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成果報告書詳細
管理番号20170000000870
タイトル平成27年度ー平成28年度成果報告書 国際エネルギー消費効率化等技術・システム実証事業/米国におけるデータセンターに関するHVDC(高電圧直流)給電システム等実証事業
公開日2018/3/16
報告書年度2015 - 2016
委託先名株式会社NTTファシリティーズ
プロジェクト番号P93050
部署名省エネルギー部
和文要約昨今、スマートフォンやタブレットといったモバイル端末の普及によりインターネットの使用が拡大している。また、クラウドサービスなどの拡大により、情報通信に伴うトラフィック量が爆発的に増加している。データセンターにおいても設備増設等に伴い、消費電力が年々増加しており、省エネルギールギー対策が急務となっている。
データセンターでは、停電時のバックアップ電源として無停電交流電源装置(以下、UPS:Uninterruptible Power Supply)等の交流給電システムが用いられており、電力損失の削減に向けて効率化が進められている。
一般的にサーバー等のICT機器の電源部(以下、PSU:Power Supply Unit)は交流給電システムから供給された電力を直流に変換してマザーボード等に電力供給される。そのため、ICT機器に対して直流で給電することで、交流-直流の変換段数を削減することができ、電力損失の削減が期待できる。
これまで、NTTファシリティーズでは、ICT機器に直接直流で供給できる高電圧直流(以下、HVDC:High Voltage Direct Current)給電システムを開発し、日本国内において実証試験を実施している。これまでの実証試験を通し、蓄電池や燃料電池等との組み合わせにより東日本大震災時でも継続して給電継続できるという高い信頼性が期待できることを実証している。
HVDC給電システムの事業展開に向けて、既存の交流給電システムに対する省エネルギー性能の実証とともに認知度の向上が必要であることから、世界のデータセンター市場の40%以上を占める北米においてHVDC給電システムを導入し、電力損失削減効果を検証した。
 本実証事業では、データセンター事業者に課せられる税負担が軽く、データセンター事業者が今後進出する可能性が高く、北米全土からの利便性が高いテキサス州において、様々な業界関係者が集まるテキサス大学オースティン校のデータセンターにおいて、HVDC給電システムを構築し、世界で初めてスーパーコンピューターに直流で給電し、既存の交流給電システムに対する電力損失削減効果を実証した。また、世界で初めて太陽光発電システムと直流で直接接続し、2016年9月から2017年10月までの6か月間における商用電力削減効果を実証した。
実証試験の結果、同信頼度を有する交流給電システムと比較して、約17%の商用電力削減効果が得られ、実証試験期間を通じてCO2の削減効果として75tを達成した。
また、データセンターの効率についてもDPPE※2(Data center Performance Per Energy)を指標として評価を行った。その結果、DPPEの一つの指標であるPUE(Power Usage Effectiveness)が交流給電システムと比較して改善が見られた。
本報告書では、北米におけるHVDC給電システムに関する業界動向、テキサス大学オースティン校へのHVDC給電システムと太陽光発電システム等の構築、実証結果、普及活動の詳細について報告する。

※1 高電圧直流給電システム
   外部から供給された交流電力を内部のICT危機に給電する過程で行われる、交流ー直流、直流ー交流の電力変換回数を減らすことで、データセンター全体の電源変換効率の向上を図れ、かつ、交流給電システムに加えて高信頼度な給電システムである。電源装置からICT装置への供給は直流380Vで供給され、従来設備に比べて、配線の占有スペースの削減も期待できる。

※2 DPPE
   グリーンIT協会が推進しているデータセンター全体のエネルギー効率を表す新しい指標である。DPPEを用いることで、ICT機器も含めたデータセンター全体の効率性を客観的に評価することができる。
英文要約Normally, AC power feeding system is used to supply power in data centers and UPSs (Uninterruptible Power Supply) are built in as backup power sources for use in the event of power outages. While improvements in the efficiency of UPS’s have succeeded in reducing power loss, nevertheless, power loss still remains a problem.
HVDC (High Voltage Direct Current) power feeding systems are highly efficient and highly reliable systems in comparison with the AC power feeding systems. And also DC power is expected that it has the advantage of being highly compatible with many renewable energy and power storage systems. Since data centers in the US are being required to apply energy conservation and renewable energy, we therefore assume that the need for HVDC power feeding systems will increase.
To demonstrate the effectiveness of HVDC power feeding system compared with same reliable AC power feeding system and the combination with a renewable energy source such as a solar power generation system, a verification system that combines a 300kW DC power system and a 200kW solar power generating system has been built in the University of Texas at Austin. As the method of controlling the HVDC power feeding system, we applied control over the control of number of units in operation which always maximizes the efficiency of the power system by controlling the operating, standby, and halt statuses of the power module in response to the power consumption state of the load.
The targeted value of energy saving effect by the solar-combined HVDC power feeding system was over 15%. The term of this demonstration was six months, from September 2016 to February 2017.
As a result of the demonstration, it was found that the commercial power reduction effect of around 17% can be expected in six months compared with the AC power feeding system with the same reliability. This result shows that the reduction of approximately 75t-CO2 was achieved during this demonstration. In addition, more power reduction ratio can be estimated if including summer terms which have more efficiency of the solar generation power.
We also evaluated Data center Performance Per Energy (DPPE) as the system for evaluating data center efficiency. From the result, Power usage effectiveness (PUE) which is one of the guideline of DPPE has improved because of the HVDC higher efficient than AC power feeding system.
We demonstrated a HVDC power feeding system interconnected with a solar power generation system. This demonstration showed that the DC power distribution system saves more energy than the AC power distribution system. Furthermore, this demonstration will make it possible to aquire essential know-how such as maintenance for bringing it to the market in U.S.
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