器使用率沒有超過該比例,申請最大需量作為基本電費比較合適,如果超過該比例,申請變壓器容量作為基本電費更有助於優化成本。)

4、電度電價

不同電壓等級,電度電價也是不一樣的。通常情況下,電壓等級越高,電度電價越低。通俗理解,即35KV的電度電價比10KV的電度電價要便宜,110KV的電度電價比35KV的電度電價要便宜。(舉例:上海市電價35KV的電度電價比10KV的電度電價便宜2分錢左右。)

5、電費類型

全國各個地區的電費類型也存在著不同。也有很多分類,在這裡,選取最常見的幾種分類做個簡單分類和介紹。一般而言,有以下幾種分類:

居民生活用電大工業用電一般工商業用電非工業用電農業生產用電其他類型用電

數據中心的用戶一般適用於工商業用電,這裡不去對每種類型的定義作更多的陳述,或者僅僅做簡單的複製粘貼工作,想說明的是,數據中心用戶可以根據全國各地的實際情況,去考慮用電類型的使用和適用。而以上幾種類型的不同的最直接或者是最重要的區別是電費的不同,進而影響數據中心OPEX(Operating Expense)。

關於電費策略的問題:從站在數據中心運營的立場來看,更現實的是如何降低運營成本,如何降低電費才是更直接的想法。這裡所描述的策略,不是一個單純的選擇問題,而是數據中心運營者要根據自己的實際情況(比如負載變化率,峰平谷電價,夏季非夏季電價等)進行動態調整。不同數據中心負荷階段,數據中心用戶用電申報策略,進行不同電價優化。(舉例:從無基本電費的商業電價,過度到按最大需量的大工業用電策略,最終達到按變壓器容量報裝基本電費的三步走策略)

6、多迴路供電容量費

對於數據中心用戶而言,如果等級高於Tier2(或者B類機房)的情況下,通常需要多迴路引入,而對於中國的數據中心用戶而言,通常需要2路市電引入,因此對於國家電網或南方電網的電費收取而言,還涉及到多迴路供電容量費。以上海市為例,可以從國家電網上海市電力公司官方網站上查詢到多對於多迴路供電容量費的定義和收取方法。對申請新裝或增加用電容量的兩路及以上多迴路供電(含備用電源、保安電源)的客戶,除供電容量最大的供電迴路外,對其餘供電迴路按供電容量或增容部分收取多迴路供用電容量費。容量(單位:千伏安)按以下公式計算:

申請新裝的客戶,收取多迴路供電費的容量=(多迴路總容量)-(最大一路迴路容量)。

這筆費用是一個固定的費用,不同電壓等級的容量費也是不同的。

二、數據中心用戶站CAPEX

1、外線成本

數據中心在考慮能源(這裡特指電)輸入的時候,需要向電網購買,在自己數據中心園區或者建築內建設數據中心電力用戶站,從電網的上一級電力站拉電力電纜,把電傳輸到數據中心用戶自建的用戶站之間的電纜和路由,通常被稱為電力外線,這部分電纜和路由需要數據中心用戶向電網支付費用,即外線費用。根據電壓等級不同,距離不同和其他影響因素,該部分的費用在全國各地也會不盡相同,通常以公裡為單位計算,按照電網結構和數據中心的特點,一般是2路外線引入,其所花費的路由也是按照兩路的長度作為計算的。

不同地區在這部分的計費方式也是不同的。(舉例:全國各地對於這部分的成本已經轉變為定額業擴工程費用按照每路電源供電容量收取,具體收費標準可參見各地發改委相關網站和當地國家電網相關網站)

站在數據中心的立場上,這部分內容不僅僅是個單純成本的問題,還涉及其他需要考慮的因素。下面列舉了一些需要思考的角度供參考:

