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　　數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能技術(shù)數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能白皮書數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能白皮書PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目錄范圍 1引言 1數(shù)據(jù)心化儲(chǔ)系統(tǒng) 1鉛酸池 2鉛炭池 2鋰離電池 2磷酸鋰池 3三元電池 4全釩流池 4鈉硫池 5主流化儲(chǔ)技對(duì)比 6當(dāng)前用數(shù)中的化學(xué)能術(shù) 7數(shù)據(jù)心區(qū)儲(chǔ)能 8數(shù)據(jù)心區(qū)儲(chǔ)概述 8數(shù)據(jù)心區(qū)儲(chǔ)方架構(gòu) 9高壓儲(chǔ)系統(tǒng) 9低壓儲(chǔ)系統(tǒng) 10數(shù)據(jù)心區(qū)儲(chǔ)關(guān)技術(shù) 12數(shù)據(jù)心區(qū)儲(chǔ)價(jià)值 13數(shù)據(jù)心模儲(chǔ)能 14數(shù)據(jù)心模儲(chǔ)概述 14數(shù)據(jù)心模儲(chǔ)方架構(gòu) 15數(shù)據(jù)心模儲(chǔ)關(guān)技術(shù) 16數(shù)據(jù)心模儲(chǔ)價(jià)值 18數(shù)據(jù)心柜儲(chǔ)技術(shù) 19數(shù)據(jù)心柜儲(chǔ)概述 19數(shù)據(jù)心柜儲(chǔ)方架構(gòu) 20整體構(gòu) 20方案應(yīng)及勢(shì) 22數(shù)據(jù)心柜儲(chǔ)關(guān)技術(shù) 22集群耗制 22智能峰 23管控口 24價(jià)值討 25PAGEPAGE10數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能白皮書范圍本文主要討論范圍是數(shù)據(jù)中心的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，及其在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用。引言數(shù)據(jù)中心為了在市電中斷時(shí)保障設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性，通常需要配置各類形式的儲(chǔ)能系統(tǒng)。儲(chǔ)能即能量的儲(chǔ)存。根據(jù)能量存儲(chǔ)形式的不同，廣義儲(chǔ)能包括電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能三類。電儲(chǔ)能是最主要的儲(chǔ)能方式，按照存儲(chǔ)原理的不同又分為電化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能兩種技術(shù)類型。其中電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要包括鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池和超級(jí)電容器；物理儲(chǔ)能技術(shù)主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。目前數(shù)據(jù)中心最常見的儲(chǔ)能系統(tǒng)是用于不間斷電源的儲(chǔ)能系統(tǒng)。不間斷電源配置的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以采用電化學(xué)儲(chǔ)能，即蓄電池儲(chǔ)能；也可采用物理儲(chǔ)能，即飛輪儲(chǔ)能。采用電化學(xué)儲(chǔ)能是主流。蓄電池的選取，當(dāng)前以鉛酸蓄電池為主，也有部分?jǐn)?shù)據(jù)中心選取鋰離子電池。目前，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要以鋰離子電池、鉛蓄電池、鈉硫電池和液流電池為主，這些技術(shù)在可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)的示范應(yīng)用，同時(shí)在調(diào)頻輔助服務(wù)、電力輸配、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域也在進(jìn)行應(yīng)用示范。鉛酸電池100穩(wěn)定、安全可靠，具有免維護(hù)性、優(yōu)越的高低溫性能、耐過充和優(yōu)越的充電接受能力、電池一致性高等特點(diǎn)，因而在數(shù)據(jù)中心中得到非常廣泛的應(yīng)用。鉛酸電池依舊被采用。但鉛酸電池也有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要就是循環(huán)壽命很低，比能量也較小，充放電倍率也較低。如果是單純的作為后備電源，僅是在停電等緊急情況下電池進(jìn)行放電，保障供電連續(xù)性，傳統(tǒng)鉛酸電池還是能夠基本滿足需求的。