直流・交流（AC/DC）の難問に挑む

簡単に言えば、直流電源は「よりクリーンな」エネルギー源です。従来の交流配電はエネルギーの無駄を生み、データセンターで機能させるためにはより多くの手間を必要とします。

データセンターにおける直流電源は、より効率的な選択肢であると考えられているにもかかわらず、なぜ長年にわたって普及が難しかったのでしょうか？それはおそらく、トーマス・エジソンがジョージ・ウェスティンハウスとニコラ・テスラというコンビと、米国のエネルギー契約をめぐって、いわゆる「電流戦争」と呼ばれる争いをしたことにさかのぼるでしょう。

エジソンは電流が一方向に連続的に流れる直流（DC)方式を開発し、それが米国の標準となっていました。しかしウェスチングハウス社は、電流の流れが常に交互になる交流（AC）方式を発表しました。ヨーロッパでは交流が標準であり、それはテスラが変圧器と交流モーターを応用してさらに改良したものでした。このような時代になってもなお、AC/DCの難問が起きていることは驚くべきことで、データセンターほどその傾向が強いところはありません。

データセンターに供給するパワートレインは、歴史的にAC電源で実装されてきました。発電から送電、そして使用地点に至るまで、電力は交流で供給されてきました。しかしこの交流電力は、サーバー、ネットワークスイッチ、ルーター、ロードバランサー、ストレージアプリケーションに内蔵された電源によって直流電力に変換される前に、降圧する必要があります。交流は変圧器を使えば比較的簡単に異なる電圧に変換できますが、このプロセスでは膨大な量の非効率が生じます。何度もDC/AC変換を行う必要があり、エネルギーの5〜20%が熱として失われ、最終的には高価なシステムで冷却しなければならず、経済的負担がさらに大きくなってしまいます。

電力変換がもたらす非効率

データセンター内で交流電力をより低い電圧に変換して使用することは、まさに非効率の事例と言えます。実際、変圧器は競合製品よりも非効率はないとして販売されることもあり、まさに顧客を獲得するための二者択一的なアプローチといえます。  

「交流電力を直流電力に変換する際の問題は、データセンターの管理者が対処しなければならない副産物が発生することです。UPS装置やラックレベルのPDUなど、施設内で電力変換が行われるたびに、3つの無駄が発生します。

• 変圧時
• 変換時
• 発生した熱を冷却するために必要な追加エネルギー.

なぜデータセンター事業者は、このような無駄を受け入れ続けるのでしょうか。なぜなら、データセンターへの主な供給源は依然としてAC電源だからです。これは現在の難問で、データセンターに関する限り、エジソンの直流電源システムがより効率的なオプションであるように思われます。

直流電源はより優れた電源オプション

簡単に言えば、直流電源は「よりクリーンな」エネルギー源です。従来のAC配電ではエネルギーの無駄が発生し、データセンターで機能させるためにはより多くの作業が必要です。例えば、データセンターの管理者、高調波負荷の軽減者、位相の調整者などの典型的な職務記述書の一部である、次のフレーズを考えてみてください。トランスの種類と定格（kファクター）により、負荷によって発生する高調波をどの程度処理できるかが決まり、kファクターが大きくなるほどトランスのコストも高くなります。直流電源にはこのような不要な荷物がなく、電気工事の仕事内容が簡素化される。

直流が復活するもう一つの理由は、グリーンデータセンターの環境に優しい電子機器との互換性です。グリーンデータセンターでは、太陽光パネル、燃料電池、エネルギー効率の高い照明システム（LED）などのソリューションを活用していますが、これらはすべて直流で発電または動作します。このため、再生可能エネルギーの利用という観点から、直流が再び普及する可能性があります。

交流の無駄を省く

建物のエントランスからIT負荷までのパワーチェーンには、複数のパワーコンバータと各変換用のトランスがあり、非効率と電力損失の一因となっています。トランスの数を減らし、より高い交流電圧で運用することで、効率が向上し、電気料金を削減することができます。

交流変換の無駄はまだもう少し続くようですが、実績のあるソリューションは役に立ちます。データセンターのパワーチェーンを設計する際には、415VAC 3相のインフィードに対応し、240VACをコンセントに供給する415VのPDUの使用を検討してください（PDU内にトランスは必要ありません）。このオプションは、変換および配電の損失を最小限に抑え、電源に必要な銅線ケーブルのサイズを最小限に抑え、ラックの電力密度を最大化し、より効率的なデータセンターを実現するのに役立ちます。

しかし、従来のデータセンターの設計は進化しています。設計者や大規模なデータセンター運営者は、直流電源ソリューションの導入を始めています。そのため、直流給電は理論的な議論ではなく、より現実的な選択肢となってきています。

変圧、変換、廃熱冷却に関連するすべての装置がないデータセンターを想像してみてください。よりシンプルで合理的な運用が可能になり、多大なメリットがあることを想像するのは難しくないでしょう。電気室の数が減り、ホワイトスペースが狭くなるだけでなく、ワンラインのパワーチェーンが実現し、障害点が大幅に減るため、運用と保守に必要な機器とCAPEXが少なくなります。

結論

データセンターにDCを導入する最も説得力のある理由の1つは、収益を生むラックを増やすための余分なホワイトスペースです。それまでは、415VAC 3相の給電をサポートするインテリジェントラックPDUを使用し、ACトランスとそれに付随するすべての無駄を取り除くことができます。結局のところ、通信業界は、アレクサンダー・グラハム・ベルの時代から、48VDCの発電所で機器に電力を供給してきたのです。

Zack Chauncyは、ルグランのブランドであるServer Technologyの電源管理担当プロダクト・マネージャーです。