(1)合理性:接入級別、變電站選擇、路由規劃、徵地外復用線路。

(2)經濟性:外線電纜類型的選擇、外線電纜規格的選擇如240/300/400/630等。

(3)擴容:往往是先建10KV或35KV,再依據業務擴充至110KV或多個10KV和35KV,那外線的可升級性和可復用性則需要規劃和考慮,包括是否直埋入地,是否架空,是否有綜合電力管溝等。)

2、用戶站

對於絕大多數採用國家電網的能源建設數據中心而言,隨著對電力容量需求的增大,通常情況下,最為可能的是建設電力用戶站,而往往這個電力用戶站是專為數據中心服務的。為了讓讀者可以相對比較簡單地理解,並做出判斷,在這裡,對數據中心用戶選擇電力用戶站的關鍵點做個簡單介紹和闡述。

核心關鍵:電力容量和用戶站分類的關係。

通常情況下,電力用戶站有以下選擇:

(1)10KV用戶站:在這個電力等級,雖然有理論的最大傳輸電力容量,但考慮到國家電網的管理和安全等因素,又由於各地的實際情況有很大差異,用戶可申請到的一個10KV中壓用戶站所能提供的容量理論上限通常在20MVA左右,但是在實際情況差距巨大,例如,上海地區的一個10KV中壓用戶站是不能大於8000KVA的容量,目前,10KV接入在中國數據中心採用市電引入佔絕對比例。

(2)20KV用戶站:目前,在國家電網的部署中尚屬小眾,主要針對的是新建,並且只在部分省市的部分地區試用。在數據中心行業案例非常少,在江蘇省有這樣的數據中心應用案例。其電力容量理論上是10KV的2倍。(主要集中在蘇州工業園和香港地區)

(3)35KV用戶站:通常而言,35KV用戶站的兩路總容量不超出40000KVA,雖然理論上可以到60000KVA這個級別。目前,在數據中心行業,35KV案例比較少,在上海有這樣的案例。當然,對於35KV這個級別,用戶有兩種選擇,第一種是直接將35KV變到低壓380V,第二種是將35KV先變到10KV,然後再將10KV變到低壓380V這個電壓等級。(備註:這兩種架構都可以完成,山東青島某數據中心採用的是35KV直降380V的案例)

(4)110KV用戶站:10KV用戶站:110KV的上一級別是220KV,通常這個級別的用戶站電力最大量可以做到100000KVA,甚至更大容量。目前,在中國,對於已經建設完成的數據中心,截至到截稿前,只有工商銀行上海嘉定同城數據中心這一個案例。當然,如果用架構的方法來看待,這個級別更適合數據中心園區,110KV需要變到10KV或者20KV,最後再變到低壓380V。

對於數據中心投資者或者運營者而言,對用戶站的關注需要特別重視,因為畢竟大多數的數據中心還是以國家電網的電力作為能源輸入,其容量直接決定了數據中心的容量。

同時,需要考慮容量和成本之間的關係。不僅僅是CAPEX,也包括OPEX,在本文前面論述過電費成本的問題,讀者可以根據具體情況,自行計算模型,進行推演。

3、設備部分

這裡所提到的設備,特指的是數據中心用戶在電力用戶站中所需要的電力設備。通常情況下,包括高、低壓配電櫃,變壓器和一些必要的配套電力設施。

4、建築部分

這裡的建築部分並不是數據中心或者數據中心園區的整體建築,而是特指對於國家電網的輸入用戶站所需要的建築。通常情況下,國家電網對於用戶站所需要的建築部分有明確的一些條件,諸如面積,位置,層高和承重等。數據中心用戶可以選擇設計單位進行設計。

對於絕大多數情況下,數據中心的用戶站都是依託於建築的。

5、用戶站建設成本

數據中心的用戶站建設成本這裡特指的是市電進入用戶站所需要的電力設備成本,包括但不限於諸如高壓開關櫃,低壓開關櫃,變壓器,母線等。除了設備成本之外,還需要考慮設備安裝的施工費用,高可用性成本、徵地或路由成本、外線成本、變電站設備、建築成本、施工成本、設計成本、驗收測試成本等。

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