但是其循環(huán)壽命低的弱點(diǎn)，也決定了其在削峰填谷等高強(qiáng)度使用的儲(chǔ)能場(chǎng)景下的應(yīng)用前景。鉛炭電池鉛炭電池是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負(fù)極中加入了活性炭，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。與傳統(tǒng)的鉛蓄電池相比，鉛炭電池有以下特點(diǎn)：6了鉛酸電池安全穩(wěn)定的特性，可廣泛地應(yīng)用在各種新能源及節(jié)能領(lǐng)域。使用了鉛炭技術(shù)后，鉛炭電池的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，可應(yīng)用于新能源車輛中，如：混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)自行車等領(lǐng)域；也可用于新能源儲(chǔ)能領(lǐng)域，如風(fēng)光發(fā)電儲(chǔ)能等。由于鉛炭電池與鉛酸電池的原理、體積和能量密度較為相近，對(duì)數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行演進(jìn)，用鉛炭電池來替代鉛酸電池具備較高的可行性。鋰離子電池鋰離子電池由于具有高的比能量、優(yōu)異的循環(huán)性能和綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，已基本占據(jù)便攜式電子產(chǎn)品市場(chǎng)，如手機(jī)、筆記本電腦、照相機(jī)等。鋰離子電池的工作原理主要依靠鋰離子在正極材料（金屬氧化物）和負(fù)極（石墨）之間嵌入和脫出來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存150Wh/kg能主要依賴于電極材料和電解質(zhì)的發(fā)展，而電極材料的選擇尤為重要。目前鋰離子電池的主要的技術(shù)路線為磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池。磷酸鐵鋰電池LiFePO4是一種具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽化合物，它具有穩(wěn)定的充放電平臺(tái)，充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，安全性高，價(jià)格低廉，環(huán)保無污染，比容量可達(dá)160Ah/kg，是近年來發(fā)展最快的一種鋰離子電池正極材料體系，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能領(lǐng)域。LiFePO4存在的主要問題是振實(shí)密度低以及電子、離子電導(dǎo)率差，可以通過材料納米化、二次造粒、碳包覆和摻雜等方法來提高LiFePO4電化學(xué)性能。磷酸鐵鋰電池單體輸出電壓高，工作溫度范圍寬，比能量高，效率高，自放電率低，在電動(dòng)汽車和靜態(tài)儲(chǔ)能應(yīng)用中的研究也得到了開展。目前磷酸鐵鋰電池由于成本低、安全可靠和高倍率放電性能受到關(guān)注。磷酸鐵鋰電池的技術(shù)特點(diǎn)如下：安全性：安全可靠，全密封，不怕火燒，不爆炸；循環(huán)壽命長(zhǎng)：在室溫和100%DOD情況下，電池的循環(huán)壽命不小于5000次；性能價(jià)格比高：普通常用材料。一致性好：目前國(guó)內(nèi)的磷酸鐵鋰電池廠家已經(jīng)具有自動(dòng)化生產(chǎn)線，保證了電池產(chǎn)品的一致性。三元鋰電池三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池。三元材料電池由于具有電壓平臺(tái)高、能量密度高、振實(shí)密度高、電化學(xué)穩(wěn)定、循環(huán)性能好等特性，在提升新能源汽車的續(xù)航里程，減輕用戶續(xù)航里程憂慮方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有放電電壓高，輸出功率比較大，低溫性能好，可適應(yīng)全天候氣溫等優(yōu)點(diǎn)，因此正逐漸受到汽車生產(chǎn)廠商和用戶的青睞。全釩液流電池全釩液流電池全稱為全釩離子氧化還原液流電池。全釩液流電池中的兩個(gè)氧化-還原電對(duì)的活性物質(zhì)，分別裝在兩個(gè)儲(chǔ)液罐中的溶液中，各用一個(gè)泵，使溶液流經(jīng)電池，并在電池內(nèi)的離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和氧化反應(yīng)。單電池通過雙極板串聯(lián)成堆。全釩液流電池作為儲(chǔ)能電源，主要用于電廠調(diào)峰項(xiàng)目系統(tǒng)、大規(guī)模的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電的儲(chǔ)能電源以及邊遠(yuǎn)地區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)、不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)等。圖3.1全釩液流電池原理圖全釩液流電池用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有的特征如下：電池系統(tǒng)組裝設(shè)計(jì)靈活，易于模塊組合，蓄電規(guī)?？