摘要：在移動互聯網時代,數據容量急速增長,對數據處理速度的要求越來越高,隨之而來的高能耗問題帶來巨大的運營成本壓力。面對業務挑戰,傳統的數據中心也需要轉型升級,其中“綠色、節能、高效”已經是新一代數據中心建設的主流標準。針對數據中心能耗高的問題,文中提出數據中心新能源智能微網供電解決方案,直擊痛點。

1 增加儲能實現1+1>2

目前,數據中心項目所在城市的電網一般都很穩定,配置的剛需UPS/高壓直流系統的不間斷應急功能幾乎是沉沒成本,如果將其改造成為帶儲能功能,則在保留原有功能基礎的同時,還能帶來較高的經濟收益。

在數據中心增加儲能應用的根本原因是因為“電”。隨著數據中心的大規模建設,能源利用效率越來越受到用戶關注,而整個數據中心里的用電大戶,一個是UPS和負載器,另一個是制冷空調。

如何利用能源降低運行成本?常規做法是通過“開源”、“節流”、“電價”三種手段:在源頭把風光新能源接入,不僅能享受發電收益、政府補貼,還能起到節能減排的作用;通過提高終端設備和中間設備的效率來“節流”;用儲能方式來削峰填谷,包括電儲能與蓄冷。

相比之下,科華恒盛解決方案的特別之處是在“開源”環節,接入風光新能源后,采用直流總線并網;在“節流”環節,提高中間設備效率,采用高壓直流供電;在“電價”環節,通過削峰填谷的方式來儲能。這三個環節的背后都是由數據中心智能微網供電系統來綜合管理的。

2 兼具剛需與儲能功能

科華恒盛數據中心新能源智能微網供電解決方案的特點是剛需與儲能并舉。

首先,作為儲能應用的UPS須先擴容電池組,讓全電池組參與儲能。電池容量的設計一定要保證60%作為儲能來用,剩余的40%作為UPS后備供電,如此才能讓電源充分滿足用戶的剛性用電需求。這套設計方案改造工程量小,系統收益率高,特別適用于數據中心、大型商業體。數據中心UPS儲能解決方案如圖1所示。

從技術層面上說,在不同時段、不同狀態下,儲能型UPS的運作方式有所不同。

在波谷時段,例如22:00～次日6:00以后的用電量較小(不同地區的規定可能不一樣,下同),這個時段的電價相對較低。由于儲能型UPS增加了蓄電池,利用波谷時段對蓄電池進行充電,然后負載供電,這是一個UPS正常工作狀態。在此方案中,僅需對電網進線、整流器功率擴容,相比PCS的投入,大大減少了成本。

在波峰時段,例如8:00～11:00和18:00～21:00的用電量較大,電價相對較高。當設定的波峰時段開始時,利用波谷時段儲能的電池開始放電,到達電池欠壓保護點或者設定的波峰時段結束,電池停止放電,切換回市電供電。

在平價時段,例如11:00～18:00、21:00～22:00的用電量一般,電價居中。此時段,電池處于待機狀態,不充不放,由市電對IDC、精密負載供電。

在市電斷電狀態,不管電網何時突然斷電,UPS型PCS都可以0ms切換為電池對IDC、精密負載設備供電。最惡劣的情況是電池組在波峰時段剛放完電時斷電,此時的系統供電時間最短,系統設計要預留。

在故障狀態,當PCS逆變器回路故障時,靜態開關可無縫切換到旁路供電,由電網直接對IDC進行應急供電。不過此時應盡快排除故障,減少負載設備供電風險。

在維護狀態,手動維護開關接通,PCS可不帶電不脫機維護。

3 接入新能源智能微網

數據中心有了儲能應用還遠遠不夠,只有在接入新能源智能微網后,才具備顯著的綠色環保特性。針對企業數據中心的不同需求,科華恒盛進一步推出了數據中心光伏+儲能UPS應用方案、高壓直流型儲能方案。

數據中心光伏+儲能UPS應用方案如圖2所示,它是在現有的儲能UPS方案上增加了光伏,即在白天光照最好的時候,通過光伏控制器給蓄電池進行充電。

高壓直流型儲能方案如圖3所示,它打造了一個直流微網的方案,通過高壓直流給電池充電,同時給設備供電。這套方案可以將光伏、風機無縫并到直流系統里面,組成儲能系統,但是原有系統卻無需改造。在電價波谷、波峰、平價時段,HVDC/電池、太陽能、市電的工作模式如圖4所示。

值得一提的是,高壓直流型儲能方案采用了儲能型鉛碳電池,該蓄電池是在鉛碳基礎上加入了一種超級電容的設計。將儲能型鉛碳電池與普通鉛碳電池進行循環壽命的比較,可以看到普通鉛碳電池大概是440次,儲能型鉛碳蓄電池可以達到3000多次。當放電深度為60%時,儲能型鉛碳電池循環壽命大概是3000次,因為設計的時候不能把蓄電池完全放完。

擁有28年高端電源研發經驗的科華恒盛近年來在全國積極布局數據中心。2014年,公司自建IDC北京亦莊一期,有1000個機柜,次年便增至4000個機柜;2015年,公司與電信、騰訊、浪潮云服務等展開戰略合作,參與新型節能數據中心標準的建立,構建云產業鏈生態;2016年,公司在北上廣深等核心城市持續拓展,其中上海、廣州兩地數據中心投入運營,年底全國至少將有15000個機柜交付客戶實際使用上市。

到2017年,科華恒盛還要繼續擴大在一線城市的云計算中心的布局,規劃是到2018年底建成超過6萬個機柜的規模。

此外,科華恒盛還聯手北京智慧星科技,共同致力于打造國際一流水平的大數據應用平臺;聯合科大國盾打造世界首個量子安全數據中心。

包括數據中心的基礎建設、云服務、保障數據安全的量子通訊在內的云基礎服務是科華恒盛“一體兩翼”戰略的重要組成部分。在數據中心領域,科華恒盛從高起點出發,也希望為我國綠色數據中心建設樹立高標準。

作者簡介

楊平,廈門科華恒盛股份有限公司售前技術總監。十多年來一直致力于高端電源解決方案的研究工作,2009年至今,專注于數據中心整體方案的研究應用。在此期間,率領專業技術團隊,結合公司的技術產品,在通信、金融、工業、交通、政府、IT等各個行業,為客戶提供最佳的解決方案。