产品新闻
施耐德数据中心论坛|模块化专题(五) 可扩展预制模块化数据中心成本优势分析
[2017-08-11]

一、投资成本分析

部署预制化基础设施模块比使用相同物理基础设施组件的传统部署方式更为快捷和节约成本,其中原因有很多。由于模块化的供配电系统和制冷系统是以标准化方式建设和安装数据中心物理基础设施,因此可以大幅地节省成本。在数据中心所需容量的供配电系统和制冷系统的生产、交付和安装过程中采用的标准化元件能够实现良好的规模经济效益。相反,传统方式则需根据必须在现场完成的大部分工作专门定制,不同供应商提供的不同元件在经过定制后集成到一个项目中。尽管预制模块化方案中的材料成本或“系统”成本相对较高,但是初始成本的净节约值仍然很可观,具体分析如下:

1. 硬件/软件成本

硬件/软件成本包括机械制冷和电气的物理基础设施硬件(开关柜、UPS、配电柜、热交换器、风冷冷水机、泵、过滤器、照明、安保和消防)以及管理和控制系统。对于预制模块化设施来说,这些系统的成本要高出约40%,因为需要购置额外材料(比如集装箱外壳的成本)以及将硬件,软件和控制装置预组装/集成到一起所产生的成本。

2. 设计成本

预制化基础设施模块首先由研发人员设计,经过测试,最后投入生产。一旦投入生产,设计就已“确定”并将按照这个设计交付产品给最终用户。而在传统方式下,设计将有多方参与。电气承包商、机械承包商、设计师、最终用户、厂务部门、IT部门和公司高管需要不断开会讨论。设计思路被反复推敲和重新设计,可能还会遇到公司审批流程,而决策往往需要层层批复。

设计成本包括两方面的成本:设备选型和布局以及场地规划和施工。如果采用预制化基础设施模块,设备选型和布局在工厂就已经完成(计入系统成本),场地规划和施工也比传统方式减少了80%的工作量,因为场地规划和施工会更加简单,只需要四个人员的参与——结构设计师、土建设计师、电气设计师和建筑师。而在采用传统数据中心建设方式时,场地规划和施工可能会占到项目总成本的5%。

3. 安装成本

安装成本包括在现场进行的组装、集成和试运行所涉及的所有工作。特别是:

1) 系统项目管理–模块化设施项目由于复杂性降低并且由单一供应商提供全部物理基础设施,监督成本明显减少(约60%)。

2) 场地准备和场地项目管理–这项支出包括为水管和电线挖掘的地沟,场地平整和敷设水泥垫层,以及其它一般性现场支出。不论采用哪种方式,这类支出都存在,因此成本基本上是一样的。

3) 电源和制冷系统安装–硬件安装包括设备的拆装、盘点、整理和组装相关费用,以及设备之间的互联和系统开机启动相关支出。对于基础设施模块来说,许多此类工作都可以免除(仅需将模块放到水泥地板上,然后把模块接入已有的建筑开关柜,为制冷设备接上水管,然后启动系统),因此可以节省50%以上的安装成本。此外,由于现场施工相比工厂组装的成本更高且耗时也更多,预制化基础设施模块还可相应节省更多的成本。比如,一个工厂生产线上的工人将一组预设计标准线缆接入模块的成本就低于现场由电气工程师和电工按照“定制”设计进行专门施工。

4) 运输成本–相比运送传统现场安装系统的单件零件和设备来说,预组装模块的运送成本要低得多。由于运送更加简单且更易整理,运送中遭受损失的风险相对较低,因此减少了可能增加的损失成本以及不可预期的时间延误。

5) 管理/控制系统的安装和调试–在传统数据中心内,管理软件和控制系统的安装和调试是一项大的支出,并且还需支付费用以将管理系统仪表盘/界面集成到供电和制冷基础设施中,并且调试控制系统使其达到预期性能(如设定制冷系统以优化节能模式的工作时数和能耗)。但鉴于系统控制的复杂性,对于大多数定制数据中心来说,这是一个永远无法实现的终极目标。而对于模块化设施来说,这部分支出已经包含在工厂成本中,软件和控制系统的调试和优化在工厂内已经完成标准化设置,几乎不需要任何现场作业,并且数据中心的工作性能也得到改进。

6) 试运行–试运行包含对数据中心设计/施工结果的所有记录和验证工作。不同数据中心其试运行的具体步骤也各不相同,但是通常都包含工厂目击测试,质量保证与质量控制,启动,功能测试以及系统集成测试。对于模块化设施来讲,工厂目击测试和质量保证这两个步骤一般认为不再需要,因为基础设施模块已经是标准化、预设计、预集成和预测试的完整系统。这可以节省约25%的成本。

综上所述,如果数据中心选用供电和制冷基础设施模块,那么许多传统方式的前期设计和施工管理责任将从数据中心业主/最终用户转移到解决方案供应商,如下图所示。在传统方式下,业主/最终用户既负责设计解决方案,安装组件,向各种供应商采购设备,或者雇佣和管理承包商来完成这项工作。相反,由于设施供电和制冷模块已在工厂内预先安装,业主/最终用户可以不再处理这些耗费时间的工作(无需逐一查找所需的设备,无需管理送货进度,无需或只需与极少的施工承包商接洽)。

二、运营成本分析

运营成本主要包括如下两个方面的成本-能源成本和维护成本,具体分析如下:

1. 能源成本

传统电气和制冷的能耗比同等的电源和制冷预制化基础设施模块的能耗更多。这主要是因为预制化模块可以更好地集成供电和制冷系统的控制装置(当与制冷系统的控制装置协调运作时,这一优点尤其突出)。以冷水机组的控制为例,冷水机组、冷却塔、水泵和阀门的协同工作的调试是一项庞大的工作,节能冷却模式更进一步增加了它的复杂性。事实上,正是因为其复杂性所导致的额外能耗增加,很多时候在设计时会放弃节能冷却模式。