纱罂尚?。全釩液流電池的活性物質(zhì)以液態(tài)形式貯存于儲(chǔ)液罐中，容量取決于外部?jī)?chǔ)液中活性物的容量和濃度，因此功率輸出和能量?jī)?chǔ)存部分是相互獨(dú)立的，可根據(jù)適宜的地理環(huán)境條件設(shè)計(jì)建設(shè)，而容量可通過增加電解液體積來實(shí)現(xiàn)。如邊遠(yuǎn)地區(qū)以柴油機(jī)發(fā)電為主要電源，全釩液流電池可按需求來調(diào)節(jié)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)輸出功率的穩(wěn)定。電池系統(tǒng)可高速響應(yīng)，高功率輸出。全釩液流電池充、放電可在很短的時(shí)間內(nèi)完電壓；負(fù)載變化時(shí)或放電深度增加時(shí)，可用附加電池維持輸出電壓恒定。電池系統(tǒng)易于維護(hù)，安全穩(wěn)定。所有單電池的反應(yīng)物不存在固相反應(yīng)，容易保證電堆的一致性和均勻性；電池的電解液均置于相同的儲(chǔ)液罐中，每個(gè)電池的放電狀態(tài)是相同的；同樣，其工作溫度為室溫條件，所以電池系統(tǒng)是安全穩(wěn)定的。電池壽命長(zhǎng)，全釩液流電池沒有循環(huán)壽命問題，它的失效機(jī)制主要是電堆材料或輔機(jī)元件的老化。鈉硫電池鈉硫電池具有較高的儲(chǔ)能效率（89％），同時(shí)還具有輸出脈沖功率的能力，這一特性使鈉硫電池可以同時(shí)用于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和負(fù)荷的削峰填谷調(diào)節(jié)兩種目的，從而提高整體設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。與傳統(tǒng)的化學(xué)電池不同的是，鈉硫電池采用的是熔融液態(tài)電極和固體電解質(zhì)，其中，負(fù)極的活性物質(zhì)是熔融金屬鈉，正極活性物質(zhì)是硫和多硫化鈉熔鹽，Al2O3鋼等金屬材料。鈉硫電池具有許多特點(diǎn)，其一是比能量高，是鉛酸電池的3~4倍；其二是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達(dá)200~300mA/cm2，瞬時(shí)間可放出其3倍的固有能量；其三是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)。鈉硫電池也有不足之處，需工作溫度在300~350℃，所以，電池工作在充電狀態(tài)下需要一定的加熱保溫，在放電狀態(tài)下還需要良好的散熱設(shè)計(jì)；同時(shí)，其充電狀態(tài)只能用平均值計(jì)量，所以需要周期性的離線度量；此外，由于硫具有腐蝕性，電池的護(hù)體需要經(jīng)過嚴(yán)格耐腐處理。圖3.2鈉硫電池結(jié)構(gòu)主流電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)比各類電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)路線對(duì)比如下表所示：電池類型經(jīng)濟(jì)性安全性能量密度環(huán)境友好性循環(huán)壽命鉛炭電池材料普遍、價(jià)格低廉性能穩(wěn)定、安全可靠體積較大，能量密度低封閉殼體，無污染1000-3000次磷酸鐵鋰電隨著電動(dòng)汽安全可靠，相比鉛炭電封閉殼體，5000次池車廣泛應(yīng)用，成本逐漸下降全密封池，能量密度較高，約200kWh/m3無污染三元鋰電池受限于材料成本，下降空間低安全性能差，分解溫度200℃能量密度高于LFP，約為200kWh/m3封閉殼體，無污染4000-6000次全釩液流電池初始成本投資高安全穩(wěn)定密度最低有毒氣揮發(fā)隱患12000次鈉硫電池維收費(fèi)高鈉金屬活躍，存在安全隱患鉛酸電池的3-4倍硫具有腐蝕性，電池的護(hù)體需要經(jīng)過嚴(yán)格耐腐處理2500次表3.1主流電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)分析當(dāng)前適用于數(shù)據(jù)中心的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，選擇電池技術(shù)路線時(shí)，應(yīng)充分考慮的因素包括：數(shù)據(jù)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)支付、人工智能等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)設(shè)施。因此安全性是選擇儲(chǔ)能電池時(shí)的重要考慮因素。站的投入必須考慮電池的能量密度。的選擇，其經(jīng)濟(jì)性包括對(duì)成本及循環(huán)壽命的考量必不可少。分重大。結(jié)論：鈉硫電池技術(shù)不成熟，納金屬活躍，三元鋰電池分解溫度低，導(dǎo)致電池安全性能相對(duì)差，不建議在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。液流電池使用大型儲(chǔ)液罐，能量密度低，這種電池技術(shù)路線更適合應(yīng)用與我國(guó)西部大型光儲(chǔ)或風(fēng)儲(chǔ)電站，不適合應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。