近年来,随着移动互联网、物联网、云计算等数据业务需求的爆炸式增长及IT技术的迅速发展,数据中心演变为一个高速发展的产业,成为新一代信息产业的重要组成部分。有关研究机构预计,2019年我国数据中心的市场规模将超过1800亿元,其中约70%是新建数据中心。
数据中心电力面临挑战
与此同时,数据中心面临着诸如能耗过大、负载量激增、主设备运行故障等一系列问题,并且变得越来越严峻。中国数据中心节能技术委员会数据显示,2017年中国数据中心总耗电量达到1200-1300亿千瓦时,超过了2017年全年三峡大坝发电量(976.05亿千瓦时)和葛洲坝电厂发电量(190.5亿千瓦时)之和。
保证安全可靠的电力和网络供应是数据中心最基本的两大功能,所以数据中心都配备有不间断电源(UPS)。传统的数据中心电力备用模式是:在市电供给正常时,UPS在“过滤市电杂质”后给负载供电,同时给电池充电;当市电出现异常(中断供电)时,电池放电通过UPS供给负载保证电力供应。但随着数据中心规模和密度的增长,这种模式不可避免地会面临一些突出的问题:
第一,电费支出高。数据中心建成之后的运营成本主要来自于电费,统计表明,电费支出占数据中心运营支出的60%以上。
第二,电池投资高。数据中心备电多用铅酸蓄电池,这些电池的寿命通常为5年左右,为保证备电安全就要定期更换,且多数电池在使用周期内不放电,形成资源浪费(沉没成本)。
第三,电池长期处于浮充状态,健康状态不明。有些数据中心甚至需要通过定期的假负载测试来检验电池性能,而这笔测试费用支出也相当可观。
储能技术成为新的突破口
近年来,数据中心储能技术快速发展起来,以其削峰填谷、按需响应、按需管理、供电质量保证、再生能源集成、备用能源储备等特点和优势,成为解决以上问题的重要手段。
数据中心储能对电池提出了更高要求。传统的铅酸蓄电池因其维护费用高、重量大、需要定期更换以及存在故障隐患,被认为是数据中心电力设备的“薄弱环节”。相比之下,锂离子电池具有较长的循环寿命,较长的运行时间,以及在较高环境温度下运行的能力,并具有更高的功率密度,在同等容量下所占用的空间是铅酸蓄电池的三分之一,可节省更多的机房空间,同时锂离子电池还具有瞬时响应能力。
超级电容器与传统的UPS配置相结合,也可以帮助解决问题。它们不但可以即时响应电力中断或电力质量问题,而不会因电池电阻问题而导致初始电压下降;还可以使数据中心更频繁地使用电池进行调峰,从而减少每月的电力需求成本;同时还有助于延长铅酸电池的使用寿命。超级电容器的优势在于其高可用性、相对较少的维护,以及长期使用寿命。
新型储能架构的优势
储能系统的核心除了设备本身之外,更关键的是系统管理。一般设计的储能系统的工作模式是:孤岛模式运行在发电机故障情况下,提供紧急供电;根据电网的配额进行能量分配,解决用电保障的问题。但是,无法实现实时输出电流源和电压源的切换,无法保证负载供电不中断。而以伊顿储能系统为代表的新型储能架构,通过最优化系统设计,市电模式和储能系统并行供电,能够有效地解决电网的异常切换造成的可能断电,也解决了储能系统能量分配管理的问题;同时结合优化的电池管理技术,可为客户实现最大化的经济效益。
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