塔式UPS与模块化UPS投资对比分析

    模块化UPS带来了一次新的UPS技术变革，其高可用、高效率、高可靠性已经获得了业界广泛的认可。但在传统观念里，模块化UPS一直是一种投入比较高的高端产品，可望而不可即。事实是否真的如此？本文即对不同场景下模块化与塔式UPS的投资进行对比分析。

    本文价格估算的主要假设如下：200kVA左右容量塔式UPS价格为A，200-400kVA(不含400kVA)单价与200kVA一致，400kVA-800kVA塔式UPS单价为200kVA的90%，模块化价格在塔式的基础上上浮30%。

    同等基本容量下投资对比

    并联冗余系统是Tier2及Tier3等级数据中心对UPS系统的要求，其实质是消除UPS功率部分的单点故障。针对此类场景，塔式UPS系统一般采用N+1并机的方式，而模块化UPS可采用功率模块N+X冗余。功率模块N+X冗余通过配置不同的数目的冗余功率模块，可达到极高可靠性。一般情况下，采用每5个功率模块冗余1个模块的配置方式。根据需求模块化UPS也可采用机架冗余的方式。因为对于备电时间相同的同容量系统，无论是模块化还是塔式UPS，配电与电池投入基本相当，不再包含在比较范围内。表 1对最常用的200kVA、400kVA和500kVA基本容量需求时在模块化UPS模块冗余、机架冗余及塔式UPS冗余三种方案下的投资对比。

    由表1可知，模块化UPS可通过N+X配置大幅节约投资，而模块化机架冗余方案投资较高，主要来源于单价的差异。对于2N系统，模块化UPS同样因单价比塔式高30%，主机费用也会相应高出30%。2(N+X)配置时的分析等同于并机冗余系统，取决于模块化UPS的配置。

    但需要注意的是，虽然模块化UPS机架冗余方案初期投资相比塔式UPS略高，但在10年的生命周期内其TCO远低于塔式UPS，主要有以下几个方面的原因：

    模块化UPS一般具备更高的输出功率因数，满足同样的负载需求，实际基本容量需求可能会略小于塔式机；

    塔式机的一体化设计造成运输及安装困难，工程成本提高；

    塔式机运行效率一般比模块化UPS低2%，假定300kW负载，塔式、模块化机架冗余和模块化UPS模块冗余运行效率分别为93%、95%和96%，空调COP为3，UPS系统容量为500kVA，假设A为20万元，那么三种配置的TCO(仅考虑初期投资与电费)如图 1所示。由图 1可见，即使采用模块化UPS机架1+1冗余方案，在3.5年内节约的电费收益即可与初期多投资的成本持平，之后则模块化TCO低于塔式机；在不考虑能源成本增长的条件下，10年的生命周期内模块化机架冗余方案可节约约50万元；如果使用模块化UPS模块冗余方案，则可节约130万元以上。

图 1 不同配置下TCO增长曲线

    模块化UPS带来额外的可用性优势可减少服务费用并大幅降低业务中断风险。热插拔设计使维护扩容非常简单，在有备件的情况下10分钟运维人员即可通过更换故障单元快速消除故障，而塔式UPS故障则需要原厂处理，下电维护，故障恢复周期长，使业务断电的潜在风险大大增加。

    考虑扩容时模块化与塔式UPS投资对比

    1)模块化UPS可更精确地实现“按需投资”

    因为扩容带来的潜在风险，塔式UPS难以实现随负载增长而扩容的建设模式。对于传统塔式UPS，即使配电系统输入输出开关已配置，要实现扩容也必须购买原厂服务，且扩容过程操作复杂，易引入断电风险，所以在可能的情况下，用户需要尽量避免扩容操作，而是考虑未来数年的扩容需求，并依据未来满负荷状态规划UPS系统容量。

    而模块化UPS以其在线扩容的特性可轻松实现边成长边投资。模块化UPS客户只需将机架容量配置到位，当负载增长时，客户自主添加模块并在操作屏幕上进行简单操作即可完成扩容。此外，模块化UPS单模块颗粒度相比传统塔式UPS更小，从而可根据负载需求，更精确地匹配负载容量，实现完全的按需投资，达到最佳的经济性。

    因扩容性难易不同，对于塔式UPS系统来说，最适合的建设方式是UPS按最终负载容量购置。而模块化UPS系统来说，最合适的建设方式是配电按最终容量购置，而UPS边成长边扩容。

    2)配电应按最终需求容量配置”

    出于成本与后期扩容难易程度两个因素的考虑，UPS输入输出配电应按最终容量需求配置。在扩容为计划扩容时，UPS配电系统的ATS、防雷器、总输入空开、总输出空开、输入、输出母线均应按最终容量配置，测量、显示仪表及机架等造价相对较低，那么实际上按最终需求配置和不按最终需求配置的差别只是主路空开、旁路空开和输出空开三个空开，其价值相比与整个机房投资比例非常小，按最终容量配置并不会导致机房投资大幅增加，反之，扩容时新加入UPS的从输入母线引电与并联会大幅增加工作量和施工难度，因此UPS输入输出配电系统应按UPS最终配置预留好扩容接口。下文的分析均基于配电已按最终容量需求配置这一假设。

    3)不同配置下UPS系统初期投资对比

    如上所述，塔式UPS系统建设的最优策略是“一步到位”，按终期容量需求配置UPS。在实际应用中，考虑初期投资或未来需求难以评估时，也有采用分期投入方式。下文以如下需求为例，对不同建设方式的投资进行分析：假设最初负载基本容量为200kVA，后续负载基本容量将扩展为400kVA，电池备电15min。电池系统投资按为1+1系统主机投资的2/3估算。具体见表2、表3与表4。

    表2，表3，表4展示了N+X配置下的投资对比情况。可见，模块化UPS的建设方式比起传统上塔式UPS按最终负载容量配置的建设方式可大幅节约初期投资成本。而在N+X配置与2N配置时，虽然模块化UPS初期投资比塔式UPS分期建设方案投资稍高，但前期建设难度低，后期扩容无风险，且扩容可根据负载精确匹配，实现最佳投资回报率，塔式系统的扩容则必须选用同容量同型号机型。当负载率较低时，模块化UPS还可以有更多的功率模块处于冗余状态，从而提升容错能力，进一步改善了可靠性。

    总结

    通过上文的分析可以发现，得益于其边成长边扩容的特点，模块化相比传统塔式UPS，初期投资可大幅降低，而在整个生命周期内因为高效率、易维护性等优异特性，模块化UPS具备了更低的TCO。除此之外，模块化UPS使施工的简易性、系统的可维护性与可靠性都得到了大幅提升，是各类需要保障不间断运行的关键业务的最佳选择。<