因此目前數(shù)據(jù)中心投建大型儲(chǔ)能電站建議選擇鉛炭電池或磷酸鐵鋰電池，并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，在兩者中選擇合適的電池技術(shù)路線。數(shù)據(jù)中心園區(qū)級(jí)儲(chǔ)能概述如今的數(shù)據(jù)中心嚴(yán)重受限于其功耗預(yù)算和碳排放配額。面對(duì)與日俱增的能耗開支和節(jié)能減排壓力，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界不約而同地開始關(guān)注非傳統(tǒng)的綠色數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)。最近，能源存儲(chǔ)設(shè)備(EnergyStorageSystem，ESS)逐漸成為數(shù)據(jù)中心中一種新興的關(guān)鍵使能元件，它能夠極大提升數(shù)據(jù)中心的能效和可持續(xù)性。一方面，ESS使得數(shù)據(jù)中心可以通過削減由不規(guī)則負(fù)載帶來的短暫峰值功耗來降低運(yùn)營(yíng)成本;另一方面，它還能夠方便新能源在數(shù)據(jù)中心中的融合，從而極大降低對(duì)環(huán)境的不良影響。ESS在新型數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，ESS在管理功耗尖峰和供電波動(dòng)兩大方面發(fā)揮的重要作用。對(duì)比多項(xiàng)前沿研究并探討ESS的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)如成本、能效、可靠性等，同時(shí)ESS未來發(fā)展所面臨的其他機(jī)遇和挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)中心園區(qū)級(jí)儲(chǔ)能方案架構(gòu)數(shù)據(jù)中心園區(qū)儲(chǔ)能目前大致有兩大方向：高壓側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)高壓側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)通常以大型集中儲(chǔ)能高壓側(cè)10KV或35KV接入方案；大型高壓側(cè)接入方案中，可面向園區(qū)多個(gè)數(shù)據(jù)中心或其它負(fù)荷作為一起的應(yīng)急電線路長(zhǎng)，可靠性低的問題：圖4.1高壓側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)鋺?yīng)用特點(diǎn)：峰谷電價(jià)運(yùn)行控制策略；分級(jí)下單控制要求高；網(wǎng)調(diào)度的要求，可參與電網(wǎng)輔助服務(wù)；系統(tǒng)利用能力互聯(lián)平臺(tái)，打造智能儲(chǔ)能系統(tǒng)，充分利用到當(dāng)?shù)氐母C電、棄電；中式解決園區(qū)及數(shù)據(jù)中心電能質(zhì)量問題；EMS能量管理系統(tǒng)EMS能量管理系統(tǒng)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)機(jī)房動(dòng)環(huán)系統(tǒng)UPS系統(tǒng)空調(diào)、照明等輔助負(fù)荷數(shù)據(jù)中心雙向變流器PCS電網(wǎng)圖4.2結(jié)合UPS的高壓側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)涞蛪簜?cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)低壓側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)通常以一個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房或一個(gè)集中供電單元低壓側(cè)接入，此方案融入了直流母線系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如下：園區(qū)充電樁園區(qū)充電樁PCSPCSDC240VDC750V直流母線ACLoadIDCLoad光伏系統(tǒng)

　　其它負(fù)荷圖4.3低壓側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)湎到y(tǒng)特點(diǎn)：IDC直流母線作為電源支撐；母線中融入光伏的直流接入方案，使光伏系統(tǒng)的效率最大化應(yīng)用；IDCDC/DC元接入供電；IDC靠性；300-500KW綜上，是園區(qū)數(shù)據(jù)中心接入方案中的目前有應(yīng)用的兩種，當(dāng)然隨著技術(shù)的發(fā)展可能會(huì)有更多的應(yīng)用框架出現(xiàn)，當(dāng)社會(huì)和電網(wǎng)的需求驅(qū)使及經(jīng)濟(jì)價(jià)值更進(jìn)一步增長(zhǎng)，隨著更多的資本、業(yè)主、設(shè)計(jì)院、供應(yīng)商的參與，儲(chǔ)能及可再生能源的接入更加多樣化。