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データセンターの節電に、直流380Vの給電システム (石田雅也,[スマ...

データセンターの節電に、直流380Vの給電システム (石田雅也,[スマートジャパン])

 NTTグループが全国各地で運営する200カ所以上のデータセンターや通信ビルでは「HVDC給電システム」を導入している。HVDC(High Voltage Direct Current)は高い電圧の直流で電力を供給する方式だ。大量の電力を消費するサーバーや通信装置などのICT(情報通信技術)機器に対して、効率よく電力を供給できるメリットがある。

 太陽光発電事業やデータセンター事業を手がけるNTTファシリティーズが、低価格のHVDC給電システムを10月19日に販売開始した。このシステムを使うと、電力会社が供給する200V(ボルト)の交流を380Vの直流に変換して、高い電圧のままICT機器に電力を供給できる(図1)。



図1 「HVDC給電システム」の構成(画像をクリックすると拡大)。HVDC:高電圧直流、MCCB:配線用遮断器、ICT:情報通信技術。出典:NTTファシリティーズ

 通常のデータセンターでは交流のまま電力を供給する方式が一般的だが、ICT機器に送る前に無停電電源装置(UPS)を通す必要がある。停電が発生しても電力の供給を止めないための対策だ。UPSの内部では蓄電池(バッテリー)を使って充電・放電する仕組みになっている(図2)。



図2 「HVDC給電システム」の導入効果。UPS:無停電電源装置、CPU:中央処理装置。出典:NTTファシリティーズ

 UPSの充電時に交流から直流へ、放電時に直流から交流へ、2回の電力変換が必要で、そのつど電力を損失する。さらにICT機器の内部でも交流から直流に変換したうえで、最適な電圧の直流に2回目の変換が必要になる。こうして合計4回の変換を経てサーバーのCPU(中央処理装置)などに電力が送られる。

 一方のHVDC方式では、電力会社から受けた交流を直流に変換して蓄電池に充電した後に、直流で放電した電力をそのままICT機器に供給することが可能だ。ICT機器の内部では1回だけ直流−直流の変換が必要だが、合計2回の変換で済むために電力の損失が少ない。電力の変換回数を4回から2回に減らすことで、消費電力量を20%削減できる。

 HVDCに対応したICT機器は日本ヒューレット・パッカードやシスコシステムズなどが販売している。NTTファシリティーズによると、HVDC対応のICT機器の価格は通常の製品と同程度である。

太陽光発電と組み合わせた効果も実証中

 NTTファシリティーズは2011年にHVDC給電システムを製品化して、NTTグループを中心に販売してきた。この給電システムは電力会社が供給する200Vの交流を380Vの直流に変換する「HVDC整流装置」と、380Vの直流をICT機器に供給する「HVDC分電盤」の2つで構成する(図3)。



図3 「HVDC整流装置」(左)、「HVDC分電盤」(右)。出典:NTTファシリティーズ

 新たにHVDC整流装置の低価格版を発売して、データセンターの導入事例を拡大する狙いだ。100kW(キロワット)の電力を供給できるタイプで従来は約740万円だったが、約500万円に引き下げた。整流装置に使う部品の共通化を図って製造コストを大幅に削減した。

 これまでHVDC給電システムは初期の導入コストの高さが課題になっていた。整流装置の価格を引き下げたことで、交流を利用する通常の給電システムと比べて5%程度の割安になる見込みだ。

 最近はデータセンターの電力の一部を再生可能エネルギーで供給する取り組みが各地に広がってきた。太陽光発電事業も手がけるNTTファシリティーズは米国の大学でHVDC給電システムと太陽光発電システムを組み合わせた実証プロジェクトにも取り組んでいる。テキサス大学のオースチン校にある「テキサス・アドバンスト・コンピューティング・センター(TACC)」で2016年8月に実証運転を開始した(図4)。






図4 テキサス大学オースチン校の構内で実証運転中のHVDC給電システム(左上)、太陽光発電システム(右上)、システム構成(下、画像をクリックすると拡大)。出典:NTTファシリティーズ

 TACCでは太陽光で発電した直流の電力をHVDC対応のパワーコンディショナーで380Vに変換する。同時にHVDC整流装置を使って電力会社の交流の電力を380Vの直流に変換して、両方を合わせてHVDC分電盤からICT機器に供給する仕組みになっている。HVDC整流装置は大容量の500kWタイプを採用した。

 さらにHVDC対応の照明や空調も導入して、省エネ効果を最大限に発揮する。従来と比べて電力の消費量を15%削減することが目標になっている。2017年3月まで実証運転を続けて節電効果を検証する予定だ。


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