智能电池如何创建高效的数据中心

研究使用电池为数据中心供电，以帮助降低高峰需求期间的能源成本。

电网每天都会遇到与高速公路相同的高峰需求问题，在一天的关键时段会出现明显的激增。这使得提供电力变得更加昂贵，因为必须建造额外的发电厂来满足这一峰值需求。

提供全球互联网内容的服务器在这个用电高峰期也是最繁忙的。由于互联网消耗了全球 2% 的能源，预计到 2020 年将超过航空业，因此问题只会变得更加严重。

此外，拥有大量 IT 部署的公司正面临快速扩张和能源成本上升的挑战。

对于像Akamai这样将 IT 基础设施托管在第三方托管数据中心的公司来说，能源通常根据以千瓦 (KW) 为单位的总供电功率定价，并按固定费率 ($/KW) 收费，例如 50KW，每月 200 美元/KW，类似于移动电话套餐的固定分钟数。虽然所提供的功率是固定的，但服务器消耗的功率会随着服务器活动的变化而变化，每天都会出现峰值和间歇期。如果可以降低服务器峰值功率需求，从而降低供应的功率，则可以降低能源成本。

Akamai 正在寻求缓解这一挑战并降低网络运营成本的创新方法之一是，通过补充电池并在夜间大多数能源消费者都在睡觉且电力生产廉价且充足时为电池充电，减少高峰需求期间为其服务器提供的基于电网的电力。

Akamai 研究员兼麻省大学教授 Ramesh Sitaraman 最近发表的一篇研究论文与宾夕法尼亚州立大学和 BBN 的研究人员合作撰写，评估了在 Akamai 网络等互联网规模分布式网络中使用智能电池的情况。放置在服务器或服务器机架内的智能电池会检测服务器的功耗何时超过阈值水平（因为服务器变得更加繁忙），然后提供电池电源，直到服务器功耗降至阈值以下。电池会在夜间或能源和服务器需求较低时充电。

其结果是，服务器集群电网的峰值功率将趋于平缓和减少，峰值需求从电网转移到电池。

在 Akamai 纽约数据中心对服务器总电源需求进行了一个多月的试验后发现，智能电池将所需的电源从 432 千瓦降至 381 千瓦。

尽管这些电池具有智能控制功能，但其化学成分是传统的铅酸电池，类似于深循环船用电池。铅酸电池是完全可回收的。

电池的资本成本是电池储能容量（以千瓦时 (kWh) 为单位）的函数，决定了电池可为服务器充电的时间。这项研究使用了 100-300 美元/千瓦时的合理估计，使用寿命为三到五年。

电池无需长时间供电即可实现令人信服的峰值功率降低优势。即使是只能为服务器供电 5 分钟的电池（与当今不间断电源 (UPS) 系统中使用的电池相比）也可以节省 7% 的电量，而更大的 40 分钟电池供电可以节省高达 14% 的电量。

此外，大部分节能可以通过每三天一次完全放电/再充电循环的小循环率来实现，这有利于五年的电池寿命。随着服务器在电源管理方面的改进，节能效果明显改善。

在短期内，成本的节省来自于减少每个服务器集群的供电——电源电路的尺寸。使用智能电池来减少峰值功率负载将减少所需的电源电路尺寸，从而降低每个电路的成本。另一种但等效的看待其优势的方式是，与以前相比，电池允许使用相同的电源为更多的服务器供电。（一个关键假设是电池可以安装到现有的服务器机架中，而无需占用额外的数据中心占地面积和成本。）

从长远来看，随着智能电网的成熟和电力公司实施分时能源定价，白天需求高的时候电价会更贵，晚上会更便宜。电池对于按时间定价更有意义，因为可以在便宜的非高峰时段储存能量，并在昂贵的高峰时段将能量放电到服务器。此外，大规模采用这种电力需求转移技术将增加对风能的需求，风能通常在夜间具有更高的发电能力，并有助于减缓为满足高峰能源需求而建设发电厂的需求。

Sitaraman博士强调：“我们的研究有助于将电池确立为互联网规模分布式网络架构的关键部分。除了提供分布式UPS功能外，电池还可以通过减少所需的电源来降低成本。此外，随着服务器变得更加节能，电池变得更便宜和更好，电池的应用只会变得更加引人注目。”