數(shù)據(jù)中心園區(qū)級(jí)儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)因數(shù)據(jù)中心用負(fù)荷超高，僅僅依靠采用太陽(yáng)能或風(fēng)能等可再生能源自發(fā)自用是不現(xiàn)實(shí)的。據(jù)推算數(shù)據(jù)中心若要完全使用太陽(yáng)能發(fā)電提供電力，所需的光伏板面積相當(dāng)于近百倍的數(shù)據(jù)中心面積。而且光伏風(fēng)電等可再生能源還具有不連續(xù)性的特點(diǎn)，部分時(shí)段還會(huì)有棄光棄風(fēng)等現(xiàn)象。不過隨著鋰電池等儲(chǔ)能技術(shù)成本下降，光伏+儲(chǔ)能系統(tǒng)供電可能會(huì)成為數(shù)據(jù)中心的新型解決方案。那么綠色數(shù)據(jù)中心在可再生能源接入的情況下，因可再生能源的不穩(wěn)定性是比較大的一個(gè)問題，ESS系統(tǒng)將可再生能源融入到數(shù)據(jù)中心也是非常關(guān)鍵的一部分，那么關(guān)鍵的技術(shù)有兩部分需要大幅提升：儲(chǔ)能蓄電池因系統(tǒng)的工作特性，需要儲(chǔ)能電池的循環(huán)次數(shù)高、能量密度高（占地?。⒛軌蜻m應(yīng)不同的充放電倍率特性、安全性等大幅提升；能源管理EMSAI也是目前能管理管理系統(tǒng)還比較欠缺的模塊。隨著人工智能（AI）的發(fā)展，能量管理系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用可以走在前面，依托數(shù)據(jù)中心行業(yè)的強(qiáng)大基礎(chǔ)及人才，將使能源管理系統(tǒng)的各個(gè)AI模塊完善起來，已最終達(dá)到能源管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心控制的全面成熟化。數(shù)據(jù)中心園區(qū)級(jí)儲(chǔ)能價(jià)值供能能力，具備了園區(qū)或數(shù)據(jù)中心災(zāi)備電源的功能；費(fèi)，減少了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本支出；特點(diǎn)，使得可再生能源更靈活的接入數(shù)據(jù)中心，把一些不可能變成可能，真正達(dá)到綠色數(shù)據(jù)中心。壓器的容量費(fèi)（需量費(fèi)）的目的。質(zhì)量問題，提升用電質(zhì)量。7）數(shù)據(jù)中心可再生能源接入，提高綠色數(shù)據(jù)中心的比例增加儲(chǔ)能系統(tǒng)則能很好地解決這些問題，把消耗不掉的電量?jī)?chǔ)能起來，在發(fā)電不足或用電高峰時(shí)放出，以平滑發(fā)用電為目的，彌補(bǔ)新能源發(fā)電不穩(wěn)定的缺陷，避免浪費(fèi)?？山鉀Q以下可再生能源發(fā)電問題，1、光伏、風(fēng)能出力難預(yù)測(cè)的問題；2、光伏、發(fā)電快速波動(dòng)的挑戰(zhàn)；3、備用容量加大，快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度和調(diào)峰需要。6）電網(wǎng)中的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)能有效調(diào)控電力資源，能很好地平衡晝夜及不同季節(jié)的用電差異，調(diào)劑余缺，保障電網(wǎng)安全。是可再生能源應(yīng)用的重要前提和實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)互動(dòng)化管理的有效手段。作為大型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其重要意義在于可作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)單元，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，調(diào)節(jié)電力峰谷運(yùn)行，節(jié)約大量發(fā)電設(shè)備的投資及能源的損耗。在園區(qū)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，作為能量?jī)?chǔ)存和快速響應(yīng)的載體，可以實(shí)現(xiàn)打造一個(gè)“源-網(wǎng)-儲(chǔ)-荷”高度互動(dòng)的一個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)，降低能源投資規(guī)模，提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)市場(chǎng)化。數(shù)據(jù)中心微模塊儲(chǔ)能概述UPS336VDC）15min~30min30min（數(shù)據(jù)中心備電電池儲(chǔ)能利用，根據(jù)不同的地區(qū)電價(jià)、電源和電池配置，設(shè)計(jì)一套合理的儲(chǔ)能實(shí)施方案是關(guān)鍵。為滿足數(shù)據(jù)中心快速部署、按需建設(shè)的需求，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的微模塊越來越廣泛地得到了應(yīng)用。