控制系统的复杂性使得传统数据中心的PUE很难被预测。但是基础设施模块的PUE是可预测的,因为设备采用标准化元器件已预先测试,控制装置已提前完成相互协调工作的调试。将一个1MW的传统数据中心建设在美国密苏里州圣路易斯市内,负载率在50%,平均功率密度为6kW每机架,并配置高架地板、冷水机组、变频器(VFD)、水控装置以及节能冷却模式,它的PUE一般为1.75。可与之相对应的预制模块化数据中心已经过测试和分析,其测得的PUE可为1.4或更佳,反映在电费上即是预制模块化数据中心可以节约20%的电费。

下图所示为前期设计建造的数据中心PUE与随负载增加而扩建的数据中心PUE的比较图。在数据中心生命周期早期,由于负载很小,预先建造的数据中心会产生很大的能效代价。对于现实建造的数据中心,按需规划最多可削减电费50%。按需规划带来的显著经济效益是数据中心行业向模块化、可扩展基础设施解决方案发展的一个关键因素。

2. 维护成本

成本节省的机会在于模块化设施的维护成本的降低。虽然现在必须在更为紧凑的空间里实施维护工作,但是最终用户可以通过签订“一站式”预制化模块维护服务来节约成本。最终用户无需与多个供应商签署不同的条款,而只需要签署一份合同就可以获得一个或两个“大型”预制化基础设施模块的完整维护服务。在这种情况下,将由一家承包商全面负责基础设施模块的正常运行。这种方法非常简便,因为数据中心业主不再需要自己花费时间去追溯哪个供应商应该负责处理意外事故。在传统数据中心,许多零件和部件(水管、电气装置、电源系统、制冷系统和机架)通常由多家不同的供应商提供维护支持而他们之间相互推诿责任的情况时常发生。软件/管理升级也可以节省成本。由于不再需要为大量产品分别定制代码,数据中心设施供电和制冷模块可以让用户一次性对标准固件进行整体升级。

 

三、成本比较举例

下面我们将假设两个实际IT负载一样大小的数据中心,一个是采用传统方法建设的数据中心,另外一个是采用预制模块化方法建设的数据中心,如下表所示:

相比之下,预制模块化数据中心所获得的成本效益是显而易见的。预制化设施模块的模块化性质决定了扩容和按需规划能够恰如其分地满足数据中心的实际负载需求。这一性质经与当今的配电和供冷技术相结合,获得的结果是:比传统数据中心的TCO节省近30%(其中,资本支出27.2%,运营成本31.6%)。投资成本的节省如下图所示:

运营成本的节省如下图所示:

 

四、成本之外的优势分析

除成本节省这一优势以外,数据中心业主还有其它原因去支持其采购预制化基础设施模块:

1)  可预测的效率–基础设施模块根据设计中的实测数据可以让用户将预期效率载入规格书,让制造商公开该预期效率。这种可预测性对于注重能效的公司来说非常具有吸引力。

2)  移动性–如果可移动性作为一个考虑指标,那么预制化基础设施模块在这方面将有不错表现。假设一家公司需要部署数据中心供电和制冷设备,但是它的场地租期只有18个月。如果场地租期到期后不续约,这家公司就需要将他们的物理基础设施(供电和制冷)搬走而不是将它们丢弃在原租赁的场地。

3)  其它财务利益–从财务角度来说,预制化基础设施模块应被归入“设备”类别而不是“建筑”类别。这很可能会带来一些税费,保险和财务方面的利益。当然,各地和各区的税法、保险政策和采购/租赁合同各有不同。因此,应事先确认这类财务收益在您的具体状况下是否存在。

4)  缓解不确定性–如果未来增长存在高度不确定性,预制化基础设施模块将是一个可行的选项。它的扩展灵活性和按需配置的特点可以帮助将风险降到最低。

5)  加快部署速度–传统数据中心从概念设计到试运行,再到交付可能需要花费2年的时间。而安装启用速度对业务而言往往非常关键。那些期望数据中心能够尽早交付使用的用户公司非常看重时间成本(比如,期望将新产品首家推出市场的公司)。而预制模块化数据中心从概念设计到试运行只需不到传统数据中心一半的部署时间。

6)  简化培训–基础设施模块可以极大程度上简化对工作人员的培训,因为模块全部采用标准化设计并使用系统级别的界面进行操作。这样工作人员变动时,对数据中心造成的风险较小。

 

五、结论

传统数据中心的设计一般都会有意多预留部分容量,因为后期对运行中的数据中心内的供电和制冷容量进行扩容难度较大,成本较高。这往往会因人们过于保守而影响容量规划,然后导致产生过高的前期投资成本以及数据中心长期运行效率低下的后果。另一方面,预制化设施模块采用标准的模块化架构,这使得根据实际的动态需求来增容或降容的操作更便捷,其合理部署有助于杜绝产生浪费资源的过度规划倾向。与现今投入运行、过度规划的常见数据中心相比,模块化架构经与高效的集成式供电和制冷技术相结合,可实现节省30%总拥有成本的目标。

 

文章摘自施耐德电气信息技术

 

欢迎联系宝通集团咨询施耐德产品信息

宝通集团联系方式

咨询热线:400-830-0107

宝通官网:www.ex-channel.com
客户垂询邮箱:Customer@ex-channel.com

客户垂询QQ1305742380
地址:深圳市福田区深南大道1006号国际创新中心C11
邮编:518026