成果報告書詳細
管理番号20120000000730
タイトル*平成22年度中間年報 グリーンネットワーク・システム技術研究開発プロジェクト(グリーンITプロジェクト) エネルギー利用最適化データセンタ基盤技術の研究開発 データセンタの電源システムと最適直流化技術の開発
公開日2012/6/29
報告書年度2010 - 2010
委託先名株式会社NTTファシリティーズ 三菱電機株式会社
プロジェクト番号P08017
部署名省エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:
1. 研究開発の内容及び成果等
1) 背景と目的
日本及び米国をはじめとした海外において、データセンタにおける消費電力量は急増しており、省エネルギー化は重要な課題である。データセンタにおける電源システムにおいても、電力変換効率向上のための研究開発や、省エネルギー性能を評価する認証制度など、省エネルギー化の動きが活発化しており、今後は省エネルギー性能が新たな競争軸になりつつある。
そのため、データセンタの電源システムにおける省エネルギー技術の開発は、地球環境への貢献と同時に、産業競争力の観点からも重要な要素となっている。
現在、ICT 装置(サーバ、ストレージ、ルータ等)に電力を供給する方式は、交流給電方式が主流である。データセンタでは、企業の基幹システムが多く運用されており、高信頼な電力供給が必要とされるため、無停電電源装置(UPS:uninterruptible power supply)により高信頼な交流電力を供給している。UPS は、停電・瞬時電圧低下対策用の蓄電池への充電のため、交流電力を一度直流電力に変換し、さらに交流電力に変換してICT 装置に電力供給している。ICT 装置内では、最終的には直流電力が必要となるため、ICT 装置に搭載されている電源(PSU:power supply unit)により、UPS から供給された交流電力を直流電力に変換している。このように、UPS では交流電力から直流電力、直流電力から交流電力に、PSU では交流電力から直流電力に電力変換を行っているが、この電力変換の度に電力変換損失が発生している。また、UPS やPSU は、それらの機器に障害が発生しても、可能な限りICT 装置への給電を継続されるように、冗長化や二重化といった構成となっている。そのためICT 装置の稼動計画と実際の稼動台数との差やICT 装置の情報処理状況に応じた消費電力量の変化により、電源容量とICT 装置の実際の消費電力には乖離が発生し、UPS やPSU は低負荷運転状態となる。一般的にUPS やPSU は、低負荷運転状態では電力変換効率が低下するため、こうした状態における電源システム全体の給電効率は低効率なものとなる。
一方、直流給電方式は、電源装置出力からICT 装置入力までの配電システムの母線電圧を直流とすることで電力変換段数が交流から直流への一段となり、電力変換段数の削減による電力変換損失の削減が可能となる。さらに停電・瞬時電圧低下対策用の蓄電池を母線に直結する、シンプルな電源システム構成が実現でき、高い給電信頼度の確保が可能である。そのため、高効率・高信頼が求められるデータセンタに適した給電方式であり、国内外で特に注目されている。また、直流給電方式は、前述の高効率・高信頼性に加えて、電力変換器を並列接続する場合、電力変換器の出力部分において交流給電方式のように同期をとる必要がなく、さらに電力変換器を介さずに電源システム上の蓄電エネルギーを取り出せるという特長を有する。そのため、ICT 装置の消費電力に合わせて電力変換器の運転台数を制御し、電源容量を適正化(電源アダプティブマネージメント)する電源システムを、直流給電方式を用いて実現することにより、信頼性を落とすことなく、定常的な電力変換損失の削減と同時に低負荷運転状態による電力変換効率の低下を解消することが可能である。
本研究開発では、直流給電方式を用いたデータセンタにおける電源システムの省エネルギー化とあるべき姿の実現のため、電源アダプティブマネージメント技術および直流を利用する上での信頼性・安全性確保に必要な要素技術の研究開発を実施し、その成果により、データセンタにおける直流化技術分野での我が国の先導的な位置づけを確固たるものとすることより、地球環境と我が国の経済再生に貢献することを目的とする。
英文要約(1)Background, objective, and target 1) Background and objective Power consumption in data centers in Japan as well as abroad, such as the USA, is rapidly increasing, and energy saving has become an important issue. For power supply systems in data centers, activities centred on energy saving are increasingly being observed, for example R&D for the improvement of power conversion efficiency and certification systems for the evaluation of energy saving performance. Energy saving performance is becoming a focus of competition. Accordingly, the development of energy saving technologies for power supply systems in data centers is an important factor, not only in terms of its contribution to the global environment but also from the viewpoint of industry competitiveness. At present, the main method of supplying electric power to ICT equipment (server, storage, router, etc.) is AC power feeding. In data centers, where the core systems of many firms are operated, UPS (uninterruptible power supply) equipment is used because a highly reliable power supply is needed. In UPS equipment, the AC power is first converted to DC power to charge up the battery used as a measure against service interruptions and instantaneous voltage drops, and then the DC power is converted back into AC power to feed the ICT equipment. In the ICT equipment, which requires DC power for operation, the PSU (power supply unit) equipped with the ICT equipment is used to convert the AC power from the UPS into DC power. In this way, in the UPS equipment, power conversion from AC to DC, then back to AC is carried out, and in the PSU, power conversion from AC to DC is carried out; each time such power conversion takes place power loss is inevitable. Moreover, UPSs and PSUs adopt redundant configurations or duplicated configurations to continue feeding power to the ICT equipment as much as possible even in the event of equipment failure. Depending on the difference between the number of ICT devices that are planned and the number of active ICT devices, and on the change in the power consumption of the ICT equipment reflecting the condition of information processing, the actual power consumption of the ICT equipment will deviate from the power supply capacity, resulting in low-load operation of UPSs and PSUs. In general, the power conversion efficiency of UPSs and PSUs decreases under low-load operation. As a result, the power feeding efficiency of the overall power supply system is decreased under such conditions. By contrast, for DC power feeding, where a DC voltage is used for power distribution lines from the output of power supply equipment to the input of the ICT equipment, the power conversion from AC to DC alone is required, and the power conversion loss can be reduced by the decrease in the number of stages of power conversion. Moreover, the DC power feeding allows for a simple configuration of the power supply system, where the battery used as a measure against service interruptions and instantaneous voltage drops is connected directly to the DC power distribution line, thus securing highly reliable power feeding. For this reason, DC power feeding is appropriate for feeding power to data centers where high levels of efficiency and reliability are required, and this has attracted keen interest at home and abroad. In addition to the high levels of efficiency and reliability, DC power feeding has the following advantages: one is that for parallel connection of power converters, unlike AC power feeding, synchronization of the output of the power converters is not required; the other is that stored electrical energy in the power supply system can be extracted without resorting to power converters.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る