微模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)使電源系統(tǒng)和電池容量都是標(biāo)準(zhǔn)化配置，為儲(chǔ)能方案標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。一套合理易行的儲(chǔ)能方案，可以廣泛應(yīng)用于同樣的微模塊。數(shù)據(jù)中心微模塊儲(chǔ)能方案架構(gòu)（US或者只需要做較小的改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)從純供電到儲(chǔ)能+供電的功能轉(zhuǎn)換。HVDC儲(chǔ)能系統(tǒng)的架構(gòu)如圖5.1所示，與常規(guī)HVDC系統(tǒng)相比，微模塊儲(chǔ)能方案架構(gòu)沒有根本性的變化，變化的是電源的管理單元軟件和電池類型及容量的配置。圖5.1HVDC儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖微模塊的儲(chǔ)能系統(tǒng)通過監(jiān)控管理單元與數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)進(jìn)行通信，中心管理平臺(tái)除了對(duì)各微模塊電源和電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還具備了對(duì)各個(gè)微模塊的儲(chǔ)能運(yùn)行情況和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的功能，并可根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的模式進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。UPSUPS集成能量管理和調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)利用UPS的后備電池對(duì)負(fù)載進(jìn)行有控制地供電或?qū)﹄娋W(wǎng)UPS5.2，InvUPSUPS器，電池只能對(duì)負(fù)載供電。InvInvRecDCDC圖5.2UPS儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖DCDCDOD下可以滿足3000次以上循環(huán)，適用于需要保留一定備電容量以確保備電的數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)中心微模塊儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)在微模塊儲(chǔ)能中，關(guān)鍵技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)電池按需進(jìn)行充放電控制。HVDC確輸出控制，可實(shí)現(xiàn)電池在電價(jià)峰段按計(jì)劃、有控制地放電，在特定的時(shí)間段，通常為谷段進(jìn)行充電，根據(jù)儲(chǔ)能循環(huán)的策略也可以在部分平段部分充電。電池放電模式通常有兩種策略：按負(fù)載總量所需放電，整流模塊無輸出；電池受控恒流放電與整流模塊輸出共同承擔(dān)負(fù)載電流。在數(shù)據(jù)中心微模塊電池容量配置相對(duì)較小的情況下，第一種方案對(duì)電池是大倍率放電，如電池為30min備電容量，很快就需截止放電，且大倍率放電效率不佳。第二種方案是更佳的放電模式，通過監(jiān)控與管理，使電源承擔(dān)大部分電流，實(shí)現(xiàn)電池恒流、小電流、較長(zhǎng)時(shí)間的放電。根據(jù)峰值時(shí)間與電池特性設(shè)計(jì)出最佳的放電電流和放電時(shí)間是關(guān)鍵。如果備電容量是30min，注意需要保證電池每日循環(huán)合計(jì)放出容量計(jì)劃不超過50%，一是可以獲得最佳的循環(huán)性能，二是保障在生命周期過程中，任何時(shí)候剩余容量能滿足10分鐘的備電需求。圖5.3是HVDC儲(chǔ)能電源系統(tǒng)在第二種方案下的工作模式。圖5.3HVDC儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電示意圖與HVDC相比，UPS儲(chǔ)能工作的聯(lián)合供電模式與HVDC峰段放電模式類似，而電網(wǎng)調(diào)度模式是儲(chǔ)能UPS特有的工作模式。聯(lián)合供電模式（54高峰時(shí)，可以降低對(duì)電網(wǎng)供電容量需求，屬于典型的“削峰”應(yīng)用。DCDCInvRec電網(wǎng)調(diào)度模式（55DCDCInvRec5.4UPSDCDCDCDCInvRec5.5UPS數(shù)據(jù)中心微模塊儲(chǔ)能價(jià)值圖5.6峰谷電價(jià)示意圖采用微模塊儲(chǔ)能方案的數(shù)據(jù)中心，利用供電系統(tǒng)已有的電源，將傳統(tǒng)的鉛酸電池改為鉛炭電池，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)成本的明顯增加。從投資回報(bào)周期看，因?yàn)椴捎勉U炭電池代替鉛酸增加的費(fèi)用，通常兩到三年內(nèi)可以收回，之后即為儲(chǔ)能盈利。鉛碳電池價(jià)錢（RMB）168,000原來鉛酸電池價(jià)錢（RMB）120,000電池增加成本（RMB）48,000每年節(jié)省電費(fèi)（RMB）21,637電池生命周期節(jié)省電費(fèi)（RMB）195,626所有節(jié)省電費(fèi)減除鉛碳電池成本后收益（RMB）27,626鉛碳電池可使用壽命（年）9以電池增加成本計(jì)算，回本周期（年）2.22以鉛碳電池價(jià)錢計(jì)算，回本周期（年）7.76表5.1HVDC系統(tǒng)144KWh電池投資分析的電池利用起來，一方面可以實(shí)現(xiàn)電池健康狀態(tài)的檢測(cè)，另一方面，可以使消耗型的固5.6/平/1.03/0.73/0.36HVDC144KWh30%0%2167（51，10210數(shù)據(jù)中心機(jī)柜級(jí)儲(chǔ)能概述近年來為了適應(yīng)數(shù)據(jù)中心在提高綠色節(jié)能、提升實(shí)際建設(shè)功率的利用率和不斷增加的可靠性的需要，國(guó)內(nèi)外云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)巨頭在數(shù)據(jù)中心內(nèi)開始越來越多使用機(jī)柜分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)(后面簡(jiǎn)稱BBS)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集中式不間斷電源(UPS)。一方面，傳統(tǒng)UPS的功能完全保留；另一方面，對(duì)這些分布式BBS的功能進(jìn)一步擴(kuò)展，通過數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)將BBSBBS性，是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景和價(jià)值的技術(shù)。數(shù)據(jù)中心機(jī)柜級(jí)儲(chǔ)能方案架構(gòu)整體架構(gòu)6.1BBSUPS能。機(jī)柜分布式BBS耗。圖6.1機(jī)柜分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)6.2務(wù)器實(shí)時(shí)功耗及業(yè)務(wù)負(fù)載狀況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)功耗管控調(diào)度。底層硬件BBS是在傳統(tǒng)的FirmwareBBSRedFishAPI，方便應(yīng)用快速集成。圖6.2整體控制框架方案適應(yīng)性及優(yōu)勢(shì)BBSMDCIDC部署的優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)中心機(jī)柜級(jí)儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)集群功耗控制互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)負(fù)載的動(dòng)態(tài)性導(dǎo)致機(jī)柜層面的用電呈現(xiàn)一個(gè)明顯的峰谷的形態(tài)。這種特性需要整機(jī)柜功率配置通常會(huì)在保證峰值的基礎(chǔ)上留有一定裕量，以避免業(yè)務(wù)負(fù)載高峰時(shí)機(jī)柜超電。這樣配置機(jī)柜功率的一個(gè)負(fù)面影響就是今天的數(shù)據(jù)中心普遍存在服務(wù)器上架密度不高并且機(jī)柜層面的實(shí)際建設(shè)功率利用率偏低等諸多問題，對(duì)數(shù)據(jù)中心的整體擁有成本帶來比較大的壓力。在現(xiàn)代處理器設(shè)計(jì)中都有很多功耗和性能動(dòng)態(tài)調(diào)控的技術(shù)來適應(yīng)不同業(yè)務(wù)對(duì)功耗和性能的動(dòng)態(tài)需求：比如IntelCapping)以及動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)(DVFS)IDC性能要求。圖6.3機(jī)柜集群功耗控制智能扛峰BBSBBSBBS果將這部分能力納入到機(jī)柜層面的統(tǒng)一能源資源池并用來根據(jù)業(yè)務(wù)峰值功耗的需求做智能扛峰，整個(gè)機(jī)柜可以進(jìn)一步大幅提升應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)峰谷的能力以及服務(wù)器上架密度。以一個(gè)額定功耗為8.8千瓦的機(jī)柜為例，一般機(jī)柜式分布式儲(chǔ)能單元設(shè)計(jì)容量為市電10-152.2BBS要機(jī)柜式分布式BBS需要根據(jù)實(shí)際負(fù)載的需求來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功率輸出以實(shí)現(xiàn)和機(jī)柜外接市BBS務(wù)負(fù)載的功耗變化，上層集群功耗管控系統(tǒng)利用機(jī)柜分布式BBSBBSBBSBBS機(jī)柜層面的用電需求降低到原始的額定安全值以內(nèi)?；跈C(jī)柜級(jí)分布式BBSIDC或機(jī)柜實(shí)際建設(shè)功率來提升機(jī)柜上架率并最大化減少對(duì)業(yè)務(wù)負(fù)載性能的影響（大部分應(yīng)用場(chǎng)景減少功耗封頂?shù)挠|發(fā)。管控接口的彈性能力。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心存在多種管理接口，DMTFRedfishAPI。RestfulJSONIPMI的帶外管理方式，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常采用基于SNMP的管理協(xié)議，機(jī)柜供電設(shè)備采用485接口或者以Redfish通以及數(shù)據(jù)的交互，以便降低部署的復(fù)雜度以及成本。圖6.4Redfish管控接口在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用下圖展示了一個(gè)利用Redfish規(guī)范實(shí)現(xiàn)機(jī)柜集群功耗管控的接口的例子。PowerControl是集群功耗配置策略，其中包含幾個(gè)部分，分別是功耗的實(shí)時(shí)測(cè)量StatusRedfish圖6.5機(jī)柜集群功耗管控接口價(jià)值探討以下為國(guó)內(nèi)大型云計(jì)算公司甲在試用后的評(píng)估：Hyperscale云計(jì)算數(shù)據(jù)中心必須提供高彈性供電技術(shù)來適應(yīng)云計(jì)算的高彈性、高伸縮需求，以達(dá)到既保障數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的高可用性和高可靠性，又能控制成本和助力云計(jì)算公司達(dá)到營(yíng)收平衡。公司云產(chǎn)品架構(gòu)部門在眾多候選技術(shù)中進(jìn)行了評(píng)估，和Intel等廠商評(píng)估了分布式BBS和集群功耗管控的技術(shù)。該技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：分布式BBS署方式也比較靈活，不用刻意為達(dá)到穩(wěn)定或者平衡負(fù)載而實(shí)施復(fù)雜的部署方案。分布式BBS求。分布式BBS可以簡(jiǎn)化服務(wù)器的電源設(shè)計(jì)，降低單機(jī)成本。在資源池架構(gòu)下，可以給關(guān)鍵部件（如網(wǎng)絡(luò)接入交換機(jī)、PCIe交換機(jī)等）代價(jià)高昂。在小規(guī)模私有云輸出時(shí)，比如某些邊緣計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景，分布式BBS用戶部署和管理后備電源的成本。、SaaSBBS綜上，我們認(rèn)為分布式BBS和功耗聯(lián)合管控和優(yōu)化技術(shù)可以幫助降低Capex和Opex、提升云業(yè)務(wù)的可靠性和可用性、賦能新的資源池化架構(gòu)。PAGEPAGE25通以及數(shù)據(jù)的交互，以便降低部署的復(fù)雜度以及成本。圖6.4Redfish管控接口在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用下圖展示了一個(gè)利用Redfish規(guī)范實(shí)現(xiàn)機(jī)柜集群功耗管控的接口的例子。PowerControl是集群功耗配置策略，其中包含幾個(gè)部分，分別是功耗的實(shí)時(shí)測(cè)量StatusRedfish圖6.5機(jī)柜集群功耗管控接口價(jià)值探討以下為國(guó)內(nèi)大型云計(jì)算公司甲在試用后的評(píng)估：Hyperscale云計(jì)算數(shù)據(jù)中心必須提供高彈性供電技術(shù)來適應(yīng)云計(jì)算的高彈性、高伸縮需求，以達(dá)到既保障數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的高可用性和高可靠性，又能控制成本和助力云計(jì)算公司達(dá)到營(yíng)收平衡。公司云產(chǎn)品架構(gòu)部門在眾多候選技術(shù)中進(jìn)行了評(píng)估，和Intel等廠商評(píng)估了分布式BBS和集群功耗管控的技術(shù)。該技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：分布式BBS署方式也比較靈活，不用刻意為達(dá)到穩(wěn)定或者平衡負(fù)載而實(shí)施復(fù)雜的部署方案。分布式BBS求。分布式BBS可以簡(jiǎn)化服務(wù)器的電源設(shè)計(jì)，降低單機(jī)成本。在資源池架構(gòu)下，可以給關(guān)鍵部件（如網(wǎng)絡(luò)接入交換機(jī)、PCIe交換機(jī)等）代價(jià)高昂。在小規(guī)模私有云輸出時(shí)，比如某些邊緣計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景，分布式BBS用戶部署和管理后備電源的成本。、SaaSBBS綜上，我們認(rèn)為分布式BBS和功耗聯(lián)合管控和優(yōu)化技術(shù)可以幫助降低Capex和Opex、提升云業(yè)務(wù)的可靠性和可用性、賦能新的資源池化架構(gòu)。以下為國(guó)內(nèi)大型云計(jì)算公司乙在試用后的評(píng)估：BBS可以至少達(dá)到2000-2500美金?？紤]機(jī)柜密度增加（至少15%提高）帶來的其它收益，以下為國(guó)內(nèi)大型云計(jì)算公司乙在試用后的評(píng)估：BBS可以至少達(dá)到2000-2500美金?？紤]機(jī)柜密度增加（至少15%提高）帶來的其它收益，2727

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